倪修成，程小伟，黎俊吾，王 晶，高显束1,， 张高寅，张春梅，刘开强

(1.西南石油大学新能源与材料学院，成都 610500；2.西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都 610500；3.四川页岩气勘探开发有限责任公司，成都 610000；4.中国建筑材料科学研究总院有限公司，北京 100024)

0 引 言

页岩气作为一种非常规天然气[1-3]，具有可采储量巨大、开采寿命和生产周期长的特点，在诸多领域应用广泛，其经济价值巨大，资源前景广阔[4-5]。在1821年以前页岩气已在美国被发现并使用。我国页岩气研究起步较晚，直到2008年才将其作为国家的大政方针[6]。目前我国页岩气探明可开采储量达4 560亿m3以上[7]，已经形成的规模化开发有长宁-威远国家页岩气示范区等[8]。

图1为页岩气水平井开采示意图。当前页岩气的开采主要采用水平井钻完井技术[9-11]，后期完井则主要通过大型水力压裂[12-13]、分级压裂[14-15]以及重复压裂[16]等手段。但是目前页岩气固井用G级油井水泥普遍韧性较差，压裂时液体冲击力与高内压以及交变压力会对固井水泥环产生较为严重的冲击损伤破坏[17-18]，从而严重影响封固质量与固井安全[19]。当前主要采用的方法是向固井水泥浆中外掺增韧材料[20-21]，如纳米材料[22-23]、晶须[24]、纤维[25-26]以及相应的聚合物[27]等，但由于其所呈现出的水化活性较低、成分复杂、配伍性较差以及成本较高[28]等缺点而在实际应用时受到很大限制。

图1 页岩气水平井开采示意图Fig.1 Schematic diagram of shale gashorizontal well production

G级油井水泥的四种基本物相[29]包括硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)、铝酸三钙(C3A)、铁铝酸四钙(C4AF)，已有研究通过采用不同的分析表征方法对其单矿物的水化过程及水化产物进行了较为清楚的研究[30-32]。……