셰일가스 수평정 다단계 체적 파쇄 과정에서 관피복 변형 문제가 일반적으로 발생하며, 이는 셰일가스의 효율적 개발을 심각하게 제한합니다. 중국 쓰촨 분지 주요 구역의 관피복 변형률은 20%를 초과하며, 푸링 셰일가스전 백마 구역에서는 43공의 완전시추정 중 11공에서 관피복 손상(변형률 26%)이 발생했고, 북미 Duvernay 셰일가스전의 관피복 변형률은 47%에 달합니다. 이러한 변형은 종종 브릿지 플러그 밀봉 실패를 초래하여 파쇄 작업에 영향을 미칩니다. 파쇄로 유발된 관피복 변형을 효과적으로 방지하기 위해 본 연구는 질소 주입 폼 시멘트 슬러리 기반의 시추 고정 기술을 제안합니다. 이 기술은 시멘트 링의 변형 능력을 향상시켜 지층 전단 미끄러짐이 관피복에 미치는 영향을 완화합니다. FLAC³D 소프트웨어를 사용해 미끄러짐 균열-시멘트 링-관피복 3차원 역학 모델을 구축하여 시멘트 링 탄성 계수가 관피복 변형에 미치는 영향 법칙을 분석하였고, 폼 시멘트석의 역학 성능 실험을 통해 최대 압축 변형 능력이 54%(기존 시멘트석 3~5% 대비 월등히 높음)이며, 탄성 계수는 질소 주입량에 따라 유연하게 조절 가능함을 확인했습니다. 이를 현장 조건(관피복 변형 위험 위치, 누수 위험 등)과 결합하여 전 수평 구간 일체형, 간격형, 정점형 및 전 공구간 변밀도 4종의 관피복 변형 방지 고정 공정을 설계하고, 푸링 셰일가스전 백마 구역에서 현장 실험을 수행했습니다. 결과는 다음과 같습니다: 시멘트 링 탄성 계수가 10GPa에서 0.5GPa로 감소 시 관피복 전단 변형이 80% 감소하였고, 0.01GPa일 때 35mm 지층 미끄러짐 영향은 무시할 수 있었습니다; 6공 시험정 고정 품질 우수율 모두 90%를 초과하고, 일부 정정의 수평 구간 우수율은 96%를 넘었으며; 파쇄 후 관피복 변형이 발생하지 않아 동일 구역 기존 시멘트 슬러리 고정정의 26% 관피복 변형률과 뚜렷한 대조를 보였습니다; 자오예 X5HF 정은 파쇄 후 1년간 정상 생산 중이며, 일일 가스 생산량은 4.6×10⁴m³이고, 환공에 압력이 없습니다. 종합하면, 질소 주입 폼 시멘트 슬러리 고정 기술은 유연한 시멘트 링 완충층을 형성하여 지층 전단 미끄러짐이 관피복에 미치는 직접적인 영향을 크게 줄입니다. 제안된 4가지 공정은 다양한 현장 조건에 적합하며, 기존 고정 기술이 밀봉과 완충 성능을 동시에 충족하기 어려운 문제를 효과적으로 해결하여 복잡한 지질 조건 하 셰일가스정 관피복 변형 방지에 혁신적인 솔루션을 제공합니다. 지층 미끄러짐이 45mm를 초과할 경우, 관피복 두께 증가 등 조치와 함께 협동 방제가 필요합니다.

셰일가스; 파쇄; 관피복 변형; 폼 시멘트 슬러리; 관피복 변형 방지