Influencing Factors of Perforated Casing Strength in Ultra-Deep Shale Gas Wells

Chen Lin; Liu Jun; Zhang Yi; Zhou Xinzhong; Li Qiang

doi:10.12473/CPM.202407038

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Influencing Factors of Perforated Casing Strength in Ultra-Deep Shale Gas Wells

THEMATIC PAPER | 更新时间：2026-01-19

- Influencing Factors of Perforated Casing Strength in Ultra-Deep Shale Gas Wells
- China Petroleum Machinery Vol. 53, Issue 10, Pages: 31-39(2025)
- 作者机构：
  
  1.西南石油大学机电工程学院
  2.成都大学机械工程学院
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.12473/CPM.202407038
  CLC： TE921
- Received：10 July 2024，
  
  Revised：2024-09-25，
  
  Published：10 October 2025
- 稿件说明：
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陈林，柳军，张艺，等.页岩气超深井射孔套管强度影响因素分析［J］.石油机械，2025，53（10）：31-39.

Chen Lin，Liu Jun，Zhang Yi，et al.Influencing factors of perforated casing strength in ultra⁃deep shale gas wells［J］.China Petroleum Machinery，2025，53（10）：31-39.
陈林，柳军，张艺，等.页岩气超深井射孔套管强度影响因素分析［J］.石油机械，2025，53（10）：31-39. DOI： 10.12473/CPM.202407038.

Chen Lin，Liu Jun，Zhang Yi，et al.Influencing factors of perforated casing strength in ultra⁃deep shale gas wells［J］.China Petroleum Machinery，2025，53（10）：31-39. DOI： 10.12473/CPM.202407038.

摘要

页岩气超深井在射孔过程中套管极易发生变形损坏。为此，以四川盆地龙泉-简阳区块页岩气超深井开采为例，围绕射孔中套管应力变化问题，考虑页岩地层非均匀地应力、射孔爆炸温度场、爆轰压力场的相互影响，依托有限元软件建立页岩气超深井射孔套管应力计算模型，开展射孔套管力学性能试验，探究了工况参数、水泥环参数和射孔参数对套管应力的影响规律。研究结果表明：在固井工艺设计中，应使水泥环弹性模量大于5 GPa，尽量减小水泥环泊松比，同时增加水泥环厚度；在射孔工艺设计中，应控制射孔孔眼直径在10~16 mm之间，选择大密度（24孔/m以上）射孔工艺，选择射孔相位角为120°和180°。研究成果可为现场超深井固井和射孔作业参数的设计优选提供理论依据。

Abstract

Ultra-deep shale gas wells are susceptible to deformation damage of casing during the perforating process. Taking the exploitation of ultra-deep shale gas wells in the Longquan-Jianyang block of the Sichuan Basin as an example， focusing on the change of casing stress during perforation， considering the interaction of non-uniform ground stress， perforation explosion temperature field and detonation pressure field in shale formation， the finite element software was used to build a calculation model of perforated casing stress in ultra-deep shale gas wells and conduct a mechanical performance test to investigate the influence of working condition parameters， cement sheath parameters and perforating parameters on casing stress. The results show that， in the cementing process design， the elastic modulus of cement sheath should be greater than 5 GPa， the Poisson's ratio of cement sheath be minimized， and the thickness of cement sheath be increased. In the perforating process design， the perforation diameter should be controlled between 10 mm and 16 mm， the high density （˃24 perforations per meter） perforating process be selected， and the perforating phase angle be 120° and 180°.The research results provide theoretical basis for the optimization of design parameters of cementing and perforating operations in ultra-deep wells.

关键词

Keywords

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