近年来，“超长水平井技术+大型分段水力压裂技术”是非常规油气资源实现商业开发的关键技术。然而，分段水力压裂对固井水泥环带来循环载荷作用，会造成水泥环力学完整性破坏，导致油气上窜、环空带压甚至安全事故和环境污染等问题发生。行业内通常采用弹韧性水泥浆来解决上述难题，目前常用的有机纤维增韧材料因与油井水泥浆密度和组分差异大，存在纤维易团聚和水泥石抗拉性能差的缺点。贵州大学资源与环境工程学院2022级博士研究生郝海洋，通过对油井水泥石受力全过程分析，发现提高纤维“桥连”作用和降低微裂缝尖端脆性可以有效阻碍裂缝发展，从而改善水泥石在循环载荷下的力学完整性，而引入适量工程加量下的短切玄武岩纤维与碳纤维不仅可有效提高油井水泥的抗折强度等力学性能，且一定程度上可改善油井水泥浆的流动性能，该发现为研发油井水泥无机纤维型增韧材料以及产层固井提供了技术支撑。

图1 无机纤维对油井水泥浆流变参数影响

根据流变实验拟合结果，Bingham model、Power-law model和Herschel-Bulkley model三种流变模型中最适合描述掺有纤维的水泥浆流变模型的是Power-law model。通过对流变参数的分析（见图1），碳纤维与玄武岩纤维按1:1复合在加量为0.75wt.%时，可以降低单一纤维的加入对浆料流变性能增稠的影响，不影响油井水泥在固井施工时的可泵注性。无机复合纤维的引入可使油井水泥石的抗拉强度提升56.58%，抗折强度提升87.86%，从而缓解水泥环在水力压裂时的力学破坏。

图2 油井水泥基体中无机纤维增韧机理示意图

与有机纤维相比，本研究采用直径仅7-20微米的无机复合纤维，强化了裂缝尖端纤维的桥连作用，有助于阻断微裂纹扩展，从而有效预防和控制水泥石脆性发展，提升其抗循环载荷能力，保证水泥环在大型水力压裂时的力学完整性。

相关研究成果在线发表于SCI一区Top期刊Construction and Building Materials（IF₂₀₂₂=7.693）。2022级博士研究生郝海洋为第一作者和通讯作者。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.131002。