压痕法评价煤层气井固井水泥石断裂力学性质

• 作者: 张典坤 王生维 陈立超
• 来源期刊: 天然气工业
• 关键词: 深部 煤层气井 固井 环空封隔能力 水泥石 断裂韧度 压痕法 抗冲击 高韧性水泥
• 年，卷（期）: 2020,（3）
• 所属期刊栏目: 钻井工程
• 页码范围: 115-122
• 页数: 8页
• 语种: 中文
• DOI: 10.3787/j.issn.1000-0976.2020.03.014

摘要

深部煤层气井高压注入压裂、水平井分段压裂、CO2地质封存等复杂工况对井筒环空封隔能力提出了更高的要求.为了探究煤层气井固井水泥石本体破坏原貌特征、水泥石断裂力学性质对环空封隔失效的影响,通过实地解剖沁水盆地晋城矿区煤层气井的固井情况,基本查明了煤层气井井筒环空水泥环的破坏情况,并利用压痕法(IM)对该矿区煤层气井固井水泥石原样进行维氏硬度、断裂韧度的实验测试,研究其在不同载荷下的变化规律.研究结果表明:①该区煤层气井井筒封隔失效的主要形式包括固井水泥环的第一、第二界面的开裂形成流体通道,以及水泥环本体脆性断裂形成高角度垂向裂缝和断块体;②水泥石的高脆性导致硬度随载荷增加先降低再升高,现用固井水泥浆体系的高脆性是其在射孔、压裂环节封隔失效的关键内在因素;③断裂韧度随着载荷的增大逐渐升高,后期维持在0.71 MPa·m1/2,抗裂性能较差;④射孔冲击在水泥石中形成辐射裂纹,压裂期间高压流体的挤注导致射孔辐射裂纹失稳扩展并形成垂向裂缝窜槽和断块.结论 认为,采用抗冲击型高韧性复合水泥可以控制射孔阶段固井水泥石的辐射裂纹尺寸,有利于防止煤层气井井筒环空封隔失效.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	王生维	煤与煤层气共采国家重点实验室·晋煤集团	27	412	12.0	20.0
3	陈立超	煤与煤层气共采国家重点实验室·晋煤集团	8	10	2.0	3.0
9	张典坤	煤与煤层气共采国家重点实验室·晋煤集团	4	6	1.0	2.0