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羅平亞院士
在實現(xiàn)中華民族偉大復興與建設社會主義現(xiàn)代化強國的進程中，能源支撐至關(guān)重要。國家“雙循環(huán)”格局與“雙碳”戰(zhàn)略推進，凸顯了油氣資源的關(guān)鍵作用。然而，我國作為全球最大油氣消費國，對外依存度長期居高不下，2022年原油、天然氣對外依存度分別達71.2%和40.2%，能源安全形勢嚴峻。習近平總書記提出“向地球深部進軍”的戰(zhàn)略要求，而我國深層（＞4,500m）與超深層（＞6,000m）油氣資源總量達671×10?t（油當量），占全國總量34%，塔里木、四川等盆地成為增儲上產(chǎn)主戰(zhàn)場，鉆井工程及鉆井液技術(shù)的突破成為關(guān)鍵。
 
深層鉆井液的研發(fā)挑戰(zhàn)
 
鉆井液作為鉆井工程的“血液”，在深層超深層鉆探中承擔井壁穩(wěn)定、井眼清潔等核心任務。相較于淺層，深層超深層鉆井面臨超高溫、高壓等苛刻環(huán)境，對鉆井液性能要求更高，發(fā)展高性能井壁穩(wěn)定鉆井液體系意義重大。我國深層超深層油氣資源主要分布于塔里木、四川等大型疊合盆地。塔里木盆地中—下寒武統(tǒng)與奧陶系碳酸鹽巖儲層埋深超7,000m，順北、塔中等地已獲超深高產(chǎn)井，但超高溫高壓下井壁失穩(wěn)問題突出；四川盆地以深層天然氣為主，震旦系—寒武系等層位產(chǎn)氣能力良好，卻因巖性差異大、壓力系統(tǒng)復雜，易發(fā)生井漏、掉塊。復雜地質(zhì)條件下，“一深萬難”成為常態(tài)，高性能鉆井液體系是安全開發(fā)的核心。
 
井壁失穩(wěn)是深層超深層鉆井的主要瓶頸，其機理研究聚焦力學、化學及多場耦合方向。力學方面，從早期各向同性彈性模型，發(fā)展到引入單結(jié)構(gòu)面理論、構(gòu)建各向異性彈性模型，同時關(guān)注微裂縫擴張與潤濕性影響，形成系統(tǒng)的力學評價模型；化學方面，鉆井液與巖石的水化反應、化學滲透是關(guān)鍵，尤其泥頁巖中蒙脫石遇水膨脹，研究者建立了頁巖膨脹量與鉆井液活度的關(guān)系，揭示了離子交換、堿性侵蝕等作用機制；多場耦合研究則融合損傷力學與流變理論，通過有限元等方法模擬孔隙壓力、有效應力演化，證實井壁失穩(wěn)是多因素綜合作用的結(jié)果?？傊袊顚映顚佑蜌獾某刹厥苤朴诙嗥跇?gòu)造疊加、斷裂發(fā)育和復雜的巖性分布，地質(zhì)條件極為復雜。伴隨鉆探深度的持續(xù)增加，“一深萬難”已成為深地鉆井的真實寫照，鉆井所面臨的不僅是超高溫高壓環(huán)境，還有嚴重的井壁失穩(wěn)、井漏和儲層傷害風險。在此背景下構(gòu)建高性能井壁穩(wěn)定鉆井液體系，已成為實現(xiàn)深層超深層油氣資源安全高效開發(fā)的技術(shù)核心。
 
如何提升鉆井液穩(wěn)定性
 
為提升鉆井液井壁穩(wěn)定能力，微納米封堵劑與抑制劑是核心材料。微納米封堵劑分為無機、有機及有機/無機復合三類：無機類依托剛性封堵理論，向溫敏性、疏水改性方向發(fā)展；有機類基于柔性封堵理論，聚焦功能復合與界面智能調(diào)節(jié)；復合類實現(xiàn)“剛?cè)岵?rdquo;，在極端環(huán)境中表現(xiàn)優(yōu)異，但面臨界面剝離、成本高等挑戰(zhàn)。水基鉆井液抑制劑包括傳統(tǒng)無機鹽、硅酸鹽類，以及性能更優(yōu)的胺類和新型離子液體、生物抑制劑，分別在不同場景發(fā)揮作用，且逐步向綠色化、多功能化演進。
 
當前主流鉆井液體系為水基與油基。水基體系憑借環(huán)保優(yōu)勢，通過“抗高溫降濾失劑+封堵劑+抑制劑+潤滑劑”組合應對復雜工況，如塔里木鷹1井應用高密度強封堵體系，井徑擴大率僅6%，鉆井周期縮短36.9%；蓬深6井復合體系成功穿越高溫地層，復雜時效降低60%。油基體系則以優(yōu)異熱穩(wěn)定性適用于高風險井，順北Y井應用抗高溫強封堵油基體系，井徑擴大率7.77%；準噶爾盆地高探1井體系使鉆井周期縮短50%，成本下降50%。
 
未來，井壁穩(wěn)定鉆井液技術(shù)需從三方面突破：一是深化多場耦合機理研究，構(gòu)建跨尺度模型，實現(xiàn)井壁穩(wěn)定性定量預測；二是推動材料向智能、綠色發(fā)展，加快實驗室成果現(xiàn)場轉(zhuǎn)化，開發(fā)響應可控的復合處理劑；三是優(yōu)化鉆井液體系集成，避免“堆疊式”設計，依托傳感技術(shù)實現(xiàn)智能化實時調(diào)控，構(gòu)建模塊化平臺，助力深層超深層油氣資源高效開發(fā)，保障國家能源安全。（本文根據(jù)羅平亞院士的文章編輯整理。)