沙 鸥 上海石油化工研究院 高级专家

    吕明福

    北京化工研究院

    高级专家

    对于油气勘探开发过程中的极端环境，如高温、高压、高腐蚀等，哪些新材料具备出色的适应性和性能表现？

    吕明福：油气勘探开发经常面临高温、高压、油气混合高腐蚀等极端环境，对应用材料的耐热、耐磨、耐腐蚀及长期服役性能都有很高要求。其中，碳纤维复合材料具备优异的耐腐蚀性和耐高温性，以及出色的力学性能和长期服役能力，在油田领域的应用日益广泛，不仅在油气管道、储罐、阀门等关键设备的制造和油井桥塞的强化修复中发挥着重要作用，而且在抽油杆、连续油管等油气开采的核心部件制备中显示出独特的优势。特别值得一提的是，碳纤维复合材料轻质、高强和出色的耐海水腐蚀能力，使其成为海上平台和海洋油气田开发的理想选择。随着碳纤维复合材料应用技术不断进步，井下工具和部件的耐温性能有望得到显著提升，预计耐温能力将达到300摄氏度，能极大地提高深层超深层油气勘探开发能力，也为高温地热开发提供强有力的技术支持。

    生物可降解材料聚乙醇酸（PGA），具有优异的力学性能、耐热性和可降解性。采用PGA制备的暂堵球、暂堵剂和井下工具在一定的高温环境中仍具有良好的抗压强度，且使用后能在地层环境中自行降解，无须酸化解堵，对地层结构影响小、施工成本低。

    新材料的应用如何提升油气上游领域的勘探和开采效率？

    沙 鸥：新材料的使用能有效提升油气勘探开发效率，并使开发模式发生根本改变。在钻完井工程中，碳纤维材料的应用使抽油杆抗拉强度达到1800兆帕以上（是钢杆的两倍，但密度仅为钢杆的1/4），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。在驱油过程中，低渗透油藏普遍存在聚合物注不进的问题，黏弹性表面活性剂或聚表剂由于分子尺度匹配，具有驱油和调剖一体化优势，具备替代二元复合驱的潜力；稠油原位改质水热裂解催化材料的突破，可以革命性地解决稠油开采的诸多难题。在油气集输和后处理中，无机有机复合分离膜可实现采出井井口的快速分离回注，能有效提升油气开采效率和环保效果；高效油气田采出水处理膜能高效去除采出水中的COD（化学需氧量）、BOD（生化需氧量），减少环境污染，促进水资源循环利用；高效破乳纳米磁性材料的应用，可以高效低成本实现油水分离。

    未来几年，新材料在油气上游领域的应用会有哪些重大变化？

    吕明福：油气上游领域多为资本和技术密集型的行业，需要大量的资金投入和先进的技术支持。近年来，随着高新技术的快速发展及各类新材料的更新迭代，油气上游领域的作业效率和安全性不断提高，同时对环境产生的影响也在逐步降低。轻质高强合金及高性能复合材料等轻量化材料的开发，有助于减轻设备重量，降低运输和安装成本，同时提高作业效率。纳米驱油技术利用新型纳米材料强憎水和强亲油的特性，使油层注水到达传统水驱难以触及的低渗透区域，可大幅增加可采储量、提高油气采收率。环境友好型材料，如可降解材料和低毒性材料等，能有效减少油气勘探开发过程对环境的影响。

    与此同时，科研团队仍在不懈攻关，持续拓展、提升材料性能，以满足油气上游领域快速发展的需求。超耐磨、耐腐蚀、耐高温材料的开发，将显著提高井下采油装备的耐腐蚀性能，延长设备寿命和检泵周期，减少维护成本。智能材料，如形状记忆合金、自修复材料等的应用，将提高油气设备的自适应性和自修复能力，减少维护需求。

    未来，随着研究不断深入，新材料在油气上游领域的应用将呈现多样化、智能化和可持续化的趋势，推动油气勘探开发技术快速迭代，为行业带来更多创新和发展机遇。

    针对油气上游领域，当前新材料研发和应用面临的最大挑战是什么？

    沙 鸥：一是由于新材料研发涉及化学化工、高分子材料、油气藏工程等多专业交叉学科，基础研究滞后，亟待建立完善的创新机制和人才配套激励政策；二是需建立以市场为导向的产学研深度融合平台，满足客户差异化、个性化需求，以市场引导研发，以研发升级市场；三是油气上游板块与下游化工研究院应结合自身优势，从材料科学与工程问题出发，梳理研究目标，强化材料研发与人工智能等数字化技术的结合，缩短研发周期，通过技术创新，深耕细分赛道，增强新材料在油气上游领域的核心竞争力。