水热合成型固井材料体系及其高温固化机理研究

深层油气资源勘探开发已成为我国油气发展的一个重要领域，固井将面临着突出的高温问题。水热合成型固井材料能够充分利用深层油气井的高温高压环境，水热合成高温力学性能稳定、耐腐蚀能力强的无机胶凝固化产物，实现对油气井的固井封隔目的，是一种极具应用潜力的高温固井材料体系。采用水热合成型固井材料进行高温固井既可保证高温固井质量，又可以降低高温固井成本和减少CO2排放量。本项研究拟在模拟深层油气井高温高压条件下，探索金属氧化物体系的水热反应规律、固化产物结构特征、高温固井工程性能和与固井外加剂的相容性，建立水热合成型高温固井材料体系的设计方法，揭示水热合成型固井材料体系的高温固化机理，阐明水热合成型固井材料体系的高温固化特性和与固井外加剂的作用机制，为高温固井提供新理论和方法，推动高温固井理论与技术的发展，促进深层油气资源开采。

针对深层油气资源勘探开发面临的高温、超高温固井难题，而目前油井水泥、油井水泥加硅砂体系在高温条件下强度衰退、渗透率急剧增大以及开裂现象，致使地层封隔失效，严重影响油气井生产和安全的现状，本项目率先提出了水热合成固井新方法研究，将深井、超深井固井所面临的高温高压不利条件转化为有利于水热合成反应的环境，创新性地利用硅、钙等金属氧化物与水混合体系在深井、超深井的高温高压条件下发生水热合成反应，生成具有优秀高温力学性能稳定的固化物，解决深井、超深井面临的高温、超高温固井世界难题。通过系统地测试、分析不同金属氧化物与水在高温高压条件下的水热反应特征及固化产物理化指标，揭示了高温水热合成反应规律、固化机理以及与固井外加剂配伍性，形成了一套水热合成型固井材料设计方法，开发出适合100-250℃高温固井的水热合成型固井工作液。该水热合成型固井工作液具有高温力学性能稳定，高温稠化时间的调节对缓凝剂需求量小，成本低，并且可降低CO2排放量，减小环境污染。随着我国加快深层油气资源开采，水热合成型高温固井材料体系有着十分广阔的应用前景。