国产钻井“血液”挑战万米深层

日前，我国首口万米深地科探井“深地塔科1井”正式突破万米大关，标志着我国在深地领域实现重大突破。在此过程中，中国工程院院士、中国石油大学（华东）教授孙金声团队研发的适应超高温、超高压地层的国产钻井液体系，成为了攻克万米深层钻井难题的关键利器。

孙金声（左6）在塔科1井现场   王大勇供图

钻井液俗称泥浆，被喻为钻井工程的“血液”，具有携带钻屑、冷却钻头、保持井壁稳定、控制地层压力以及保护油气层等关键功能，其性能和技术水平直接影响着钻井工程的效率、安全以及成本。

30多年来，孙金声领衔的科研团队，致力于国产钻井液与储层保护技术研究，首次提出水基钻井液化学成膜理论，发明了化学成膜水基钻井液和抗高温化学成膜剂、高温稳定剂及润滑剂等关键材料，实现钻井液核心材料的自主可控，打破了抗高温钻井液核心材料国外垄断的局面，成为我国水基钻井液成膜理论的主要创立者和抗超高温钻井液技术的主要开拓者之一。

孙金声（右2）在塔科1井现场   王大勇供图

我国深层超深层蕴藏39%的剩余石油资源和57%的剩余天然气资源，是我国油气重大战略接替领域，也是未来油气发展的必由之路。2023年5月30日，我国首口万米科学探索井——中国石油塔里木油田“深地塔科1井”在号称“死亡之海”的新疆塔克拉玛干沙漠腹地开钻，设计钻探深度达11100米，钻井周期为457天。 

上天难，入地更难，深地塔科1井的钻头自上而下要穿透13个地层，需要攻克超高温、超高压、地层不稳定等几十道难题，包括7项世界第一的难度指标。钻至万米后，地层温度超过200℃，地层压力超过130兆帕。每深入地下一米，钻探难度都会成倍增加，相应的对钻井液的要求也在成倍增加。

任务难不难？难！任务接不接？接！由孙金声领衔的万米深井超高温水基钻井液团队义不容辞地接下了国产钻井液挑战万米深层的重任。

在孙金声的带领下，中国石油大学（华东）联合中国石油工程技术研究院，迅速成立了56人的多学科融合校企联合研发团队，依托深层油气全国重点实验室、油气钻完井技术国家工程研究中心、中国-沙特石油能源“一带一路”联合实验室、“超深特深层油气钻采流动调控”国家自然科学基金基础科学中心等国家级科研平台，深入开展钻井液抗超高温高盐机理研究、材料研发和体系构建。

面对前所未有的压力和挑战，团队中没有一个人打过退堂鼓。团队通力配合，实行多线作战，成员轮班值守，最大限度提升研发效率，加快研发进度。

面对高温超高温条件下钻井液材料易发生降解、交联或构象转变，从而导致钻井液性能恶化甚至失效的挑战，孙金声团队深入研究钻井液抗超高温机理，历时六个多月自主研发，开展了8000余组实验，实时跟踪现场进展，成功构建了具有完全自主知识产权的抗温达220℃的万米深地钻井液技术体系，攻克了钻井液抗高温能力不够、流变性参数变化大、各项性能指标难以兼顾等瓶颈，解决了钻井液高温易失效的“卡脖子”技术难题，成功牵住了解决超深特深层油气安全高效钻井问题的“牛鼻子”。

“在孙院士的指导及关怀下，整个团队犹如一台高速运转的发动机，竭尽全力攻关抗超高温钻井液新材料。”团队成员、中国石油大学（华东）副教授王金堂这样说。“在万米深井开钻前的几个月，参与研发的成员主动牺牲休息时间，经常为了及时完成实验而废寝忘食。当时支撑我们的唯一信念，就是将团队研发的产品成功应用于万米深井的钻探，决不能让万米深井折在我们这一棒。”

孙金声团队研发的钻井液在万米深井下穿行，与岩层对话，探索未知的华章，宛如一位默默的“守护者”，成为万米深井名副其实的“血液”，同时万米深井也为钻井液技术打开了崭新的局面。

孙金声团队在实验室工作   王大勇供图

经过现场的验证，团队所研发的钻井液适配性良好，体系抗温强，流变与滤失可控，润滑优良，整体性能稳定。

中国石油塔里木油田勘探事业部井筒技术部刘锋报表示，“孙金声院士团队经过不懈努力，不仅形成了抗220℃超高温的水基钻井液体系，同时配套了长裸眼井筒强化、井下高强度堵漏以及抗酸性气体污染等技术，为深地塔科1井打成、打快、打好提供了最坚实的保障，同时也为我国深地油气资源的勘探开发、‘卡脖子’技术的解卡提供了智慧和方案。”

未来，孙金声将继续带领“钻完井工作液”研究团队，以端牢能源饭碗为己任，聚焦我国油气开发的重大基础科学问题和“卡脖子”难题，更加注重科研成果产出、科技成果转化、后备科技创新人才培养，为实现科技自立自强、保障国家能源安全注入科技力量。