高地应力区域页岩气井套管变形机理与对策研究——以中国四川页岩气为例

摘要

中石油在四川盆地已完成长宁、威远两个页岩气区块23井次压裂改造,其中直井11口、水平井12口、共计144层/段,出现了10井次不同程度的套管变形情况,其中水平井套管变形的比例高达75％,均发生在体积压裂过程中,导致后续施工不能顺利下入桥塞、钻磨桥塞,严重影响了页岩气的高效开发.本研究基于工程实际,利用ANSYS软件建立了页岩储层、水泥环、套管的物理模型,分析了套管承受的外挤、内压载荷,以及大型压裂中的温度变化的影响.研究结果表明,套管变形的主要原因是:(1)长水平段套管由于贴边等原因没有形成完好的水泥环,管外环空留下了水泥环缺陷,缺陷内封闭着滞留的钻井液,在大型水力压裂中由于温度急剧降低,缺陷内滞留钻井液体积收缩,缺陷内压力亏空,而页岩储层致密的特性无法补充压力,导致套管处于非均匀支护的不利状态;(2)区域地应力强,压裂施工中泵压高,套管承受很高的内压作用,套管在非均匀支护条件下局部应力集中超过了套管的屈服强度,发生塑性变形.根据套管变形机理,制定了相应的套管安全对策.这些研究成果,深化了页岩气、致密油等非常规资源钻完井、压裂中的套管安全设计方法,丰富了套管压裂井的井筒完整性认识.