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高强弹韧性水泥浆的研发及在煤层气井中的应用

侯攀 李新 温丽娟 唐受裕 张梁宏 宿静怡 姚志寅

侯攀,李新,温丽娟,等. 高强弹韧性水泥浆的研发及在煤层气井中的应用[J]. 钻井液与完井液,2026,43(4):542-549 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.04.013
引用本文: 侯攀,李新,温丽娟,等. 高强弹韧性水泥浆的研发及在煤层气井中的应用[J]. 钻井液与完井液,2026,43(4):542-549 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.04.013
Hou Pan, Li Xin, Wen Lijuan, et al.A high-strength elastic-tough cement slurry system and its application in coalbed methane horizontal well cementing[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2026, 43(4):542-549 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.04.013
Citation: Hou Pan, Li Xin, Wen Lijuan, et al.A high-strength elastic-tough cement slurry system and its application in coalbed methane horizontal well cementing[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2026, 43(4):542-549 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.04.013

高强弹韧性水泥浆的研发及在煤层气井中的应用

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.04.013
详细信息
    作者简介:

    侯攀,高级工程师,1982年生,毕业于新疆大学机械设计制造及其自动化专业,现在主要研究方向为钻完井工程。E-mail:52169822@qq.com

  • 中图分类号: TE256

A High-strength Elastic-tough Cement Slurry System and Its Application in Coalbed Methane Horizontal Well Cementing

  • 摘要: 煤层气水平井固井对水泥石的强度和弹韧性要求较高。通过合成一种外刚内弹的核壳结构聚合物微球材料TRF作为弹韧性外加剂,研发了一套高强弹韧性水泥浆体系。研究表明,该水泥浆体系48 h抗折强度提高75%,抗压强度下降8.8%,弹性模量降低38%;抗冲击性能对比其他增韧剂体系表现良好,14 d静载抗压强度、动态强度、吸收能分别提高96.12%、115.16%、355.87%;胶结性能好,I界面的胶结强度提升29.4%,Ⅱ界面强度提升43.1%;防窜性能出色,孔隙压力曲线下降平滑,无回弹,静胶凝曲线过渡时间短,只有5.5 min,缩短了82%。该水泥浆体系在拜城煤层气区块的拜Z15-L1井现场成功应用,水平井段固井质量优异,对比邻井的一二界面胶结质量提升明显。该高强弹韧性水泥浆体系能满足煤层气水平井固井要求。

     

  • 图  1  所合成材料的SEM图

    图  2  水泥浆应力-应变图

    图  3  添加不同增韧剂水泥石的静载抗压强度对比

    图  6  添加不同增韧剂水泥石的冲击过程破坏情况

    图  4  添加不同增韧剂水泥石的动态应力应变对比

    图  5  添加不同增韧剂水泥石的能量吸收对比

    图  7  普通水泥浆的孔隙压力曲线

    注:1 psi=6.895 kPa。

    图  8  弹韧性水泥浆的孔隙压力曲线

    注:1 psi=6.895 kPa。

    图  9  普通水泥浆的静胶凝强度曲线

    图  10  弹韧性水泥浆的静胶凝强度曲线图

    图  11  弹韧性水泥浆的SEM图

    表  1  弹韧性水泥浆的基本性能

    TRF/
    %
    ρ/
    g·cm-3
    流动度/
    cm
    析水/
    mL
    FLAPI/
    mL
    ρ/
    g·cm-3
    稠化时间
    (85 ℃, 56 MPa,
    60 min)/min
    0 1.85 23 0 48 0 210
    5 1.85 22 0 46 0 227
    10 1.86 22 0 32 0 223
    15 1.87 22 0 30 0.01 230
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    表  2  弹韧性水泥石的力学性能

    TRF/
    %
    抗压强度/
    MPa
    抗折强度/
    MPa
    弹性模量/
    GPa
    030.63.69.46
    527.96.35.91
    1021.95.54.71
    1520.23.83.12
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    表  3  添加不同增韧剂的水泥石抗压强度及动态力学性能对比

    序号 增韧剂 T/
    静载抗压
    强度/MPa
    动态强度/
    MPa
    吸收能/
    J
    空白 60 20.60 22.36 14.73
    TRF TRF 60 40.40 48.11 67.15
    对比1 丁腈橡胶粉 60 35.42 29.52 36.48
    对比2 纤维素纤维 60 38.31 41.26 64.17
    对比3 丁苯乳胶 60 32.90 36.36 48.68
    对比4 硅橡胶粉 60 25.00 32.35 41.03
    对比5 聚酯纤维 60 28.80 35.07 43.10
    下载: 导出CSV

    表  4  水泥浆胶结性能评价

    地层 I界面胶结强度
    平均值/MPa
    Ⅱ界面胶结强度
    平均值/MPa
    弹韧性水泥浆砂岩地层 8.30 6.09
    普通水泥浆砂岩地层 5.86 3.47
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2026-02-20
  • 修回日期:  2026-04-01
  • 网络出版日期:  2026-07-16

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