稠油油藏屬低品位石油資源，其黏度高、難流動，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石油化工技術(shù)裝備專業(yè)委員會秘書長丁武等業(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。
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，開采難度大�！巴ㄋ讈碇v，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�！碧於β�(lián)創(chuàng)董事長宋煒告訴科技日報記者，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�！爸挥忻芊饩o了，井里的溫度和壓力才能上來，這就好比氣球被扎了個眼，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、強腐蝕性特點，還必須連續(xù)密封14天，5個條件缺一不可。
“國際上一些大公司能做到其中某幾項，但同時做到5項的沒有，這是行業(yè)里公認的難題�！彼螣樥f，其中美國杜邦公司研制的全氟醚材料因達到315℃的耐高溫性能而成為這個領(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
一次學術(shù)交流的經(jīng)歷，讓宋煒得知山東勝利油田開采已進入瓶頸期，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。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。這個問題深深觸動了宋煒的心，他決定承擔起稠油密封攻關(guān)任務(wù)。
在清華大學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。這標志著我國的超高溫井下封控技術(shù)，已經(jīng)能夠為提高稠油開采率提供強有力的技術(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)加入納米級的交聯(lián)劑鏈接矩陣，并融入核基石墨增強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度高彈性復合材料。其最高穩(wěn)定工作溫度可達到360℃，壓力可達25MPa，井下環(huán)空密封最高耐壓甚至可達到60MPa，且密封筒基本完好無損�！�
“在勝利油田對國內(nèi)外密封材料開展的對比測試中，TD350是第一種具備高溫工況條件下較長時間測試未見明顯老化的彈性材料，是材料學領(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價道。
懸停油井有望繼續(xù)創(chuàng)造價值
TD350研發(fā)成功后，勝利油田濱南采油廠第一個嘗試應(yīng)用，現(xiàn)場兩口生產(chǎn)井的試驗非常成功，其中包括一口長達3年的懸停井。
“勝利油田選用兩口現(xiàn)場生產(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新型材料在不同實際工況條件下的密封性能進行了實地考察驗證�！彼螣樥f。
現(xiàn)場試驗報告顯示，整套實驗溫度從常溫到高溫，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，也極大地提高了施工安全性。
“TD350高溫密封筒首次同時實現(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致稠油熱采工藝無法進一步有效實施的瓶頸，為下一步完善高溫稠油熱采工藝、實現(xiàn)高效采油奠定了基礎(chǔ)�！蓖魪]山評價說。
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。加之油價目前偏低，使得一半以上的井處于懸停狀態(tài)。如果這項技術(shù)得以推廣，大量懸停井將有望恢復經(jīng)濟開采價值。
“這一技術(shù)在不斷完善中，接下來我們在施工質(zhì)量上也要實現(xiàn)創(chuàng)新，為進一步應(yīng)用打下基礎(chǔ)，同時，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]山認為。