本刊編輯整理
隨著世界能源開發(fā)從常規(guī)走向深部地層，油氣鉆探面臨超高溫、超高壓、惡性漏失等世界級(jí)勘探難題，鉆井液性能直接關(guān)系到井下安全、井眼質(zhì)量和鉆井周期，先進(jìn)的鉆井液技術(shù)與裝備是保障深層超深層油氣安全高效鉆完井的核心持續(xù)提升鉆井液技術(shù)高溫穩(wěn)定性和深部地層適應(yīng)性既是深層油氣資源高質(zhì)量開發(fā)和提質(zhì)增效的客觀需求也是國家深地戰(zhàn)略和能源安全新戰(zhàn)略的迫切需要。
當(dāng)前國內(nèi)現(xiàn)有鉆井液及評(píng)價(jià)裝置超高溫適應(yīng)性不足、惡性井漏防治技術(shù)科學(xué)性低、鉆井液性能在線監(jiān)測系統(tǒng)自動(dòng)化水平低，制約著深地鉆井工程技術(shù)水平提升，被國外油服巨頭長期壟斷，成本高昂，不能滿足超深層鉆井液超高溫超高壓性能的檢測設(shè)備和在線監(jiān)測裝備需求，不能不滿足提高防漏堵漏技術(shù)科學(xué)化水平和軟件自立自強(qiáng)的需求。
為此，中國石油工程技術(shù)研究院首席專家王建華在第二屆中國深井超深井發(fā)展論壇上介紹了當(dāng)前深井鉆井液的研發(fā)情況。
超高溫鉆井液技術(shù)的創(chuàng)新
歷時(shí)十余年，王專家團(tuán)隊(duì)攻關(guān)形成了集成評(píng)價(jià)方法、新材料、新體系、軟件、裝置一體化的超高溫鉆井液技術(shù)與裝備，具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)，打破了國外技術(shù)壟斷，技術(shù)指標(biāo)國際領(lǐng)先，該技術(shù)已成為我國深層超深層鉆完井主體技術(shù)，為“端牢能源飯碗”提供了關(guān)鍵核心技術(shù)保障，有力支撐了我國首口萬米深井塔科1井順利鉆進(jìn)。
團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新研發(fā)了5套具有可模擬井筒溫壓條件、可定量評(píng)價(jià)的實(shí)驗(yàn)儀器，最高工作溫度達(dá)200~300℃，滿足深井超深井鉆完井液性能測試需求，為抗高溫鉆井液新材料和新體系的研發(fā)奠定了基礎(chǔ)；形成了鉆井液性能在線監(jiān)測技術(shù)，強(qiáng)化了對(duì)超高溫鉆井液作業(yè)指導(dǎo)的時(shí)效性和科學(xué)性。
超高溫鉆井液井壁穩(wěn)定評(píng)價(jià)裝置：創(chuàng)新采用變功率臺(tái)階式加熱配合高精度雙路測溫達(dá)到精準(zhǔn)控溫，利用“水冷耐溫橡膠密封+合金補(bǔ)償密封”的階梯式雙重密封提升儀器穩(wěn)壓和應(yīng)急安全保障能力，引入低轉(zhuǎn)速大扭矩技術(shù)結(jié)合波動(dòng)壓力伺服閉環(huán)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)壓力控制，研制出了最高工作溫度300℃、最高工作壓力40MPa的超高溫鉆井液井壁穩(wěn)定評(píng)價(jià)裝置。
高溫高壓沉降穩(wěn)定性評(píng)價(jià)裝置：研制了國內(nèi)首臺(tái)耐溫300℃、耐壓105MPa的高溫高壓沉降穩(wěn)定儀，可真實(shí)模擬深井超深井極端井下環(huán)境；引入沉降阻力（測量精度0.05N），豐富了沉降穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了高溫高壓沉降穩(wěn)定性評(píng)價(jià)由定性到定量的重要跨越。
鉆井液高溫高壓流變現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)：開創(chuàng)采用電機(jī)直驅(qū)替代大型高溫高壓流變測試儀的機(jī)械式密閉測試杯和磁驅(qū)轉(zhuǎn)動(dòng)模式，配合使用U型蓄能密封圈芯+聚四氟乙烯密封套保證轉(zhuǎn)速切換速率可控；優(yōu)化了新型加熱介質(zhì)自潤滑石墨進(jìn)行干基加熱和使用雙路溫控模式確保升溫速率可控；實(shí)現(xiàn)了在工作介質(zhì)（鉆井液）、高溫（200℃）和高速（1000RPM ）的條件下的壓力穩(wěn)定7MPa。
可變縫寬堵漏實(shí)驗(yàn)裝置：創(chuàng)新縫寬動(dòng)態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)堵漏模塊，研發(fā)了可變縫寬堵漏評(píng)價(jià)裝置。儀器耐溫240℃，耐壓30MPa，縫寬0.1-10mm自動(dòng)調(diào)節(jié)，建立了誘導(dǎo)性裂縫承壓堵漏評(píng)價(jià)方法在寬度動(dòng)態(tài)變化的裂縫中，可定量分析橋接堵漏材料封堵層的形成、破壞、再形成的過程，指導(dǎo)新型堵漏材料研發(fā)。
鉆井液性能在線監(jiān)測系統(tǒng)：基于復(fù)雜多相流與物化耦合等理論，開發(fā)了鉆井液關(guān)鍵性能參數(shù)高精確解釋模型，結(jié)合多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)，研發(fā)了監(jiān)測參數(shù)全、精度高、運(yùn)行穩(wěn)定的鉆井液性能在線監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程傳輸。首次研制了具備過濾、消泡、控溫等功能的前置緩沖裝置，實(shí)現(xiàn)了出口鉆井液性能實(shí)時(shí)測量，強(qiáng)化了對(duì)鉆井液作業(yè)指導(dǎo)的時(shí)效性和科學(xué)性。
創(chuàng)新研發(fā)了10余種抗高溫鉆井液處理劑，構(gòu)建了抗溫240℃、密度2.85 g/cm3的油基鉆井液體系，抗鹽水侵能力達(dá)45%，鉆井液經(jīng)240℃高溫?zé)釢L后，F(xiàn)LHTHP≤10mL，熱滾5天流變與濾失穩(wěn)定；構(gòu)建了抗240℃水基鉆井液，體系可抗鹽≥15%，F(xiàn)LHTHP≤20mL，全面提升了鉆井液抗溫性和對(duì)深部地層的適應(yīng)性。
高溫高密度抗鹽水侵油基鉆井液特色處理劑及體系：自主研發(fā)了高效乳化劑、降濾失劑、有機(jī)土等5種特色處理劑，構(gòu)建了抗溫 240℃、密度達(dá)2.85g/cm3的油基鉆井液體系，抗鹽水侵能力達(dá)45%，鉆井液經(jīng)240℃高溫?zé)釢L后，F(xiàn)LHTHP≤10mL，熱滾5天流變與濾失可控。在塔里木油田、西南油氣田及海外工業(yè)化應(yīng)用77口井，解決了深層超深層鹽水侵惡化鉆井液性能的世界級(jí)難題。
抗高溫水基鉆井液特色處理劑及體系：攻克了新材料制備、材料協(xié)同增效與體系穩(wěn)定性控制等難點(diǎn)技術(shù)，相繼構(gòu)建出抗溫220℃與抗溫240℃水基鉆井液體系，體系抗溫能力實(shí)現(xiàn)跨越式提升，體系可抗鹽≥15%，F(xiàn)LHTHP≤20mL，現(xiàn)場應(yīng)用17口井，井底最高溫度200℃，大幅提升了抗高溫水基鉆井液技術(shù)水平和深井超深井服務(wù)保障能力。
自主研發(fā)了惡性井漏防治關(guān)鍵技術(shù)
發(fā)明了2種特色堵漏材料，開發(fā)了井漏智能預(yù)測及防漏堵漏輔助決策專家系統(tǒng)，井漏預(yù)測準(zhǔn)確率≥90%，漏層寬度診斷準(zhǔn)確率≥85%，有效解決了我國惡性井漏防治重大技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了由“經(jīng)驗(yàn)治漏”到“科學(xué)治漏”的重大跨越。
智能溫壓響應(yīng)型承壓堵漏材料：基于環(huán)境響應(yīng)型智能材料的作用機(jī)理，創(chuàng)新研制了一種“核-殼”結(jié)構(gòu)的溫壓響應(yīng)型堵漏材料，具有“泵送過程為惰性顆粒、進(jìn)入漏層擠壓下可控固化”的特點(diǎn)，承壓能力及抗返吐能力遠(yuǎn)高于常規(guī)橋堵承壓材料，施工風(fēng)險(xiǎn)低，適合50-200℃地層溫度、適用于水基和油基鉆井液，室內(nèi)評(píng)價(jià)3-1mm與4-2mm楔形縫板正/反向承壓≥20MPa。
彈性微球自適應(yīng)隨鉆堵漏材料：采用反相乳液聚合方式，在白油連續(xù)相中合成聚合物彈性微球，抗溫200℃、粒徑分布控制在0.5-10μm、巖心驅(qū)替壓力可達(dá)17MPa以上；與國外同類先進(jìn)材料相比，同等條件下的泥餅滲透率降低50%以上，砂盤封堵能力提高25%以上。
井漏智能預(yù)測與防漏堵漏輔助決策軟件：建立了井漏大數(shù)據(jù)庫，涵蓋地震屬性體、地質(zhì)分層、三壓力剖面、測井、錄井、鉆井、室內(nèi)評(píng)價(jià)測試等多維度數(shù)據(jù)，建立可復(fù)制推廣的井漏特征診斷方法，保障防漏堵漏專家系統(tǒng)各模塊計(jì)算訓(xùn)練需求；深度融合地質(zhì)工程數(shù)據(jù)，訓(xùn)練各類井漏機(jī)器學(xué)習(xí)算法，開發(fā)了防漏堵漏專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)漏層預(yù)測預(yù)警、漏層診斷、防漏堵漏措施推薦等核心功能，支撐防漏堵漏作業(yè)科學(xué)化施工。
技術(shù)成果達(dá)國際先進(jìn)水平。該技術(shù)體系分別組織了兩次高級(jí)別專家鑒定。2023年3月，中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織召開“復(fù)雜地層鉆完井液技術(shù)及工業(yè)化應(yīng)用”成果鑒定會(huì)，由1位院士、4位專家組成的鑒定委員會(huì)認(rèn)為：該成果總體達(dá)到國際先進(jìn)水平，其中高溫高密度油基鉆完井液核心處理劑及體系達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。2023年8月，中國石油和化工自動(dòng)化應(yīng)用協(xié)會(huì)組織召開“惡性井漏防治關(guān)鍵技術(shù)與工程應(yīng)用”成果鑒定會(huì)，鑒定委員會(huì)認(rèn)為：該成果達(dá)到國際領(lǐng)先水平，同意通過鑒定。
使用價(jià)值和應(yīng)用前景
抗超高溫水基鉆井液新材料及體系目前正在我國首口萬米深井“深地塔科1井”應(yīng)用，體系性能穩(wěn)定，現(xiàn)已順利突破萬米，繼續(xù)支撐萬米深井的安全高效鉆探。
井漏預(yù)測專家系統(tǒng)在塔里木大北1201井應(yīng)用，解決了目的層巴什基奇克組漏失層位、漏失強(qiáng)度與裂縫寬度預(yù)測診斷難題，縫寬預(yù)測符合率達(dá)100%；可控交聯(lián)固化堵漏材料在塔里木風(fēng)險(xiǎn)探井博孜9井成功應(yīng)用，攻克了鹽膏層誘導(dǎo)型裂縫惡性井漏難題，為證實(shí)庫車坳陷在近8000米的超深層仍發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層提供了強(qiáng)力支撐；鉆井液在線監(jiān)測系統(tǒng)于博孜1001井、博孜107井、博孜24-3井等6口井成功試驗(yàn)應(yīng)用，累計(jì)穩(wěn)定運(yùn)行超270天，監(jiān)測結(jié)果與手動(dòng)測量符合率≥95%、測量周期≤15min；在線監(jiān)測系統(tǒng)有效提高了鉆井液作業(yè)自動(dòng)化、信息化水平，有助于復(fù)雜事故的及時(shí)、快速處理，大幅提升作業(yè)效率和質(zhì)量，助推了鉆井作業(yè)“少人化”“無人化”發(fā)展。
超高溫鉆井液技術(shù)規(guī)模應(yīng)用。超高溫鉆井液技術(shù)在深層超深層油氣領(lǐng)域累計(jì)應(yīng)用94口井，其中油基鉆井液在塔里木庫車山前機(jī)械鉆速提高65%，鉆井周期縮短37%，復(fù)雜時(shí)率降低56%；水基鉆井液支撐了國內(nèi)首口萬米深井的順利鉆進(jìn)。
惡性井漏防治關(guān)鍵技術(shù)全面推廣。在西南油氣田、塔里木油田、新疆油田、青海油田、冀東油田、吉林油田等推廣應(yīng)用60口井，平均一次堵漏成功率由不足30%提升至近80%，累計(jì)減少水基鉆井液漏失量33萬余方、油基鉆井液漏失量5萬余方、井漏損失時(shí)間6110天，安全風(fēng)險(xiǎn)大幅降低，科技助力鉆井工程提質(zhì)增效。
總之，提高我國深層超深層油氣勘探開發(fā)能力，有效助力推進(jìn)能源重大領(lǐng)域協(xié)同科技創(chuàng)新，提升我國能源技術(shù)裝備水平，持續(xù)加深油氣勘探開發(fā)力度，增強(qiáng)能源供應(yīng)能力，發(fā)揮能源央企“壓艙石”作用，有效發(fā)揮油氣基礎(chǔ)性調(diào)節(jié)性作用，扎實(shí)提升油氣安全保供能力，減緩我國石油天然氣對(duì)外依存度，保障國家能源安全。2012年至今，展品整體技術(shù)與裝備在塔里木、西南、新疆、青海、冀東、吉林、華北、大慶、中原等9個(gè)油氣田的等領(lǐng)域規(guī)?；瘧?yīng)用154口井，打破國外壟斷，填補(bǔ)國內(nèi)空白，推動(dòng)我國超高溫鉆井液技術(shù)跨越式進(jìn)步；助力塔里木博孜-大北建成10億噸油氣田，為西氣東輸累計(jì)供氣量突破3000億方，已成為上述油氣田不可或缺的重要技術(shù)。
微信公眾號(hào)
微信視頻號(hào)
京公網(wǎng)安備11010502053156號(hào)