【源见】从高温井筒降到25℃以下：深层页岩气压裂还要防范“热冲击”

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【源见】从高温井筒降到25℃以下：深层页岩气压裂还要防范“热冲击”

2026-07-23 浏览：17

深层页岩气压裂不仅是把裂缝压开。大量低温压裂液进入高温井筒后，井底可在十余分钟内降至25℃以下。快速温降会改变套管、水泥环和环空承受的热载荷，也可能影响压裂液流变和施工安全。7月22日发表的一项新研究提醒：在排量、支撑剂浓度和入口温度三项因素中，入口温度对井筒温度场的影响最强。

90分钟注入，井底降至20—25℃

7月22日，《Processes》发表论文《Analysis of the Wellbore Temperature Field and Influencing Factors During Shale Gas Fracturing Injection》。作者为Zhiwei Xu、Cong Xie、Yanfeng Wang、Weikai Liu、Jianmin Zhao、曹银萍（Yinping Cao）和Qishuo Wang。

作者单位包括陕西延长石油（集团）有限责任公司油气田公司、西安石油大学机械工程学院和西安市井筒完整性评价重点实验室。研究建立了一个瞬态井筒温度模型，把油管内轴向对流、油管—环空—套管—水泥环—地层之间的径向传热，以及地层中的非稳态导热纳入同一计算框架，并用有限元模拟进行验证。在论文设置的基础工况中，入口压裂液温度为20℃、排量为12立方米/分钟、连续注入90分钟。模拟显示，井底温度很快降至20—25℃并进入低温准稳态；停泵后，井筒开始从周围地层吸热，约120分钟后井底温度恢复到40℃左右。

深层页岩气压裂井筒温度场的关键结果｜数据来源：Xu等，Processes，2026年7月22日

真正敏感的变量，是压裂液入口温度

论文比较了排量、支撑剂浓度和入口温度的影响。排量从8提高到16立方米/分钟后，井底降至25℃以下所需时间由约13—14分钟缩短到约8—9分钟，但稳定井底温度只从约23.0℃降到21.3℃。这说明，提高排量主要加快降温过程，对最终低温水平的影响相对有限。

支撑剂浓度从6%提高到15%时，井筒温度变化很小。研究认为，在这一浓度范围内，混合物热物性变化有限，因此它不是温度场的主控因素。入口温度的作用更直接。入口温度分别为5℃、15℃和30℃时，稳定井底温度约为8℃、17℃和31℃。论文给出的敏感性排序是：入口温度大于排量，排量大于支撑剂浓度。对现场而言，这意味着压裂液储存、混配、季节环境和地面管汇造成的温度差异，不应被当作次要条件。

这项研究不能直接变成一套通用施工参数

需要明确的是，论文结论来自数学模型与有限元模拟验证，并不是一组完整的现场实测曲线。基础工况下的20—25℃、恢复到40℃等结果，不能直接套用于所有页岩气井。井深、地温梯度、井身结构、套管和水泥环材料、压裂液体系、注入程序及停泵时间，都会改变实际温度响应。

下一步更有价值的验证，是把模型与分布式光纤测温、井口及井下压力温度数据、套管应变和环空压力监测结合起来。只有形成“模型预测—现场监测—参数修正”的闭环，温度场分析才能真正进入压裂设计和井筒完整性评价。论文讨论的是温度变化本身，并没有证明某一口井已发生套管或水泥环失效。因此，更准确的理解是：快速降温构成需要管理的热载荷，而不是可以由这项研究直接判定的事故原因。

压裂提效，也要把井筒可靠性算进去

深层和超深层页岩气开发持续提高排量、延长泵注时间、增加施工强度。如果只评价段数、砂量和施工时效，而忽略低温压裂液对高温井筒的循环热冲击，就可能低估套管、水泥环、密封件和环空管理面临的长期约束。

更完整的工程设计，应把压裂液入口温度、降温速率、停泵后的温度恢复、材料热力学响应和多段连续施工制度放在一起优化。对装备和材料企业而言，这也提出了更具体的验证需求：产品不仅要承受压力和化学环境，还要在快速、反复的温度变化下保持可靠。

这正是ECF FracX值得讨论的问题：压裂效率不能只看泵注速度，可靠性也不能只在故障发生后评价。如何把井筒温度预测、现场监测、材料评价和施工组织连接起来，并用长期现场结果证明效果，符合ECF2026“韧性·效率·成效”的主线。

ECF2026第十六届亚太非常规能源大会将于2026年10月20—23日在上海举行。大会希望邀请油气田企业、科研院所、压裂服务团队、井筒完整性专家以及装备与材料企业，把经过现场验证的方法、数据和问题带到同一张技术讨论桌上。

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深层页岩气压裂温度管理与施工优化

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资料来源：

来源1：Xu, Z.; Xie, C.; Wang, Y.; Liu, W.; Zhao, J.; Cao, Y.; Wang, Q. Analysis of the Wellbore Temperature Field and Influencing Factors During Shale Gas Fracturing Injection. Processes, 2026, 14(14), 2362；正式发布日期：2026年7月22日；DOI: 10.3390/pr14142362 https://doi.org/10.3390/pr14142362

编辑：ECF 炼石