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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。
當前國內(nèi)現(xiàn)有鉆井液及評價裝置超高溫適應(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
歷時十余年，王專家團隊攻關(guān)形成了集成評價方法、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，具有獨立知識產(chǎn)權(quán)，打破了國外技術(shù)壟斷，技術(shù)指標國際領(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。
團隊創(chuàng)新研發(fā)了5套具有可模擬井筒溫壓條件、可定量評價的實驗儀器，最高工作溫度達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)，強化了對超高溫鉆井液作業(yè)指導(dǎo)的時效性和科學(xué)性。
超高溫鉆井液井壁穩(wěn)定評價裝置：創(chuàng)新采用變功率臺階式加熱配合高精度雙路測溫達到精準控溫，利用“水冷耐溫橡膠密封+合金補償密封”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)合波動壓力伺服閉環(huán)實現(xiàn)全自動壓力控制，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)定評價裝置。
高溫高壓沉降穩(wěn)定性評價裝置：研制了國內(nèi)首臺耐溫300℃、耐壓105MPa的高溫高壓沉降穩(wěn)定儀，可真實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)定性評價指標，實現(xiàn)了高溫高壓沉降穩(wěn)定性評價由定性到定量的重要跨越。
鉆井液高溫高壓流變現(xiàn)場實驗系統(tǒng)：開創(chuàng)采用電機直驅(qū)替代大型高溫高壓流變測試儀的機械式密閉測試杯和磁驅(qū)轉(zhuǎn)動模式，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)自潤滑石墨進行干基加熱和使用雙路溫控模式確保升溫速率可控；實現(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。
可變縫寬堵漏實驗裝置：創(chuàng)新縫寬動態(tài)自動調(diào)節(jié)堵漏模塊，研發(fā)了可變縫寬堵漏評價裝置。儀器耐溫240℃，耐壓30MPa，縫寬0.1-10mm自動調(diào)節(jié)，建立了誘導(dǎo)性裂縫承壓堵漏評價方法在寬度動態(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、運行穩(wěn)定的鉆井液性能在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時遠程傳輸。首次研制了具備過濾、消泡、控溫等功能的前置緩沖裝置，實現(xiàn)了出口鉆井液性能實時測量，強化了對鉆井液作業(yè)指導(dǎo)的時效性和科學(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、有機土等5種特色處理劑，構(gòu)建了抗溫 240℃、密度達2.85g/cm3的油基鉆井液體系，抗鹽水侵能力達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)測準確率≥90%，漏層寬度診斷準確率≥85%，有效解決了我國惡性井漏防治重大技術(shù)難題，實現(xiàn)了由“經(jīng)驗治漏”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、進入漏層擠壓下可控固化”的特點，承壓能力及抗返吐能力遠高于常規(guī)橋堵承壓材料，施工風(fēng)險低，適合50-200℃地層溫度、適用于水基和油基鉆井液，室內(nèi)評價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17MPa以上；與國外同類先進材料相比，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)評價測試等多維度數(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)練各類井漏機器學(xué)習(xí)算法，開發(fā)了防漏堵漏專家系統(tǒng)，實現(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)成果達國際先進水平。該技術(shù)體系分別組織了兩次高級別專家鑒定。2023年3月，中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會組織召開“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，由1位院士、4位專家組成的鑒定委員會認為：該成果總體達到國際先進水平，其中高溫高密度油基鉆完井液核心處理劑及體系達到了國際領(lǐng)先水平。2023年8月，中國石油和化工自動化應(yīng)用協(xié)會組織召開“惡性井漏防治關(guān)鍵技術(shù)與工程應(yīng)用”成果鑒定會，鑒定委員會認為：該成果達到國際領(lǐng)先水平，同意通過鑒定。
使用價值和應(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、漏失強度與裂縫寬度預(yù)測診斷難題，縫寬預(yù)測符合率達100%；可控交聯(lián)固化堵漏材料在塔里木風(fēng)險探井博孜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，為證實庫車坳陷在近8000米的超深層仍發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲層提供了強力支撐；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口井成功試驗應(yīng)用，累計穩(wěn)定運行超270天，監(jiān)測結(jié)果與手動測量符合率≥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)自動化、信息化水平，有助于復(fù)雜事故的及時、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)域累計應(yīng)用94口井，其中油基鉆井液在塔里木庫車山前機械鉆速提高65%，鉆井周期縮短37%，復(fù)雜時率降低56%；水基鉆井液支撐了國內(nèi)首口萬米深井的順利鉆進。
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、井漏損失時間6110天，安全風(fēng)險大幅降低，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，扎實提升油氣安全保供能力，減緩我國石油天然氣對外依存度，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個油氣田的等領(lǐng)域規(guī)?；瘧?yīng)用154口井，打破國外壟斷，填補國內(nèi)空白，推動我國超高溫鉆井液技術(shù)跨越式進步；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)。
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