韧性材料对页岩气压裂井水泥环界面完整性影响

目的 提高页岩气井多级压裂过程中水泥环界面完整性。方法 针对4种在页岩气井中使用的水泥浆体系，基于水泥环完整性评价装置，开展在循环压力条件下水泥环界面完整性实验。采用高精度流量计、扫描电镜和核磁共振等监测手段，定量检测环空气窜速率，探索水泥环在加载前后的微观结构变化。根据实验装置基础参数，采用有限元方法模拟循环加载过程水泥环界面的损伤演化情况。结果 常规水泥浆、18%(均为质量分数)胶乳剂水泥浆、36%胶乳剂水泥浆、18%胶乳剂加1%增韧剂水泥浆，其环空气窜速率分别为722、300~677、20~45、10~25 mL/min。经循环载荷作用后，常规水泥浆在水泥环本体出现明显径向裂缝和界面微环隙，且水泥浆水化产物较疏松;36%胶乳剂水泥浆仅在水泥环界面产生较小的微环隙，水化产物在界面处较致密，水泥石孔径较小。在循环载荷作用下，水泥环界面孔隙显著增加，界面处产生塑性应变并不断增加。结论 胶乳剂和韧性剂材料可有效填充水泥颗粒之间的间隙，降低水泥石孔径尺寸。胶乳剂通过改善水泥环的微观形态结构，避免在本体产生裂缝，提高了界面密封性能。增韧剂对水泥颗粒产生较强的粘结作用，与胶乳剂的配合使用进一步增强了水泥环界面的密封效果，两者共同作用可显著提升水泥环空密封能力。在循环载荷作用下，水泥环界面易形成微环隙，为环空气体提供了窜流通道，造成环空带压。现场采用添加18%胶乳剂加1%增韧剂的韧性水泥浆体系开展固井施工，水泥石力学性能能够满足水泥石强度大于30 MPa和弹性模量小于7 GPa的性能要求。同时，使用韧性水泥浆的井段固井质量也较好，后续压裂施工过程也未见环空带压问题。通过合理优选韧性水泥浆添加剂含量，能够为环空提供良好的密封效果，提升水泥环的密封完整性。

Influence of Tough Materials on Cement Sheath Interface Integrity for Shale Gas Fracturing Wells