该标准符合《新材料产业发展指南》先进基础材料-先进建筑材料的要求;符合《国家中长期科学与技术发展规划纲要(2006-2020)》将“复杂地质油气资源勘探开发利用”列为能源重点领域的优先主题;符合《中国制造2025》 9.1.4(1)极端环境下重大工程用水泥基材料的发展要求。该产品为建材路领域水泥行业一种新型特种水泥产品。
油气是我国重要战略资源,十九大报告指出,要构建清洁低碳、安全高效的能源体系。随着我国天然气消费需求的不断攀升,天然气资源对外依存度不断升高,能源安全形势严峻。我国2018年天然气进口量1254亿立方米,同比增长31.7%,对外依存度升至45.3%。加强我国天然气尤其是页岩气的勘探开采,将对缓解我国供需矛盾、保障国家能源资源安全至关重要。
习近平总书记在中央财经领导小组第六次会议上,要求加大常规油气及页岩气等非常规油气资源勘查力度,加大政府和国有资本投入。国务院《加大国内天然气勘探开发力度促进协调稳定发展》要求力争到2020年底前国内天然气产量达到2000亿立方米以上。国务院《能源发展战略行动计划》明确指出大力发展天然气,重点突破页岩气。国土资源部油气战略研究中心提出,为提高油气资源保障能力,降低对外依存度,我国应加强深水深层油气资源勘探开发,力争在2035年前天然气对外依存度控制在50%以下。
我国页岩气开发起步较晚,针对页岩气固井水泥的研究与国外有一定差距。目前国内外的页岩气固井水泥浆体系均是通过掺加特殊的弹性材料和纤维,以适度牺牲抗压强度为代价且水泥石弹性模量且普遍成本较高。因此,需要开展固井水泥基材料矿物组成、水化产物形态与力学性能关系研究,研发适用于页岩气固井工程的专用水泥,以实现降低固井水泥环的脆性同时保留较高强度,降低页岩气水平井固井成本。
由于页岩气固井工程中采用的大型压裂的开采方式,与常规油井固井工程条件有较大区别,因此GB/T 10238《油井水泥》中规定的油井水泥无法决页岩气固井中大型压裂载荷条件下的固井水泥环封隔失效难题。中国建筑材料科学研究总院有限公司在“十三五”国家重点研发计划课题的支持下展开科研攻关,研发了页岩气固井硅酸盐水泥,可有效解决固井封隔可靠性和界面完整性难题,已在国内知名企业进行了工业化生产,并在长宁-威远国家级页岩气开发示范区等固井工程进行了工程应用,有效提升了固井工程质量,特别是在页岩气开发过程中面临的大型压裂载荷下能体现出优异的性能。
我国页岩气固井行业对页岩气固井水泥的年需求量约50万吨,目前国内多家特种水泥生产企业具备生产页岩气固井水泥的能力,但受制于无统一标准规范生产,目前年产量大约30万吨。
因此,急需制定页岩气固井硅酸盐水泥标准来规范相关产品,进一步推动我国相关水泥企业工业化生产提供技术指导,推进页岩气安全高效开发具有重要意义,为全面落实习近平总书记关于大力提升勘探开发力度的重要指示批示精神和全力服务保障国家能源安全提高技术支持,具有重大战略意义