[01229514]仿生水基钻井液新技术与工业化应用

在钻井工程中,井壁失稳、润滑防卡、储层损害、恶性漏失已成为与水基钻井液技术相关的重大技术难题,严重制约着我国油气勘探开发进程,特别是我国及全球剩余油气资源70％以上都埋藏在地质条件十分复杂的深层超深层,在钻井中这些问题更加突出,至今无法用现有技术彻底解决。仿生学通过研究生物系统的结构与性质为工程技术提供创新的设计思想与解决方案,对于突破工程技术难题瓶颈有可行的现实指导意义。针对上述技术难题,在国家项目的持续支持下,经过十余年攻关,将仿生技术与水基钻井液技术相结合,取得了如下创新性成果： 1、发明了水基钻井液仿生固壁新材料和井眼强化型仿生水基钻井液新体系。揭示了强力胶结岩石的贻贝分泌粘附蛋白有效稳定井壁机理,通过破解其化学结构并将蛋白的有效成分接枝到聚合物链段中,发明了能增强岩石颗粒间内聚力的仿生固壁新材料。以这种仿生材料为核心,创建了井眼强化型仿生水基钻井液新体系并推广应用225口井：井壁岩石抗压强度平均提高率达94.2%,井塌事故率平均降低77.0%,钻井液安全密度窗口平均扩大0.06g/cm3。 2、发明了仿生润滑新材料和“流动性与键合性”协同防卡新技术。破解蚯蚓分泌的高润滑粘液的化学结构并将其接枝到抗温聚合物链段中,发明了能在钻具、井壁岩石表面发生键合作用的仿生润滑新材料,首次创建了“流动性与键合性”协同润滑防卡新技术,实现了从“流动性”向“流动性与键合性”协同润滑的重大转变,与国际先进指标相比摩阻降低率高出12.3%,扭矩降低率高出35.4%。 3、发明了仿生“暂堵”型储层保护剂与储层专打钻井液技术。提取水稻叶超疏水表层中蜡质层的纳米级蜡质晶体,并按照最优纳米-微米双重结构比例与微米级油溶性树脂微粒复配,发明了能在储层岩石表面形成超疏水膜结构的仿生“暂堵”性储层保护剂与储层专打钻井液技术,并拓展建立了复杂结构井储层敏感性智能化定量预测法和储层损害分段评价法,使油气产量平均提高1.6倍以上,见油时间平均缩短1/3以上。 4、发明了高摩阻、高强度、可变形的结构仿生承压堵漏材料。利用结构仿生设计方法,模拟王莲叶片通过多节点连接成的高强度、高韧度、空间受力均匀的叶脉网格形式,发明了由可变形金属丝网、高强度树脂与刚性碳酸钙微粒构成的结构仿生承压堵漏材料。堵漏材料可在漏失裂缝形成的稳定高承压带,提高地层承压能力0.15g/cm3以上,减少钻井液漏失量75%、井漏事故率89%以上。 本成果在国内外（如：冀东、胜利、大港、吐哈、尼日尔、乍得、伊朗、印度尼西亚等）1602口井上得到了规模化应用,创直接经济效益117.42亿元、新增纯利润34.316亿元。已获授权发明专利19件、授权软件著作权6件;出版专著7部;发表论文128篇,被SCI、EI收录50篇,他引600余次;培养硕/博士生25人。经专家鉴定认为“整体达到了国际先进水平,仿生井眼强化技术、仿生润滑防卡技术达到了国际领先水平”。从而构成了复杂结构井仿生钻井液新理论、新方法和新技术,部分理论成果入编美国大学教材,所形成的新技术与MI-SWACO等专业化公司同台竞标胜出,赢得古巴2口超大位移井合同,创水基钻井液钻最长水平位移世界纪录（8000m）。