江汉油田页岩气开采技术服务公司钻井研究所研发新型固井水泥浆体系，并成功运用于涪陵页岩气田多口气井

    连管线、查配液罐、配冲洗液……6月19日，涪陵页岩气田井场上，江汉油田页岩气开采技术服务公司钻井所固井业务负责人刘俊君正带领员工进行生产套管固井工作。

    目前，钻井研究所研发的套管环空带压预防技术，应用于涪陵页岩气田59口井，有效解决了涪陵页岩气田套管环空带压问题，使带压率由立项前的61.6%降至15.6%，不久前，该所主导的《涪陵页岩气套管环空带压成因和预防技术研究》顺利通过集团公司验收，在集团公司科技成果鉴定认定“达到国际先进水平”。

    环空带压问题属世界级难题

    什么是套管环空？为什么会产生环空带压？有何危害？

    面对记者一连串的疑问，页岩气开采技术服务公司专家彭小平答疑：“涪陵气田钻井时至少要下3层套管，每层套管均要固井，水泥返至地面，从井口往下看，层层套管是环环相扣，环与环之间部位称为环空。”

    而气田地层压力大，且浅层气多，如果固井质量不好，地下的气体会窜到井口形成带压现象，称为环空带压。

    钻完井阶段会出现环空带压问题，更严峻的考验还在后面，页岩气井必须经过多段次的储层压裂改造，才能打通页岩气通道。在每一段压裂时，套管需要承受90兆帕甚至更高的压力，压裂时套管受到高压挤压膨胀，压裂后压力释放套管收缩，如此这般，井筒至少要经历十几次的膨胀与收缩，如果固井质量不好或固井水泥环弹韧性欠佳，会引起水泥环产生环隙或破碎，地下气体顺着缝隙窜至井口，安全环保风险极大。

    这些套管环空带压现象，在国内外页岩气田普遍存在。涪陵气田建设一期气井套管环空带压率高达61.6%，在美国、加拿大，这个数值也居高不下。

“这是世界级难题，行业内一直没有人敢立‘军令状’。但是，气田要想安全发展，解决套管环空带压问题势在必行。”彭小平面带严肃地说。

    大胆攻关研发成套固井技术体系

    2016年，钻井研究所接过烫手的“山芋”——潜心攻关环空带压难题。

    科研人员建立了国内首套页岩气井套管环空带压数据库，创建井筒水泥环应力计算模型，系统梳理套管环空带压的主次要因素，对症施药。

    最难的是水泥浆体系中弹韧性材料的研发。“它要让硬邦邦的水泥环像橡胶环一样，有弹性、有韧性，还要有强度和硬度，不易出现裂纹。”研究所主要研发人员屈勇介绍。

    两年多的研究过程中，研究人员经过几百次的实验，研发了新型弹韧性材料，形成了抗高交变载荷水泥浆体系，该体系具有弹韧性好、抗压强度高，且能与套管同步膨胀、收缩，使水泥环不因高频次应力突变而疲劳破碎，保证井筒环空的长期密封完整性。

    研发团队还研发了以一种活性自修复水泥浆体系，这种水泥浆很“聪明”，当水泥环出现微裂缝，上窜的油气会与活性材料发生结晶反应，自动封堵气窜通道，形成“水泥环二次密封”，预防和控制套管环空带压。

    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……8本实验记录本满满当当地记载各类实验数值。最终，钻井研究所不但研究出两种新型水泥浆体系，并且也研发好相应的工艺。

    创新+“落地”=市场

    “我们的钻井研究所这个团队人员平均年龄30多岁，因为年轻，跑市场的时候，总会有人质疑专业性不够。”提起闯市场的酸涩，刘俊君说，“实力会说话，为了竞争一口井的水泥浆技术服务资格，我们把小样报告做得诚意满满，光稠化曲线图就贴满18张纸。”

    去年，经过多方努力，新型固井水泥浆体系首次获批在焦页192-4HF中运用，员工憋足了劲，力争首战胜利。

    实验室环境相对稳定，而现场情况复杂多变、管控环节多，且固井是“一锤子”买卖——水泥浆一旦注入就无法重来。

    为保证施工质量，钻井所精确掌控产品从实验室进入固井施工的24个风险节点，所有活儿研究员都亲力亲为，不假他人之手。在首口井的固井施工中，由于现场条件有限，330桶驱油清洗液，总重6.6吨，刘俊君带领研究员，仅靠一台小泵，花了一天时间完成了前置液的配制。

    意料之中，研究所交出的首张成绩单非常漂亮，该井固井质量为优，其中水平段声幅值低于5%，远低于同类井声幅值15%的优质标准。

    市场局面打开，“邀请单”纷至沓来。

    由于和水泥、添加剂等打交道，每次施工时，员工的睫毛、头发落满灰，嘴唇起皮，红工衣满是汗渍，这“造型”怎么也跟“高大上”的科研人员搭不上边，一线员工称他们是“最接地气”的科研人员，施工完后，大家累得工服都不脱，挨着床边就能睡着。

    “现在有很多企业与我们联系，进行技术咨询和业务洽谈，我们公司的固井液技术服务市场一定会越奔越宽！”彭小平说。