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页岩气由于其资源量极其丰富,开发潜力巨大,已经成为全球非常规天然气开发的新亮点,由于页岩气储层超低渗致密性,采用水平井钻采方式并通过压裂进行开采已经得到了国内外的共识。而在水平井压裂施工的过程中,为了保证形成良好的缝网成功改造页岩储层,压裂段之间不发生相互窜流从而提高压裂施工的整体效果,我们必须从水平井水泥环的力学完整性出发,进而对压裂段固井界面进行研究,并设计提高固井质量的扶正器工具,从而保证水泥环的力学完整性,预防页岩气水平井在大规模分段压裂时发生窜槽,最终提高页岩气水平井的分段压裂效果。通过研究页岩气水平井分段压裂的压裂环境,建立页岩气水平井分段压裂过程中接近井下实际情况的压裂段套管-水泥环-岩石的力学模型,运用弹塑性力学理论求解高内压下同心水泥环理论解,并通过共轭函数定义双曲坐标轴建立偏心水泥环力学模型并进行求解；对水泥环的损坏机理进行研究分析给出页岩气水平井偏心情况下满足施工条件的水泥环力学性能参数；应用弹性力学,断裂力学相关理论建立了页岩气水平井压裂段固井界面应力扩展模型,分析了在高内压压裂的情况水泥环第二胶结面失效长度,及其影响固井界面失效长度的因素,并针对固井界面影响因素,提出了保障水泥环力学完整性的施工措施和为了防止压裂液窜槽所必须满足的射孔间距,最后设计了提高水泥环居中程度的自适应套管变径扶正器,并对扶正器的关键部件进行有限元力学模拟分析,确保其现场施工的适用性。本论文系统的研究了页岩气水平井水泥环的力学完整性,提出了-整套适用于页岩气水平井高内压压裂过程中水泥环完整性的研究方法,给出了满足70MPa压裂环境下水泥环的力学性能参数,为了防止压裂过程中的窜槽保证分段压裂效果,对施工参数,射孔间距等进行了优化,最后设计了自适应套管变径扶正器保证套管居中度,对保证页岩气水平井大规模压裂情况下水泥环的力学完整性有着重要的意义。