水力压裂过程中直井段B环空水泥环完整性分析

摘要

我国页岩气开发过程中井筒环空带压现象普遍,严重影响了页岩气井的井口安全和生命周期。以某实钻页岩气井为例,结合地层岩石力学参数剖面和地应力参数剖面,建立了不同开次条件下套管-水泥环-地层组合体数值计算模型,计算了B环空水泥环的周向/径向应力剖面,利用摩尔库伦准则对水泥环的完整性进行了判定,在此基础上分析了水泥环弹性模量、泊松比和井口泵压对水泥环周向、径向应力以及完整性的影响。研究结果表明:随着井深的增加,水泥环承受的最大径向应力不断增加,周向应力则逐渐降低,甚至由受拉变为受压;表层套管鞋以上的水泥环易发生周向拉伸破坏,以下的水泥环则易发生径向压缩破坏;降低水泥环弹性模量可以降低水泥环的周向/径向应力及摩尔库伦判定值。增加水泥环的泊松比有利于降低其周向应力,但对径向应力几乎没有影响;不同泵压条件下水泥环周向/径向应力及摩尔库伦判定值剖面基本平行,降低泵压有利于水泥环的完整性,压裂过程中应采取技术手段降低页岩的起裂压力。所得结果可为环空带压的控制提供借鉴。