鄂版“彈性水泥”將在頁巖氣開采上大顯身手 提升水泥環抗壓能力

水泥一般是堅硬無韌性的，而現在，在鄂央企中石化江漢石油工程公司研發出了帶彈性的水泥。這種“彈性水泥”，將在頁巖氣的開采上大顯身手。

頁巖氣井在鉆井時，要在地層底下放置至少3層套管，從井口往下看，套管就像環一樣，層層包圍著井口，而在環與環、環與地層之間的部位被稱為環空。套管環空中，就需要灌注水泥，從而穩固套管，防止井下流體流竄。但常規水泥用于穩固套管時，存在很多弊端。

頁巖氣井須經過多段次的儲層壓裂改造，才能順利建立上氣通道。而每壓一段，環空部分的水泥環都要在至少90兆帕壓力的作用下膨脹和收縮一次，就像人的肺一樣。國內的頁巖氣井普遍在5000米左右，水泥環要經歷數十次的膨脹與收縮。這個過程中，一旦水泥環疲勞破碎，地下氣體就有可能通過環空竄到井口，出現環控帶壓問題。

中石化江漢石油工程公司鉆井工藝技術研究所所長劉俊君說，一旦出現這類問題，從縫隙竄至井口的高壓地下氣體就會影響井口操作施工，嚴重的還可能竄出地面，造成極大的安全環保問題。

環空帶壓在國內外油氣井中很常見。2016年，為了攻克這項世界級難題，中石化江漢石油工程公司的科研人員們開始研究如何讓水泥環足夠堅固，同時還能像橡膠一樣Q彈有韌性。

流變性能實驗、沉降穩定性實驗、溫度擴散、密度擴散的稠化實驗、抗污染實驗……經過兩年多的潛心研究，8本實驗記錄本滿滿當當地記載各類實驗數值。

在歷經過數幾百次實驗后，2019年，科研人員終于成功研發出了抗高交變載荷水泥漿體系，它由水泥、水、Deform彈韌劑等三個主要成分和8種外加劑共同組成，彈韌性好、抗壓強度高，能與套管同步膨脹、收縮，使水泥環不因高頻次應力突變而疲勞破碎，保證了井筒環空長期的密封完整性。經過實際試用，某油氣井的環空帶壓率由61.6%降至15.6%，達到國際先進水平。

當前國內頁巖氣勘探開發逐步向深井、超深井和超長水平井邁進，水泥環的抗膨脹和收縮能力還要提高。“前一代產品用的是有機纖維彈韌劑，它使水泥漿像‘石棉瓦’，即使表面壓裂，內部的有機纖維還能保持其完整性。”劉俊君說。現在要進一步提高水泥的抗交變載荷能力，就需要研發無機非金屬纖維。

2019年開始，項目研發人員開始著手廣泛調研國內外油氣行業的纖維增韌技術。經過兩百多個日夜的不斷探索，他們終于研發出以改性短切玄武巖纖維等多種無機纖維為主、增塑顆粒為輔的新型無機非金屬彈塑劑——Superflex。室內實驗結果顯示，該試劑可支撐水泥環抗交變載荷次數超70次以上。

“在實際生產加工過程中，還可以根據現場技術需要，調整組分間比例，因井施策。”研發人員郝海洋說。新產品不僅極大提升了水泥環的抗壓能力，還可有效解決6000米以上深井、超深井和大于4000米的超長水平井的環空帶壓難題。

(湖北日報全媒記者 彭一葦 通訊員 廖若君 李澎)