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国家重大专项技术——弹性凝胶水泥浆体系是这样“炼”成的

发布时间:2020-07-10 作者: 浏览次数:

     

新闻网讯 2020年5月4日,国家重大专项技术——弹性凝胶水泥浆体系在涪陵页岩气田焦页15-S1井产气层固井作业中成功应用,这是我国石油工作者多年来在气田环空带压预防措施的思考和探索里程上迈出的又一大步。

成功不会从天而降,澳门游戏网站非常规油气湖北省协同创新中心联合中石化江汉石油工程公司、中石化重庆涪陵页岩气勘探开发有限公司共同研发的这项专有技术,从启动研究设计到成功应用,历时2年半。这期间,研究团队历经数百次实验,挫败过、焦虑过、郁闷过、疼痛过……但他们始终没有放弃,怀揣争当我国页岩气勘探开发技术“急先锋”的志向和勇气,一路前行,终获成功。

“碰压25兆帕”,施工作业顺利,应用一举成功

今年5月4日凌晨4时30分,涪陵页岩气田寂静的夜晚被脚步声打破。

灯光下,澳门游戏网站非常规油气湖北省协同创新中心(以下简称:协同创新中心)青年硕士王晓亮正在做弹性凝胶配液。这一次,对于该中心和合作单位来说,都是非常重要的一次尝试。

澳门游戏网站教授、协同创新中心主任许明标是王晓亮的导师,他告诉记者,页岩气埋藏在地下三四千米深的地下,为开采这种能源,需要钻到地层几千米的深处,为页岩气输送到地面建立通道。地面到地下的通道建立后,需要将称为套管的钢管下到指定位置,然后在套管和通道井眼间注入水泥,将套管和地层岩石固结起来。

然而,常规的水泥在凝固后非常坚硬,受到挤压后很容易破碎。为聚集页岩气给岩石施加的近百兆帕的高压可能造成在地下业已固化的水泥破碎,地层中活跃的天然气从水泥裂缝中窜出,导致环空带压,给后期的页岩气开采带来极大的安全风险。

“最大时可高达20多个兆帕,相当于200多个大气压,可瞬间把人体打成肉泥。”许明标眉心轻蹙,“此次现场应用,正是要利用我们研发的弹性凝胶水泥浆彻底解决这个地面管汇带压的问题。”

时间一分一秒过去,明晃晃的阳光驱散了夜的黑暗,王晓亮明显感觉到舒适的体感温度正慢慢消逝,随之而来的是愈来愈强的焦灼感。

上午10时50分,经过6个多小时紧张准备,施工正式开始。

下套管、向井筒注入水泥和胶水混合液、井口安装、套管试压……王晓亮屏住呼吸,与施工人员一起认真操作每一个步骤,汗水从他们的毛孔里渗出来,衣服湿了,眼睛模糊了……除了机械声,他们似乎只听到自己粗重的呼吸声与急促的心跳声。

一个小时、两个小时、两个半小时……时间悄悄划过,现场紧张的氛围终于被一声欢呼打破:“碰压25兆帕”,施工顺利完成,刹那间,现场沸腾起来。这意味着涪陵页岩气田的安全生产有了全新固井工艺,国家级页岩气示范区高效规模化开发踏上了新征程。

这一刻的喜悦,属于协同创新中心研究团队那些冥思苦想、挑灯夜战的千百个日夜。

“这项技术的突破意义重大,我们一定要把它攻下来”

页岩气开发是一项高技术门槛的战略工程,需要关键核心技术。涪陵页岩气田的开发规模全球第三,然而要让页岩气以更安全、更便捷的方式被开采,谈何容易。

“最难的不是技术攻关,而是没有方案,没有方向。”许明标说,最初,他们只是天马行空地在脑海中构想技术方案,“想了很多,也否定了很多。”

转折发生在2018年。一天,许明标突发奇想:能不能在环形空间插入一个段塞,类似于高弹性的完整胶囊,在地下几千米就把上窜的气体截住。

什么样的段塞?要渗透性低、内应力大、弹性好、胶结力强。

什么材质?……水泥和凝胶混合。

……

就这样,一轮缜密的自问自答后,弹性凝胶水泥浆体系雏形初现。沿着这个方向,“一次又一次实验,一次又一次比对,一次又一次推倒重来”的新阶段开启。

作为项目负责人,王晓亮天天泡在实验室,混合、搅拌、模拟井下高温高压下观察“胶水”与水泥的混合液由液体变固体的过程……抗压强度、渗透率、弹性模量、胶结力、膨胀性能,成为每天他脑子里打转频率最高的词汇。

科研与风险相伴而生。在早期的一次探索实验中,王晓亮的手因触碰到了一种正在评价筛选的凝胶材料,不久就冒出了一片片血疙瘩。“奇痒难耐,然后脱皮。”王晓亮回忆说,实验总不成功,再加上严重过敏引发的不适,他的情绪陷入低谷。许明标看出了他的心思:“科研贵在坚持,贵在从失败中寻找经验。这项技术的突破意义重大,我们一定要把它攻下来。”

通过两年多的实验,他们终于成功将凝胶分散成微小的纳米颗粒,实现了纳米凝胶与水泥浆互溶互混,互溶体系胶结强度可以达到普通水泥浆的2.8倍,抗压能力强,不易破碎,能够保证水泥环对活跃气层的有效封隔,避免了压裂过程中出现环空带压问题。

有了这项技术,施工人员再不用频繁操作阀门减压,既排除了随时可能发生的气体上窜安全威胁,又为生产节省了宝贵时间。

科学的征途是星辰大海,对于澳门游戏网站非常规油气湖北省协同创新中心而言,此刻的成功只是茫茫征途中的一小步。

2018年,该中心曾以湖北省考核第一的成绩,被教育部认定为首批2家省部共建协同创新中心之一。该中心不断在页岩气水平井钻井液、固井水泥浆及井筒完整性修复等方面取得突破。其中与中石化江汉石油工程有限公司配套而形成的页岩气钻井技术,开创了全面采用水平井大规模开发大型油气田的先河,推进了中国页岩气的产业化进程。

为让科技成果得以更快转化,2006年,许明标教授与同事王昌军教授毅然创办了专门从事油田化学品研发、生产、销售、服务于一体的荆州嘉华科技有限公司。该公司以澳门游戏网站为依托,一面传道授业解惑,潜心攻关油气田应用化学、钻井液与完井液及油气层储层保护技术难题;一面资智深度融合,成为澳门游戏网站科研成果就地转化的阵地。

王昌军教授介绍,迄今为止,他们研发的油基钻井液及其固井技术已成功应用700余井次。今年5月,油基钻井液发明专利还获得了“2019年湖北省高价值专利大赛”金奖,该项科研成果在我国页岩气开发钻井中得到规模化应用,创造了三亿多元的直接产值及数千万元的税收利润。

“页岩气勘探开发,我们任重而道远”

我国页岩气的探明储量为31.6万亿立方米,全球排名第一,在常规天然气储量有限且严重衰竭的大背景下,如果页岩气能得以大规模开发,对缓解我国天然气紧张局面、降低天然气对外依存度意义重大。

正是带着这样一种使命感,协同创新中心从未停止探索的脚步。对于他们而言,还有太多使命要去完成。许明标说,目前页岩气高效勘探开发还面临一系列技术挑战。而他们正致力于实现受损压裂井筒的修复利用以及实现3000米水平段的水基钻井液替代技术研究,如果这两项技术取得突破,那才叫“真牛”。

科研的成功,离不开每一步的坚持。在这一点上,许明标是个好表率,他爱好很多,但从不“三分钟热度”。即使在厂区后院开荒种地也是持之以恒;偶然喜欢上了驻扎在厂区的那些流浪小动物,也是一发不可收拾,还精心为它们起了名字:阿黄、点点、嘟嘟、豆芽……

许明标说,每当大脑运转疲累时,这些分心的方法都能令他身心愉悦。他欣喜地带记者去问候那些狗狗朋友,并满眼怜爱地望着那些活泼热情的“小朋友”向记者介绍,这是妞妞,才生了五只小狗;那是豆芽,原来很瘦,现在已长成圆滚滚的小肉球……

这与许明标浓厚的家国情怀一脉相承。大爱与小爱交织,在他身上体现得淋漓尽致。作为一名科研工作者,他带领团队,矢志不移科技报国。作为一名全国优秀教师,他源源不断把毕生所学输送给学生。作为一位社会爱心人士,他资助贫困学生、捐赠学校建设、帮扶困难群众,全力把光和热播撒到社会的角角落落。(荆州日报记者 沈微 记者 康群)

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