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神奇密封術(shù) 讓稠油開采不再“愁”

   2018-06-15 科技日?qǐng)?bào)

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核心提示:稠油油藏屬低品位石油資源,其黏度高、難流動(dòng),開采難度大,而且開采密封技術(shù)不過關(guān),這也成了我國稠油開采
    稠油油藏屬低品位石油資源,其黏度高、難流動(dòng),開采難度大,而且開采密封技術(shù)不過關(guān),這也成了我國稠油開采的“心病”。       但近期,一種新研發(fā)的稠油開采耐高溫高壓環(huán)空密封技術(shù)映入人們眼簾,給稠油開采帶來了無限可能。       中國稠油熱采環(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)秘書長丁武等業(yè)內(nèi)人士看來,此次揭牌儀式上新成立的稠油開采耐高溫高壓環(huán)空密封解決方案技術(shù)中心,有望為我國石油開采行業(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)出的稠油開采耐高溫高壓環(huán)空密封技術(shù)。       密封不過關(guān)制約稠油開采       目前,全球稠油年產(chǎn)量只有近億噸。我國自上世紀(jì)末以來稠油年產(chǎn)量一直穩(wěn)定在千萬噸以上,正在開采的油田中,稠油平均采收率不足20%,開發(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),開采難度大。“通俗來講,稠油像瀝青一樣,很難開采,國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。”       這種開采方法,關(guān)鍵要將高溫高壓的水蒸氣密封在井底。“只有密封緊了,井里的溫度和壓力才能上來,這就好比氣球被扎了個(gè)眼,就怎么吹都吹不大。”宋煒說,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)的沒有,這是行業(yè)里公認(rèn)的難題。”宋煒說,其中美國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,但是仍然無法滿足稠油開采所需要的高溫高壓實(shí)際工況要求。而美國的貝克休斯公司于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采已進(jìn)入瓶頸期,能開采的已開采得差不多,余下的大多是稠油。       蒸汽熱采技術(shù)一直是我國稠油開采的主要技術(shù)。但特超稠油開發(fā)需注汽壓力大、溫度高,一般的稠油開采方式根本行不通,國內(nèi)外幾乎沒有可借鑒經(jīng)驗(yàn)。而且國內(nèi)密封技術(shù)不過關(guān),采用傳統(tǒng)的方法又成本過高,所以大多油井處于停采期。這個(gè)問題深深觸動(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)在稠油開采密封材料上取得突破。2017年11月,由我國自主研發(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)志著我國的超高溫井下封控技術(shù),已經(jīng)能夠?yàn)樘岣叱碛烷_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損。”       “在勝利油田對(duì)國內(nèi)外密封材料開展的對(duì)比測(cè)試中,TD350是第一種具備高溫工況條件下較長時(shí)間測(cè)試未見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。       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,突破了油田長期以來由于密封問題導(dǎo)致稠油熱采工藝無法進(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)。”汪廬山評(píng)價(jià)說。       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)開采價(jià)值。       “這一技術(shù)在不斷完善中,接下來我們?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。”汪廬山認(rèn)為。

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