我们都知道,我国广袤的国土下蕴藏着丰富的油气资源,但它们大多都“藏”得极深。
国际上,通常将埋深超过4500米的地层称为深层,超过6000米的则被称为超深层。
而我国呢?
我国油气资源最丰富的两大盆地里,塔里木盆地超深层油气资源量占全国陆上总量的60%以上,仅富满油区的油气资源量就超过10亿吨,但其藏埋深度却普遍超过8000米。另一个四川盆地,油气资源埋藏深度也达到4500-6000米;
也正因如此,跟波斯湾地区随便挖一下都能出油不同,在我国,进行深层、超深层油气勘探几乎是家常便饭。
但是,要在数千米深的地下开采油气资源绝非易事,不仅地质构造异常复杂,环境也极端恶劣,动辄就是超过180摄氏度的超高温,地下压力更是高达140兆帕,相当于每平方厘米承受1.4吨的重量;
数千米深的油气井,打出来只是第一步,油管套管如何在这样的极端环境里长期稳定运行,才是关键。稍有闪失,一旦出现套管破损、井筒失效,整口油气井就可能报废。
怎么办?
我国研制的高性能膨胀管材,就成为了支撑超深层油气开发的“定海神针”。
膨胀管材的作用有点像心血管支架,以小尺寸下入井筒深处,到达预定位置后,通过专用工具使其膨胀变大,与井壁或破损套管紧密贴合,从而完成钻井护航、套管修复、井筒重构、裸眼封堵等多项关键任务,从而让受损的井“起死回生”;
可以说,膨胀管材直接决定了油井在数千米的地下能不能“靠得住”,没有可靠的膨胀管材,超深层油气井的安全稳定运行就无从谈起。
然而,要制造出符合要求的高性能膨胀管材,难度却超乎想象!
入井前,膨胀管材必须具备高塑性、高韧性,才能顺利变形;膨胀后,又必须拥有高强度、高韧性,这样才能扛住强大的地层压力,适应地下极端环境。传统的马氏体钢强度够,但韧性不足,奥氏体钢韧性好,但强度又跟不上,要让同一种材料同时具备这几种看似矛盾的性能,就像要让鱼和熊掌兼得一样困难;
这也导致,在过去很长一段时间,这项核心技术被国外公司垄断,不仅相关材料价格高昂,供货周期和技术服务也受制于人,成为制约我国超深层油气勘探的“卡脖子”难题。
为了攻克这一技术壁垒,中国钢研科技集团所属钢铁研究总院有限公司自2012年起就启动了大膨胀量膨胀管材的自主研发工作。研发团队反复调试钢材配方和热处理工艺,经过无数次失败和改进,终于在实验室层面突破80Ksi钢级膨胀管材的关键技术,掌握了完整的自主知识产权。
2020年,为推动技术走向产业化,钢研总院牵头组建了产学研用联合攻关团队,携手内蒙古包钢钢联股份有限公司钢管分公司、中国石油集团工程技术研究院有限公司,开展从材料研发、生产制造到现场应用的全链条系统攻坚。
最终,研发团队成功攻克高性能膨胀管管材、大膨胀率高强度膨胀螺纹以及长寿命低摩阻复合变径膨胀锥三大核心技术难题,膨胀管及全部配套工具的国产化率达到100%。
如今,我国已经成功开发出12种规格的80Ksi高性能膨胀管材,全面覆盖了裸眼封堵、井筒重构等核心应用场景。
更关键的是,这些国产管材在实际应用中也表现出了优异的性能:
一方面,在塔里木盆地以及四川盆地的油气田中,国产膨胀管材大量应用,有效解决了井筒修复、漏失治理等长期存在的行业难题;
比如今年2月中旬,在重庆涪陵的一口页岩气井中,39根国产高性能膨胀管材被送至井筒深处,成功修复了破损的套管,恢复了井筒的完整性和承压能力;
在四川页岩气地区,国产膨胀管连续三年创造了膨胀管裸眼封堵作业的世界最佳年度成绩,有效解决了深井复杂漏失难题。其支撑的膨胀管井筒重构技术,还创下了国内单井及单段重构长度的新纪录。
另一方面,国产高性能膨胀管材还走出国门,赢得了国际市场的认可;
2025年11月,在阿联酋阿布扎比的一口油气井中,国产膨胀管材顺利完成了一次长达193.5米的等井径膨胀作业,创下了全球单次膨胀管材等井径作业最长的世界纪录;
这一成就,标志着我国在深井核心管材领域已经从过去的技术跟随者转变为全球领跑者。
截至目前,我国研制的高性能膨胀管材,已经应用到国内外超过20个油气田,累计应用超过500井次,应用成本相比进口产品下降了30%至50%。
在全城探秘看来,高性能膨胀管材上的技术突破,不仅仅意味着我国的深层、超深层油气勘探不再受制于人,更重要的是,正如全城探秘在文章开头所说,我国油气资源最丰富的区域,比如塔里木盆地、四川盆地等,油气都“藏”得非常深,这也意味着,膨胀管材在我国有着非常广阔的应用场景;
在塔里木盆地,我国已经钻探了1600余口超6000米的超深井,占全国总量的80%以上,其中超8000米的深井达到188口。去年,我国首口超万米科探井深地塔科1井在塔里木盆地钻至地下10910米完钻,不仅成为亚洲第一、世界第二垂直深度井,更在全球范围内首次发现了地下万米的油气资源;
四川盆地也毫不逊色,深地川科1井也已钻探至万米深度,创造了全球最大尺寸井眼万米深井纪录。
诸多深井、超深井的钻探,也使得我国油气资源开采成绩斐然;
今年前两个月,塔里木油田超深层油气当量突破300万吨,而这座油田累计从6000米以下地层开采的油气已经达到1.5亿吨当量,相当于去年全国油气产量的37%;
四川盆地资阳东峰页岩气田探明地质储量超过2300亿立方米,将页岩气勘探推向了埋深超4500米的超深层新领域。
考虑到深层、超深层油气开采面临的技术难题和极端环境,考虑到霍尔木兹海峡对全球能源供应的影响,国产高性能膨胀管材,无疑堪称我国油气资源开采的“定海神针”。
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