神通广大的“土中之王”：超深钻井工程中的“万能土”

我国在塔里木盆地进行的油气钻探即将突破一万米的新闻报道，引发了人们对深地钻井工程的热议和关注。区区一万米仅是地壳平均厚度的三分之一，世界上却没有几个国家能够探索到这样的深度。在科学技术界历来有“登天不易、入地更难”的共识，中国人在探地领域打破纪录，表明中国钻井工程的整体技术水平居于世界领先地位。

为什么深层钻探比航天探月、蛟龙深潜还要困难呢？主要是因为构成地壳的岩层、岩性太复杂，远远超过大气或者海水形成的单一阻力。突破常规钻井深度之后的每一米进尺都是新的征服， 万米深钻的进程中潜伏着难以预料的多重风险，稍有不慎就会发生难以挽回的事故。如果没有高精尖的技术作为支撑和充分的财力、物力作为保障，窥探万米深层的地质奥秘就是痴人说梦。

近些年，随着科学技术的持续进步，我国已经制造出能够承载万米钻具载荷，提供强劲动力，自动化、数字化操控的整套钻机装备，以及高强度的钻头、钻具和与之相匹配的测试仪器。然而，这仅是钻探万米深孔的必备条件之一，还需要研制出抗高温、低摩阻、性能超级稳定的钻井液，用来循环冷却、润滑钻具，悬浮携带岩屑出井，同时还要起到保护井壁，平衡地下油气水形成的异常高压，防止发生卡钻或井喷事故的作用。

现代化钻井施工中，钻井液还是传输深层地质信息、为钻头旋转提供驱动力的媒介。可以说钻井液是关乎整个钻井工程安全、速度、质量乃至成功的核心要素，一向被视为钻井工程不可或缺的循环血液，其中的高科技含量并不亚于制造万米钻机、钻具。这么重要的钻井液看起来并非高端大气，不了解钻井行业的人们或许根本想象不到，这种多功能往复循环的钻井液居然是用泥土作基料配制的黏稠流体， 因此在业内又有一个俗称，叫作“钻井泥浆”。

毋庸讳言，普通的泥土并非都有配制钻井泥浆的资格，唯有神通广大、功能超群的土中之王才是首选的基料，它的学名叫做膨润土，又名膨土岩或者斑脱石，在某些地区也被民众称为观音土。膨润土是一种以蒙皂石为主要成分的黏土矿物，以灰白、黄绿、黄白等多种颜色形成矿脉，易于开采，成本低廉，在世界上分布很广泛，我国的储量十分丰富。这种矿物具有非常好的黏结性、膨胀性、吸附性、可塑性、分散性、润滑性、阳离子交换性。分为钙基和钠基两种类型，化学名称叫作层状水铝硅酸盐，同盐基、锂基化学物质交换后具有相当强的悬浮性，经酸化处理后又有良好的脱色性，并且化学性能还相当稳定。可用于配制黏结剂、吸附剂、增塑剂、催化剂、消毒剂、增稠剂、除垢剂、洗涤剂、充填剂、增强剂、澄清剂等数百种化学产品。由于用途极其广泛，因而获得了“万能黏土”的美称。

鉴于膨润土具有非常优良的可溶性，能够吸收大量的水分，使自身体积膨胀10～30倍，形成滑溜溜的胶凝状液态，呈现出优越的悬浮能力和低磨阻性，理所当然地受到钻井行业的青睐，成为配制钻井液最理想的原材料。因此，自打机械钻井普世以来，高品质的膨润土始终伴随着钻井工程由浅入深，不断刷新纪录。

超难度的深层钻井对钻井液的质量要求甚为严苛，需要配备专职配制钻井液的科研团队，根据预测可能钻遇的地层岩性变化，精心设计泥浆的各项优选参数，在以膨润土为主料的基础上添加多种化学辅助剂，随时调整提升钻井液的综合性能，为安全快速钻进提供保障。有一个实例众所周知，铁人王进喜在发现井喷征兆的关键时刻，跳进泥浆池用身体搅拌添加其中的水泥，增加钻井液比重，压住了肆虐狂喷的油气流，这一广为流传的英雄壮举，足以表明钻井液在钻井施工中扮演的重要角色。

石油行业是消费膨润土的大户，不仅勘探开发油气资源的垂深钻井需要大量配制泥浆，修建输送油气的管道，跨越江河、铁路、公路的水平钻井同样也需要循环泥浆作为保障。无论何种方式的钻井，泥浆的用量都与井筒的口径、穿越的深度或者长度成正比。一般情况下，泥浆用量至少是井筒容积的两倍，遇到地层漏失、气侵失效、钻遇超高压油气层等特殊情况，用量还要增加数倍。

目前，我国的膨润土年产量在700万吨左右，居世界第一位，优质的矿脉主要集中在四川、内蒙古和东北地区。粗略统计，我国石油行业每年对膨润土的需求量高达百万吨之多。在庆贺我国钻井深度突破万米大关的时候，万能的膨润土参与其中也有一份功劳。

作者：宫柯