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Q弹有韧性,高压下能反复膨胀70次以上 鄂版弹性水泥迈入国际先进

时间:2021/11/01  点击量:

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水泥一般是坚硬无韧性的,而现在,在鄂央企中石化江汉石油工程公司研发出了带弹性的水泥。这种“弹性水泥”,将在页岩气的开采上大显身手。

页岩气井在钻井时,要在地层底下放置至少3层套管,从井口往下看,套管就像环一样,层层包围着井口,而在环与环、环与地层之间的部位被称为环空。套管环空中,就需要灌注水泥,从而稳固套管,防止井下流体流窜。但常规水泥用于稳固套管时,存在很多弊端。

页岩气井须经过多段次的储层压裂改造,才能顺利建立上气通道。而每压一段,环空部分的水泥环都要在至少90兆帕压力的作用下膨胀和收缩一次,就像人的肺一样。国内的页岩气井普遍在5000米左右,水泥环要经历数十次的膨胀与收缩。这个过程中,一旦水泥环疲劳破碎,地下气体就有可能通过环空窜到井口,出现环控带压问题。

中石化江汉石油工程公司钻井工艺技术研究所所长刘俊君说,一旦出现这类问题,从缝隙窜至井口的高压地下气体就会影响井口操作施工,严重的还可能窜出地面,造成极大的安全环保问题。

环空带压在国内外油气井中很常见。2016年,为了攻克这项世界级难题,中石化江汉石油工程公司的科研人员们开始研究如何让水泥环足够坚固,同时还能像橡胶一样Q弹有韧性。

流变性能实验、沉降稳定性实验、温度扩散、密度扩散的稠化实验、抗污染实验……经过两年多的潜心研究,8本实验记录本满满当当地记载各类实验数值。

在历经过数几百次实验后,2019年,科研人员终于成功研发出了抗高交变载荷水泥浆体系,它由水泥、水、Deform弹韧剂等三个主要成分和8种外加剂共同组成,弹韧性好、抗压强度高,能与套管同步膨胀、收缩,使水泥环不因高频次应力突变而疲劳破碎,保证了井筒环空长期的密封完整性。经过实际试用,某油气井的环空带压率由61.6%降至15.6%,达到国际先进水平。

当前国内页岩气勘探开发逐步向深井、超深井和超长水平井迈进,水泥环的抗膨胀和收缩能力还要提高。“前一代产品用的是有机纤维弹韧剂,它使水泥浆像‘石棉瓦’,即使表面压裂,内部的有机纤维还能保持其完整性。”刘俊君说。现在要进一步提高水泥的抗交变载荷能力,就需要研发无机非金属纤维。

2019年开始,项目研发人员开始着手广泛调研国内外油气行业的纤维增韧技术。经过两百多个日夜的不断探索,他们终于研发出以改性短切玄武岩纤维等多种无机纤维为主、增塑颗粒为辅的新型无机非金属弹塑剂??Superflex。室内实验结果显示,该试剂可支撑水泥环抗交变载荷次数超70次以上。

“在实际生产加工过程中,还可以根据现场技术需要,调整组分间比例,因井施策。”研发人员郝海洋说。新产品不仅极大提升了水泥环的抗压能力,还可有效解决6000米以上深井、超深井和大于4000米的超长水平井的环空带压难题。

(湖北日报全媒记者 彭一苇 通讯员 廖若君 李澎)

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