油氣行業(yè)的每一次飛躍，都離不開技術(shù)與材料的雙重驅(qū)動(dòng)。在新時(shí)代的浪潮中，新材料以其獨(dú)特的性能和廣泛的應(yīng)用前景，成為推動(dòng)油氣勘探開發(fā)工程技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵力量。從增強(qiáng)型纖維的堅(jiān)韌不拔到可降解聚合物的綠色智慧，每一種新材料在上游領(lǐng)域的應(yīng)用，都是對(duì)油氣生產(chǎn)極限的一次有力挑戰(zhàn)，不僅提升了勘探開發(fā)的效率與效益，而且在保障生產(chǎn)安全、促進(jìn)環(huán)境友好方面展現(xiàn)出了巨大的潛力。這是一場(chǎng)材料科學(xué)與油氣工程的深度融合，更是一場(chǎng)未來能源發(fā)展的深刻變革。

本版文圖除署名外由 尹慧博 馬蘭榮 劉 奔 任麗麗 王佳麟 潘亞男 柏詩哲 提供

PGA

材料特性

PGA（聚乙醇酸）是一種可完全生物降解的新材料，能夠在自然環(huán)境中分解為二氧化碳和水，可有效減少對(duì)地層的傷害，而且具有絕佳的氣體阻隔性、優(yōu)良的機(jī)械性能和耐熱性，能夠承受油氣開采過程中高溫高壓等復(fù)雜的地質(zhì)條件，有助于減少油氣資源流失、提高開采效率。

常見產(chǎn)品

●PGA暫堵劑、暫堵球和可溶橋塞能滿足頁巖油氣井壓裂承壓、降解速度可控的需求，適用于非常規(guī)油氣井的分段壓裂和老井重復(fù)改造的暫堵轉(zhuǎn)向壓裂施工。目前，中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院生產(chǎn)的各類PGA壓裂暫堵產(chǎn)品已在江漢、西南、中原等油氣田公司近百口井推廣使用。

PGA暫堵產(chǎn)品讓壓裂液“撞上南墻”

□楊 敏 雷洋洋

“普陸頁1HF井結(jié)合設(shè)計(jì)采用了縫口、縫內(nèi)雙暫堵這一特殊工藝，在壓力窗口受限的條件下，仍然成功完成了23段施工，且綜合砂液比提高到8.2%?！碧岬絇GA暫堵劑、暫堵球在普陸頁1HF井的成功應(yīng)用，石油工程技術(shù)研究院油層改造技術(shù)研究所壓裂工藝主管石恒毅打開了話匣子。

隨著油氣開發(fā)逐漸向非常規(guī)油氣儲(chǔ)層延伸，新的問題也隨之而來。“非常規(guī)油氣儲(chǔ)層具有深層、致密、難開采等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的壓裂技術(shù)難以勝任?！笔阋阏f。

由于地下儲(chǔ)層較為致密，孔道之間幾乎不連通，如果不通過壓裂的方式壓開地層，油氣將會(huì)以一座座“孤島”的形式儲(chǔ)存在地下，難以被開采出來。而常規(guī)壓裂技術(shù)一般在地層中只能形成簡(jiǎn)單的雙翼裂縫，縫與縫之間沒有渠道。

“也就是說，常規(guī)壓裂技術(shù)無法完全打碎地層，油氣不能被充分開采出來?，F(xiàn)在常用的大型非常規(guī)體積壓裂技術(shù)可充分‘壓碎’地層，形成蜘蛛網(wǎng)狀的縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)，為油氣的運(yùn)移提供各種大小不一的‘通道’?！?石恒毅介紹。

然而，通道多了，也不完全是“好事”。有些通道不是最優(yōu)選擇，在施工中常常需要將其臨時(shí)封堵住，以免壓裂液不按目的路線流動(dòng)，因此，暫堵技術(shù)成為不可或缺的手段。而面對(duì)越來越高的環(huán)保要求，如何才能實(shí)現(xiàn)綠色施工？由石油工程技術(shù)研究院研制的PGA暫堵劑、暫堵球進(jìn)入技術(shù)人員的視野。

PGA暫堵技術(shù)是通過向壓裂液中添加暫堵材料（暫堵球封堵孔眼，暫堵劑隨壓裂液封堵裂縫端部），從而改變?cè)幸后w的流入方向。通俗地說，就是暫堵劑、暫堵球在孔眼處形成臨時(shí)封堵的“南墻”，壓裂液“撞”了墻，自然也就改變了方向，“拐個(gè)彎兒”朝著目的層流動(dòng)，促使其他射孔簇或地層開啟新裂縫，最終形成多條新的分支裂縫，達(dá)到對(duì)儲(chǔ)層精細(xì)改造的目的。

“PGA暫堵劑、暫堵球具有短時(shí)封堵、自降解功能，也就是說，需要時(shí)會(huì)發(fā)揮作用暫時(shí)封堵，不需要時(shí)便會(huì)失去封堵效果，使裂縫重新打開。這是改造非常規(guī)油氣資源儲(chǔ)層、形成復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)的重要技術(shù)手段。”中原油田油氣田化學(xué)品專家李健介紹。

PGA繩結(jié)暫堵球、暫堵劑在中原油田普陸頁1HF井、1-1井應(yīng)用，均見到了較好的效果，壓力最高增長(zhǎng)10.8兆帕，兩井的裂縫復(fù)雜度均高于同層同類型儲(chǔ)層壓裂水平井，說明PGA縫內(nèi)暫堵轉(zhuǎn)向工藝整體效果良好。

此外，針對(duì)目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層特征，石油工程技術(shù)研究院以裂縫均勻起裂及體積改造為目標(biāo)，開展了“縫口-縫內(nèi)”雙暫堵工藝研究。數(shù)值模擬分析表明，采用PGA材料雙暫堵工藝，改造體積較常規(guī)暫堵壓裂提升了160%。

“在現(xiàn)場(chǎng)施工中，采用‘PGA繩結(jié)暫堵球+暫堵劑’的方式，配合排量提升，能有效提升凈壓力，確保壓裂作業(yè)安全、環(huán)保、高效。隨著壓裂作業(yè)要求越來越高，PGA暫堵產(chǎn)品將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用?！崩罱≌f。

碳纖維

材料特性

碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量新型纖維材料。碳纖維力學(xué)性能優(yōu)異，直徑只有頭發(fā)的1/15，比重不到鋼的1/4，強(qiáng)度卻是鋼的7~9倍，還具有耐腐蝕、高模量的特性，被稱為“新材料之王”，在各行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用前景。

常見產(chǎn)品

●碳纖維抽油桿最長(zhǎng)可達(dá)5000米，成功克服了過去抽油桿需要套桿連接、起下工作時(shí)間長(zhǎng)，金屬桿易腐蝕、使用壽命短，運(yùn)行中耗電量大等缺點(diǎn)，而且下井千米也不易變形，采油時(shí)每千米噸油耗電量可下降三成左右，有助于油田企業(yè)降低生產(chǎn)成本。

●碳纖維復(fù)合材料扶正器耐腐蝕、強(qiáng)度高、摩擦系數(shù)低，可有效解決井下腐蝕與偏磨問題，在降低桿管報(bào)廢率、延長(zhǎng)油井免修期、提高生產(chǎn)時(shí)效等方面起到重要作用。

●碳纖維布適用于油罐的浮頂、罐頂加固補(bǔ)強(qiáng)，特別是曲面、受彎構(gòu)件等復(fù)雜部位的施工作業(yè)，操作簡(jiǎn)便，有助于縮短工期、降低工程造價(jià)。

碳纖維復(fù)合材料讓采油設(shè)備“強(qiáng)筋健骨”

□朱益飛 劉海波 張 瑾

從制作抽油桿到修復(fù)集輸管道，近年來，碳纖維復(fù)合材料以其獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)，有效解決了傳統(tǒng)金屬材料存在的諸多問題，提升了油田生產(chǎn)的安全性、效率和經(jīng)濟(jì)效益。

早在2016年，勝利油田就設(shè)立了碳纖維抽油桿項(xiàng)目，開啟了碳纖維的應(yīng)用之旅，并在扁帶形碳纖維抽油桿基礎(chǔ)上研制出了第一代圓形截面純碳纖維抽油桿。碳纖維抽油桿克服了傳統(tǒng)鋼制抽油桿易腐蝕、壽命短、下深受限、能耗高、起下工作時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，防腐延壽、深抽提液、節(jié)能降耗等效果顯著。

勝利油田技術(shù)檢測(cè)中心作為項(xiàng)目的核心研發(fā)團(tuán)隊(duì)之一，針對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法體系缺失等問題，經(jīng)過刻苦攻關(guān)，建立了碳纖維復(fù)合材料抽油桿檢測(cè)評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法體系，實(shí)現(xiàn)了碳纖維抽油桿連續(xù)在線全截面檢測(cè)，為抽油桿的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用提供了技術(shù)保障。

圍繞碳纖維抽油桿應(yīng)用中遇到的桿體斷、裂等問題，研發(fā)團(tuán)隊(duì)從碳纖維固化時(shí)間、拉擠速度等生產(chǎn)工藝入手，全面測(cè)試分析了各項(xiàng)參數(shù)對(duì)桿體綜合性能的影響規(guī)律，通過調(diào)整桿體結(jié)構(gòu)、優(yōu)化固化工藝等措施，不斷提升產(chǎn)品性能，斷、裂失效率由36%降為0。

碳纖維復(fù)合材料雖然抗腐蝕能力強(qiáng)，但是在井下高溫、高壓、高礦化油水介質(zhì)環(huán)境與交變載荷的共同作用下，也存在老化、損傷現(xiàn)象。為此，勝利油田技術(shù)檢測(cè)中心通過仿真模擬試驗(yàn)，研究出碳纖維抽油桿的力學(xué)性能演化規(guī)律，確定了其在不同油井工況和環(huán)境中的應(yīng)用界限，為碳纖維抽油桿的設(shè)計(jì)、選型及維護(hù)提供了科學(xué)依據(jù)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前已有112萬余米碳纖維抽油桿在勝利、西北、中原等油田的961口井實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用，累計(jì)增油超17萬噸、節(jié)電超1300萬千瓦時(shí)，最長(zhǎng)生產(chǎn)周期1526天，腐蝕井平均檢泵周期延長(zhǎng)1.5倍，直接經(jīng)濟(jì)效益超3億元。

隨著研究不斷深入，碳纖維的應(yīng)用領(lǐng)域也得到了進(jìn)一步拓展。經(jīng)過持續(xù)攻關(guān)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新形成了碳纖維補(bǔ)強(qiáng)工藝、3D復(fù)合材料罐頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)、原位修復(fù)增強(qiáng)一體化施工工藝等，突破了樹脂體系在水下等潮濕環(huán)境中無法固化的技術(shù)難題，使碳纖維在集輸管道及容器的修復(fù)中大顯身手。新材料的應(yīng)用不僅大幅降低了“跑冒滴漏”等安全環(huán)保事件發(fā)生的概率，而且有效減少了材料消耗、節(jié)省了作業(yè)費(fèi)用，與傳統(tǒng)修復(fù)工藝相比，無須停輸，修復(fù)效率提升兩倍以上。

今后，隨著碳纖維復(fù)合材料在油田生產(chǎn)中的深入應(yīng)用，其在提高能源開采效率、降低運(yùn)營(yíng)成本、促進(jìn)環(huán)境保護(hù)等方面展現(xiàn)出的巨大潛力，將進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)油氣行業(yè)向更加智能、高效、綠色的方向發(fā)展。

新聞會(huì)客廳：新材料引領(lǐng)油氣勘探開發(fā)邁進(jìn)新時(shí)代

對(duì)于油氣勘探開發(fā)過程中的極端環(huán)境，如高溫、高壓、高腐蝕等，哪些新材料具備出色的適應(yīng)性和性能表現(xiàn)？

呂明福：油氣勘探開發(fā)經(jīng)常面臨高溫、高壓、油氣混合高腐蝕等極端環(huán)境，對(duì)應(yīng)用材料的耐熱、耐磨、耐腐蝕及長(zhǎng)期服役性能都有很高要求。其中，碳纖維復(fù)合材料具備優(yōu)異的耐腐蝕性和耐高溫性，以及出色的力學(xué)性能和長(zhǎng)期服役能力，在油田領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，不僅在油氣管道、儲(chǔ)罐、閥門等關(guān)鍵設(shè)備的制造和油井橋塞的強(qiáng)化修復(fù)中發(fā)揮著重要作用，而且在抽油桿、連續(xù)油管等油氣開采的核心部件制備中顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。特別值得一提的是，碳纖維復(fù)合材料輕質(zhì)、高強(qiáng)和出色的耐海水腐蝕能力，使其成為海上平臺(tái)和海洋油氣田開發(fā)的理想選擇。隨著碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)不斷進(jìn)步，井下工具和部件的耐溫性能有望得到顯著提升，預(yù)計(jì)耐溫能力將達(dá)到300攝氏度，能極大地提高深層超深層油氣勘探開發(fā)能力，也為高溫地?zé)衢_發(fā)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

生物可降解材料聚乙醇酸（PGA），具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐熱性和可降解性。采用PGA制備的暫堵球、暫堵劑和井下工具在一定的高溫環(huán)境中仍具有良好的抗壓強(qiáng)度，且使用后能在地層環(huán)境中自行降解，無須酸化解堵，對(duì)地層結(jié)構(gòu)影響小、施工成本低。

新材料的應(yīng)用如何提升油氣上游領(lǐng)域的勘探和開采效率？

沙 鷗：新材料的使用能有效提升油氣勘探開發(fā)效率，并使開發(fā)模式發(fā)生根本改變。在鉆完井工程中，碳纖維材料的應(yīng)用使抽油桿抗拉強(qiáng)度達(dá)到1800兆帕以上（是鋼桿的兩倍，但密度僅為鋼桿的1/4），克服了過去抽油桿需要套桿連接、起下工作時(shí)間長(zhǎng)，金屬桿易腐蝕、使用壽命短，運(yùn)行中耗電量大等缺點(diǎn)。在驅(qū)油過程中，低滲透油藏普遍存在聚合物注不進(jìn)的問題，黏彈性表面活性劑或聚表劑由于分子尺度匹配，具有驅(qū)油和調(diào)剖一體化優(yōu)勢(shì)，具備替代二元復(fù)合驅(qū)的潛力；稠油原位改質(zhì)水熱裂解催化材料的突破，可以革命性地解決稠油開采的諸多難題。在油氣集輸和后處理中，無機(jī)有機(jī)復(fù)合分離膜可實(shí)現(xiàn)采出井井口的快速分離回注，能有效提升油氣開采效率和環(huán)保效果；高效油氣田采出水處理膜能高效去除采出水中的COD（化學(xué)需氧量）、BOD（生化需氧量），減少環(huán)境污染，促進(jìn)水資源循環(huán)利用；高效破乳納米磁性材料的應(yīng)用，可以高效低成本實(shí)現(xiàn)油水分離。

未來幾年，新材料在油氣上游領(lǐng)域的應(yīng)用會(huì)有哪些重大變化？

呂明福：油氣上游領(lǐng)域多為資本和技術(shù)密集型的行業(yè)，需要大量的資金投入和先進(jìn)的技術(shù)支持。近年來，隨著高新技術(shù)的快速發(fā)展及各類新材料的更新迭代，油氣上游領(lǐng)域的作業(yè)效率和安全性不斷提高，同時(shí)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響也在逐步降低。輕質(zhì)高強(qiáng)合金及高性能復(fù)合材料等輕量化材料的開發(fā)，有助于減輕設(shè)備重量，降低運(yùn)輸和安裝成本，同時(shí)提高作業(yè)效率。納米驅(qū)油技術(shù)利用新型納米材料強(qiáng)憎水和強(qiáng)親油的特性，使油層注水到達(dá)傳統(tǒng)水驅(qū)難以觸及的低滲透區(qū)域，可大幅增加可采儲(chǔ)量、提高油氣采收率。環(huán)境友好型材料，如可降解材料和低毒性材料等，能有效減少油氣勘探開發(fā)過程對(duì)環(huán)境的影響。

與此同時(shí)，科研團(tuán)隊(duì)仍在不懈攻關(guān)，持續(xù)拓展、提升材料性能，以滿足油氣上游領(lǐng)域快速發(fā)展的需求。超耐磨、耐腐蝕、耐高溫材料的開發(fā)，將顯著提高井下采油裝備的耐腐蝕性能，延長(zhǎng)設(shè)備壽命和檢泵周期，減少維護(hù)成本。智能材料，如形狀記憶合金、自修復(fù)材料等的應(yīng)用，將提高油氣設(shè)備的自適應(yīng)性和自修復(fù)能力，減少維護(hù)需求。

未來，隨著研究不斷深入，新材料在油氣上游領(lǐng)域的應(yīng)用將呈現(xiàn)多樣化、智能化和可持續(xù)化的趨勢(shì)，推動(dòng)油氣勘探開發(fā)技術(shù)快速迭代，為行業(yè)帶來更多創(chuàng)新和發(fā)展機(jī)遇。

針對(duì)油氣上游領(lǐng)域，當(dāng)前新材料研發(fā)和應(yīng)用面臨的最大挑戰(zhàn)是什么？

沙 鷗：一是由于新材料研發(fā)涉及化學(xué)化工、高分子材料、油氣藏工程等多專業(yè)交叉學(xué)科，基礎(chǔ)研究滯后，亟待建立完善的創(chuàng)新機(jī)制和人才配套激勵(lì)政策；二是需建立以市場(chǎng)為導(dǎo)向的產(chǎn)學(xué)研深度融合平臺(tái)，滿足客戶差異化、個(gè)性化需求，以市場(chǎng)引導(dǎo)研發(fā)，以研發(fā)升級(jí)市場(chǎng)；三是油氣上游板塊與下游化工研究院應(yīng)結(jié)合自身優(yōu)勢(shì)，從材料科學(xué)與工程問題出發(fā)，梳理研究目標(biāo)，強(qiáng)化材料研發(fā)與人工智能等數(shù)字化技術(shù)的結(jié)合，縮短研發(fā)周期，通過技術(shù)創(chuàng)新，深耕細(xì)分賽道，增強(qiáng)新材料在油氣上游領(lǐng)域的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

納米材料

材料特性

納米材料因具有獨(dú)特的高分散性能，特殊的表面性能、粒徑及分布特性等，已逐漸成為解決油氣田勘探開發(fā)各環(huán)節(jié)技術(shù)難題的關(guān)鍵材料，擁有巨大的應(yīng)用潛力。合理使用合適的納米材料，可有效提高各種油田化學(xué)工作液，如鉆井液、固井水泥漿、壓裂液等的工作效率，從而大幅增加油氣井產(chǎn)量、提高油氣采收率，具有極大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

常見產(chǎn)品

●納米驅(qū)油劑可利用納米材料的高表面積、高擴(kuò)散率、高滲透性和更好的吸附作用，在油藏中促進(jìn)油氣流動(dòng)提高采收率，還可增強(qiáng)水與油之間的親和力，減少水油界面張力，實(shí)現(xiàn)更高效的油藏開發(fā)。

●納米封堵劑是一種能在井壁裂隙和孔隙中定向聚集并形成一層密封屏障以阻止油氣流動(dòng)的微納米顆粒，常被添加在鉆井液中，為井壁封堵提供技術(shù)手段。

納米乳液驅(qū)油體系進(jìn)入更小孔隙 “洗”出更多原油

□徐博誩聞 林 剛

7月30日，在江蘇油田采油二廠陽6-1井現(xiàn)場(chǎng)，裝滿納米乳液的藥劑通過設(shè)備正緩緩流入注水井。

納米乳液并非傳統(tǒng)意義上的納米材料，而是一種包含了表面活性劑、有機(jī)相等多元組分的穩(wěn)定乳液體系。2019年以來，該技術(shù)已規(guī)模應(yīng)用于16個(gè)區(qū)塊54個(gè)井組，累計(jì)增油3.52萬噸，為江蘇油田難動(dòng)用儲(chǔ)量高質(zhì)量開發(fā)提供了有力支撐。

如何實(shí)現(xiàn)中低滲油藏的高效開發(fā)，一直是老油田增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的難題。江蘇油田中低滲油藏儲(chǔ)量占比超過80%，孔喉直徑大多小于4微米，常規(guī)水驅(qū)注水困難，且“表面活性劑+聚合物”等傳統(tǒng)驅(qū)油體系存在注入困難、易造成儲(chǔ)層堵塞等問題。

為提高老區(qū)采收率，探尋適合江蘇油田低滲油藏的驅(qū)油技術(shù)勢(shì)在必行。江蘇油田工程院科研人員從2017年起就著手開展納米乳液驅(qū)油體系研究，經(jīng)過多年攻關(guān)，研發(fā)出了一種“尺寸足夠小、分散油聚并”納米乳液驅(qū)油體系。

相較常規(guī)表面活性劑，納米乳液體系活力更高，能把吸附在巖石孔隙里的原油驅(qū)出來?！熬拖裣匆路系奈蹪n，用水洗不干凈，用洗衣液洗就干凈了?！苯K油田工程院油化室主任錢志鴻說。

由于界面張力的作用，表面活性劑會(huì)有一部分吸附在巖石孔隙口。因此，科研人員又想方設(shè)法降低其界面張力，使驅(qū)油液能夠“鉆進(jìn)”孔隙內(nèi)部，增強(qiáng)洗油效果。

經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，科研人員認(rèn)為，改變分子間力的作用方式，采用離子型和非離子型分子構(gòu)型及組對(duì)改性等手段，可大幅降低吸附程度，將驅(qū)油體系的油水界面張力降低1~2個(gè)數(shù)量級(jí)。這就意味著，納米乳液可快速使油膜從巖石表面剝離，驅(qū)出來更多隱藏在孔隙深處的原油。

同時(shí)，科研人員還在納米乳液中引入“鎖水、攜油”功能。進(jìn)入地層后，納米乳液通過親水基團(tuán)束縛水分子，給水分子綁上“沙袋”，讓水跑得慢；通過親油基團(tuán)攜帶油，給油分子加上“引擎”，讓油跑得快，從而減少水竄。

為達(dá)到更好的驅(qū)油目的，科研人員創(chuàng)新思路，將納米乳液直徑降到70納米，相當(dāng)于頭發(fā)絲的千分之一，可進(jìn)入更多納米、微米級(jí)的孔隙中，大幅擴(kuò)大驅(qū)油劑的波及體積。

石5塊是典型的低孔低滲油藏，平均滲透率僅為7毫達(dá)西。石5-5井組在納米乳液注入前，采油速度僅0.38%。技術(shù)人員根據(jù)基巖低滲、壓裂縫水竄的雙重滲流特點(diǎn)，有針對(duì)性地采用“調(diào)+驅(qū)”的工藝設(shè)計(jì)，延長(zhǎng)了乳液的作用時(shí)間。目前，該井組日增油2.1噸。

室內(nèi)實(shí)驗(yàn)顯示，通過大幅增強(qiáng)分子活力，納米乳液洗油效率較水驅(qū)提高14個(gè)百分點(diǎn)以上。為方便現(xiàn)場(chǎng)使用，院廠通過配合，在配套工藝上開發(fā)了低成本在線注入，形成了模塊化、橇裝化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化的“四化”注入模式，以及調(diào)、驅(qū)、洗一體化全生命周期注入工藝，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)快速、精確注入，有效保證了驅(qū)油效果。

近日，江蘇油田工程院還在納米乳液體系的基礎(chǔ)上強(qiáng)化滲吸置換原油能力，開發(fā)形成了適應(yīng)致密、非常規(guī)儲(chǔ)層的滲吸洗油劑，已在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用并取得良好反饋，進(jìn)一步拓寬了納米乳液系列技術(shù)的應(yīng)用范圍。

納米改性水泥漿提高固井質(zhì)量 延長(zhǎng)油井壽命

□徐軍浩 彭大為 吳 波

經(jīng)過幾十年的開發(fā)，勝利油區(qū)面臨注采壓力體系不平衡、層間距小、固井后管外油水竄流嚴(yán)重等挑戰(zhàn)，常用的補(bǔ)救措施效果差、費(fèi)用高。而固井過程中所使用的水泥屬于脆性材料，在井下溫度、壓力、酸化等復(fù)雜條件影響下，易產(chǎn)生微裂縫與微環(huán)隙，導(dǎo)致水泥石完整性被破壞，嚴(yán)重影響油氣井產(chǎn)能、壽命和生產(chǎn)安全。同時(shí)，致密性油藏、全井套管大型壓裂、薄隔層、密集層位的多炮眼開采方式等也對(duì)水泥環(huán)完整性提出了更高要求。

為此，勝利石油工程固井技術(shù)服務(wù)中心自主研發(fā)了納米高致密防竄水泥漿體系，采用水泥與新組分活性礦物顆粒級(jí)配，在水泥漿體系中加入粒徑更小的納米級(jí)顆粒材料起到填充作用，能有效提高水泥石的致密度、抗?jié)B性、抗腐蝕性和抗射孔沖擊能力，降低滲透率，有利于改善水泥環(huán)與套管、地層的界面膠結(jié)，保證水泥環(huán)的完整性。

為進(jìn)一步提高井筒完整性、保護(hù)套管、延長(zhǎng)油氣井壽命，固井技術(shù)服務(wù)中心針對(duì)勝利油田規(guī)模效益穩(wěn)產(chǎn)需求，采用接枝劑對(duì)二氧化硅納米顆粒進(jìn)行表面改性，并通過專業(yè)儀器對(duì)改性二氧化硅納米顆粒的化學(xué)組成、粒徑分布、分散穩(wěn)定性、水泥水化放熱等進(jìn)行表征分析，解決了納米級(jí)增強(qiáng)劑的團(tuán)聚問題。經(jīng)過水泥漿體系配伍試驗(yàn)驗(yàn)證，在不降低材料原始性能的前提下，該中心形成了兼具高致密性、高強(qiáng)度、耐腐蝕的固井水泥漿體系，可滿足大型壓裂、層間封隔、高壓防竄等不同井況的要求，對(duì)于高壓層、密集型層位、薄隔層等油藏類型固井質(zhì)量提升效果明顯。截至目前，該體系已在勝利油區(qū)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用451井次，固井二界面質(zhì)量提高了30.7%。

梁115-斜1井是勝利油田純梁采油廠部署的一口油藏評(píng)價(jià)井，完鉆井深3628米，鉆進(jìn)至2983米時(shí)發(fā)生油氣侵、3375米時(shí)發(fā)現(xiàn)瀝青層，完鉆時(shí)鉆井液密度1.68克/立方厘米，油氣活躍，固井質(zhì)量難以保證。應(yīng)用高致密納米防竄水泥漿體系后，該井比同區(qū)塊固井二界面質(zhì)量提升了60%。牛871區(qū)塊的4口井應(yīng)用該體系后，壓裂投產(chǎn)至今含水率均處于較低水平，首月累計(jì)產(chǎn)油406噸，開發(fā)效果明顯。

可溶材料為油氣開采注入綠色動(dòng)力

□魏 遼

現(xiàn)代材料科學(xué)的不斷進(jìn)步，推動(dòng)著石油工具向著信息化、智能化、精細(xì)化方向發(fā)展，可溶材料在油氣鉆完井中的成功應(yīng)用就是重要體現(xiàn)之一。可溶材料是一種在特定環(huán)境中通過物理化學(xué)反應(yīng)或生物同化作用，在一定時(shí)間內(nèi)可實(shí)現(xiàn)自行降解，甚至完全消失的多相復(fù)合材料，主要包括可溶金屬和可溶聚合物。

以鋁鎂合金為代表的可溶金屬材料具有穩(wěn)定的力學(xué)特性和良好的機(jī)械加工性能，能在生產(chǎn)結(jié)束后快速分解，在油氣開采過程中起到重要作用。哈里伯頓、斯倫貝謝、威德福等油田技術(shù)服務(wù)公司紛紛投入大量資金對(duì)井下工具用可溶性材料進(jìn)行研究，相繼研發(fā)可溶金屬壓裂球、可溶橋塞等產(chǎn)品并成功開展了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

斯倫貝謝Frac-Ball可溶性球是一種鋁基合金壓裂球，密度約為2.6克/立方厘米，溶解速率主要受井內(nèi)浸泡液體溫度影響，如在水基流體或瓜膠凝膠體系環(huán)境、120攝氏度條件下，能承受70兆帕壓差，穩(wěn)壓至少8小時(shí)，3～5天可實(shí)現(xiàn)完全溶解。貝克休斯SPECTRE可溶橋塞是一種金屬?gòu)?fù)合材料橋塞，橋塞本體由高強(qiáng)度的電解納米金屬材料制成，壓裂時(shí)耐壓性能穩(wěn)定，暴露于返排液后溶解性能優(yōu)良，溶解速率受返排液鹽度和溫度影響。橋塞溶解后本體完全消失，膠筒和卡瓦涂層呈細(xì)小碎片，可返排出井筒。中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院、石油工程公司、華鼎鴻基等均開展了可溶橋塞的研究，百勤石油、一龍石油等油服公司也通過引進(jìn)國(guó)外技術(shù)進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化自主開發(fā)，研制的可溶橋塞均在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了一定規(guī)模的推廣應(yīng)用。

目前，可溶壓裂球及可溶橋塞技術(shù)已經(jīng)比較成熟，適用于多種井下環(huán)境，與不同的完井工藝相結(jié)合，工作性能穩(wěn)定，溶解速率可調(diào)可控。但是，基于鎂鋁合金的可溶橋塞受井筒溫度、礦化度、井眼軌跡及燜井時(shí)長(zhǎng)等影響，大多會(huì)出現(xiàn)溶解不徹底的現(xiàn)象，壓后放噴時(shí)往往會(huì)堵塞井筒或者放噴油嘴，增加現(xiàn)場(chǎng)處理費(fèi)用，而未完全溶解的金屬粉末殘留物也會(huì)造成井筒堵塞。

可溶高分子材料是一種綠色、輕質(zhì)的生物聚合物，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、建筑、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)及石油化工等方面?？扇軜渲哂泻芨叩膹?qiáng)度和硬度，能滿足壓裂球的使用性能。貝克休斯最早提出了用可溶樹脂制備可溶工具的構(gòu)想，但由于使用時(shí)需要特殊介質(zhì)而受限，未得到廣泛推廣。可溶橡膠是一種采用傳統(tǒng)聚合物為基體改性制造的可降解彈性體，能實(shí)現(xiàn)吸水降解，而且隨著井下地層溫度升高，降解作用會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)。這種橡膠材料實(shí)現(xiàn)了在井筒流體中可控降解，并能保持較高的彈性和強(qiáng)度，主要制成膠筒，用于酸化壓裂及完井修井用的裸眼封隔器中，坐封后能有效保證封隔器的密封性能，后期可根據(jù)需要將其完全溶解，去除管柱卡點(diǎn)，提高修井作業(yè)質(zhì)量。

隨著綠色化學(xué)品進(jìn)一步發(fā)展，清潔、環(huán)境友好、對(duì)地層傷害小的綠色環(huán)保材料越來越受到青睞，也是未來發(fā)展的一個(gè)重要方向。以PGA為代表的高分子材料通過改性調(diào)控材料強(qiáng)度、降解速率，具有接近鎂鋁合金的強(qiáng)度和力學(xué)性能，在液體環(huán)境及一定溫度條件下發(fā)生水解反應(yīng)，最終降解為二氧化碳和水，可滿足油氣田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用需求。目前，PGA暫堵劑、暫堵球已應(yīng)用于多級(jí)暫堵壓裂技術(shù)中，可實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)層的均勻充分改造，解決現(xiàn)有暫堵球（劑）密度高、有殘留、降低地層滲透率的問題。

（作者單位：中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院）

延伸閱讀：還有哪些新材料可以應(yīng)用于油氣勘探開發(fā)？

●氣凝膠-相變微膠囊復(fù)合隔熱材料

石油工程領(lǐng)域?qū)Ω魺岵牧系囊笤絹碓礁?，特別是深井、超深井和地?zé)峋你@井過程中，各種隨鉆測(cè)量電子設(shè)備均需要隔熱保護(hù)。但井下設(shè)備受作業(yè)空間小的限制，無法通過增加隔熱層厚度的方法進(jìn)一步提高隔熱性能。氣凝膠-相變微膠囊復(fù)合材料結(jié)合了氣凝膠隔熱和相變微膠囊吸熱不升溫的特點(diǎn)，將二者多層復(fù)合使用作為隔熱材料，可進(jìn)一步提高隔熱性能，而且二者單層最薄為兩毫米，能實(shí)現(xiàn)薄且隔熱。選用氣凝膠-相變微膠囊復(fù)合材料，無須改變?cè)泄ぜY(jié)構(gòu)，可通過傳統(tǒng)工藝直接用于蒸汽管線保溫、地?zé)峁芫€保溫層，還可以制成特殊形狀，用于保護(hù)井下控制器件免受地層高溫影響。

●自愈合聚合材料

自愈合聚合材料是一類能夠進(jìn)行自我修復(fù)的新材料，有助于延長(zhǎng)井下工具、設(shè)備材料的壽命，以及提高安全性。其原理是，一旦包含某種自愈合聚合材料微粒的物質(zhì)出現(xiàn)了破損，這些微容器便會(huì)破裂，釋放出愈合劑。愈合劑一般是相應(yīng)的未經(jīng)硫化的聚合物，會(huì)滲入破損處，發(fā)揮聚合作用，修復(fù)破損區(qū)域。目前，自愈合材料已開始在油田應(yīng)用，斯倫貝謝研發(fā)了可自動(dòng)愈合水泥環(huán)中微小裂縫的水泥體系。該體系的泵入和充填方式與普通水泥相同，體系中的一些成分在接觸油氣之前一直處于休眠狀態(tài)，與油氣接觸后會(huì)被激活，使水泥環(huán)在數(shù)小時(shí)內(nèi)不經(jīng)人工干預(yù)便自動(dòng)愈合。這一特性會(huì)在水泥固化后避免許多不利情況，如套管外層間流體的竄流、持續(xù)的井口套壓、表層套管泄漏及交叉流動(dòng)等。

●可膨脹聚合物

可膨脹聚合物被用于膨脹式封隔器，用來進(jìn)行層間封隔和井筒控水。在層間封隔應(yīng)用中，先將一系列未經(jīng)膨脹的油敏型封隔器下入井中，遇到油后，這些封隔器便會(huì)膨脹，從而封隔住地層，形成相互隔離的層段?？厮畱?yīng)用時(shí)，要在井內(nèi)下入一個(gè)未經(jīng)膨脹的水敏型聚合物封隔器，當(dāng)水侵入井筒時(shí)，封隔器便會(huì)發(fā)生膨脹封住井筒，從而減少涌入的水量，提高油氣產(chǎn)量。膨脹式封隔器一般成本較低，沒有活動(dòng)的部件，并且不需要機(jī)械或液壓傳動(dòng)裝置，與常規(guī)封隔器相比具有明顯優(yōu)勢(shì)。