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页岩气开采通常采用水平井固井桥塞分段压裂方式,压裂过程中水泥环的完整性容易破坏,进而影响水泥环的分段封固性。为避免压裂液从正压段向已压段串通,需提高管串居中度来保护水泥环不被损坏及提高注水泥顶替效率,常规的方法是1根套管安装1个扶正器来提高管串居中度,如2000m的水平段会使用超过200个的套管扶正器,管串上过多的扶正器导致了下套管困难,且由于扶正器结构缺陷管串居中度也不会高于70%,因此常规的页岩气水平井固井管串存在居中度与下套管安全性此消彼长的矛盾,以及桥塞分段压裂时水泥环封固性不好的问题。本文是“中石油创新基金项目”(编号：2013D-5006-0212)的部分研究内容。分析了居中度对顶替效率的影响,得出了能有效提高顶替效率的居中度；对页岩气水平井桥塞分段压裂工况下,对套管居中度和套管、井眼尺寸对水泥环破坏的影响规律进行了数值分析,分析出了能够有效保护水泥环不被破坏的居中度及套管、井眼配合尺寸；根据顶替效率、水泥环受力情况的分析结果优化了桥塞分段压裂固井管串的新型结构；同时设计出了能够满足新型管串结构要求的新型套管扶正器；最后根据新型管串及新型套管扶正器的结构特点设计了新型管串结构的施工工艺。研究结果表明：页岩气水平井套管固井中居中度越高水泥环则不容易被破坏,在61/2in井眼中下41/2in套管尺寸配合的水泥环受力情况最佳；窄间隙顶替效率对注水泥顶替效率起着决定性的作用,当居中度超过90%时居中度对窄间隙顶替效率的影响较小,在61/2in井眼中下41/2in套管的尺寸配合是小井眼中窄间隙顶替效率最高的情况；用新型固井管串力学模型建立了居中度分布的计算方法,新型管串结构能够减少至少50%的套管扶正器使用量,能有效减小下套管风险；设计出了新型套管扶正器,该扶正器外径与套管接箍直径相当,新型套管扶正器居中度可达100%,能够有效增加套管下入的安全性及居中度。优化设计的页岩气水平井固井管串,可以同时解决下套管困难及居中度不高的问题,选择性提高窄间隙的顶替效率,有效解决由于页岩气水平井固井管串结构不好引起的分段压裂窜槽问题。根据优化设计的固井管串申请了一项国家发明专利(专利申请号：201210334796.5),并开发出了针对新型管串的居中度分析软件；设计出的新型套管扶正器可满足新型页岩气水平井固井管串的要求,申请并授权了两项专利(专利号：201320021932.5、2012204694039.5)。优化设计出的页岩气水平井固井管串能为页岩气水平井固井提供一个新的选择。