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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，鉆井液性能直接關系到井下安全、井眼質量和鉆井周期，先進的鉆井液技術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)提升鉆井液技術高溫穩(wěn)定性和深部地層適應性既是深層油氣資源高質量開發(fā)和提質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。
 
當前國內現(xiàn)有鉆井液及評價裝置超高溫適應性不足、惡性井漏防治技術科學性低、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備和在線監(jiān)測裝備需求，不能不滿足提高防漏堵漏技術科學化水平和軟件自立自強的需求。
 
為此，中國石油工程技術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。
 
超高溫鉆井液技術的創(chuàng)新
 
歷時十余年，王專家團隊攻關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與裝備，具有獨立知識產權，打破了國外技術壟斷，技術指標國際領先，該技術已成為我國深層超深層鉆完井主體技術，為“端牢能源飯碗”提供了關鍵核心技術保障，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；形成了鉆井液性能在線監(jiān)測技術，強化了對超高溫鉆井液作業(yè)指導的時效性和科學性。
 
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)壓和應急安全保障能力，引入低轉速大扭矩技術結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轉動模式，配合使用U型蓄能密封圈芯+聚四氟乙烯密封套保證轉速切換速率可控；優(yōu)化了新型加熱介質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（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自動調節(jié)，建立了誘導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)：基于復雜多相流與物化耦合等理論，開發(fā)了鉆井液關鍵性能參數高精確解釋模型，結合多源數據融合技術，研發(fā)了監(jiān)測參數全、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)測數據的實時遠程傳輸。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)指導的時效性和科學性。
 
創(chuàng)新研發(fā)了10余種抗高溫鉆井液處理劑，構建了抗溫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240℃高溫熱滾后，F(xiàn)LHTHP≤10mL，熱滾5天流變與濾失穩(wěn)定；構建了抗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240℃高溫熱滾后，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，相繼構建出抗溫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水平和深井超深井服務保障能力。
 
自主研發(fā)了惡性井漏防治關鍵技術
 
發(fā)明了2種特色堵漏材料，開發(fā)了井漏智能預測及防漏堵漏輔助決策專家系統(tǒng)，井漏預測準確率≥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難題，實現(xiàn)了由“經驗治漏”到“科學治漏”的重大跨越。
 
智能溫壓響應型承壓堵漏材料：基于環(huán)境響應型智能材料的作用機理，創(chuàng)新研制了一種“核-殼”結構的溫壓響應型堵漏材料，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，施工風險低，適合50-200℃地層溫度、適用于水基和油基鉆井液，室內評價3-1mm與4-2mm楔形縫板正/反向承壓≥20MPa。
彈性微球自適應隨鉆堵漏材料：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。
 
井漏智能預測與防漏堵漏輔助決策軟件：建立了井漏大數據庫，涵蓋地震屬性體、地質分層、三壓力剖面、測井、錄井、鉆井、室內評價測試等多維度數據，建立可復制推廣的井漏特征診斷方法，保障防漏堵漏專家系統(tǒng)各模塊計算訓練需求；深度融合地質工程數據，訓練各類井漏機器學習算法，開發(fā)了防漏堵漏專家系統(tǒng)，實現(xiàn)漏層預測預警、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)科學化施工。
 
技術成果達國際先進水平。該技術體系分別組織了兩次高級別專家鑒定。2023年3月，中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會組織召開“復雜地層鉆完井液技術及工業(yè)化應用”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先水平。2023年8月，中國石油和化工自動化應用協(xié)會組織召開“惡性井漏防治關鍵技術與工程應用”成果鑒定會，鑒定委員會認為：該成果達到國際領先水平，同意通過鑒定。
 
使用價值和應用前景
 
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。
 
井漏預測專家系統(tǒng)在塔里木大北1201井應用，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測診斷難題，縫寬預測符合率達100%；可控交聯(lián)固化堵漏材料在塔里木風險探井博孜9井成功應用，攻克了鹽膏層誘導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口井成功試驗應用，累計穩(wěn)定運行超270天，監(jiān)測結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，有助于復雜事故的及時、快速處理，大幅提升作業(yè)效率和質量，助推了鉆井作業(yè)“少人化”“無人化”發(fā)展。
 
超高溫鉆井液技術規(guī)模應用。超高溫鉆井液技術在深層超深層油氣領域累計應用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%，復雜時率降低56%；水基鉆井液支撐了國內首口萬米深井的順利鉆進。
 
惡性井漏防治關鍵技術全面推廣。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，安全風險大幅降低，科技助力鉆井工程提質增效。
 
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域協(xié)同科技創(chuàng)新，提升我國能源技術裝備水平，持續(xù)加深油氣勘探開發(fā)力度，增強能源供應能力，發(fā)揮能源央企“壓艙石”作用，有效發(fā)揮油氣基礎性調節(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個油氣田的等領域規(guī)模化應用154口井，打破國外壟斷，填補國內空白，推動我國超高溫鉆井液技術跨越式進步；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。