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國(guó)產(chǎn)鉆井“血液”挑戰(zhàn)萬(wàn)米深層

發(fā)布時(shí)間:2024-05-31 作者:孫軍 王大勇 黃賢斌 來(lái)源:中國(guó)教育新聞網(wǎng)

今年3月,我國(guó)首口萬(wàn)米深地科探井“深地塔科1井”正式突破萬(wàn)米大關(guān),這標(biāo)志著我國(guó)在深地領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大突破。在此過(guò)程中,中國(guó)工程院院士、中國(guó)石油大學(xué)(華東)孫金聲教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的適應(yīng)超高溫、超高壓地層的國(guó)產(chǎn)鉆井液體系,成為攻克萬(wàn)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(hù)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。

孫金聲院士在實(shí)驗(yàn)室工作.jpg

圖為孫金聲院士在實(shí)驗(yàn)室工作的場(chǎng)景。學(xué)校供圖

30多年來(lái),孫金聲領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì),致力于國(guó)產(chǎn)鉆井液與儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)研究,首次提出水基鉆井液化學(xué)成膜理論,發(fā)明了化學(xué)成膜水基鉆井液和抗高溫化學(xué)成膜劑、高溫穩(wěn)定劑及潤(rùn)滑劑等關(guān)鍵材料,實(shí)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(guó)外壟斷的局面,成為我國(guó)水基鉆井液成膜理論的主要?jiǎng)?chuàng)立者和抗超高溫鉆井液技術(shù)的主要開拓者之一。

我國(guó)深層超深層蘊(yùn)藏39%的剩余石油資源和57%的剩余天然氣資源,是我國(guó)油氣重大戰(zhàn)略接替領(lǐng)域,也是未來(lái)油氣發(fā)展的必由之路。2023年5月30日,我國(guó)首口萬(wàn)米科學(xué)探索井——中國(guó)石油塔里木油田“深地塔科1井”在號(hào)稱“死亡之?!钡男陆死敻缮衬沟亻_鉆,設(shè)計(jì)鉆探深度達(dá)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(gè)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(xiàng)世界第一的難度指標(biāo)。鉆至萬(wàn)米后,地層溫度超過(guò)200℃,地層壓力超過(guò)130兆帕。每深入地下一米,鉆探難度都會(huì)成倍增加,相應(yīng)的對(duì)鉆井液的要求也在成倍增加。

任務(wù)難不難?難!任務(wù)接不接?接!由孫金聲領(lǐng)銜的萬(wàn)米深井超高溫水基鉆井液團(tuán)隊(duì)義不容辭地接下了國(guó)產(chǎn)鉆井液挑戰(zhàn)萬(wàn)米深層的重任。

在孫金聲帶領(lǐng)下,中國(guó)石油大學(xué)(華東)聯(lián)合中國(guó)石油工程技術(shù)研究院,迅速成立了56人的多學(xué)科融合校企聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊(duì),依托深層油氣全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、油氣鉆完井技術(shù)國(guó)家工程研究中心、中國(guó)-沙特石油能源“一帶一路”聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、“超深特深層油氣鉆采流動(dòng)調(diào)控”國(guó)家自然科學(xué)基金基礎(chǔ)科學(xué)中心等國(guó)家級(jí)科研平臺(tái),深入開展鉆井液抗超高溫高鹽機(jī)理研究、材料研發(fā)和體系構(gòu)建。

面對(duì)前所未有的壓力和挑戰(zhàn),團(tuán)隊(duì)中沒(méi)有一個(gè)人打過(guò)退堂鼓。團(tuán)隊(duì)通力配合,實(shí)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(jìn)度。

面對(duì)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(dǎo)致鉆井液性能惡化甚至失效的挑戰(zhàn),孫金聲團(tuán)隊(duì)深入研究鉆井液抗超高溫機(jī)理,歷時(shí)六個(gè)多月自主研發(fā),開展了8000余組實(shí)驗(yàn),實(shí)時(shí)跟蹤現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)展,成功構(gòu)建了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的抗溫達(dá)220℃的萬(wàn)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(xiàng)性能指標(biāo)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(wèn)題的“牛鼻子”。

“在孫院士的指導(dǎo)及關(guān)懷下,整個(gè)團(tuán)隊(duì)猶如一臺(tái)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī),竭盡全力攻關(guān)抗超高溫鉆井液新材料?!睂O金聲團(tuán)隊(duì)的王金堂副教授這樣說(shuō)?!霸谌f(wàn)米深井開鉆前的幾個(gè)月,參與研發(fā)的成員主動(dòng)犧牲休息時(shí)間,經(jīng)常為了及時(shí)完成實(shí)驗(yàn)而廢寢忘食。當(dāng)時(shí)支撐我們的唯一信念,就是將團(tuán)隊(duì)研發(fā)的產(chǎn)品成功應(yīng)用于萬(wàn)米深井的鉆探,決不能讓萬(wàn)米深井折在我們這一棒?!?/p>

孫金聲團(tuán)隊(duì)研發(fā)的鉆井液在萬(wàn)米深井下穿行,與巖層對(duì)話,探索未知的華章,宛如一位“守護(hù)者”,成為萬(wàn)米深井名副其實(shí)的“血液”,同時(shí)萬(wàn)米深井也為鉆井液技術(shù)打開了嶄新的局面。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的驗(yàn)證,團(tuán)隊(duì)所研發(fā)的鉆井液適配性良好,體系抗溫強(qiáng),流變與濾失可控,潤(rùn)滑優(yōu)良,整體性能穩(wěn)定。

中國(guó)石油塔里木油田勘探事業(yè)部井筒技術(shù)部劉鋒報(bào)表示,“孫院士團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)不懈努力,不僅形成了抗220℃超高溫的水基鉆井液體系,同時(shí)配套了長(zhǎng)裸眼井筒強(qiáng)化、井下高強(qiáng)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(jiān)實(shí)的保障,同時(shí)也為我國(guó)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?!?/p>

孫金聲表示,將繼續(xù)帶領(lǐng)“鉆完井工作液”研究團(tuán)隊(duì),以端牢能源飯碗為己任,聚焦我國(guó)油氣開發(fā)的重大基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)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(shí)現(xiàn)科技自立自強(qiáng)、保障國(guó)家能源安全注入科技力量。(中國(guó)教育報(bào)-中國(guó)教育新聞網(wǎng)記者 孫軍 通訊員 王大勇 黃賢斌)

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