煤炭学报

作者：辛江, 杨焱岚, 王维, 吴建军, 韩金良, 李早元, 黄盛, 苏东华,

关键词：深层煤岩气, 固井, 水泥环, 多级压裂, 密封性,

深层煤岩气多级压裂工况下，顶部压裂段固井水泥环所处载荷环境复杂，井筒受高压及多轮次交变载荷的影响，水泥环易损伤，导致其密封性能劣化，严重制约深层煤岩气安全开采与高效开发。首先，基于深层煤岩气顶部压裂段水泥环应力分布特征，建立力学等效模型，并考虑井下套管−水泥环−煤岩服役状态，结合水泥环密封完整性评价仪，构建等效物理模拟试验方法，分析多级压裂工况下的水泥环密封性；然后，开展三轴循环加卸载、扫描电镜、核磁共振测试与水泥环应力分析，探究多级压裂工况下深层煤岩气顶部压裂段水泥环密封劣化机制。结果表明：深层煤岩气固井水泥环承载能力良好，能够承受165 MPa套管内压而不发生破坏；在75 MPa、45周次多级压裂载荷下，深层煤岩气顶部压裂段水泥环仍能保持密封性，但出现了多条未贯穿轴向裂缝；受深层煤岩低弹性模量的影响，水泥环应力增大，同时在多级压裂工况下，水泥环内部孔隙处的应力集中引发水泥环损伤萌生，且该损伤随压裂级数的增加而累积，是引发水泥环局部开裂、导致顶部压裂段固井水泥环密封劣化风险增加的主要原因。研究成果为深层煤岩气多级压裂固井水泥环密封性评价提供了新方法，对进一步认清深层煤岩气多级压裂固井水泥环密封劣化机制提供了理论支撑。

来源：2026年第3期

《煤炭学报》期刊编辑部

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