压力与温度作用下页岩气井环空带压力学机理初探

摘要

以弹性力学为基础,建立了页岩气井垂直井段双层套管系统的力学模型.通过接触面上位移连续条件推导了各接触面的应力计算方程,并讨论了套管内压、温度、地应力等因素对水泥环封隔能力的影响规律.研究结果表明:①温度升高、内压及地应力增大、水泥环弹性模量增大均有利于提高水泥环的封隔能力,减小套管壁厚有利于增加界面的径向应力,在满足套管强度要求的前提下可适当降低套管壁厚;②井深越深,界面径向应力越大,水泥环封隔能力越强,提高垂直井段下部的封隔能力是缓解井口环空带压的关键;③第一界面和第二界面是固井失效的危险点,提高第一、第二界面的固井质量,有利于降低形成环空带压的风险.研究结果对于页岩气井压裂和生产过程中的环空带压机理分析及控制技术具有一定的参考价值.