稠油油藏屬低品位石油資源，其黏度高、難流動(dòng)，開(kāi)采難度大，而且開(kāi)采密封技術(shù)不過(guò)關(guān)，這也成了我國(guó)稠油開(kāi)采的“心病”。
但近期，一種新研發(fā)的稠油開(kāi)采耐高溫高壓環(huán)空密封技術(shù)映入人們眼簾，給稠油開(kāi)采帶來(lái)了無(wú)限可能。
中國(guó)稠油熱采環(huán)空密封新材料、新技術(shù)交流會(huì)暨環(huán)空密封解決方案技術(shù)中心日前在北京成功揭牌，在中國(guó)石油和化工工程研究會(huì)石油化工技術(shù)裝備專業(yè)委員會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)丁武等業(yè)內(nèi)人士看來(lái)，此次揭牌儀式上新成立的稠油開(kāi)采耐高溫高壓環(huán)空密封解決方案技術(shù)中心，有望為我國(guó)石油開(kāi)采行業(yè)作出新的貢獻(xiàn)。
該中心的核心任務(wù)是推廣由天鼎聯(lián)創(chuàng)近期研發(fā)出的稠油開(kāi)采耐高溫高壓環(huán)空密封技術(shù)。
密封不過(guò)關(guān)制約稠油開(kāi)采
目前，全球稠油年產(chǎn)量只有近億噸。我國(guó)自上世紀(jì)末以來(lái)稠油年產(chǎn)量一直穩(wěn)定在千萬(wàn)噸以上，正在開(kāi)采的油田中，稠油平均采收率不足20%，開(kāi)發(fā)潛力巨大。
稠油油藏屬低品位石油資源，其黏度高、難流動(dòng)，開(kāi)采難度大�！巴ㄋ讈�(lái)講，稠油像瀝青一樣，很難開(kāi)采，國(guó)際上通常采用蒸汽熱采，即向井底注入高溫高壓的蒸汽。”天鼎聯(lián)創(chuàng)董事長(zhǎng)宋煒告訴科技日?qǐng)?bào)記者，通常油溫每升高10℃，石油黏度就下降一倍，而為了不斷增加溫度就得提高壓力，俗稱“堵汽”，“保持井底的溫度在350℃，壓力在20MPa左右是理想的狀態(tài)。20MPa什么概念？也就是每平方厘米要承受200公斤的壓力�！�
這種開(kāi)采方法，關(guān)鍵要將高溫高壓的水蒸氣密封在井底�！爸挥忻芊饩o了，井里的溫度和壓力才能上來(lái)，這就好比氣球被扎了個(gè)眼，就怎么吹都吹不大�！彼螣樥f(shuō)，但這種方法需要密封材料具有耐高溫、高壓、高彈性、強(qiáng)腐蝕性特點(diǎn)，還必須連續(xù)密封14天，5個(gè)條件缺一不可。
“國(guó)際上一些大公司能做到其中某幾項(xiàng)，但同時(shí)做到5項(xiàng)的沒(méi)有，這是行業(yè)里公認(rèn)的難題。”宋煒說(shuō)，其中美國(guó)杜邦公司研制的全氟醚材料因達(dá)到315℃的耐高溫性能而成為這個(gè)領(lǐng)域的領(lǐng)航者，但是仍然無(wú)法滿足稠油開(kāi)采所需要的高溫高壓實(shí)際工況要求。而美國(guó)的貝克休斯公司于2016年初推出的專為超高溫高壓井設(shè)計(jì)的可移除封隔器，可耐受的溫度也只有204℃。
高溫高壓下新材料密不透風(fēng)
一次學(xué)術(shù)交流的經(jīng)歷，讓宋煒得知山東勝利油田開(kāi)采已進(jìn)入瓶頸期，能開(kāi)采的已開(kāi)采得差不多，余下的大多是稠油。
蒸汽熱采技術(shù)一直是我國(guó)稠油開(kāi)采的主要技術(shù)。但特超稠油開(kāi)發(fā)需注汽壓力大、溫度高，一般的稠油開(kāi)采方式根本行不通，國(guó)內(nèi)外幾乎沒(méi)有可借鑒經(jīng)驗(yàn)。而且國(guó)內(nèi)密封技術(shù)不過(guò)關(guān)，采用傳統(tǒng)的方法又成本過(guò)高，所以大多油井處于停采期。這個(gè)問(wèn)題深深觸動(dòng)了宋煒的心，他決定承擔(dān)起稠油密封攻關(guān)任務(wù)。
在清華大學(xué)等科研院所及石油企業(yè)的幫助下，天鼎聯(lián)創(chuàng)在稠油開(kāi)采密封材料上取得突破。2017年11月，由我國(guó)自主研發(fā)世界首創(chuàng)耐350℃、20MPa的密封材料TD350制成的密封筒橫空問(wèn)世。TD350是一種復(fù)合高分子材料，具有耐高溫、耐高壓、耐油、耐水特性，特別是在高溫條件下仍能保持類似于橡膠的彈性。這標(biāo)志著我國(guó)的超高溫井下封控技術(shù)，已經(jīng)能夠?yàn)樘岣叱碛烷_(kāi)采率提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。
宋煒詳解了TD350材料的核心技術(shù)：“TD350材料采用幾微米到二十幾微米的膨化預(yù)氧絲為基材，通過(guò)在其分子矩陣內(nèi)加入納米級(jí)的交聯(lián)劑鏈接矩陣，并融入核基石墨增強(qiáng)其耐腐蝕性與潤(rùn)滑性，形成一種新型的能夠耐高溫高壓的高強(qiáng)度高彈性復(fù)合材料。其最高穩(wěn)定工作溫度可達(dá)到360℃，壓力可達(dá)25MPa，井下環(huán)空密封最高耐壓甚至可達(dá)到60MPa，且密封筒基本完好無(wú)損�！�
“在勝利油田對(duì)國(guó)內(nèi)外密封材料開(kāi)展的對(duì)比測(cè)試中，TD350是第一種具備高溫工況條件下較長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試未見(jiàn)明顯老化的彈性材料，是材料學(xué)領(lǐng)域的顛覆性原創(chuàng)。” 中石化勝利油田石油工程技術(shù)研究院副院長(zhǎng)汪廬山評(píng)價(jià)道。
懸停油井有望繼續(xù)創(chuàng)造價(jià)值
TD350研發(fā)成功后，勝利油田濱南采油廠第一個(gè)嘗試應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)兩口生產(chǎn)井的試驗(yàn)非常成功，其中包括一口長(zhǎng)達(dá)3年的懸停井。
“勝利油田選用兩口現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)井，配備數(shù)十位專業(yè)的技術(shù)人員分成三班，與石油工程院的專家對(duì)新型材料在不同實(shí)際工況條件下的密封性能進(jìn)行了實(shí)地考察驗(yàn)證。”宋煒說(shuō)。
現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)報(bào)告顯示，整套實(shí)驗(yàn)溫度從常溫到高溫，再到高溫后燜井，注汽質(zhì)量明顯提升，連續(xù)30天封隔器密封筒，始終無(wú)泄漏，由于環(huán)空壓力為零，可以不洗井作業(yè)、不帶壓作業(yè)提井，節(jié)約大量水資源的同時(shí)，也極大地提高了施工安全性。
“TD350高溫密封筒首次同時(shí)實(shí)現(xiàn)了超高溫和常溫交變工況條件下的密封，突破了油田長(zhǎng)期以來(lái)由于密封問(wèn)題導(dǎo)致稠油熱采工藝無(wú)法進(jìn)一步有效實(shí)施的瓶頸，為下一步完善高溫稠油熱采工藝、實(shí)現(xiàn)高效采油奠定了基礎(chǔ)�！蓖魪]山評(píng)價(jià)說(shuō)。
目前勝利油田有稠油熱采井5000余口，由于稠油井底密封不嚴(yán)造成蒸汽損耗大，單位蒸汽產(chǎn)油量低，產(chǎn)油成本高。加之油價(jià)目前偏低，使得一半以上的井處于懸停狀態(tài)。如果這項(xiàng)技術(shù)得以推廣，大量懸停井將有望恢復(fù)經(jīng)濟(jì)開(kāi)采價(jià)值。
“這一技術(shù)在不斷完善中，接下來(lái)我們?cè)谑┕べ|(zhì)量上也要實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，為進(jìn)一步應(yīng)用打下基礎(chǔ)，同時(shí)，希望能將該技術(shù)推廣到石油領(lǐng)域的其他環(huán)節(jié)，以及航天、航空等其他行業(yè)。以TD350材料為核心的密封技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景�！蓖魪]山認(rèn)為。