В процессе многоступенчатого объемного гидроразрыва горизонтальных скважин по сланцевому газу широко распространена проблема деформации обсадных колонн, что серьезно ограничивает эффективную разработку сланцевого газа. В основных районах Сычуаньского бассейна Китая уровень деформации обсадных колонн превышает 20%, в районе Байма газового месторождения Фулин из 43 пробуренных скважин в 11 произошли повреждения обсадных колонн (уровень деформации 26%), на сланцевом месторождении Дюверней в Северной Америке уровень деформации достиг 47%. Такие деформации часто приводят к сбою в установке мостового заглушителя, влияя на операции гидроразрыва. Для эффективного предотвращения деформации обсадных колонн, вызванной гидроразрывом, в настоящем исследовании предложена технология цементирования на основе цементного раствора с азотной пеной. Эта технология повышает способность цементного кольца к деформации, снижая воздействие сдвига пласта на обсадную колонну. Используя программное обеспечение FLAC³D, построена трехмерная механическая модель сдвигающейся трещины — цементного кольца — обсадной колонны для анализа влияния модуля упругости цементного кольца на деформацию обсадных колонн; проведены экспериментальные исследования механических свойств пеноцементного камня, при которых максимальная способность к сжимающей деформации достигла 54% (гораздо выше 3%~5% для обычного цементного камня), а модуль упругости можно гибко регулировать объемом ввода азота. С учетом условий скважины (риски деформации обсадных колонн, риски потерь и пр.) разработаны четыре технологии цементирования для предотвращения деформации обсадных колонн: цельномерный по всему горизонтальному участку, с промежутками, точечный и с изменяющейся плотностью по всей длине скважины. Полевые испытания проведены в участке Байма месторождения Фулин. Результаты показали: при снижении модуля упругости цементного кольца с 10 ГПа до 0,5 ГПа сдвиговая деформация обсадных колонн снизилась на 80%; при 0,01 ГПа влияние сдвига пласта на 35 мм на обсадную колонну можно считать незначительным; качество цементирования в шести испытательных скважинах превышало 90%, в некоторых участках горизонтальных скважин — 96%; после гидроразрыва не наблюдалось деформации обсадных колонн, что резко контрастирует с 26% деформаций при цементировании традиционным раствором в том же районе; после гидроразрыва скважина Jiaoye X5HF эксплуатируется нормально 1 год с суточным выходом газа 4,6×10⁴ м³ и без давления в кольцевом пространстве. В итоге, технология цементирования пеноцементным раствором с азотом, формируя гибкий буферный слой цементного кольца, значительно снижает прямое воздействие сдвига пласта на обсадные колонны. Предложенные четыре технологии могут адаптироваться под различные условия в скважине, эффективно решая проблему традиционного цементирования, при котором трудно сбалансировать герметичность и амортизирующие свойства, предоставляя инновационное решение для предотвращения деформаций обсадных колонн в условиях сложной геологии. При сдвиге пласта свыше 45 мм необходима совместная защита с увеличением толщины стенки трубы и другими мерами.

сланцевый газ; гидроразрыв; деформация обсадных труб; пеноцементный раствор; предотвращение деформации обсадных труб