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神奇密封术 让稠油开采不再“愁”
点击率:400 发布日期:2018-06-15 来源:科技日报

  倒影里物理检测稠油的工程师视觉中国

  耐高温高压密封筒——保证稠油热采注汽质量和数量的关键性部件

  稠油油藏属低品位石油资源,其黏度高、难流动,开采难度大,而且开采密封技术不过关,这也成了我国稠油开采的“心病”。

  但近期,一种新研发的稠油开采耐高温高压环空密封技术映入人们眼帘,给稠油开采带来了无限可能。

  中国稠油热采环空密封新材料、新技术交流会暨环空密封解决方案技术中心日前在北京成功揭牌,在中国石油和化工工程研究会石油化工技术装备专业委员会秘书长丁武等业内人士看来,此次揭牌仪式上新成立的稠油开采耐高温高压环空密封解决方案技术中心,有望为我国石油开采行业作出新的贡献。

  该中心的核心任务是推广由天鼎联创近期研发出的稠油开采耐高温高压环空密封技术。

  密封不过关制约稠油开采

  目前,全球稠油年产量只有近亿吨。我国自上世纪末以来稠油年产量一直稳定在千万吨以上,正在开采的油田中,稠油平均采收率不足20%,开发潜力巨大。

  稠油油藏属低品位石油资源,其黏度高、难流动,开采难度大。“通俗来讲,稠油像沥青一样,很难开采,国际上通常采用蒸汽热采,即向井底注入高温高压的蒸汽。”天鼎联创董事长宋炜告诉科技日报记者,通常油温每升高10℃,石油黏度就下降一倍,而为了不断增加温度就得提高压力,俗称“堵汽”,“保持井底的温度在350℃,压力在20MPa左右是理想的状态。20MPa什么概念?也就是每平方厘米要承受200公斤的压力。”

  这种开采方法,关键要将高温高压的水蒸气密封在井底。“只有密封紧了,井里的温度和压力才能上来,这就好比气球被扎了个眼,就怎么吹都吹不大。”宋炜说,但这种方法需要密封材料具有耐高温、高压、高弹性、强腐蚀性特点,还必须连续密封14天,5个条件缺一不可。

  “国际上一些大公司能做到其中某几项,但同时做到5项的没有,这是行业里公认的难题。”宋炜说,其中美国杜邦公司研制的全氟醚材料因达到315℃的耐高温性能而成为这个领域的领航者,但是仍然无法满足稠油开采所需要的高温高压实际工况要求。而美国的贝克休斯公司于2016年初推出的专为超高温高压井设计的可移除封隔器,可耐受的温度也只有204℃。

  高温高压下新材料密不透风

  一次学术交流的经历,让宋炜得知山东胜利油田开采已进入瓶颈期,能开采的已开采得差不多,余下的大多是稠油。

  蒸汽热采技术一直是我国稠油开采的主要技术。但特超稠油开发需注汽压力大、温度高,一般的稠油开采方式根本行不通,国内外几乎没有可借鉴经验。而且国内密封技术不过关,采用传统的方法又成本过高,所以大多油井处于停采期。这个问题深深触动了宋炜的心,他决定承担起稠油密封攻关任务。

  在清华大学等科研院所及石油企业的帮助下,天鼎联创在稠油开采密封材料上取得突破。2017年11月,由我国自主研发世界首创耐350℃、20MPa的密封材料TD350制成的密封筒横空问世。TD350是一种复合高分子材料,具有耐高温、耐高压、耐油、耐水特性,特别是在高温条件下仍能保持类似于橡胶的弹性。这标志着我国的超高温井下封控技术,已经能够为提高稠油开采率提供强有力的技术支撑。

  宋炜详解了TD350材料的核心技术:“TD350材料采用几微米到二十几微米的膨化预氧丝为基材,通过在其分子矩阵内加入纳米级的交联剂链接矩阵,并融入核基石墨增强其耐腐蚀性与润滑性,形成一种新型的能够耐高温高压的高强度高弹性复合材料。其最高稳定工作温度可达到360℃,压力可达25MPa,井下环空密封最高耐压甚至可达到60MPa,且密封筒基本完好无损。”

  “在胜利油田对国内外密封材料开展的对比测试中,TD350是第一种具备高温工况条件下较长时间测试未见明显老化的弹性材料,是材料学领域的颠覆性原创。” 中石化胜利油田石油工程技术研究院副院长汪庐山评价道。

  悬停油井有望继续创造价值

  TD350研发成功后,胜利油田滨南采油厂第一个尝试应用,现场两口生产井的试验非常成功,其中包括一口长达3年的悬停井。

  “胜利油田选用两口现场生产井,配备数十位专业的技术人员分成三班,与石油工程院的专家对新型材料在不同实际工况条件下的密封性能进行了实地考察验证。”宋炜说。

  现场试验报告显示,整套实验温度从常温到高温,再到高温后焖井,注汽质量明显提升,连续30天封隔器密封筒,始终无泄漏,由于环空压力为零,可以不洗井作业、不带压作业提井,节约大量水资源的同时,也极大地提高了施工安全性。

  “TD350高温密封筒首次同时实现了超高温和常温交变工况条件下的密封,突破了油田长期以来由于密封问题导致稠油热采工艺无法进一步有效实施的瓶颈,为下一步完善高温稠油热采工艺、实现高效采油奠定了基础。”汪庐山评价说。

  目前胜利油田有稠油热采井5000余口,由于稠油井底密封不严造成蒸汽损耗大,单位蒸汽产油量低,产油成本高。加之油价目前偏低,使得一半以上的井处于悬停状态。如果这项技术得以推广,大量悬停井将有望恢复经济开采价值。

  “这一技术在不断完善中,接下来我们在施工质量上也要实现创新,为进一步应用打下基础,同时,希望能将该技术推广到石油领域的其他环节,以及航天、航空等其他行业。以TD350材料为核心的密封技术具有广阔的应用前景。”汪庐山认为。

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