耐高溫高壓環(huán)空密封技術(shù)是業(yè)內(nèi)公認(rèn)制約油田稠油開采的世界級(jí)難題。然而，這一技術(shù)在中國(guó)科研人員的努力下，近日獲得突破性進(jìn)展。
記者獲悉，從2017年11月開始到日前，由天鼎聯(lián)創(chuàng)密封技術(shù)（北京）有限公司（下稱天鼎聯(lián)創(chuàng)）自主研發(fā)的核心元件——世界首創(chuàng)耐350℃、20Mpa密封材料TD350制成的封隔器密封筒，在中國(guó)石化勝利油田濱南采油廠的兩口現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)井已成功開展了40天的試驗(yàn)考核。
40天里，封隔器密封筒都經(jīng)歷了哪些考驗(yàn)？從常溫到高溫，經(jīng)歷15天的高溫連續(xù)注汽（注汽溫度330-355℃、注汽壓力12-19.7Mpa、蒸汽干度70%以上），燜井自然冷卻，再反向打壓驗(yàn)封，試驗(yàn)結(jié)果證明，高溫封隔器密封筒均保持了優(yōu)異的密封性能，大大超出油田原有在用封隔器密封筒的性能。
業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，這標(biāo)志著我國(guó)超高溫井下封控技術(shù)在全球率先取得重大突破，將可為稠油油藏提高采收率提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。清華大學(xué)材料科學(xué)與工程系教授、中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)理事兼副秘書長(zhǎng)翁端評(píng)價(jià)道：“有望填補(bǔ)稠油開采過程中耐高溫、高壓密封材料及產(chǎn)品的國(guó)內(nèi)外空白，對(duì)降低采油成本，提高稠油開采效率與效益具有重大意義�！�
開發(fā)潛力巨大
稠油即20℃時(shí)，相對(duì)密度大于0.92、油層粘度大于50厘泊的原油，又稱重油。50℃時(shí)，粘度為10萬(wàn)厘泊以上的稠油為特超稠油，這種原油采出后在地面條件下基本呈固態(tài)，腳踩不變形。
根據(jù)公開報(bào)道，目前全球稠油可采儲(chǔ)量約4000億噸，是常規(guī)原油可采儲(chǔ)量（1500億噸）的2.7倍。全球大約10萬(wàn)億桶剩余石油資源中，70%以上是稠油資源。稠油有望成為重要的戰(zhàn)略接替資源。
相關(guān)資料顯示，我國(guó)是繼美國(guó)、加拿大、和委內(nèi)瑞拉之后的第四大稠油資源國(guó)，探明和控制儲(chǔ)量約40億噸，重點(diǎn)分布在遼河油田、勝利油田、克拉瑪依油田以及河南油田等。海上稠油集中分布在渤海地區(qū)，在該地區(qū)已探明原油地質(zhì)儲(chǔ)量中有62%為稠油。
但稠油油藏屬低品位石油資源，因其粘度高、難流動(dòng)，開采難度大，目前全球年產(chǎn)量只有近億噸。我國(guó)自上世紀(jì)末以來稠油年產(chǎn)量一直穩(wěn)定在千萬(wàn)噸以上，目前我國(guó)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。
蒸汽泄漏制約熱采效率
據(jù)天鼎聯(lián)創(chuàng)董事長(zhǎng)宋煒介紹，稠油的突出特點(diǎn)是對(duì)溫度十分敏感，溫度每升高8-10℃，其粘度就降低1倍，因此將高壓飽和蒸汽注入油層進(jìn)行熱采，增產(chǎn)效果非常顯著�！爱�(dāng)向地層注入250-350℃的高溫高壓蒸汽后，近井地帶內(nèi)的油層和原油被加熱，原油粘度可大幅降低到幾厘泊，原油流動(dòng)阻力大減少，油井產(chǎn)量必然將大幅增加�！�
多年來，蒸汽熱驅(qū)法成了世界主流的稠油開采方向。在我國(guó)，自上世紀(jì)80年代以來，蒸汽熱采技術(shù)也一直是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(guó)內(nèi)外幾乎沒有可借鑒經(jīng)驗(yàn)。
業(yè)內(nèi)專家指出，稠油熱采的關(guān)鍵是注汽質(zhì)量。根據(jù)美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)（ASME）的研究，注汽溫度達(dá)到350℃、干氣飽和度（蒸汽干度）達(dá)到100%時(shí)，是稠油降粘的最好方案。
“近年來，隨著臨界/超臨界鍋爐等裝備的成功研制，油田在開采稠油時(shí)已經(jīng)能夠充分保障井口的注汽質(zhì)量。但由于環(huán)空密封問題始終沒有得到很好解決，極大地影響了井內(nèi)熱采封隔器以下井筒的蒸汽質(zhì)量，油田對(duì)稠油開采進(jìn)行注汽時(shí)常常發(fā)生泄漏，而這已成為制約油田稠油熱采的關(guān)鍵瓶頸�！彼螣槍�(duì)記者說。
記者了解到，多年來，國(guó)內(nèi)外很多公司都參與了稠油熱采領(lǐng)域大環(huán)空密封技術(shù)的攻關(guān)研究，其核心就是要解決材料問題，即找到一種耐高溫、高壓、并長(zhǎng)期具備高彈性的密封材料，但效果均不盡如人意。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(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℃。
世界首創(chuàng)密封技術(shù)初試成功
為攻克這一難題，自2015年開始，天鼎聯(lián)創(chuàng)公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)與清華大學(xué)機(jī)械學(xué)院、勝利油田石油工程研究院等單位合作，在云暉資本的加盟助力下，經(jīng)過三年科研攻關(guān)，成功研制出全球首創(chuàng)，可耐350℃、20Mpa過飽和水蒸氣壓力的高彈性復(fù)合材料——TD350，并獲得7項(xiàng)發(fā)明****授權(quán)、25項(xiàng)實(shí)用新型****授權(quán)。
據(jù)介紹，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，在350℃、20Mpa壓力下能持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間密封油套環(huán)空，最高耐受溫度可達(dá)361℃，最高耐壓可達(dá)25Mpa。
天鼎聯(lián)創(chuàng)公司與勝利油田石油工程技術(shù)研究院合作，采用其自主研發(fā)的TD350密封筒先后在勝利油田石油工程院開展了長(zhǎng)達(dá)三年的地面11項(xiàng)試驗(yàn)考核，實(shí)現(xiàn)了稠油熱采模擬裝置的大環(huán)空密封，為稠油開采井下封控的現(xiàn)場(chǎng)推廣提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
“2017年11月開始，勝利油田濱南采油廠率先大膽嘗試，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們不分晝夜開展實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證新型材料在不同實(shí)際工況條件下的密封性能�！彼螣樥f。
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(zhǎng)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)�！眲倮吞锸凸に囇芯吭焊痹洪L(zhǎng)汪廬山評(píng)價(jià)說。
據(jù)了解，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。