页岩气水平井固井水泥环状态对套管力学完整性的影响

作     者：张智 王嘉伟 吴优 霍宏博 谢涛 李金蔓 Zhang Zhi;Wang Jiawei;Wu You;Huo Hongbo;Xie Tao;Li Jinman

作者机构：西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室四川成都610500 中海石油(中国)有限公司天津分公司天津300459 

出 版 物：《石油学报》 (Acta Petrolei Sinica)

年 卷 期：2022年第43卷第8期

页      面：1158-1172页

核心收录：

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 082001[工学-油气井工程] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0705[理学-地理学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学)资助项目(PLN201925) 国家自然科学基金项目(No.52074234) 四川省青年科技创新研究团队专项计划项目(2020JDTD0016)资助。 

主　　题：页岩气井 水泥环 造斜段 水平段 套管力学完整性 有限元 

摘      要：大位移页岩气井的井眼轨迹复杂,且压裂开发过程中经常出现由于水泥环缺陷引发的套变损伤问题。针对页岩气井压裂过程中高泵压大排量的特点,采用有限元分析方法,通过优化模型网格划分,建立了适用于页岩气井复杂井眼轨迹下套管力学完整性计算的套管-水泥环-地层组合体模型,讨论了水泥环缺失角度、缺失厚度、缺失长度及复合缺陷对造斜段及水平段局部屈曲部分套管力学完整性的影响。结果表明,套管的周向应力随水泥环弹性模量的增大而减小,受泊松比影响较小。水泥环角度缺失会使套管出现应力集中现象,当缺失角度超过90°,应力集中现象得到减缓。随着水泥环缺失厚度的增加,套管所受应力增大。无论是造斜段还是水平段,不同缺失角度下,水泥环厚度、套管尺寸及泵压对套管应力的影响类似,趋势均为随着缺失角度的增加,套管应力先增大后减小。水泥环缺失的临界部位会产生应力突变,该位置也是最容易发生套损的部位。同一缺失厚度下,套管应力最大值随着缺失角度的增加而先增加后减小;同一缺失角度下,套管应力最大值随着缺失厚度的增加而增加。随着缺失角度的增加,水泥环缺失部位对应套管沿管长方向的等效应力先增加后减小。水泥环越厚,套管等效应力越小。在相同厚度下,水泥环剩余厚度越薄,套管等效应力越大,全部缺失时应力水平最大。