页岩气井体积压裂条件下的水泥环界面裂缝扩展

发布时间：2018-07-26 10:07

【摘要】：射孔会对井筒完整性造成局部损伤,尤其是导致水泥环本体破坏以及第一界面(套管-水泥环界面)、第二界面(水泥环-围岩界面)的胶结脱离、微环隙等,在后期页岩气水平井体积压裂过程中,由于高压流体的注入,界面微环隙将会加剧甚至发生裂缝扩展,影响封固性能。针对这一问题,建立了界面裂缝扩展数学模型,通过流体连续性方程、泊肃叶定律和净压力与缝宽弹性关系以及边界条件联立得到非线性偏微分方程组,利用对控制方程无因次化的方法求得自相似解。使用该模型对现场算例进行了计算,并分析了各参数对界面裂缝长度的影响。研究结果表明:适当提高水泥环弹性模量,适当降低井口压力和压裂时间有利于减小界面裂缝扩展长度,有利于保障水泥环长期有效封固。研究结果能够对页岩气井体积压裂条件下的水泥环封固性能进行评价和预测,同时在满足油气开采要求的前提下,对相邻射孔段间距的优选,也具有一定的指导意义。
[Abstract]:Perforation can cause local damage to wellbore integrity, especially the failure of cement sheath body and the cementation breakaway of the first interface (casing cement ring interface), the second interface (cement ring-surrounding rock interface), the microannular gap, etc. In the later stage of volume fracturing of shale gas horizontal wells due to the injection of high pressure fluid the interfacial microannulus will be aggravated and even fracture propagation will occur which will affect the sealing performance. In order to solve this problem, a mathematical model of interfacial crack propagation is established. The nonlinear partial differential equations are obtained by means of fluid continuity equation, Poisson's law, the relationship between net pressure and joint width elasticity, and boundary conditions. The method of dimensionless governing equation is used to obtain the self-similar solution. The model is used to calculate the field examples and the influence of each parameter on the crack length of the interface is analyzed. The results show that the proper increase of elastic modulus of cement ring, proper reduction of wellhead pressure and fracturing time are conducive to reducing the length of fracture propagation at the interface and ensuring the long-term effective sealing of cement ring. The results can be used to evaluate and predict the cement-ring cementing performance under the condition of volume fracturing of shale gas wells. At the same time, under the premise of satisfying the requirements of oil and gas production, it is also of certain guiding significance to select the interval between adjacent perforation sections.
【作者单位】： 中国石油勘探开发研究院;中国石油集团钻井工程技术研究院;中国环境出版集团有限公司;中国石油塔里木油田公司;
【基金】：国家重大科技专项(2016ZX05022-005,2016ZX05020-003) 中国石油天然气集团公司重大工程专项(2013E-3805,2013E-3810);中国石油天然气集团公司重大科技攻关项目(2016A-3904)资助
【分类号】：TE377

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本文编号：2145655