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(華東)孫金聲教授團隊研發(fā)的適應超高溫、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。
圖為孫金聲院士在實驗室工作的場景。學校供圖
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成膜理論,發(fā)明了化學成膜水基鉆井液和抗高溫化學成膜劑、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,相應的對鉆井液的要求也在成倍增加。
任務難不難?難!任務接不接?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(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”國家自然科學基金基礎科學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。”孫金聲團隊的王金堂副教授這樣說。“在萬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)的重大基礎科學問題和“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)
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