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頁(yè)巖氣井在鉆井時(shí)，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(huán)一樣，層層包圍著井口，而在環(huán)與環(huán)、環(huán)與地層之間的部位被稱為環(huán)空。套管環(huán)空中，就需要灌注水泥，從而穩(wěn)固套管，防止井下流體流竄。但常規(guī)水泥用于穩(wěn)固套管時(shí)，存在很多弊端。

頁(yè)巖氣井須經(jīng)過(guò)多段次的儲(chǔ)層壓裂改造，才能順利建立上氣通道。而每壓一段，環(huán)空部分的水泥環(huán)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(guó)內(nèi)的頁(yè)巖氣井普遍在5000米左右，水泥環(huán)要經(jīng)歷數(shù)十次的膨脹與收縮。這個(gè)過(guò)程中，一旦水泥環(huán)疲勞破碎，地下氣體就有可能通過(guò)環(huán)空竄到井口，出現(xiàn)環(huán)控帶壓?jiǎn)栴}。

中石化江漢石油工程公司鉆井工藝技術(shù)研究所所長(zhǎng)劉俊君說(shuō)，一旦出現(xiàn)這類問(wèn)題，從縫隙竄至井口的高壓地下氣體就會(huì)影響井口操作施工，嚴(yán)重的還可能竄出地面，造成極大的安全環(huán)保問(wèn)題。

環(huán)空帶壓在國(guó)內(nèi)外油氣井中很常見。2016年，為了攻克這項(xiàng)世界級(jí)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(huán)足夠堅(jiān)固，同時(shí)還能像橡膠一樣Q彈有韌性。

流變性能實(shí)驗(yàn)、沉降穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)、溫度擴(kuò)散、密度擴(kuò)散的稠化實(shí)驗(yàn)、抗污染實(shí)驗(yàn)……經(jīng)過(guò)兩年多的潛心研究，8本實(shí)驗(yàn)記錄本滿滿當(dāng)當(dāng)?shù)赜涊d各類實(shí)驗(yàn)數(shù)值。

在歷經(jīng)過(guò)數(shù)幾百次實(shí)驗(yàn)后，2019年，科研人員終于成功研發(fā)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(gè)主要成分和8種外加劑共同組成，彈韌性好、抗壓強(qiáng)度高，能與套管同步膨脹、收縮，使水泥環(huán)不因高頻次應(yīng)力突變而疲勞破碎，保證了井筒環(huán)空長(zhǎng)期的密封完整性。經(jīng)過(guò)實(shí)際試用，某油氣井的環(huán)空帶壓率由61.6%降至15.6%，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣勘探開發(fā)逐步向深井、超深井和超長(zhǎng)水平井邁進(jìn)，水泥環(huán)的抗膨脹和收縮能力還要提高。“前一代產(chǎn)品用的是有機(jī)纖維彈韌劑，它使水泥漿像‘石棉瓦’，即使表面壓裂，內(nèi)部的有機(jī)纖維還能保持其完整性。”劉俊君說(shuō)?，F(xiàn)在要進(jìn)一步提高水泥的抗交變載荷能力，就需要研發(fā)無(wú)機(jī)非金屬纖維。

2019年開始，項(xiàng)目研發(fā)人員開始著手廣泛調(diào)研國(guó)內(nèi)外油氣行業(yè)的纖維增韌技術(shù)。經(jīng)過(guò)兩百多個(gè)日夜的不斷探索，他們終于研發(fā)出以改性短切玄武巖纖維等多種無(wú)機(jī)纖維為主、增塑顆粒為輔的新型無(wú)機(jī)非金屬?gòu)椝軇?mdash;—Superflex。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該試劑可支撐水泥環(huán)抗交變載荷次數(shù)超70次以上。

“在實(shí)際生產(chǎn)加工過(guò)程中，還可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)需要，調(diào)整組分間比例，因井施策。”研發(fā)人員郝海洋說(shuō)。新產(chǎn)品不僅極大提升了水泥環(huán)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(zhǎng)水平井的環(huán)空帶壓難題。

(湖北日?qǐng)?bào)全媒記者 彭一葦 通訊員 廖若君 李澎)