滨南采油厂试验现场。天鼎联创公司/供图
稠油油藏属低品位石油资源，因其粘度高、难流动，开采难度大，目前全球年产量只有近亿吨。
稠油开采过程中，需要注入高温高压蒸汽，而这些蒸汽是否能很好地密封在地下，关系到稠油开采的效率和油田的效益，这也是世界级未解难题。那么，能否将核电密封领域的经验应用到我国稠油开采上来？
从2015年起，天鼎联创密封技术（北京）有限公司历经三年科研攻关，创新性地为攻克稠油开采耐高温高压环空密封这一世界级难题开辟出一条新路。针对此项技术创新，近日，本报记者专访了天鼎联创密封技术（北京）有限公司董事长宋炜。
文丨 仝晓波
中国能源报记者
宋炜
宋炜，衣不出众，貌不惊人，却是密封领域大名鼎鼎的“能人”——20多年来，他在密封领域先后获得国家及省部级科技奖一、二等奖十余项。2010年，作为项目第三完成人，“核电站密封新技术、新产品及应用”项目还获得了国家科技进步二等奖。
中国能源报：您在核密封领域的研究经验对攻克这一技术难关是否有帮助？
宋炜：密封在不同领域虽然不一样，但技术是相通的。这次在稠油开采领域的密封材料研究我们确实是借用了核工业材料与核密封领域的基础内容，比如核级石墨作为三种主要原材料之一的选用，在密封筒的设计上也借鉴了核电主泵的密封设计。
但TD350这种材料是我们自主研发、全球独一无二的，且从材料到密封筒装备，我们一共申请了70多项专利，其中发明专利有20多项。目前获得发明专利授权的有7项，获得实用新型专利授权的有25项。被清华大学材料系翁端教授评价为“这在世界领域绝对是颠覆性原创”。
中国能源报：如何看待这项技术的应用前景？
宋炜：天鼎联创公司自2015年成立以来已耗资数千万元投入耐高温高压环空密封油田稠油开采的研发。因为看好其发展前景，从一开始我们就争取到了与清华大学、胜利油田的合作机会。北京市丰台科委也给予了我们科研用地上的大力支持。
TD350密封筒作为2016年北京市创新类项目之一，还获得了北京市科技型中小企业技术创新资金支持。2017年我们还完成了首轮融资3000万元，由高盛集团几位前任高管、资深银行家创立的云晖资本领投。
中国能源报：近期工作重点是什么？
宋炜：目前我们已经拥有北京丰台、浙江宁波两大研发基地，预计未来一年内将新增生产线5-10条，两年内可实现自动化生产，已经具备一定的研发和生产基础。
我们致力于为客户解决实际问题，未来还需要在总结现有经验基础上，进一步扩大试验范围，目前我们与中海油海上稠油项目组、新疆油田都已开展了初步合作。我们将进一步加强产学研合作，与石油工程专家一起，在相关配套产品与配套设施上继续加强科研攻关，结合实际应用解决具体的实际问题。
中国能源报：未来有何研发或推广计划？
宋炜：就解决稠油开采的环空密封问题而言，我们现在也只是主要在材料这个关键环节上取得了突破，一代材料的进步必然将带动一代装备的提升，具体到稠油开采，甚至要提升采收率，在装备及采油工艺方案上还有其他短板需要补上。
长远讲，我们的目标是致力于构建一套服务于稠油热采的长效密封采油工艺解决方案，从整体上推动稠油热采的技术进步与稠油采收率的提高。
此外，通过这次油田试验，TD350这种复合材料经受住了从常温到高温再到常温的考验。我希望继续研究实践，将其拓展应用到机械装备制造的其它领域，为我国的机械工业基础件技术进步做出贡献。
小小密封件助解稠油开采世界级难题
文丨本报记者 仝晓波
耐高温高压环空密封技术是业内公认制约油田稠油开采的世界级难题。然而，这一技术在中国科研人员的努力下，近日获得突破性进展。
记者获悉，从2017年11月开始到日前，由天鼎联创密封技术（北京）有限公司（下称天鼎联创）自主研发的核心元件——世界首创耐350℃、20Mpa密封材料TD350制成的封隔器密封筒，在中国石化胜利油田滨南采油厂的两口现场生产井已成功开展了40天的试验考核。
40天里，封隔器密封筒都经历了哪些考验？从常温到高温，经历15天的高温连续注汽（注汽温度330-355℃、注汽压力12-19.7Mpa、蒸汽干度70%以上），焖井自然冷却，再反向打压验封，试验结果证明，高温封隔器密封筒均保持了优异的密封性能，大大超出油田原有在用封隔器密封筒的性能。
业内专家认为，这标志着我国超高温井下封控技术在全球率先取得重大突破，将可为稠油油藏提高采收率提供强有力的技术支撑。清华大学材料科学与工程系教授、中国材料研究学会理事兼副秘书长翁端评价道：“有望填补稠油开采过程中耐高温、高压密封材料及产品的国内外空白，对降低采油成本，提高稠油开采效率与效益具有重大意义。”
开发潜力巨大
稠油即20℃时，相对密度大于0.92、油层粘度大于50厘泊的原油，又称重油。50℃时，粘度为10万厘泊以上的稠油为特超稠油，这种原油采出后在地面条件下基本呈固态，脚踩不变形。
根据公开报道，目前全球稠油可采储量约4000亿吨，是常规原油可采储量（1500亿吨）的2.7倍。全球大约10万亿桶剩余石油资源中，70%以上是稠油资源。稠油有望成为重要的战略接替资源。
滨南采油厂试验现场。天鼎联创公司/供图
相关资料显示，我国是继美国、加拿大、和委内瑞拉之后的第四大稠油资源国，探明和控制储量约40亿吨，重点分布在辽河油田、胜利油田、克拉玛依油田以及河南油田等。海上稠油集中分布在渤海地区，在该地区已探明原油地质储量中有62％为稠油。
但稠油油藏属低品位石油资源，因其粘度高、难流动，开采难度大，目前全球年产量只有近亿吨。我国自上世纪末以来稠油年产量一直稳定在千万吨以上，目前我国正在开采的油田中，稠油平均采收率不足20％，开发潜力巨大。
蒸汽泄漏制约热采效率
据天鼎联创董事长宋炜介绍，稠油的突出特点是对温度十分敏感，温度每升高8-10℃，其粘度就降低1倍，因此将高压饱和蒸汽注入油层进行热采，增产效果非常显著。“当向地层注入250-350℃的高温高压蒸汽后，近井地带内的油层和原油被加热，原油粘度可大幅降低到几厘泊，原油流动阻力大减少，油井产量必然将大幅增加。”
多年来，蒸汽热驱法成了世界主流的稠油开采方向。在我国，自上世纪80年代以来，蒸汽热采技术也一直是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。
业内专家指出，稠油热采的关键是注汽质量。根据美国机械工程师学会（ASME）的研究，注汽温度达到350℃、干气饱和度（蒸汽干度）达到100%时，是稠油降粘的最好方案。
“近年来，随着临界/超临界锅炉等装备的成功研制，油田在开采稠油时已经能够充分保障井口的注汽质量。但由于环空密封问题始终没有得到很好解决，极大地影响了井内热采封隔器以下井筒的蒸汽质量，油田对稠油开采进行注汽时常常发生泄漏，而这已成为制约油田稠油热采的关键瓶颈。”宋炜对记者说。
记者了解到，多年来，国内外很多公司都参与了稠油热采领域大环空密封技术的攻关研究，其核心就是要解决材料问题，即找到一种耐高温、高压、并长期具备高弹性的密封材料，但效果均不尽如人意。
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℃。
世界首创密封技术初试成功
为攻克这一难题，自2015年开始，天鼎联创公司研发团队与清华大学机械学院、胜利油田石油工程研究院等单位合作，在云晖资本的加盟助力下，经过三年科研攻关，成功研制出全球首创，可耐350℃、20Mpa过饱和水蒸气压力的高弹性复合材料——TD350，并获得7项发明专利授权、25项实用新型专利授权。
据介绍，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，在350℃、20Mpa压力下能持续长时间密封油套环空，最高耐受温度可达361℃，最高耐压可达25Mpa。
密封筒。天鼎联创公司/供图
天鼎联创公司与胜利油田石油工程技术研究院合作，采用其自主研发的TD350密封筒先后在胜利油田石油工程院开展了长达三年的地面11项试验考核，实现了稠油热采模拟装置的大环空密封，为稠油开采井下封控的现场推广提供了坚实基础。
“2017年11月开始，胜利油田滨南采油厂率先大胆尝试，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们不分昼夜开展实验，验证新型材料在不同实际工况条件下的密封性能。”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。”胜利油田石油工程技术研究院副院长汪庐山评价说。
据了解，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。
End
责编 |闫志强
深度好文 | 日本核电重启之路还能走多远？
