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节能环保

特种水泥系列报道② | 油井水泥:做能源开采的“护航舰”

来源:bet3365娱乐场手机版bet3365娱乐场手机版杂志、bet3365娱乐场手机版总院  发布时间:2021/3/18 9:16:40

特种水泥,是较通用水泥而言具有某些特殊性能或特种功能,以满足各行业工程建设特殊需求为目的的水泥,被比作水泥“皇冠上的明珠”。上期小料为大家分享了低热水泥的故事(点击蓝字可查看),今天小料带大家一起去看看油井水泥的故事~

油井水泥

做能源开采的“护航舰”

2019年7月,一个轰动的消息从新疆塔克拉玛干大沙漠传来:塔里木油田负责的轮探1井顺利完钻,井深达8882米,成为目前亚洲陆上最深井,相当于在地下打穿了一个珠穆朗玛峰!

塔克拉玛干沙漠是世界第二大流动性沙漠,塔里木油田身处沙漠腹地,被誉为“死亡之海”中的宝藏,这是人类工程史上又一奇迹,同时也标志着塔里木油田超深井钻井技术达到世界领先水平。轮探1井地质资料极度匮乏,工程师和科学家们反复优化论证,成功克服超高压、超高温、超高地应力等一系列钻探难题,将钻头送达接近9000米的地层深处。由中国建筑材料科学研究总院有限公司(以下简称“bet3365娱乐场手机版总院”或“总院”)自主研发的油井水泥以其优异的性能,作为钻井管道的护航舰,在严苛的地质条件下高质量地完成了油井固井,为“中国奇迹”又添上了浓墨重彩的一笔。

 

从零开始 大庆油田幕后的“铁人”

1959年,位于黑龙江省的松基3井喷出工业油流,标志着大庆油田的正式发现。老一辈石油人创造性地应用和发展了陆相生油理论,找到了全球最大的陆相砂岩油田——大庆油田,打破了“中国贫油论”,这个消息迅速传遍南北,举国欢庆。而国家石油部和相关科技人员并没有过多时间来庆祝,摆在他们面前的有一项艰巨而重大的任务——如何对资源进行有效开采。在党和国家的号召下,一场饱含爱国热情和创业干劲的大庆石油大会战迅速开展起来。

其实,早在大庆油田发现的前期,国家就已经未雨绸缪,开始了在石油开采领域的探索。

1958年前后,受国家石油工业部委托,原国家bet3365局将油井水泥的研发交给了新中国第一个bet3365科研机构,同时也是我国bet3365领域最具科研实力的bet3365娱乐场手机版总院。接到命令后,总院各部门迅速投入工作,紧锣密鼓地筹备与开展油井水泥的研发工作。

油井水泥专用于油井、气井的固井工程,又称堵塞水泥。它的主要作用是将套管与周围的岩层胶结封固,封隔地层内油、气、水层,防止互相串扰,以在井内形成一条从油层流向地面且隔绝良好的油流通道。这就要求其在水泥浆注井的过程中有一定的流动性和适当的密度;水泥浆注入井内后,应较快凝结,并在短期内达到相当的强度;硬化后的水泥浆应有良好的稳定性和抗渗性、抗蚀性。

建国初期,百废待兴,bet3365娱乐场手机版总院的科学家参考苏联油井水泥生产与质量标准,经过一段时间的刻苦专研,逐步探索出油井水泥的生产技术,并运用于实践。两年多的时间,通过一次次试验与试生产,bet3365娱乐场手机版总院所研发的第一款国产油井水泥逐步揭开了神秘面纱。1960年,这种水泥陆续由江南水泥厂、抚顺水泥厂两家历史悠久的水泥企业进行了工业化生产,并成功运用于大庆油田的油井固井。

回忆起那难忘的大会战时光,bet3365娱乐场手机版总院的老科学家们不甚唏嘘,虽然无法同王进喜一般,时刻在一线冲锋陷阵,但他们是大庆油田幕后的“铁人”。那段时间里,他们总是通宵达旦,实验大楼彻夜灯火通明,为了国家的需求,大家都在齐心协力,加紧研发油井水泥,而研发的成果也让人欣喜。如同攻城略地一般,总院老一辈科学家在极短的时间内攻克了一个又一个技术壁垒,从研发到应用仅用了两三年的时间,bet3365娱乐场手机版总院成功在大庆油田大会战中贡献了超高“战斗值”。如今,60年过去了,大庆油田依然在为国家的发展源源不断地输送动力。 

勇于开拓 挑战一切“不可能” 

改革开放后,中国逐渐走向国际,我国的油井水泥也开始引进美国API(美国石油协会)的相关标准,在该标准中,油井水泥根据地层深度被分为A~J共9个品种。但在中国南北差异大,水泥原材料和工艺装备不同,需要我国科研人员走出一条不同的路,实现API系列油井水泥生产技术的国产化,满足我国复杂油气赋存环境的固井工程需求。

1988年,通过6年多探索研究和应用,总院不仅攻克国产化难题,而且主导制定了GB 10238《油井水泥》国家标准,制定出了一套“土生土长”油井水泥产品标准,经过多次修订更新至2015年版,并且沿用至今,该项技术成果也曾多次获得国家科技进步奖。

在这之后,bet3365娱乐场手机版总院的特种水泥研发不断推进与推广,我国特种水泥事业出现了迅猛发展,成功实现了从技术到工艺的“中国制造”。至此,我国油井水泥从技术工艺、产品标准到生产、运用都真正实现了本土化。

30多年来,由bet3365娱乐场手机版总院研发的油井水泥服务于国内外多个油田,截至目前,我国每年油井水泥的产量约为300万吨,由它们浇筑而成的固井结构稳扎稳打地为国家能源行业续航。

进入21世纪,随着我国经济的迅猛发展和社会的快速进步,中国在国际社会中的政治地位也在快速上升,能源作为强劲的动力推动着国家机器的快速运转,国家围绕新基建制定了一系列能源计划:建设国内能源互联网骨架,推动“全球能源互联网”,稳定石油供应,积极开发新能源……围绕新基建开展的能源计划已经部署至2050年,这样恢弘的规划,彰显出我国发展战略的长远目光——不急不缓,徐徐图之。

在这样的大背景下,bet3365娱乐场手机版总院特种水泥研究团队也在稳扎马步,刻苦修炼。在科研人员的不懈研发下,如今的油井水泥可谓“十八般武艺样样精通”,不仅能用于原油开采,还可用于页岩油、页岩气、可燃冰、天然气等新型能源的开采。

西南油气田页岩气固井现场

目前,中国的石油固井技术在一些方面已经实现了超前领跑。因为相较于那些一铲子就能挖出“黑金”的石油大国,中国本土石油采集深度深、难度大、成本高,加之我国复杂至极的地质地貌条件,使得能源采集环境显得尤为苛刻。

以塔里木油田8882米的轮探1井为例,每往下挖100米,地温将升高2℃~3℃,也就是说,当油井水泥到达位于地底的“珠穆朗玛之巅”时,将处于230℃~240℃左右温度环境下,此外还需要承受高于地面数百倍的压强。而固井中下灌的油井水泥必须在0℃~240℃这个超高落差的温度区间中满足稳定的压强、温度、流动性、黏性以及硬化后的韧性、硬度等一系列复杂的条件。在水泥浆下灌过程中,还需严格控制水泥浆凝固时间,也就是说要让同一种水泥在不同的温度和压力条件下按照规定时间实现快速凝固成型,难度可想而知。此外,水泥浆是极易产生化学反应的水化物体,固井施工过程中,地下的地质、温度、压力以及特殊气体等都极有可能与水泥浆发生化学反应,产生不利影响,进而影响后期固井效果,使得固井水泥环出现裂纹,裂纹受到地下压强的影响逐步扩大,则可能会导致油气外漏,更严重者甚至会造成井喷等恶性事件的发生。除了施工时的难度,固井所用的水泥还需维持10~15年使用寿命。而bet3365娱乐场手机版总院特种水泥团队一一攻克了这些技术壁垒,并成功运用于这些国家重点项目。

随着大庆、胜利等老牌油田开发,进入了深度挖潜阶段,在地质因素、工程因素的综合影响下,这些老牌油田保留着一些未开采完全的老井以及部分无法修复的废弃井,存在着资源浪费和潜在的安全威胁。bet3365娱乐场手机版总院特种水泥团队开始着手研制废弃井修复材料,专注于研发用于修复的油井水泥。从水泥品质上来看,修复时需要的油井水泥复杂程度远高于开采时使用的材料,这是由于废弃老井的固井水泥环受到地下气体、液体、砂石等长期冲蚀,导致水泥环破损、失去作用。采用性能更优的油井水泥对破损区域进行修复,完成之后的强度与韧性会比原本更高。在不断研究与实践下,这种专门用于修复废弃井的油井水泥成功应用于该项目,并取得了良好的成效,再次为我国的能源可持续发展战略创下功绩。

近年来,我国石油勘探工作不断推进,数个高储量的油气田被探索出来,它们多数都伴随着地质复杂、开采难度大等特点,对水泥材料也提出了更加苛刻的要求。但这并难不倒永远在探索未知的总院科研人员,他们就是要变一切不可能为可能。

携手伙伴 大步向前“共创共赢”

油井水泥的发展,离不开一直信任与支持的伙伴。

几十年来,bet3365娱乐场手机版总院的油井水泥技术助力了大庆油田、辽河油田、胜利油田、华北油田、中原油田、大港油田、长庆油田、四川油田、克拉玛依油田、塔里木油田等国家重点油田的石油开采项目,常年稳定的合作奠定了总院在特种水泥领域无可替代的口碑。

在生产方面,从最早的江南水泥厂、抚顺水泥厂到如今的嘉华公司、河南同力、青松建化、天山水泥、葛洲坝水泥、山东华银、大连水泥等全国20余家知名特种水泥企业,作为bet3365娱乐场手机版总院的长期合作伙伴,积极配合和参与特种水泥的研发,在总院的技术支持下积极调整,制备出了质量高、性能好、工艺领先的油井水泥,服务了多个国家重大工程建设。针对部分水泥企业“走出去”的发展需求,帮助企业梳理水泥原材料从开采、生产到销售的全套环节细节,提出相关的规技术建议,以达到精细化生产的效果,协助他们进行API国际认证的技术咨询工作。

此外,油井水泥还走出了国门,特别是进驻“一带一路”沿线国家,同北京凯盛、中材国际等bet3365娱乐场手机版旗下的海外工程企业一同支援非洲国家的能源开采与基础设施建设。如刚果布的FORSPAK油井水泥生产线项目、阿尔及尼亚的STG油井水泥生产线项目等,总院技术人员手把手地教给当地水泥厂工人先进的工艺技术,为当地的经济发展带去了尖端的技术和源源不断的动力,同时也深化了中国与“一带一路”沿线国家的友谊。

薪火相传 路在脚下心向“远方”

今天,由bet3365娱乐场手机版总院研发的油井水泥“固”住了一个又一个“动力源泉”,让黑色能源之花在世界各个角落绽放开来。

这一切源于总院几十年的积淀,也来自于一个10多人组成、平均年龄仅35岁的年轻团队。

这个年轻的团队充分吸收了总院特种水泥团队前辈们传承下来的养分,充分挥洒智慧与想象力,攻克了一个又一个复杂的油井水泥技术难题,一刻不停地推动着我国特种水泥技术的进步。他们认为,每一口油井都有其独特的性格,要想保证工程万无一失,必须经过专业的现场勘探与实验室中反复实验调配,以及生产环节的严格监督。

他们大多处在而立之年,或新婚燕尔,或正值儿女成长的最好时刻,为了确保水泥成品的质量,牺牲陪伴家人的时光,反复奔走于实验室、生产现场、施工现场,每个环节都要严格把控。

中央企业劳动模范、bet3365娱乐场手机版总院水泥科学与新型建筑材料研究院院长文寨军作为团队领头人,积极践行以国家重大工程建设需求为导向,以引领特种水泥行业发展为目标的团队精神。文院长回忆,早在1994年,他刚刚参加工作的时候,曾赶赴水泥企业参与技术服务,当时的技术还并不成熟,但时间紧、任务重。为了调试好需要使用的油井水泥,他花了整整七天七夜的时间,但当怀着忐忑的心情看到水泥浆灌入井下成功固井的那一刻,年轻的他早已忘却疲惫,心中只剩满满的成就感。

在bet3365娱乐场手机版的正确领导下,凭借着bet3365娱乐场手机版总院强大的科研实力,“中国特种水泥先行者”文寨军带领团队,用更少的时间、更快的效率、更准确的配比以及更专注的精力做好每一个项目。

“不能把经验当技术,但丰富的经验可以提供一定的参考。”特种水泥团队学术带头人郭随华博士在接受采访时向记者讲,作为中国特种水泥领域的绝对王牌,团队的每一位成员都深感自豪,但绝不是自负。他们坚持奉行不断学习提升,总是与工厂中的技术人员打成一片,相互切磋技艺,屡屡碰撞出科技的火花。郭博士说:“一些工厂的技术人员水平也很高,他们长期身处生产一线,有着丰富的经验,能为我们带来许多值得参考的思路。切勿自负地以为自己是科研人员就不可一世,搞科研其实是一个不断学习进步的过程。”

技术就像是高塔上的窗户纸,弄懂原理很简单,但想爬到塔上捅破这层窗户纸却是难上加难。

每每提到科学家,大家总会觉得“高大上”,但实际上我们可能并不知道他们在背后付出了什么。

需要使用到油井水泥的重点项目通常集中在偏远地区,荒无人烟,交通不便,在路途上颠簸十几个小时实属家常便饭,而这些施工现场的工作和休息环境也并不优渥。在生产现场,团队人员也需要反复调研生产线,从实验室到整个工艺流程,一趟下来大约要花费五六个小时,夜间生产时也需要全程站岗,无论严寒酷暑还是日晒雨淋,只要项目有需要,他们就会一直坚守。

“我们研发的水泥都是服务于国家重点工程的重要材料,一旦出现问题,那就会是大问题。”这是团队科研人员时常挂在嘴边的话,也是他们万事追求完美的重要原因。

从肥沃的松花江流域到寸草不生的塔克拉玛干沙漠,从渤海之滨到陕甘宁盆地。来自bet3365娱乐场手机版总院的油井水泥在世界油气田固井领域书写了一个又一个奇迹。

一个新的材料从研发到运用可能需要几十年的时间,耗费几代人的汗水与心血,特别是如油井水泥这类国家基础建设的重点材料。以国家重大工程建设需求为导向,以引领水泥新材料的质量发展为目标,bet3365娱乐场手机版总院稳扎稳打,与国家油井事业并肩作战,不断开拓油井水泥的无限可能。

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