濱南采油廠試驗現場。天鼎聯創公司/供圖
稠油開采過程中，需要注入高溫高壓蒸汽，而這些蒸汽是否能很好地密封在地下，關系到稠油開采的效率和油田的效益，這也是世界級未解難題。那麼，能否将核電密封領域的經驗應用到我國稠油開采上來？
從2015年起，天鼎聯創密封技術（北京）有限公司曆經三年科研攻關，創新性地為攻克稠油開采耐高溫高壓環空密封這一世界級難題開辟出一條新路。針對此項技術創新，近日，本報記者專訪了天鼎聯創密封技術（北京）有限公司董事長宋炜。
文丨 仝曉波
中國能源報記者
宋炜
宋炜，衣不出衆，貌不驚人，卻是密封領域大名鼎鼎的“能人”——20多年來，他在密封領域先後獲得國家及省部級科技獎一、二等獎十餘項。2010年，作為項目第三完成人，“核電站密封新技術、新産品及應用”項目還獲得了國家科技進步二等獎。
中國能源報：您在核密封領域的研究經驗對攻克這一技術難關是否有幫助？
宋炜：密封在不同領域雖然不一樣，但技術是相通的。這次在稠油開采領域的密封材料研究我們确實是借用了核工業材料與核密封領域的基礎内容，比如核級石墨作為三種主要原材料之一的選用，在密封筒的設計上也借鑒了核電主泵的密封設計。
但TD350這種材料是我們自主研發、全球獨一無二的，且從材料到密封筒裝備，我們一共申請了70多項專利，其中發明專利有20多項。目前獲得發明專利授權的有7項，獲得實用新型專利授權的有25項。被清華大學材料系翁端教授評價為“這在世界領域絕對是颠覆性原創”。
中國能源報：如何看待這項技術的應用前景？
宋炜：天鼎聯創公司自2015年成立以來已耗資數千萬元投入耐高溫高壓環空密封油田稠油開采的研發。因為看好其發展前景，從一開始我們就争取到了與清華大學、勝利油田的合作機會。北京市豐台科委也給予了我們科研用地上的大力支援。
TD350密封筒作為2016年北京市創新類項目之一，還獲得了北京市科技型中小企業技術創新資金支援。2017年我們還完成了首輪融資3000萬元，由高盛集團幾位前任高管、資深銀行家創立的雲晖資本領投。
中國能源報：近期工作重點是什麼？
宋炜：目前我們已經擁有北京豐台、浙江甯波兩大研發基地，預計未來一年内将新增生産線5-10條，兩年内可實作自動化生産，已經具備一定的研發和生産基礎。
我們緻力于為客戶解決實際問題，未來還需要在總結現有經驗基礎上，進一步擴大試驗範圍，目前我們與中海油海上稠油項目組、新疆油田都已開展了初步合作。我們将進一步加強産學研合作，與石油工程專家一起，在相關配套産品與配套設施上繼續加強科研攻關，結合實際應用解決具體的實際問題。
中國能源報：未來有何研發或推廣計劃？
宋炜：就解決稠油開采的環空密封問題而言，我們現在也隻是主要在材料這個關鍵環節上取得了突破，一代材料的進步必然将帶動一代裝備的提升，具體到稠油開采，甚至要提升采收率，在裝備及采油工藝方案上還有其他短闆需要補上。
長遠講，我們的目标是緻力于建構一套服務于稠油熱采的長效密封采油工藝解決方案，從整體上推動稠油熱采的技術進步與稠油采收率的提高。
此外，通過這次油田試驗，TD350這種複合材料經受住了從常溫到高溫再到常溫的考驗。我希望繼續研究實踐，将其拓展應用到機械裝備制造的其它領域，為我國的機械工業基礎件技術進步做出貢獻。
小小密封件助解稠油開采世界級難題
文丨本報記者 仝曉波
耐高溫高壓環空密封技術是業内公認制約油田稠油開采的世界級難題。然而，這一技術在中國科研人員的努力下，近日獲得突破性進展。
記者獲悉，從2017年11月開始到日前，由天鼎聯創密封技術（北京）有限公司（下稱天鼎聯創）自主研發的核心元件——世界首創耐350℃、20Mpa密封材料TD350制成的封隔器密封筒，在中國石化勝利油田濱南采油廠的兩口現場生産井已成功開展了40天的試驗考核。
40天裡，封隔器密封筒都經曆了哪些考驗？從常溫到高溫，經曆15天的高溫連續注汽（注汽溫度330-355℃、注汽壓力12-19.7Mpa、蒸汽幹度70%以上），焖井自然冷卻，再反向打壓驗封，試驗結果證明，高溫封隔器密封筒均保持了優異的密封性能，大大超出油田原有在用封隔器密封筒的性能。
業内專家認為，這标志着我國超高溫井下封控技術在全球率先取得重大突破，将可為稠油油藏提高采收率提供強有力的技術支撐。清華大學材料科學與工程系教授、中國材料研究學會理事兼副秘書長翁端評價道：“有望填補稠油開采過程中耐高溫、高壓密封材料及産品的國内外空白，對降低采油成本，提高稠油開采效率與效益具有重大意義。”
開發潛力巨大
稠油即20℃時，相對密度大于0.92、油層粘度大于50厘泊的原油，又稱重油。50℃時，粘度為10萬厘泊以上的稠油為特超稠油，這種原油采出後在地面條件下基本呈固态，腳踩不變形。
根據公開報道，目前全球稠油可采儲量約4000億噸，是正常原油可采儲量（1500億噸）的2.7倍。全球大約10萬億桶剩餘石油資源中，70%以上是稠油資源。稠油有望成為重要的戰略接替資源。
相關資料顯示，我國是繼美國、加拿大、和委内瑞拉之後的第四大稠油資源國，探明和控制儲量約40億噸，重點分布在遼河油田、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，在該地區已探明原油地質儲量中有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，開采難度大，目前全球年産量隻有近億噸。我國自上世紀末以來稠油年産量一直穩定在千萬噸以上，目前我國正在開采的油田中，稠油平均采收率不足20％，開發潛力巨大。
蒸汽洩漏制約熱采效率
據天鼎聯創董事長宋炜介紹，稠油的突出特點是對溫度十分敏感，溫度每升高8-10℃，其粘度就降低1倍，是以将高壓飽和蒸汽注入油層進行熱采，增産效果非常顯著。“當向地層注入250-350℃的高溫高壓蒸汽後，近井地帶内的油層和原油被加熱，原油粘度可大幅降低到幾厘泊，原油流動阻力大減少，油井産量必然将大幅增加。”
多年來，蒸汽熱驅法成了世界主流的稠油開采方向。在我國，自上世紀80年代以來，蒸汽熱采技術也一直是稠油開采的主要技術。但特超稠油開發需注汽壓力大、溫度高，一般的稠油開采方式根本行不通，國内外幾乎沒有可借鑒經驗。
業内專家指出，稠油熱采的關鍵是注汽品質。根據美國機械工程師學會（ASME）的研究，注汽溫度達到350℃、幹氣飽和度（蒸汽幹度）達到100%時，是稠油降粘的最好方案。
“近年來，随着臨界/超臨界鍋爐等裝備的成功研制，油田在開采稠油時已經能夠充分保障井口的注汽品質。但由于環空密封問題始終沒有得到很好解決，極大地影響了井内熱采封隔器以下井筒的蒸汽品質，油田對稠油開采進行注汽時常常發生洩漏，而這已成為制約油田稠油熱采的關鍵瓶頸。”宋炜對記者說。
記者了解到，多年來，國内外很多公司都參與了稠油熱采領域大環空密封技術的攻關研究，其核心就是要解決材料問題，即找到一種耐高溫、高壓、并長期具備高彈性的密封材料，但效果均不盡如人意。
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域的領航者，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計的可移除封隔器，可耐受的溫度也隻有204℃。
世界首創密封技術初試成功
為攻克這一難題，自2015年開始，天鼎聯創公司研發團隊與清華大學機械學院、勝利油田石油工程研究院等機關合作，在雲晖資本的加盟助力下，經過三年科研攻關，成功研制出全球首創，可耐350℃、20Mpa過飽和水蒸氣壓力的高彈性複合材料——TD350，并獲得7項發明專利授權、25項實用新型專利授權。
據介紹，TD350是一種複合高分子材料具有耐高溫、耐高壓，耐油、耐水特性，特别是在高溫條件下仍能保持類似于橡膠的彈性，在350℃、20Mpa壓力下能持續長時間密封油套環空，最高耐受溫度可達361℃，最高耐壓可達25Mpa。
密封筒。天鼎聯創公司/供圖
天鼎聯創公司與勝利油田石油工程技術研究院合作，采用其自主研發的TD350密封筒先後在勝利油田石油工程院開展了長達三年的地面11項試驗考核，實作了稠油熱采模拟裝置的大環空密封，為稠油開采井下封控的現場推廣提供了堅實基礎。
“2017年11月開始，勝利油田濱南采油廠率先大膽嘗試，選用兩口現場生産井，配備數十位專業的技術人員分成三班，與石油工程院的專家們不分晝夜開展實驗，驗證新型材料在不同實際工況條件下的密封性能。”宋炜說。
現場試驗報告顯示，整套實驗溫度從常溫到高溫，再到高溫後焖井，注汽品質明顯提升，連續30天封隔器密封筒始終無洩漏，由于環空壓力為零，可以不洗井作業、不帶壓作業提井，節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作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緻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、實作高效采油奠定了基礎。”勝利油田石油工程技術研究院副院長汪廬山評價說。
據了解，目前勝利油田有稠油熱采井5000餘口，由于稠油井底密封不嚴造成蒸汽損耗大，機關蒸汽産油量低，産油成本高。加之油價目前偏低，使得一半以上的井處于懸停狀态。如果這項技術得以推廣，大量懸停井将有望恢複經濟開采價值。
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出品 | 中國能源報（ID：cnenergy）
責編 |闫志強