挑战世界难题 填补国内空白 降低钻探成本 “重庆造”材料助力开钻万米科探井

骑猪去火星

挑战世界难题 填补国内空白 降低钻探成本 “重庆造”材料助力开钻万米科探井
10520米！2023年7月20日，我国首次在四川盆地开钻万米科探井“深地川科1井”。
这是继塔里木盆地“深地塔科1井”后，我国开钻的第二口万米科探井，也被誉为全球地质条件最复杂、钻井难度最高的万米科探井。一旦钻探成功，将有望发现新的超深层天然气增储目标区。
万米深地油气钻探是全球油气勘探领域超级工程，但想掘地三万尺，要面临诸多世界级难题。“重庆造”的一种能源新材料——高性能超微类球形加重剂，被应用于“深地川科1井”钻探中，为“中国深度”挑战世界级难题助一臂之力。
在8月19日揭晓的2023年度重庆市科学技术奖中，由重庆聚购科技股份有限公司（以下简称“聚购科技”）、重庆交通大学、西南石油大学等单位完成的“高性能超微类球形加重剂关键技术及产业化”项目，获得重庆市科技进步奖一等奖。
在聚购科技的实验室，记者看到，实验操作台上摆放着3个玻璃器皿，里面分别装着粗细不同的白色粉末。这些粉末的区别只有在显微镜下才能明显辨认。
“这是重晶石粉，用来做钻井液加重剂的。第一个的粒径是约75微米，跟平常我们看到的面粉差不多粗。第二个是2微米，是我们目前的拳头产品。第三个是我们正在研发的下一代产品，已经做到更小的纳米级别。”聚购科技董事长罗来明介绍。
据了解，钻井液被称作“钻井的血液”。在钻井过程中，钻井液加重剂可以提高钻井液密度、平衡井壁压力、防止钻井液渗漏等，扮演着至关重要的角色。“过去，超微加重剂使用微锰粉，但它不仅严重依赖进口、价格昂贵，而且在深油气井高温高压下不稳定。”项目第一完成人、重庆交通大学教授徐向阳说。“能源的饭碗必须端在自己手里”，因此，开发新型高性能加重剂成为迫切之需。
通过研究发现，作为一种非金属材料，资源富集的重晶石在高温高压下化学性质稳定，是微锰粉加重剂的理想替代。不过，高密度钻井液沉降稳定性与流变性难以调控，是深海、深层油气勘探的世界性难题。要让重晶石成为理想替代，就必须迈过这道难关。
“要做到高密度，它就会变重，容易沉降。如果做得轻一些，让它流变性好，它就容易悬浮在钻井液表面，形成团聚。这就像跷跷板一样，很难做到平衡。”徐向阳坦言。
经过十余年产学研用协同攻关，成千上万次实验，团队成功突破超微类球形加重剂表界面改性分散与流变性调控等关键技术，把重晶石粉末颗粒做到超微、均匀的类球形，提高了颗粒比表面积及结构稳定性，解决了上述世界性难题。
据悉，团队自主研发的加重剂超微类球形颗粒气流磨制备工艺与成套装备，还首次实现2微米以下高性能超微类球形加重剂干法产业化制备，填补了国内空白。油气钻井工程专家、中国工程院院士孙金声等专家评价，项目成果“推动深部油气开发的重大技术突破，整体技术达到国际领先水平”。
“2019年以来，我们的产品在西部地区、南海、东海等332口高温高压深油气井钻探推广应用，取得了良好的效果。”罗来明表示，与微锰粉相比，他们生产制备的重晶石粉，每吨价格仅是国外微锰粉的1/8到1/4左右，较大地降低了油气钻探的成本。
把粉末颗粒做到更小，是他们的下一个目标，这将考验更加精细的“绣花功夫”。“把细度大幅提高，达到纳米级别，不仅可以进一步提高油气开采的效率，在单位体积下采集得更多，还可以更好地‘见缝插针’，在钻井过程中遇到极小的裂缝时，及时堵漏，提高钻井安全性。”罗来明透露，目前，他们正在持续推进研发，预计3年后下一代产品将实现产业化并推向市场。