【本站讯】近期，我院王成文教授研究团队在适用于天然气水合物（NGHs）地层固井水泥水化动力学模型及新型低热早强防窜水泥浆方面实现了重大科研突破。成果论文“A cement hydration kinetics model and its application in designing cement formulation for natural gas hydrate well”发表于国际顶级学术期刊《Cement and Concrete Research》。论文第一作者为学院博士研究生薛毓铖，通讯作者为王成文教授与刘敬平教授。研究成果得到了孙金声院士与中国石油海洋工程有限公司陈龙桥等现场专家的重要支持和贡献。本系列研究工作得到了国家自然科学基金重大项目“南海天然气水合物钻采机理与调控”的大力支持与资助。
天然气水合物是由天然气与水在高压低温条件下形成的结晶物质，全球水合物资源总量约是传统化石能源总量的两倍，我国海域的水合物资源量约为800亿吨油当量。海洋天然气水合物固井是一个全新的领域，一方面水合物储层组分及结构不同于常规油气储层，水合物易发生相变分解影响固井胶结性能，且水泥浆水化放热将进一步加剧水合物分解，对固井施工安全影响大，难以固井；另一方面，受深水低温、弱胶结地层、易漏、水合物分解引发气水窜流等影响，固井质量差，难以固好。对此，研究团队基于水泥水化动力学，考虑水合物相变、相变材料吸热等影响，建立了水合物储层固井水泥环瞬态热模型以及水泥浆性能预测模型，揭示了不同水泥浆对水合物储层温度场、水化温升峰值以及抗压强度演化规律（图1、图2、图3），利用团队自主设计建造的天然气水合物固井模拟装置（图4），实验验证了温度模型预测误差小于6.5%，解决了海洋深水天然气水合物固井安全控制难题；依据该模型的预测与分析，探明了水合物固井水泥浆组分与性能之间的相互影响机制，通过研发固-固复合相变吸热剂、纳米晶种早强剂等新材料，构建了一套低温早强防窜水泥浆体系，为保障海洋深水天然气水合物固井质量提供了技术支撑。
本研究推动了海洋深水天然气水合物开采领域的重大进步，不仅专门针对水合物地层极端条件开发出一种创新的低温早强防窜水泥浆体系，同时通过温度-强度预测模型极大提高了作业的安全性和效率，提前识别并预防水合物固井施工中潜在的安全风险。这项研究成果影响深远，意义重大，为国家能源战略的稳健执行提供了坚实的技术保障，为天然气水合物资源的安全、高效固井提供强有力的技术支撑，对加快天然气水合物的开采具有重要意义。
图1. 水合物储层固井过程中的温度变化及分布规律
图2. 不同时间水泥浆的温度变化及预测曲线
图3. 水泥浆水化最高温度和抗压强度演化规律
图4. 天然气水合物模拟固井实验设备示意图
近年来，王成文教授带领的复杂地层固完井技术研究团队，一直聚焦于深层、深水、非常规复杂油气地质条件下固完井技术的研究，在深层超深层、深水、天然气水合物、煤层气、CCUS、地热资源开采等领域取得了系列显著成果，其中多项技术成果已成功应用于现场。团队在《Cement and Concrete Research》、《SPE Journal》、《Construction and Building Materials》等国际顶级期刊上发表了多篇高影响力的学术论文，并拥有50余项相关的国内外发明专利。此外，该团队致力于创新型学术科研人才和高级工程人才的培养，已成功向西南石油大学、海南大学、中石油工程技术研究院等高校和企业输送了一大批优秀的博士、硕士毕业生。
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