國產(chǎn)鉆井“血液”挑戰(zhàn)萬米深層

今年3月，我國首口萬米深地科探井“深地塔科1井”正式突破萬米大關(guān)，這標志著我國在深地領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大突破。在此過程中，中國工程院院士、中國石油大學(xué)（華東）孫金聲教授團隊研發(fā)的適應(yīng)超高溫、超高壓地層的國產(chǎn)鉆井液體系，成為攻克萬米深層鉆井難題的關(guān)鍵利器。

鉆井液俗稱泥漿，被喻為鉆井工程的“血液”，具有攜帶鉆屑、冷卻鉆頭、保持井壁穩(wěn)定、控制地層壓力以及保護油氣層等關(guān)鍵功能，其性能和技術(shù)水平直接影響著鉆井工程的效率、安全以及成本。

30多年來，孫金聲領(lǐng)銜的科研團隊，致力于國產(chǎn)鉆井液與儲層保護技術(shù)研究，首次提出水基鉆井液化學(xué)成膜理論，發(fā)明了化學(xué)成膜水基鉆井液和抗高溫化學(xué)成膜劑、高溫穩(wěn)定劑及潤滑劑等關(guān)鍵材料，實現(xiàn)鉆井液核心材料的自主可控，打破了抗高溫鉆井液核心材料國外壟斷的局面，成為我國水基鉆井液成膜理論的主要創(chuàng)立者和抗超高溫鉆井液技術(shù)的主要開拓者之一。

我國深層超深層蘊藏39%的剩余石油資源和57%的剩余天然氣資源，是我國油氣重大戰(zhàn)略接替領(lǐng)域，也是未來油氣發(fā)展的必由之路。2023年5月30日，我國首口萬米科學(xué)探索井——中國石油塔里木油田“深地塔科1井”在號稱“死亡之海”的新疆塔克拉瑪干沙漠腹地開鉆，設(shè)計鉆探深度達11100米，鉆井周期為457天。

上天難，入地更難，深地塔科1井的鉆頭自上而下要穿透13個地層，需要攻克超高溫、超高壓、地層不穩(wěn)定等幾十道難題，包括7項世界第一的難度指標。鉆至萬米后，地層溫度超過200℃，地層壓力超過130兆帕。每深入地下一米，鉆探難度都會成倍增加，相應(yīng)的對鉆井液的要求也在成倍增加。

任務(wù)難不難？難！任務(wù)接不接？接！由孫金聲領(lǐng)銜的萬米深井超高溫水基鉆井液團隊義不容辭地接下了國產(chǎn)鉆井液挑戰(zhàn)萬米深層的重任。

在孫金聲帶領(lǐng)下，中國石油大學(xué)（華東）聯(lián)合中國石油工程技術(shù)研究院，迅速成立了56人的多學(xué)科融合校企聯(lián)合研發(fā)團隊，依托深層油氣全國重點實驗室、油氣鉆完井技術(shù)國家工程研究中心、中國-沙特石油能源“一帶一路”聯(lián)合實驗室、“超深特深層油氣鉆采流動調(diào)控”國家自然科學(xué)基金基礎(chǔ)科學(xué)中心等國家級科研平臺，深入開展鉆井液抗超高溫高鹽機理研究、材料研發(fā)和體系構(gòu)建。

面對前所未有的壓力和挑戰(zhàn)，團隊中沒有一個人打過退堂鼓。團隊通力配合，實行多線作戰(zhàn)，成員輪班值守，最大限度提升研發(fā)效率，加快研發(fā)進度。

面對高溫超高溫條件下鉆井液材料易發(fā)生降解、交聯(lián)或構(gòu)象轉(zhuǎn)變，從而導(dǎo)致鉆井液性能惡化甚至失效的挑戰(zhàn)，孫金聲團隊深入研究鉆井液抗超高溫機理，歷時六個多月自主研發(fā)，開展了8000余組實驗，實時跟蹤現(xiàn)場進展，成功構(gòu)建了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的抗溫達220℃的萬米深地鉆井液技術(shù)體系，攻克了鉆井液抗高溫能力不夠、流變性參數(shù)變化大、各項性能指標難以兼顧等瓶頸，解決了鉆井液高溫易失效的“卡脖子”技術(shù)難題，成功牽住了解決超深特深層油氣安全高效鉆井問題的“牛鼻子”。

“在孫院士的指導(dǎo)及關(guān)懷下，整個團隊猶如一臺高速運轉(zhuǎn)的發(fā)動機，竭盡全力攻關(guān)抗超高溫鉆井液新材料?！睂O金聲團隊的王金堂副教授這樣說?！霸谌f米深井開鉆前的幾個月，參與研發(fā)的成員主動犧牲休息時間，經(jīng)常為了及時完成實驗而廢寢忘食。當時支撐我們的唯一信念，就是將團隊研發(fā)的產(chǎn)品成功應(yīng)用于萬米深井的鉆探，決不能讓萬米深井折在我們這一棒。”

孫金聲團隊研發(fā)的鉆井液在萬米深井下穿行，與巖層對話，探索未知的華章，宛如一位“守護者”，成為萬米深井名副其實的“血液”，同時萬米深井也為鉆井液技術(shù)打開了嶄新的局面。

經(jīng)過現(xiàn)場的驗證，團隊所研發(fā)的鉆井液適配性良好，體系抗溫強，流變與濾失可控，潤滑優(yōu)良，整體性能穩(wěn)定。

中國石油塔里木油田勘探事業(yè)部井筒技術(shù)部劉鋒報表示，“孫院士團隊經(jīng)過不懈努力，不僅形成了抗220℃超高溫的水基鉆井液體系，同時配套了長裸眼井筒強化、井下高強度堵漏以及抗酸性氣體污染等技術(shù)，為深地塔科1井打成、打快、打好提供了最堅實的保障，同時也為我國深地油氣資源的勘探開發(fā)、‘卡脖子’技術(shù)的解卡提供了智慧和方案。”

孫金聲表示，將繼續(xù)帶領(lǐng)“鉆完井工作液”研究團隊，以端牢能源飯碗為己任，聚焦我國油氣開發(fā)的重大基礎(chǔ)科學(xué)問題和“卡脖子”難題，更加注重科研成果產(chǎn)出、科技成果轉(zhuǎn)化、后備科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)，為實現(xiàn)科技自立自強、保障國家能源安全注入科技力量。（中國教育報-中國教育新聞網(wǎng)記者 孫軍 通訊員 王大勇 黃賢斌）