一、项目简介

【项目名称】超深井安全高效井筒工作液构建及调控方法基础研究

【项目类别】国家自然科学基金联合基金重点支持项目

【项目批准号】U176220017

【项目负责人】孙金声

【项目依托单位】中国石油大学（华东）

【项目执行年限】2018年01月至2021年12月

【项目研究目标】针对超深层油气开发过程中井筒工作液涉及的关键科学问题，揭示高温高压条件下井筒工作液与地层矿物相互作用机理、聚合物抗高温抗盐机理、添加剂协同增效机理，发展超深井井筒工作液高温稳定、储层保护相关基础理论，研发井筒工作液用高效低成本新型添加剂，构建超深井安全高效低成本水基钻井液、抗高温长效防气窜固井液、高效低伤害纳米交联压裂液，形成超深井井筒工作液调控方法，建立以形成超深井高效油气通道为核心的钻井液、固井液及压裂液一体化理论与技术。

【项目研究内容】主要包括以下四个专题：

（1）高温高压条件下井筒工作液与地层相互作用机制研究

（2）超深井井筒工作液用聚合物高温稳定机理研究

（3）超深井井筒工作液高效低成本新材料研发

（4）安全高效超深井井筒工作液构建及调控

二、项目研究成果

超深层油气资源的高效开发，对于提升我国能源保障水平具有重要意义，是缓解我国能源对外依存压力的有力措施之一，是国家能源安全的重大保障。但是超深井温度压力高、地质条件复杂，目前的井筒工作液难以满足超深井作业要求，严重制约了我国超深油气资源的勘探开发。

本项目针对超深井安全高效井筒工作液构建及调控方法基础研究进行攻关，首先，揭示了温度、压力对不同黏土矿物水化作用的影响规律及高温高压条件下地层矿物水化机理，明确了高温高压条件下表面活性剂、聚合物、胺基化合物、纳米材料与地层矿物相互作用机理，利用分子模拟技术从分子尺度揭示了高温高压作用对黏土矿物水化的影响，以及无机盐等抑制黏土矿物水化的作用机制，为建立黏土矿物水化调控方法提供了理论支撑。其次，揭示了含氮杂环结构、微交联结构、支化结构、分子量等对聚合物抗高温抗盐性能的作用机理，阐明纳米材料、表面活性剂、抗氧剂、不用种类金属离子对聚合物抗高温抗盐性能的影响规律，为抗高温抗盐聚合物研发及抗高温抗盐工作液构建提供了理论依据。在上述基础之上，研发了聚合物降滤失剂、聚合物增粘剂、环保性柔性纳米封堵剂、多羟基润滑剂、交联聚合物暂堵剂等抗高温抗盐钻井液添加剂，构建出了抗温180℃抗高盐的聚合物钻井液体系；研制出具有“低温不增稠，高温增黏”特性的高温热增黏聚合物稳定剂、温度响应型高温缓凝剂，揭示了液体纳米二氧化硅提高固井液防窜能力及增强水泥石强度稳定性的机理，构建了抗高温长效防气窜固井液体系，实现了高温沉降稳定、防气窜与强度稳定等目标；研制了新型抗高温抗盐压裂液用纳米交联剂、压裂液稠化剂、黏土稳定剂，构建了高效低伤害纳米交联压裂液，明确了纳米交联压裂液耐高温抗剪切机理及对超深储层伤害机理。最终整体形成了超深井井筒工作液调控方法以及超深井钻井液、固井液及压裂液一体化理论与技术。

项目成果极大推动了超深井井筒工作液新材料研发及深层、超深层井筒工作液体系构建，促进了钻井行业的进步发展。通过本项目的实施，建设了一支年龄和知识结构合理、优势互补、团结协作的超深井井筒工作液研究队伍，形成了在国际上有影响的我国超深井井筒工作液研究基地。本项目的实施为超深井井筒工作液的研究奠定了坚实的基础，不仅对非常规油气资源开发具有重要学术意义，也对安全高效开发油气资源、保障国家能源安全具有重要意义。

经过4年攻关，本项目共发表相关论文43篇，其中SCI、EI检索40篇，申请发明专利18项，已获授权16项；培养博士研究生4名、硕士研究生14名。

三、成果转化及应用情况。

基于本项目研制的纳米封堵剂、暂堵剂等新材料，形成了基于有效封堵、降低自吸、化学胶结的多元协同强化稳定井壁技术，在中石化西北油田分公司顺北55X井进行了现场应用，取得了良好的应用效果。