【本站訊】近期，我院王成文教授研究團隊在適用於天然氣水合物（NGHs）地層固井水泥水化動力學模型及新型低熱早強防竄水泥漿方麵實現了重大科研突破。成果論文“A cement hydration kinetics model and its application in designing cement formulation for natural gas hydrate well”發表於國際頂級學術期刊《Cement and Concrete Research》。論文第一作者為學院博士研究生薛毓铖，通訊作者為王成文教授與劉敬平教授。研究成果得到了孫金聲院士與中國石油海洋工程有限公司陳龍橋等現場專家的重要支持和貢獻。本係列研究工作得到了國家自然科學基金重大項目“南海天然氣水合物鑽采機理與調控”的大力支持與資助。
天然氣水合物是由天然氣與水在高壓低溫條件下形成的結晶物質，全球水合物資源總量約是傳統化石能源總量的兩倍，我國海域的水合物資源量約為800億噸油當量。海洋天然氣水合物固井是一個全新的領域，一方麵水合物儲層組分及結構不同於常規油氣儲層，水合物易發生相變分解影響固井膠結性能，且水泥漿水化放熱將進一步加劇水合物分解，對固井施工安全影響大，難以固井；另一方麵，受深水低溫、弱膠結地層、易漏、水合物分解引發氣水竄流等影響，固井質量差，難以固好。對此，研究團隊基於水泥水化動力學，考慮水合物相變、相變材料吸熱等影響，建立了水合物儲層固井水泥環瞬態熱模型以及水泥漿性能預測模型，揭示了不同水泥漿對水合物儲層溫度場、水化溫升峰值以及抗壓強度演化規律（圖1、圖2、圖3），利用團隊自主設計建造的天然氣水合物固井模擬裝置（圖4），實驗驗證了溫度模型預測誤差小於6.5%，解決了海洋深水天然氣水合物固井安全控製難題；依據該模型的預測與分析，探明了水合物固井水泥漿組分與性能之間的相互影響機製，通過研發固-固複合相變吸熱劑、納米晶種早強劑等新材料，構建了一套低溫早強防竄水泥漿體係，為保障海洋深水天然氣水合物固井質量提供了技術支撐。
本研究推動了海洋深水天然氣水合物開采領域的重大進步，不僅專門針對水合物地層極端條件開發出一種創新的低溫早強防竄水泥漿體係，同時通過溫度-強度預測模型極大提高了作業的安全性和效率，提前識別並預防水合物固井施工中潛在的安全風險。這項研究成果影響深遠，意義重大，為國家能源戰略的穩健執行提供了堅實的技術保障，為天然氣水合物資源的安全、高效固井提供強有力的技術支撐，對加快天然氣水合物的開采具有重要意義。
圖1. 水合物儲層固井過程中的溫度變化及分布規律
圖2. 不同時間水泥漿的溫度變化及預測曲線
圖3. 水泥漿水化最高溫度和抗壓強度演化規律
圖4. 天然氣水合物模擬固井實驗設備示意圖
近年來，王成文教授帶領的複雜地層固完井技術研究團隊，一直聚焦於深層、深水、非常規複雜油氣地質條件下固完井技術的研究，在深層超深層、深水、天然氣水合物、煤層氣、CCUS、地熱資源開采等領域取得了係列顯著成果，其中多項技術成果已成功應用於現場。團隊在《Cement and Concrete Research》、《SPE Journal》、《Construction and Building Materials》等國際頂級期刊上發表了多篇高影響力的學術論文，並擁有50餘項相關的國內外發明專利。此外，該團隊致力於創新型學術科研人才和高級工程人才的培養，已成功向西南石油大學、海南大學、中石油工程技術研究院等高校和企業輸送了一大批優秀的博士、碩士畢業生。
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