一、項目簡介

【項目名稱】超深井安全高效井筒工作液構建及調控方法基礎研究

【項目類別】國家自然科學基金聯合基金重點支持項目

【項目批準號】U176220017

【項目負責人】孫金聲

【項目依托單位】中國石油大學（華東）

【項目執行年限】2018年01月至2021年12月

【項目研究目標】針對超深層油氣開發過程中井筒工作液涉及的關鍵科學問題，揭示高溫高壓條件下井筒工作液與地層礦物相互作用機理、聚合物抗高溫抗鹽機理、添加劑協同增效機理，發展超深井井筒工作液高溫穩定、儲層保護相關基礎理論，研發井筒工作液用高效低成本新型添加劑，構建超深井安全高效低成本水基鑽井液、抗高溫長效防氣竄固井液、高效低傷害納米交聯壓裂液，形成超深井井筒工作液調控方法，建立以形成超深井高效油氣通道為核心的鑽井液、固井液及壓裂液一體化理論與技術。

【項目研究內容】主要包括以下四個專題：

（1）高溫高壓條件下井筒工作液與地層相互作用機製研究

（2）超深井井筒工作液用聚合物高溫穩定機理研究

（3）超深井井筒工作液高效低成本新材料研發

（4）安全高效超深井井筒工作液構建及調控

二、項目研究成果

超深層油氣資源的高效開發，對於提升我國能源保障水平具有重要意義，是緩解我國能源對外依存壓力的有力措施之一，是國家能源安全的重大保障。但是超深井溫度壓力高、地質條件複雜，目前的井筒工作液難以滿足超深井作業要求，嚴重製約了我國超深油氣資源的勘探開發。

本項目針對超深井安全高效井筒工作液構建及調控方法基礎研究進行攻關，首先，揭示了溫度、壓力對不同黏土礦物水化作用的影響規律及高溫高壓條件下地層礦物水化機理，明確了高溫高壓條件下表麵活性劑、聚合物、胺基化合物、納米材料與地層礦物相互作用機理，利用分子模擬技術從分子尺度揭示了高溫高壓作用對黏土礦物水化的影響，以及無機鹽等抑製黏土礦物水化的作用機製，為建立黏土礦物水化調控方法提供了理論支撐。其次，揭示了含氮雜環結構、微交聯結構、支化結構、分子量等對聚合物抗高溫抗鹽性能的作用機理，闡明納米材料、表麵活性劑、抗氧劑、不用種類金屬離子對聚合物抗高溫抗鹽性能的影響規律，為抗高溫抗鹽聚合物研發及抗高溫抗鹽工作液構建提供了理論依據。在上述基礎之上，研發了聚合物降濾失劑、聚合物增粘劑、環保性柔性納米封堵劑、多羥基潤滑劑、交聯聚合物暫堵劑等抗高溫抗鹽鑽井液添加劑，構建出了抗溫180℃抗高鹽的聚合物鑽井液體係；研製出具有“低溫不增稠，高溫增黏”特性的高溫熱增黏聚合物穩定劑、溫度響應型高溫緩凝劑，揭示了液體納米二氧化矽提高固井液防竄能力及增強水泥石強度穩定性的機理，構建了抗高溫長效防氣竄固井液體係，實現了高溫沉降穩定、防氣竄與強度穩定等目標；研製了新型抗高溫抗鹽壓裂液用納米交聯劑、壓裂液稠化劑、黏土穩定劑，構建了高效低傷害納米交聯壓裂液，明確了納米交聯壓裂液耐高溫抗剪切機理及對超深儲層傷害機理。最終整體形成了超深井井筒工作液調控方法以及超深井鑽井液、固井液及壓裂液一體化理論與技術。

項目成果極大推動了超深井井筒工作液新材料研發及深層、超深層井筒工作液體係構建，促進了鑽井行業的進步發展。通過本項目的實施，建設了一支年齡和知識結構合理、優勢互補、團結協作的超深井井筒工作液研究隊伍，形成了在國際上有影響的我國超深井井筒工作液研究基地。本項目的實施為超深井井筒工作液的研究奠定了堅實的基礎，不僅對非常規油氣資源開發具有重要學術意義，也對安全高效開發油氣資源、保障國家能源安全具有重要意義。

經過4年攻關，本項目共發表相關論文43篇，其中SCI、EI檢索40篇，申請發明專利18項，已獲授權16項；培養博士研究生4名、碩士研究生14名。

三、成果轉化及應用情況。

基於本項目研製的納米封堵劑、暫堵劑等新材料，形成了基於有效封堵、降低自吸、化學膠結的多元協同強化穩定井壁技術，在中石化西北油田分公司順北55X井進行了現場應用，取得了良好的應用效果。