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羅平亞院士
在實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興與建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化強(qiáng)國的進(jìn)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(jìn)，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(fèi)國，對(duì)外依存度長期居高不下，2022年原油、天然氣對(duì)外依存度分別達(dá)71.2%和40.2%，能源安全形勢嚴(yán)峻。習(xí)近平總書記提出“向地球深部進(jìn)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(dá)671×10?t（油當(dāng)量），占全國總量34%，塔里木、四川等盆地成為增儲(chǔ)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(dān)井壁穩(wěn)定、井眼清潔等核心任務(wù)。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(duì)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(chǔ)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(fù)雜，易發(fā)生井漏、掉塊。復(fù)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(jī)理研究聚焦力學(xué)、化學(xué)及多場耦合方向。力學(xué)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(shí)關(guān)注微裂縫擴(kuò)張與潤濕性影響，形成系統(tǒng)的力學(xué)評(píng)價(jià)模型；化學(xué)方面，鉆井液與巖石的水化反應(yīng)、化學(xué)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(jī)制；多場耦合研究則融合損傷力學(xué)與流變理論，通過有限元等方法模擬孔隙壓力、有效應(yīng)力演化，證實(shí)井壁失穩(wěn)是多因素綜合作用的結(jié)果?？傊?，中國深層超深層油氣的成藏受制于多期構(gòu)造疊加、斷裂發(fā)育和復(fù)雜的巖性分布，地質(zhì)條件極為復(fù)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(shí)寫照，鉆井所面臨的不僅是超高溫高壓環(huán)境，還有嚴(yán)重的井壁失穩(wěn)、井漏和儲(chǔ)層傷害風(fēng)險(xiǎn)。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(shí)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(jī)、有機(jī)及有機(jī)/無機(jī)復(fù)合三類：無機(jī)類依托剛性封堵理論，向溫敏性、疏水改性方向發(fā)展；有機(jī)類基于柔性封堵理論，聚焦功能復(fù)合與界面智能調(diào)節(jié)；復(fù)合類實(shí)現(xiàn)“剛?cè)岵?jì)”，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(jī)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(jìn)。
 
當(dāng)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(yīng)對(duì)復(fù)雜工況，如塔里木鷹1井應(yīng)用高密度強(qiáng)封堵體系，井徑擴(kuò)大率僅6%，鉆井周期縮短36.9%；蓬深6井復(fù)合體系成功穿越高溫地層，復(fù)雜時(shí)效降低60%。油基體系則以優(yōu)異熱穩(wěn)定性適用于高風(fēng)險(xiǎn)井，順北Y井應(yīng)用抗高溫強(qiáng)封堵油基體系，井徑擴(kuò)大率7.77%；準(zhǔn)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(jī)理研究，構(gòu)建跨尺度模型，實(shí)現(xiàn)井壁穩(wěn)定性定量預(yù)測；二是推動(dòng)材料向智能、綠色發(fā)展，加快實(shí)驗(yàn)室成果現(xiàn)場轉(zhuǎn)化，開發(fā)響應(yīng)可控的復(fù)合處理劑；三是優(yōu)化鉆井液體系集成，避免“堆疊式”設(shè)計(jì)，依托傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能化實(shí)時(shí)調(diào)控，構(gòu)建模塊化平臺(tái)，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。)