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2020年5月4日，國家重大專項(xiàng)技術(shù)——彈性凝膠水泥漿體系在涪陵頁巖氣田焦頁15-S1井產(chǎn)氣層固井作業(yè)中成功應(yīng)用，這是我國石油工作者多年來在氣田環(huán)空帶壓預(yù)防措施的思考和探索里程上邁出的又一大步。

成功不會(huì)從天而降，長江大學(xué)非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心聯(lián)合中石化江漢石油工程公司、中石化重慶涪陵頁巖氣勘探開發(fā)有限公司共同研發(fā)的這項(xiàng)專有技術(shù)，從啟動(dòng)研究設(shè)計(jì)到成功應(yīng)用，歷時(shí)2年半。這期間，研究團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)數(shù)百次實(shí)驗(yàn)，挫敗過、焦慮過、郁悶過、疼痛過……但他們始終沒有放棄，懷揣爭當(dāng)我國頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)“急先鋒”的志向和勇氣，一路前行，終獲成功。

“碰壓25兆帕”，施工作業(yè)順利，應(yīng)用一舉成功

今年5月4日凌晨4時(shí)30分，涪陵頁巖氣田寂靜的夜晚被腳步聲打破。

燈光下，長江大學(xué)非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心（以下簡稱：協(xié)同創(chuàng)新中心）青年碩士王曉亮正在做彈性凝膠配液。這一次，對于該中心和合作單位來說，都是非常重要的一次嘗試。

長江大學(xué)教授、協(xié)同創(chuàng)新中心主任許明標(biāo)是王曉亮的導(dǎo)師，他告訴記者，頁巖氣埋藏在地下三四千米深的地下，為開采這種能源，需要鉆到地層幾千米的深處，為頁巖氣輸送到地面建立通道。地面到地下的通道建立后，需要將稱為套管的鋼管下到指定位置，然后在套管和通道井眼間注入水泥，將套管和地層巖石固結(jié)起來。

然而，常規(guī)的水泥在凝固后非常堅(jiān)硬，受到擠壓后很容易破碎。為聚集頁巖氣給巖石施加的近百兆帕的高壓可能造成在地下業(yè)已固化的水泥破碎，地層中活躍的天然氣從水泥裂縫中竄出，導(dǎo)致環(huán)空帶壓，給后期的頁巖氣開采帶來極大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

“最大時(shí)可高達(dá)20多個(gè)兆帕，相當(dāng)于200多個(gè)大氣壓，可瞬間把人體打成肉泥?！痹S明標(biāo)眉心輕蹙，“此次現(xiàn)場應(yīng)用，正是要利用我們研發(fā)的彈性凝膠水泥漿徹底解決這個(gè)地面管匯帶壓的問題。”

時(shí)間一分一秒過去，明晃晃的陽光驅(qū)散了夜的黑暗，王曉亮明顯感覺到舒適的體感溫度正慢慢消逝，隨之而來的是愈來愈強(qiáng)的焦灼感。

上午10時(shí)50分，經(jīng)過6個(gè)多小時(shí)緊張準(zhǔn)備，施工正式開始。

下套管、向井筒注入水泥和膠水混合液、井口安裝、套管試壓……王曉亮屏住呼吸，與施工人員一起認(rèn)真操作每一個(gè)步驟，汗水從他們的毛孔里滲出來，衣服濕了，眼睛模糊了……除了機(jī)械聲，他們似乎只聽到自己粗重的呼吸聲與急促的心跳聲。

一個(gè)小時(shí)、兩個(gè)小時(shí)、兩個(gè)半小時(shí)……時(shí)間悄悄劃過，現(xiàn)場緊張的氛圍終于被一聲歡呼打破：“碰壓25兆帕”，施工順利完成，剎那間，現(xiàn)場沸騰起來。這意味著涪陵頁巖氣田的安全生產(chǎn)有了全新固井工藝，國家級頁巖氣示范區(qū)高效規(guī)?；_發(fā)踏上了新征程。

這一刻的喜悅，屬于協(xié)同創(chuàng)新中心研究團(tuán)隊(duì)那些冥思苦想、挑燈夜戰(zhàn)的千百個(gè)日夜。

“這項(xiàng)技術(shù)的突破意義重大，我們一定要把它攻下來”

頁巖氣開發(fā)是一項(xiàng)高技術(shù)門檻的戰(zhàn)略工程，需要關(guān)鍵核心技術(shù)。涪陵頁巖氣田的開發(fā)規(guī)模全球第三，然而要讓頁巖氣以更安全、更便捷的方式被開采，談何容易。

“最難的不是技術(shù)攻關(guān)，而是沒有方案，沒有方向。”許明標(biāo)說，最初，他們只是天馬行空地在腦海中構(gòu)想技術(shù)方案，“想了很多，也否定了很多。”

轉(zhuǎn)折發(fā)生在2018年。一天，許明標(biāo)突發(fā)奇想：能不能在環(huán)形空間插入一個(gè)段塞，類似于高彈性的完整膠囊，在地下幾千米就把上竄的氣體截住。

什么樣的段塞？要滲透性低、內(nèi)應(yīng)力大、彈性好、膠結(jié)力強(qiáng)。

什么材質(zhì)？……水泥和凝膠混合。

……

就這樣，一輪縝密的自問自答后，彈性凝膠水泥漿體系雛形初現(xiàn)。沿著這個(gè)方向，“一次又一次實(shí)驗(yàn)，一次又一次比對，一次又一次推倒重來”的新階段開啟。

作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，王曉亮天天泡在實(shí)驗(yàn)室，混合、攪拌、模擬井下高溫高壓下觀察“膠水”與水泥的混合液由液體變固體的過程……抗壓強(qiáng)度、滲透率、彈性模量、膠結(jié)力、膨脹性能，成為每天他腦子里打轉(zhuǎn)頻率最高的詞匯。

科研與風(fēng)險(xiǎn)相伴而生。在早期的一次探索實(shí)驗(yàn)中，王曉亮的手因觸碰到了一種正在評價(jià)篩選的凝膠材料，不久就冒出了一片片血疙瘩?！捌姘W難耐，然后脫皮?！蓖鯐粤粱貞浾f，實(shí)驗(yàn)總不成功，再加上嚴(yán)重過敏引發(fā)的不適，他的情緒陷入低谷。許明標(biāo)看出了他的心思：“科研貴在堅(jiān)持，貴在從失敗中尋找經(jīng)驗(yàn)。這項(xiàng)技術(shù)的突破意義重大，我們一定要把它攻下來。”

通過兩年多的實(shí)驗(yàn)，他們終于成功將凝膠分散成微小的納米顆粒，實(shí)現(xiàn)了納米凝膠與水泥漿互溶互混，互溶體系膠結(jié)強(qiáng)度可以達(dá)到普通水泥漿的2.8倍，抗壓能力強(qiáng)，不易破碎，能夠保證水泥環(huán)對活躍氣層的有效封隔，避免了壓裂過程中出現(xiàn)環(huán)空帶壓問題。

有了這項(xiàng)技術(shù)，施工人員再不用頻繁操作閥門減壓，既排除了隨時(shí)可能發(fā)生的氣體上竄安全威脅，又為生產(chǎn)節(jié)省了寶貴時(shí)間。

科學(xué)的征途是星辰大海，對于長江大學(xué)非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心而言，此刻的成功只是茫茫征途中的一小步。

2018年，該中心曾以湖北省考核第一的成績，被教育部認(rèn)定為首批2家省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心之一。該中心不斷在頁巖氣水平井鉆井液、固井水泥漿及井筒完整性修復(fù)等方面取得突破。其中與中石化江漢石油工程有限公司配套而形成的頁巖氣鉆井技術(shù)，開創(chuàng)了全面采用水平井大規(guī)模開發(fā)大型油氣田的先河，推進(jìn)了中國頁巖氣的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

為讓科技成果得以更快轉(zhuǎn)化，2006年，許明標(biāo)教授與同事王昌軍教授毅然創(chuàng)辦了專門從事油田化學(xué)品研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)于一體的荊州嘉華科技有限公司。該公司以長江大學(xué)為依托，一面?zhèn)鞯朗跇I(yè)解惑，潛心攻關(guān)油氣田應(yīng)用化學(xué)、鉆井液與完井液及油氣層儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)難題；一面資智深度融合，成為長江大學(xué)科研成果就地轉(zhuǎn)化的陣地。

王昌軍教授介紹，迄今為止，他們研發(fā)的油基鉆井液及其固井技術(shù)已成功應(yīng)用700余井次。今年5月，油基鉆井液發(fā)明專利還獲得了“2019年湖北省高價(jià)值專利大賽”金獎(jiǎng)，該項(xiàng)科研成果在我國頁巖氣開發(fā)鉆井中得到規(guī)模化應(yīng)用，創(chuàng)造了三億多元的直接產(chǎn)值及數(shù)千萬元的稅收利潤。

“頁巖氣勘探開發(fā)，我們?nèi)沃囟肋h(yuǎn)”

我國頁巖氣的探明儲(chǔ)量為31.6萬億立方米，全球排名第一，在常規(guī)天然氣儲(chǔ)量有限且嚴(yán)重衰竭的大背景下，如果頁巖氣能得以大規(guī)模開發(fā)，對緩解我國天然氣緊張局面、降低天然氣對外依存度意義重大。

正是帶著這樣一種使命感，協(xié)同創(chuàng)新中心從未停止探索的腳步。對于他們而言，還有太多使命要去完成。許明標(biāo)說，目前頁巖氣高效勘探開發(fā)還面臨一系列技術(shù)挑戰(zhàn)。而他們正致力于實(shí)現(xiàn)受損壓裂井筒的修復(fù)利用以及實(shí)現(xiàn)3000米水平段的水基鉆井液替代技術(shù)研究，如果這兩項(xiàng)技術(shù)取得突破，那才叫“真?！薄?/span>

科研的成功，離不開每一步的堅(jiān)持。在這一點(diǎn)上，許明標(biāo)是個(gè)好表率，他愛好很多，但從不“三分鐘熱度”。即使在廠區(qū)后院開荒種地也是持之以恒；偶然喜歡上了駐扎在廠區(qū)的那些流浪小動(dòng)物，也是一發(fā)不可收拾，還精心為它們起了名字：阿黃、點(diǎn)點(diǎn)、嘟嘟、豆芽……

許明標(biāo)說，每當(dāng)大腦運(yùn)轉(zhuǎn)疲累時(shí)，這些分心的方法都能令他身心愉悅。他欣喜地帶記者去問候那些狗狗朋友，并滿眼憐愛地望著那些活潑熱情的“小朋友”向記者介紹，這是妞妞，才生了五只小狗；那是豆芽，原來很瘦，現(xiàn)在已長成圓滾滾的小肉球……

這與許明標(biāo)濃厚的家國情懷一脈相承。大愛與小愛交織，在他身上體現(xiàn)得淋漓盡致。作為一名科研工作者，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，矢志不移科技報(bào)國。作為一名全國優(yōu)秀教師，他源源不斷把畢生所學(xué)輸送給學(xué)生。作為一位社會(huì)愛心人士，他資助貧困學(xué)生、捐贈(zèng)學(xué)校建設(shè)、幫扶困難群眾，全力把光和熱播撒到社會(huì)的角角落落。

來源 | 長江大學(xué)新聞網(wǎng)

編輯 | 黃睿

審核 | 晏亮

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