本书在总结国内外页岩气井筒完整性失效特征的基础上，对井筒完整性失效分析涉及的力学基础理论进行了分析，建立了直井、定向井、水平井的套管、水泥环及井壁围岩组合体弹塑性分析力学模型和有限元模型，并进行了案例分析；针对页岩气储层层理性强、各向异性突出的特点，开展了相关力学实验，确定了相关评价模型。建立了各向异性条件下的井周应力和套管应力计算模型，并进行了案例分析；在上述理论的基础上，对影响套管应力和变形的工程与地质因素进行了系统分析；同时，由于页岩气井环空带压现象较为普遍，开展了水泥石力学分析和密封完整性评价试验，分析了温度—压力耦合作用下水泥环完整性失效机理；最后，提出了页岩气井筒完整性控制方法。本书可供石油工程专业及其相关领域的工程技术人员、院校的教师、研究生和高年级大学生参考使用。

目录
丛书序
前言
章 页岩气井完整性失效概况 1
1.1 页岩气开发概况 1
1.1.1 国外页岩气开发概况 2
1.1.2 我国页岩气开发概况 8
1.1.3 国内外页岩气开发对比 14
1.2 页岩气井筒完整性失效现状 17
1.2.1 国外页岩气井筒完整性失效现状 17
1.2.2 国内页岩气井筒完整性失效现状 18
1.3 井筒完整性失效机理研究现状 21
1.3.1 结构完整性失效机理 21
1.3.2 密封完整性失效机理 30
参考文献 32
第2章 井筒完整性力学分析基础 37
2.1 平面应变问题的基本方程和厚壁筒问题的解 37
2.2 页岩储层原地应力及其确定方法 41
2.2.1 水力压裂法测地应力 42
2.2.2 直井岩心声发射凯塞尔效应试验测地应力 44
2.2.3 斜井岩心声发射凯塞尔效应试验测地应力 46
2.2.4 地层破裂试验与差应变结合法测地应力 48
2.2.5 国内主要页岩气区块的地应力 50
2.3 直井井筒力学模型 50
2.3.1 均匀地应力条件下井筒线弹性模型 51
2.3.2 均匀地应力条件下井筒弹塑性模型 58
2.3.3 非均匀地应力条件下井筒有限元模型 68
2.4 定向井井筒力学模型 79
2.4.1 定向井井周围岩应力场空间坐标变换 79
2.4.2 定向井井周应力计算 80
2.4.3 定向井井壁稳定三维有限元分析模型 83
2.4.4 定向井套管受力有限元分析 85
2.5 水平井井筒力学模型 90
2.5.1 水平井井筒力学模型 90
2.5.2 水平井井筒力学模型求解 92
参考文献 99
第3章 页岩力学各向异性条件下井周力学分析 101
3.1 页岩岩石力学各向异性实验研究 101
3.1.1 页岩岩石力学各向异性实验 101
3.1.2 页岩岩石力学各向异性模型 110
3.2 页岩各向异性本构关系和井周应力分布 117
3.2.1 各向异性地层井周应力基本方程 117
3.2.2 页岩力学各向异性条件下井周应力分布 123
3.2.3 各向异性条件下井周应力案例分析 134
参考文献 140
第4章 工程因素对套管应力影响研究 142
4.1 射孔对套管应力的影响 142
4.1.1 页岩气井常用射孔参数 142
4.1.2 不同射孔参数作用下套管应力计算 142
4.2 压裂过程中热 -流-固耦合作用对套管应力的影响 146
4.2.1 压裂过程中井筒温度场 146
4.2.2 压裂过程中热 -流-固耦合作用下套管应力计算 159
4.3 固井质量对套管应力的影响 170
4.3.1 页岩气井固井质量统计及分析 171
4.3.2 不同水泥环形态下套管应力计算 172
参考文献 177
第5章 地质因素对套管应力影响研究 178
5.1 页岩各向异性对套管应力影响分析 179
5.1.1 页岩各向异性数值模型 179
5.1.2 考虑页岩各向异性的套管应力分析 181
5.2 页岩非均质性对套管应力影响分析 182
5.2.1 页岩非均质性评价方法 183
5.2.2 页岩岩性界面对套管应力影响分析 200
5.3 断层滑移对套管剪切变形影响分析 202
5.3.1 微地震监测方法简介 202
5.3.2 基于微地震的断层滑移与套管变形分析 205
参考文献 215
第6章 多级压裂过程中水泥环密封失效机理研究 217
6.1 水泥环密封失效形式 217
6.2 复杂应力条件下水泥石力学行为特征 217
6.2.1 固井水泥石完整性室内试验 217
6.2.2 循环压力作用下水泥环胶结面密封失效数值分析 232
6.3 温度-压力耦合作用下水泥环完整性失效机理 236
6.3.1 瞬态温度 -压力耦合作用下水泥环应力计算分析 236
6.3.2 弹韧性水泥保护密封完整性应用案例 246
参考文献 247
第7章 页岩气井筒完整性控制方法 249
7.1 井眼轨道优化与轨迹控制 249
7.2 旋转套管固井技术 252
7.3 紊流注水泥技术 253
7.4 合理优选套管 255
7.4.1 理论计算分析 255
7.4.2 实际套管实验结果 258
7.5 优化固井方式 259
7.5.1 分段固井方法 259
7.5.2 组合体受力有限元模型分析 259
7.5.3 不同固井方法下套管应力对比分析 261
7.5.4 分段固井方法可行性分析 262
7.6 水泥浆体系优化 263
7.6.1 水泥浆体系设计思路 263
7.6.2 水泥浆体系常规性能评价 263
7.6.3 水泥石力学性能评价 265
7.6.4 现场应用情况 265
7.7 分段分簇参数优化 266
7.7.1 分段压裂裂缝缝间距优化 266
7.7.2 非均匀分簇射孔参数优化 267
7.8 断层滑移预测与压裂参数优化 272
7.8.1 优化方法的提出 273
7.8.2 地层压力的监测 273
7.8.3 计算步骤 274
7.9 井身结构优化 276
7.10 可溶桥塞 280
参考文献 281
彩图