神通廣大的“土中之王”：超深鉆井工程中的“萬能土”

我國在塔里木盆地進(jìn)行的油氣鉆探即將突破一萬米的新聞報(bào)道，引發(fā)了人們對(duì)深地鉆井工程的熱議和關(guān)注。區(qū)區(qū)一萬米僅是地殼平均厚度的三分之一，世界上卻沒有幾個(gè)國家能夠探索到這樣的深度。在科學(xué)技術(shù)界歷來有“登天不易、入地更難”的共識(shí)，中國人在探地領(lǐng)域打破紀(jì)錄，表明中國鉆井工程的整體技術(shù)水平居于世界領(lǐng)先地位。

為什么深層鉆探比航天探月、蛟龍深潛還要困難呢？主要是因?yàn)闃?gòu)成地殼的巖層、巖性太復(fù)雜，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過大氣或者海水形成的單一阻力。突破常規(guī)鉆井深度之后的每一米進(jìn)尺都是新的征服， 萬米深鉆的進(jìn)程中潛伏著難以預(yù)料的多重風(fēng)險(xiǎn)，稍有不慎就會(huì)發(fā)生難以挽回的事故。如果沒有高精尖的技術(shù)作為支撐和充分的財(cái)力、物力作為保障，窺探萬米深層的地質(zhì)奧秘就是癡人說夢。

近些年，隨著科學(xué)技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，我國已經(jīng)制造出能夠承載萬米鉆具載荷，提供強(qiáng)勁動(dòng)力，自動(dòng)化、數(shù)字化操控的整套鉆機(jī)裝備，以及高強(qiáng)度的鉆頭、鉆具和與之相匹配的測試儀器。然而，這僅是鉆探萬米深孔的必備條件之一，還需要研制出抗高溫、低摩阻、性能超級(jí)穩(wěn)定的鉆井液，用來循環(huán)冷卻、潤滑鉆具，懸浮攜帶巖屑出井，同時(shí)還要起到保護(hù)井壁，平衡地下油氣水形成的異常高壓，防止發(fā)生卡鉆或井噴事故的作用。

現(xiàn)代化鉆井施工中，鉆井液還是傳輸深層地質(zhì)信息、為鉆頭旋轉(zhuǎn)提供驅(qū)動(dòng)力的媒介?？梢哉f鉆井液是關(guān)乎整個(gè)鉆井工程安全、速度、質(zhì)量乃至成功的核心要素，一向被視為鉆井工程不可或缺的循環(huán)血液，其中的高科技含量并不亞于制造萬米鉆機(jī)、鉆具。這么重要的鉆井液看起來并非高端大氣，不了解鉆井行業(yè)的人們或許根本想象不到，這種多功能往復(fù)循環(huán)的鉆井液居然是用泥土作基料配制的黏稠流體， 因此在業(yè)內(nèi)又有一個(gè)俗稱，叫作“鉆井泥漿”。

毋庸諱言，普通的泥土并非都有配制鉆井泥漿的資格，唯有神通廣大、功能超群的土中之王才是首選的基料，它的學(xué)名叫做膨潤土，又名膨土巖或者斑脫石，在某些地區(qū)也被民眾稱為觀音土。膨潤土是一種以蒙皂石為主要成分的黏土礦物，以灰白、黃綠、黃白等多種顏色形成礦脈，易于開采，成本低廉，在世界上分布很廣泛，我國的儲(chǔ)量十分豐富。這種礦物具有非常好的黏結(jié)性、膨脹性、吸附性、可塑性、分散性、潤滑性、陽離子交換性。分為鈣基和鈉基兩種類型，化學(xué)名稱叫作層狀水鋁硅酸鹽，同鹽基、鋰基化學(xué)物質(zhì)交換后具有相當(dāng)強(qiáng)的懸浮性，經(jīng)酸化處理后又有良好的脫色性，并且化學(xué)性能還相當(dāng)穩(wěn)定?？捎糜谂渲起そY(jié)劑、吸附劑、增塑劑、催化劑、消毒劑、增稠劑、除垢劑、洗滌劑、充填劑、增強(qiáng)劑、澄清劑等數(shù)百種化學(xué)產(chǎn)品。由于用途極其廣泛，因而獲得了“萬能黏土”的美稱。

鑒于膨潤土具有非常優(yōu)良的可溶性，能夠吸收大量的水分，使自身體積膨脹10～30倍，形成滑溜溜的膠凝狀液態(tài)，呈現(xiàn)出優(yōu)越的懸浮能力和低磨阻性，理所當(dāng)然地受到鉆井行業(yè)的青睞，成為配制鉆井液最理想的原材料。因此，自打機(jī)械鉆井普世以來，高品質(zhì)的膨潤土始終伴隨著鉆井工程由淺入深，不斷刷新紀(jì)錄。

超難度的深層鉆井對(duì)鉆井液的質(zhì)量要求甚為嚴(yán)苛，需要配備專職配制鉆井液的科研團(tuán)隊(duì)，根據(jù)預(yù)測可能鉆遇的地層巖性變化，精心設(shè)計(jì)泥漿的各項(xiàng)優(yōu)選參數(shù)，在以膨潤土為主料的基礎(chǔ)上添加多種化學(xué)輔助劑，隨時(shí)調(diào)整提升鉆井液的綜合性能，為安全快速鉆進(jìn)提供保障。有一個(gè)實(shí)例眾所周知，鐵人王進(jìn)喜在發(fā)現(xiàn)井噴征兆的關(guān)鍵時(shí)刻，跳進(jìn)泥漿池用身體攪拌添加其中的水泥，增加鉆井液比重，壓住了肆虐狂噴的油氣流，這一廣為流傳的英雄壯舉，足以表明鉆井液在鉆井施工中扮演的重要角色。

石油行業(yè)是消費(fèi)膨潤土的大戶，不僅勘探開發(fā)油氣資源的垂深鉆井需要大量配制泥漿，修建輸送油氣的管道，跨越江河、鐵路、公路的水平鉆井同樣也需要循環(huán)泥漿作為保障。無論何種方式的鉆井，泥漿的用量都與井筒的口徑、穿越的深度或者長度成正比。一般情況下，泥漿用量至少是井筒容積的兩倍，遇到地層漏失、氣侵失效、鉆遇超高壓油氣層等特殊情況，用量還要增加數(shù)倍。

目前，我國的膨潤土年產(chǎn)量在700萬噸左右，居世界第一位，優(yōu)質(zhì)的礦脈主要集中在四川、內(nèi)蒙古和東北地區(qū)。粗略統(tǒng)計(jì)，我國石油行業(yè)每年對(duì)膨潤土的需求量高達(dá)百萬噸之多。在慶賀我國鉆井深度突破萬米大關(guān)的時(shí)候，萬能的膨潤土參與其中也有一份功勞。

作者：宮柯