陈立超 王生维 张典坤

1.内蒙古工业大学矿业学院 2.煤与煤层气共采国家重点实验室•晋煤集团 3.中国地质大学（武汉）资源学院

0 引言

随着煤层气资源勘探开发深度不断拓展，煤层气井筒及完井材料的服役环境愈发苛刻，井筒完井套管及固井水泥材料等在深部复杂地下流体及温压环境条件下性能快速劣化，对煤层气井服役寿命及井筒环空结构耐久性提出了很大考验。沁水盆地南部晋城矿区浅部废弃煤层气井井筒解剖现象证实[1-2]，目前煤层气井固井所采用的常规固井水泥存在脆性显著以及抗裂、抗射孔冲击能力方面的致命缺陷，导致井筒环空封隔失效极大地制约了气藏压降漏斗的传递和井控范围的外延。因此迫切需要实现煤层气井固井水泥材料增韧及抗冲击性能的提升。尤其需要指出的是，深部煤层气开发中固井水泥材料由于长期处于地层水浸泡复杂服役环境，地层水对固井力学性能的影响不可避免，因此摸清固井水泥材料在复杂流体浸泡下其断裂力学性能损伤特征对于科学预测深部煤层气井固井水泥环封隔能力劣化规律、实现深部复杂流体条件下气井固井水泥材料优化设计具有实际意义。

长期以来，固井水泥力学表征一直是油气井钻完井领域的热点问题。国内外学者围绕油气井固井水泥环受力与失效方式分析[3-4]、固井水泥环完整性评价理论与方法构建[5-7]、射孔压裂环节固井水泥环损伤特征分析[8-9]、固井水泥石物理性质与力学性能评价试验研究[10-12]、油气井完井界面结合强度评价及提升工艺研究[13]以及固井水泥材料防腐蚀性能提升[14]等方面集中开展了较为丰富的研究。……