油气增产背后的新材料力量（图）

  [中国石化报 2024-08-19]
  众多由新材料制成的产品装备正源源不断地应用于钻井施工现场。
  油气行业的每一次飞跃，都离不开技术与材料的双重驱动。在新时代的浪潮中，新材料以其独特的性能和广泛的应用前景，成为推动油气勘探开发工程技术创新的关键力量。从增强型纤维的坚韧不拔到可降解聚合物的绿色智慧，每一种新材料在上游领域的应用，都是对油气生产极限的一次有力挑战，不仅提升了勘探开发的效率与效益，而且在保障生产安全、促进环境友好方面展现出了巨大的潜力。这是一场材料科学与油气工程的深度融合，更是一场未来能源发展的深刻变革。
  本版文图除署名外由尹慧博马兰荣刘奔任丽丽王佳麟潘亚男柏诗哲提供
  PGA
  材料特性
  PGA（聚乙醇酸）是一种可完全生物降解的新材料，能够在自然环境中分解为二氧化碳和水，可有效减少对地层的伤害，而且具有绝佳的气体阻隔性、优良的机械性能和耐热性，能够承受油气开采过程中高温高压等复杂的地质条件，有助于减少油气资源流失、提高开采效率。
  常见产品
  ●PGA暂堵剂、暂堵球和可溶桥塞能满足页岩油气井压裂承压、降解速度可控的需求，适用于非常规油气井的分段压裂和老井重复改造的暂堵转向压裂施工。目前，中国石化石油工程技术研究院生产的各类PGA压裂暂堵产品已在江汉、西南、中原等油气田公司近百口井推广使用。
  PGA暂堵产品让压裂液“撞上南墙”
  □杨敏雷洋洋
  “普陆页1HF井结合设计采用了缝口、缝内双暂堵这一特殊工艺，在压力窗口受限的条件下，仍然成功完成了23段施工，且综合砂液比提高到8.2%。”提到PGA暂堵剂、暂堵球在普陆页1HF井的成功应用，石油工程技术研究院油层改造技术研究所压裂工艺主管石恒毅打开了话匣子。
  随着油气开发逐渐向非常规油气储层延伸，新的问题也随之而来。“非常规油气储层具有深层、致密、难开采等特点，传统的压裂技术难以胜任。”石恒毅说。
  由于地下储层较为致密，孔道之间几乎不连通，如果不通过压裂的方式压开地层，油气将会以一座座“孤岛”的形式储存在地下，难以被开采出来。而常规压裂技术一般在地层中只能形成简单的双翼裂缝，缝与缝之间没有渠道。
  “也就是说，常规压裂技术无法完全打碎地层，油气不能被充分开采出来。现在常用的大型非常规体积压裂技术可充分‘压碎’地层，形成蜘蛛网状的缝网结构，为油气的运移提供各种大小不一的‘通道’。”石恒毅介绍。
  然而，通道多了，也不完全是“好事”。有些通道不是最优选择，在施工中常常需要将其临时封堵住，以免压裂液不按目的路线流动，因此，暂堵技术成为不可或缺的手段。而面对越来越高的环保要求，如何才能实现绿色施工？由石油工程技术研究院研制的PGA暂堵剂、暂堵球进入技术人员的视野。
  PGA暂堵技术是通过向压裂液中添加暂堵材料（暂堵球封堵孔眼，暂堵剂随压裂液封堵裂缝端部），从而改变原有液体的流入方向。通俗地说，就是暂堵剂、暂堵球在孔眼处形成临时封堵的“南墙”，压裂液“撞”了墙，自然也就改变了方向，“拐个弯儿”朝着目的层流动，促使其他射孔簇或地层开启新裂缝，最终形成多条新的分支裂缝，达到对储层精细改造的目的。
  “PGA暂堵剂、暂堵球具有短时封堵、自降解功能，也就是说，需要时会发挥作用暂时封堵，不需要时便会失去封堵效果，使裂缝重新打开。这是改造非常规油气资源储层、形成复杂裂缝网络的重要技术手段。”中原油田油气田化学品专家李健介绍。
  PGA绳结暂堵球、暂堵剂在中原油田普陆页1HF井、1-1井应用，均见到了较好的效果，压力最高增长10.8兆帕，两井的裂缝复杂度均高于同层同类型储层压裂水平井，说明PGA缝内暂堵转向工艺整体效果良好。
  此外，针对目标区块储层特征，石油工程技术研究院以裂缝均匀起裂及体积改造为目标，开展了“缝口-缝内”双暂堵工艺研究。数值模拟分析表明，采用PGA材料双暂堵工艺，改造体积较常规暂堵压裂提升了160%。
  “在现场施工中，采用‘PGA绳结暂堵球+暂堵剂’的方式，配合排量提升，能有效提升净压力，确保压裂作业安全、环保、高效。随着压裂作业要求越来越高，PGA暂堵产品将会得到更广泛的应用。”李健说。
  碳纤维
  材料特性
  碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量新型纤维材料。碳纤维力学性能优异，直径只有头发的1/15，比重不到钢的1/4，强度却是钢的7~9倍，还具有耐腐蚀、高模量的特性，被称为“新材料之王”，在各行业有着广泛的应用前景。
  常见产品
  ●碳纤维抽油杆最长可达5000米，成功克服了过去抽油杆需要套杆连接、起下工作时间长，金属杆易腐蚀、使用寿命短，运行中耗电量大等缺点，而且下井千米也不易变形，采油时每千米吨油耗电量可下降三成左右，有助于油田企业降低生产成本。
  ●碳纤维复合材料扶正器耐腐蚀、强度高、摩擦系数低，可有效解决井下腐蚀与偏磨问题，在降低杆管报废率、延长油井免修期、提高生产时效等方面起到重要作用。
  ●碳纤维布适用于油罐的浮顶、罐顶加固补强，特别是曲面、受弯构件等复杂部位的施工作业，操作简便，有助于缩短工期、降低工程造价。