我國(guó)常規(guī)油氣資源日漸枯竭，豐富的深層超深層油氣成為增儲(chǔ)上產(chǎn)的主陣地。然而一深帶萬(wàn)難，向地下鉆探，看不見摸不著，每前進(jìn)一米，都是在探索未知。中國(guó)工程院院士、中國(guó)石油國(guó)家卓越工程師學(xué)院院長(zhǎng)、油氣鉆完井技術(shù)國(guó)家工程研究中心主任孫金聲指出，萬(wàn)米深地存在超高溫、超高壓及縫洞發(fā)育苛刻條件，鉆井過(guò)程遭遇井壁坍塌、惡性漏失、卡鉆甚至井噴等重大工程挑戰(zhàn)，已超出傳統(tǒng)技術(shù)能力的極限。

鉆井液是解決上述工程挑戰(zhàn)的關(guān)鍵。對(duì)此，孫金聲帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)持續(xù)攻關(guān)，攻克了水基鉆井液超高溫降解與絮凝、油基鉆井液超高溫沉降、一次堵漏成功率低三大世界性技術(shù)難題，研發(fā)出萬(wàn)米級(jí)特深井鉆井液技術(shù)，為超深特深層油氣高效勘探開發(fā)提供了關(guān)鍵技術(shù)。該技術(shù)于近日榮獲2025年度中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)。

水基鉆井液技術(shù)：攻克超高溫高鹽難關(guān)

萬(wàn)米級(jí)特深井如同煉獄，井底溫度達(dá)到200℃以上，壓力達(dá)到140兆帕以上，再加上高鹽環(huán)境的侵蝕，對(duì)鉆井液的性能提出了極致考驗(yàn)。現(xiàn)有抗超高溫高鹽水基鉆井液的聚合物處理劑，分子多為線性結(jié)構(gòu)，在極端環(huán)境下易斷鏈或卷曲失效，無(wú)法滿足萬(wàn)米深井安全高效的鉆探需求。

研究團(tuán)隊(duì)聚焦這一痛點(diǎn)，在15年間進(jìn)行數(shù)萬(wàn)次實(shí)驗(yàn)，終于摸清了鉆井液處理劑分子結(jié)構(gòu)對(duì)極端環(huán)境的適配規(guī)律，并建立多種結(jié)構(gòu)協(xié)同提高處理劑抗超高溫高鹽的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。基于以上成果，團(tuán)隊(duì)研發(fā)出超支化強(qiáng)吸附降濾失劑、有機(jī)—無(wú)機(jī)雜化微球封堵劑等5種關(guān)鍵處理劑，創(chuàng)新推出抗超高溫高鹽環(huán)保型水基鉆井液。最終，水基鉆井液在高鹽環(huán)境下的耐溫能力由200℃提升至240℃，長(zhǎng)效穩(wěn)定性由國(guó)外磺化鉆井液的3~5天延長(zhǎng)至25~30天，核心處理劑用量由12~20種減少到3~5種，加量由20%以上降至10%以內(nèi)，且無(wú)需進(jìn)行無(wú)害化處理，綜合性能處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

目前，該技術(shù)已在塔里木盆地實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用，其中8000米以上深井超100口，將井下復(fù)雜時(shí)效降低80%。在深地塔科1井長(zhǎng)達(dá)345天的作業(yè)中，這套鉆井液性能穩(wěn)定、易于調(diào)控，在處置井下復(fù)雜狀況時(shí)發(fā)揮關(guān)鍵作用，保障項(xiàng)目順利完鉆。

油基鉆井液技術(shù)：破解超高溫失效難題

油基鉆井液在萬(wàn)米特深井的超高溫環(huán)境中，同樣面臨失效困境。團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)時(shí)間處于200℃以上的高溫中，鉆井液里的關(guān)鍵成分有機(jī)土改性劑易從黏土片層上脫附，乳化劑分子會(huì)發(fā)生水解，將導(dǎo)致鉆井液破乳、黏切力驟降、加重材料沉降，進(jìn)而引發(fā)井壁垮塌、卡鉆等事故。

針對(duì)失效機(jī)理，團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)出兩款油基鉆井液新材料，提出抗超高溫乳化劑“多點(diǎn)吸附”原理，引入多元雜環(huán)結(jié)構(gòu)，既提升了抗溫性能，又增強(qiáng)了穩(wěn)定性;超高溫有機(jī)土通過(guò)建立化學(xué)共價(jià)鍵增強(qiáng)耐溫性，同時(shí)進(jìn)行多碳鏈表面活性劑物理插層改性，提升膠體率和穩(wěn)定性。基于自研材料，團(tuán)隊(duì)打造出一套抗超高溫、高密度的油基鉆井液體系，抗溫性能提升至240℃，抗鹽水侵能力達(dá)45%，最高密度達(dá)2.6克/立方厘米，性能優(yōu)于國(guó)外同類產(chǎn)品，解決了萬(wàn)米深井超高溫下油基鉆井液處理劑失效、沉降風(fēng)險(xiǎn)高的重大難題。

該技術(shù)已應(yīng)用于塔里木、四川、準(zhǔn)噶爾等盆地的200余口井，將鉆井周期縮短50%以上，鉆井綜合成本降低30%以上。有力保障了深地川科1井順利鉆至10011米。

縫洞堵漏技術(shù)：打破世界級(jí)堵漏困局

萬(wàn)米以深的大裂縫、大溶洞等惡性漏失，極易引發(fā)井壁垮塌、卡鉆等復(fù)雜狀況，甚至可能誘發(fā)井噴等重大安全事故。

團(tuán)隊(duì)通過(guò)反復(fù)研究，探明了堵漏材料在縫洞漏層中的運(yùn)移和駐留特征，發(fā)現(xiàn)在特定的溫度壓力下，自身有黏結(jié)力并能與漏失通道壁面黏結(jié)的材料，可顯著強(qiáng)化堵漏效果、提升堵漏成功率。循著這一技術(shù)思路，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新研發(fā)出溫壓響應(yīng)堵漏新材料。這種材料能精準(zhǔn)適配萬(wàn)米漏層的高溫高壓環(huán)境，進(jìn)入漏層后，顆粒會(huì)自愈合黏結(jié)為高強(qiáng)度整體，與漏失通道壁面緊密粘黏，實(shí)現(xiàn)“流得進(jìn)、停得住、填得滿、堵得牢”。該材料適用溫度范圍覆蓋50℃~240℃，不僅保證正向承壓大于20兆帕，更首次實(shí)現(xiàn)反向承壓大于20兆帕。

團(tuán)隊(duì)還打造了自主率100%的井漏預(yù)測(cè)預(yù)警與防漏堵漏輔助決策專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)井漏預(yù)測(cè)及漏層動(dòng)態(tài)診斷功能，漏層預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)83%，裂縫寬度診斷精度達(dá)92%，為現(xiàn)場(chǎng)防漏堵漏作業(yè)提供了精準(zhǔn)有效的科學(xué)指導(dǎo)，推動(dòng)了防漏堵漏技術(shù)從“經(jīng)驗(yàn)型”向“科學(xué)化、數(shù)字化”轉(zhuǎn)型升級(jí)。

該技術(shù)在塔里木、四川、準(zhǔn)噶爾等盆地及海外哈法亞項(xiàng)目等推廣應(yīng)用300余井次，一次堵漏成功率由不足30%提高至92%。值得一提的是，該技術(shù)成功解決了深地塔科1井的6次重大裂縫性惡性漏失、2次五連珠大溶洞惡性漏失，川科1井近萬(wàn)米井深3次嚴(yán)重漏失難題，堵漏成功率100%，在國(guó)際上首次創(chuàng)造了大裂縫大溶洞原鉆具不起鉆堵漏的先例，創(chuàng)造了萬(wàn)米井深縫洞型惡性漏失一次成功堵漏世界紀(jì)錄。該項(xiàng)技術(shù)為“兩深一非”油氣井漏失治理提供了新的可靠技術(shù)，大幅提升了鉆井安全、降低了因井漏產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失。