化学成膜材料：油气开发显“魔力”

钻井工程是油气勘探与开发的重要手段，占了我国勘探开发总成本的一半。钻井过程中因井壁坍塌，堵塞油路，每年造成的损失惊人，成为制约油气勘探开发的主要技术瓶颈之一。中国石油集团钻井工程技术研究院、长江大学、中国石油大学（北京）、西南石油大学与7个油田组成的产学研项目组历经十余年持续攻关，开发出新型化学成膜材料，在一体化稳定井壁与保护油气储层中尽显“魔力”。
3年来,这种新型钻井液已在新疆、辽河、吉林、大港等油田得到广泛应用。新型化学固壁技术有效缩短了钻井周期，提高了机械钻速。采用“双膜”协同封堵保护储层技术，大幅度提高多个油田油井产量，其战略意义不言而喻。
据不完全统计，2006~2008年，该技术推广应用6621口井，产生直接经济效益达59.8亿元，在复杂地层钻井效果更加显著，全面提升了我国钻井液和储层保护技术在国内外市场的核心竞争力，对于提高油气井单井产量与降低吨油成本、保护油气资源具有十分重要的意义。目前该项目研发的高端仪器及精细化工产品已形成产业集群，社会效益显著。
井壁失稳和储层损害一直是石油勘探开发过程中的国际性技术难题，以往因地质结构复杂和技术相对落后，我国每年因井壁失稳（包括井漏）造成的直接经济损失估计达22亿元，间接损失更是巨大。此外，我国石油勘探开发过程中80％的钻井存在严重的储层损害，油气井产量损害达20%～30%，储层污染严重。
据项目科研人员介绍，钻井液中的水分进入井壁地层和油气储层是造成井壁失稳和储层污染的主要原因。井壁失稳主要表现为水分进入井壁地层，引起井壁坍塌，储油层遇水则会堵塞油路，造成储层污染、采油量降低。要想稳定井壁和保护储层，必须有效阻止液相进入地层。目前国内外主要采用物理封堵方法阻止水进入地层。但由于地况复杂，采用物理封堵无法有针对性地阻止液体进入地层孔隙和微裂缝，具有明显的局限性。
据介绍，井壁岩石表面存在半透膜特性，但是目前国际上没有成熟的相关理论，更没有配套产品实现工业化应用。项目组大胆提出采用化学方法提高井壁岩石成膜效率，同时在油气储层中形成隔离膜，通过调节膜两边的渗透压力差，使地层水从地层向井筒流动，有效阻止液相及固相进入井壁岩层和油气储层，从而达到稳定井壁和保护储层的双重目的。
经过多年探索努力，科研人员结合分子结构理论，研制出两种新型成膜有机材料。其中有机硅酸盐材料能显著改善泥页岩膜效率，有机胺改性天然纤维聚合物材料能迅速在储层井壁上形成无孔隔离膜。将这两种新材料加入钻井液中，通过材料的协同增效作用，形成水基钻井液“双膜”新技术，成膜封堵效果显著。　
这种国际首创的成膜化学固壁和储层保护新技术，标志着我国稳定井壁和储层保护技术实现了从物理封堵方法向物理化学封堵方法的重大转变，能有效的阻止固相和液相进入地层，基本上解决了复杂条件下钻井易发生的井壁坍塌、漏失、卡钻和储层损害等技术难题。该成果已获国家发明专利授权2项、实用新型专利7项，出版著作7部，发表论文367篇，形成国家石油天然气行业标准1项，企业标准7项，2008年荣获中国石油和化学工业协会科技进步一等奖。
随着石油钻井工程向更深、更快、更经济、更清洁、更安全的方向发展，对钻井液也提出了更高要求，该技术还有广阔的发展空间。近3年来，采用新型钻井液技术的钻井占3年钻井总数的7.5%，目前该技术正在向国外油田复杂地层推广。