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。
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。
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。”胜利油田石油工艺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。