深层页岩气具有埋藏深、地温高、破裂压力高等特点,压裂过程中,大排量和高泵压的施工方式导致气井环空带压的问题较为突出。为此,采用数值模拟方法,构建了考虑一界面胶结损伤的瞬态力-热耦合水泥环密封性评价模型,分析了深层页岩气井大排量压裂过程中水泥环一界面的胶结失效规律。分析结果表明:冷流体的高速注入所产生的较大温降可以降低高压注液期间水泥环一界面的径向应力,从而缓解压力加载阶段水泥环一界面的塑性变形;深层页岩气井水泥环一界面的密封性失效主要发生在停泵泄压阶段,泄压时的井底温降越大,水泥环一界面越易发生胶结失效而产生微环隙;现场可通过降低水泥石的导热系数,采取分段泄压的施工工艺来消除冷流体注入所导致的负面影响。研究成果对深层页岩气井环空带压问题的有效控制具有重要意义。

针对目前困扰泸州区块深层页岩气井开发过程中严峻的环空带压问题,从提高井筒密封完整性的角度出发,分析了影响环空带压的诸多因素,如:套管、工具、水泥浆、固井工艺等,提出了提高井筒密封完整性的关键技术措施。通过对温度场和应力场分别与井筒密封完整性关系的分析,提出了优化水泥浆设计和改善微环隙的方法。软件模型分析结果表明:钻井转生产井期间井口温度增幅可达50℃以上;提高界面胶结强度和降低水泥石弹性模量可以明显改善微环隙。该技术在泸州深层页岩气完成12井次244.5mm技术套管固井和16井次139.7mm生产套管固井应用,已公布7井次技术套管和3井次生产套管的固井质量,平均合格率97.8%,平均优质率86.7%,为深层页岩气配套固井技术在泸州区块的进一步推广和应用奠定了基础。