页岩气储量丰富,分布广泛,已经渐入商业开采阶段。但是极低的孔隙度和渗透率使得页岩气藏的开采需要对储层进行压裂改造来提高产量。目前国内页岩气开采多采用套管射孔完井,在储层压裂改造时,极高的压裂压力会对水泥石造成损坏,影响固井质量。为此,本文针对目前关于页岩气水泥石固井没有考虑射孔这一因素的影响,进行压裂条件下页岩气固井水泥石力学性能研究,并在此基础上给出了页岩气固井水泥石性能的优选建议。论文采用有限元方法建立了“套管-水泥环-地层”三维射孔有限元模型,研究射孔模型在生产和压裂条件下水泥石参数、射孔参数、压裂参数和地层参数等对水泥石力学性能的影响。研究结果表明:(1)在生产条件下:水泥环第二界面接触压力比第一界面接触压力高,第二界面为危险界面;射孔水泥环在孔眼处存在较大的应力集中现象,离孔眼越近,应力集中现象越明显,应力集中区域在水泥环上表现为一条沿着孔眼螺旋前进的带状弹簧;当其他条件确定时,水泥环应力与水泥石弹性模量线性正相关、与泊松比关系不明显、与水泥石密度无关、与水泥环厚度正相关;提高水泥环接触压力的有效方法是提高水泥石的弹性模量。(2)在压裂条件下:水泥石第一界面接触压力比第二界面接触压力高,第一界面为危险界面;应力集中区域为一个圆角矩形或者椭圆形,应力集中的峰值可以达到应力正常值的2倍多;当其他条件确定时,水泥环整体应力与水泥石弹性模量呈正对数关系、与水泥石泊松比线性负相关、与压裂压力线性正相关、与地层弹性模量线性负相关、与地层的泊松比线性负相关;当其他条件确定时,应力集中区域水泥石应变极值随弹性模量的增加而减小,水泥环应力极值在水泥石泊松比为0.25时达到最小值,水泥环应变在水泥石泊松比为0.2时达到最小值;压裂条件下水泥环一般发生拉伸破坏,破坏从孔眼的两端开始。