一、概述

進(jìn)入 21 世紀(jì)以來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，全球能源需求不斷增長。為了滿足能源需求，世界各國大力開發(fā)石油和天然氣。這促進(jìn)了全球石油工程技術(shù)的進(jìn)步。從近年石油工程技術(shù)發(fā)展的特點可以看出，相關(guān)學(xué)科發(fā)展對石油工程技術(shù)促動作用日益受到重視。無論是石油工程技術(shù)的智能化、實時化、自動化，還是非常規(guī)油氣、深水油氣以及地?zé)岬刃履茉吹馗咝ч_發(fā)，交叉學(xué)科的特點日益凸顯，許多其他領(lǐng)域的新技術(shù)被改造和移植運用于油氣及新能源勘探開發(fā)，并見到良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。正是基于這些認(rèn)識，國際知名的油公司和服務(wù)公司都通過與研究機(jī)構(gòu)合作或組織專門的技術(shù)人員對非油氣領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行跟蹤研究和評估，積極儲備新一代石油工程新技術(shù)。

二、近年石油工程技術(shù)發(fā)展特點

2.1 智能化、實時化、自動化是主要趨勢

目前，國際石油工程技術(shù)總體呈現(xiàn)智能化、實時化和自動化的發(fā)展趨勢，特別是智能化將主導(dǎo)石油工程技術(shù)的發(fā)展。高性能的機(jī)、電、液一體化技術(shù)促進(jìn)石油鉆機(jī)的功能進(jìn)一步完善，大量增加自動化工具儀器，采用智能信息技術(shù)，減輕鉆井操作者勞動強(qiáng)度，為提高勞動生產(chǎn)率創(chuàng)造了良好的條件 。地質(zhì)導(dǎo)向和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)大幅提高了儲層鉆遇率，也為井下閉環(huán)控制奠定了基礎(chǔ)。依托隨鉆測井和隨鉆地震技術(shù)的無風(fēng)險鉆井技術(shù)（NDS），實現(xiàn)了窄密度窗口復(fù)雜壓力條件下優(yōu)快安全鉆井的目的。欠平衡鉆井技術(shù)朝精確控制井筒壓力方向發(fā)展，提出了多技術(shù)一體化管理鉆井理念，解決井漏、井塌等鉆井復(fù)雜問題，大幅度提高鉆井速度，降低鉆井成本 。智能完井技術(shù)通過對水平段或各分支進(jìn)行分段完井，封隔異常壓力及異相層位，延緩底水錐進(jìn)，實現(xiàn)各個層位的實時監(jiān)測和控制，在出水、出砂后準(zhǔn)確確定層段，改進(jìn)油藏開發(fā)管理模式，實現(xiàn)油藏開發(fā)的合理有序。

2.2 相關(guān)學(xué)科發(fā)展對石油工程技術(shù)促動明顯

石油工業(yè)的每一次大進(jìn)步都是將當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的新理論、新方法、新材料、新裝備引入的結(jié)果。全球主要的石油公司和技術(shù)服務(wù)公司都在進(jìn)行納米材料技術(shù)的研究，并極大地促進(jìn)了井筒及注入流體、納米材料反應(yīng)劑、井下工具及管材表面處理技術(shù)的發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)、云計算、增強(qiáng)現(xiàn)實等技術(shù)的應(yīng)用，為各個作業(yè)單元的智能互聯(lián)、遠(yuǎn)程檢測與控制提供了實現(xiàn)手段。同時，仿生學(xué)、微生物學(xué)、化學(xué)、高能物理等領(lǐng)域的研究成果，為新一代建井技術(shù)，以及微型化、反應(yīng)型智能載體技術(shù)的研發(fā)提供了有益的借鑒。

三、新材料在石油工程領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1 氣凝膠-相變微膠囊復(fù)合隔熱材料

新型隔熱材料，特別是氣凝膠-相變微膠囊復(fù)合材料因其良好的耐熱性能和相對較小的空間占用率，屬于柔性材料，在航空航天領(lǐng)域取得了良好的應(yīng)用效果 。

3.1.1 基本技術(shù)原理

二氧化硅氣凝膠是由納米級二氧化硅微粒相互連結(jié)而成的具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的一種納米多孔材料，其所含基本粒子和孔的直徑均在納米級， 具有極低的熱導(dǎo)率， 是一種新型輕質(zhì)保溫隔熱的理想材料。雖然具有優(yōu)異的隔熱特性，但是長時間高溫使用時，仍會有熱累積效應(yīng)，導(dǎo)致內(nèi)部器件溫度升高。相變微膠囊材料是利用微膠囊化技術(shù)使化學(xué)惰性的外殼材料包裹于固-液相變材料微球外面，形成一種復(fù)合相變材料。通過相變微膠囊材料的核殼化，能夠克服相變微膠囊易于相分離、泄漏以及腐蝕性等問題，有效改善了相變材料的應(yīng)用局限性。因在相變過程中能夠吸收和釋放大量的熱量，相變材料主要用于溫度控制領(lǐng)域，而通過將相變材料微膠囊化，使得應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)寬到熱防護(hù)等方面，具有更廣闊的應(yīng)用前景。通過將氣凝膠和相變微膠囊同時使用得到復(fù)合隔熱材料，能夠很好地保護(hù)內(nèi)部需要隔熱保護(hù)的器件。這一復(fù)合材料已應(yīng)用于導(dǎo)彈導(dǎo)流罩內(nèi)的隔熱層，保護(hù)導(dǎo)彈頭部的雷達(dá)等精密設(shè)備。

3.1.2 氣凝膠復(fù)合隔熱材料的特點

氣凝膠是一種分散介質(zhì)為氣體的凝膠材料，是由膠體粒子或高聚物相互聚積構(gòu)成的一種具有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的納米多孔性固體材料。該材料內(nèi)部孔隙的尺寸在納米數(shù)量級，孔隙率高達(dá) 80% ~99.8% ，孔隙的典型直徑為 1~100 nm ，比表面積為 200~1 000m2 /g，密度可低至 3 kg/m 3 ，室溫導(dǎo)熱系數(shù)低至 0.012W /（m ·K）。二氧化硅氣凝膠是目前技術(shù)最成熟、工程化應(yīng)用最廣泛的氣凝膠材料，因其極低的導(dǎo)熱系數(shù)被稱之為超級絕熱材料。相變微膠囊，常溫下為白色粉末，平均粒徑0.5~20 μm ，一般采用正二十烷等作為芯材，其裝載率可達(dá) 70% 以上。相變溫度可按需調(diào)節(jié)，相變熱達(dá)到 160 J/g 以上，耐熱溫度可達(dá) 150 ℃，若采用雙層壁材耐熱溫度可達(dá)到 180 ℃以上。相變微膠囊在相變過程中能吸收和釋放巨大潛熱，而相變過程中溫度幾乎保持不變，即相變材料具有能量儲存和溫度控制功能。

3.1.3 氣凝膠-相變微膠囊復(fù)合隔熱材料

在石油工程領(lǐng)域的應(yīng)用前景在石油工程領(lǐng)域?qū)τ诟魺岵牧系囊笤絹碓礁?，特別是深井、超深井和地?zé)峋你@井過程中，各種隨鉆測量電子設(shè)備均需要隔熱保護(hù)。但同時，井下設(shè)備受作業(yè)空間小的限制，無法通過增加隔熱層厚度的方法進(jìn)一步提高隔熱性能。氣凝膠-相變微膠囊復(fù)合材料，結(jié)合了氣凝膠的隔熱和相變微膠囊的吸熱不升溫的特點，將二者多層復(fù)合使用作為隔熱材料，進(jìn)一步提高隔熱性能，同時二者單層最薄均可達(dá)到 2 m m ，能夠?qū)崿F(xiàn)薄而隔熱。選用氣凝膠-相變微膠囊復(fù)合材料，無需改變原有工件結(jié)構(gòu)，可通過傳統(tǒng)工藝，直接用于蒸汽管線保溫、地?zé)峁芫€保溫層；還可以制成特殊形狀，用于保護(hù)井下控制器件免受地層高溫影響。

3.2 功能梯度材料

功能梯度材料能夠同時具有兩種材料的特性，內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般實現(xiàn)兩種材料的梯度變化，最初應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域中的極端條件下。功能梯度材料的形態(tài)也從顆粒狀粉末擴(kuò)大到薄膜、纖維、泡沫等。通過使用功能梯度材料，能夠大量減少開發(fā)全新材料的時間和成本 。

3.2.1 基本技術(shù)原理

功能梯度材料（Functionally Graded M aterials，以下簡稱 FGM ）是為了適應(yīng)功能材料在航空航天等高技術(shù)領(lǐng)域的需要，滿足在外太空等極限環(huán)境下能夠持續(xù)正常工作而研發(fā)的一種復(fù)合功能材料。FGM是指由多種材料復(fù)合組成，材料的某一項性能或者多項性能沿某一方向（一般為厚度方向）連續(xù)梯度變化的復(fù)合材料 。

3.2.2 功能梯度材料的特點

FGM 由兩種或多種材料組成，組分、結(jié)構(gòu)均呈連續(xù)梯度。它要求功能、性能隨內(nèi)部位置的變化而變化，實現(xiàn)功能梯度的材料。FGM 與混雜材料、復(fù)合材料在設(shè)計思想、組織結(jié)構(gòu)、宏觀組成等方面有本質(zhì)不同，具體如表 1 所示。

3.2.3 功能梯度材料

在石油工程領(lǐng)域的應(yīng)用前景通過調(diào)節(jié)梯度材料的結(jié)構(gòu)、組成、配比等，能夠制備硬度更高、抗磨蝕性能更好的材料，可用于制造超強(qiáng)鉆頭，提高鉆頭硬度和耐磨性能；可用于鉆桿節(jié)頭耐磨處理，提高使用壽命和潤滑性；可用于泥漿泵缸套、抽油泵活塞等易磨損部位的耐磨處理；可用于射孔彈表面設(shè)計，提高射孔彈性能，通過延長壽命，降低成本。

3.3 自愈合聚合物材料

3.3.1 基本技術(shù)原理

聚合物材料在長期使用過程中極易受到外力、熱和光、化學(xué)腐蝕等的作用，形成細(xì)小裂紋，從而影響其使用壽命。為了提高聚合物材料的長期使用穩(wěn)定性，需要修復(fù)聚合物材料當(dāng)中形成裂紋，使材料的力學(xué)性能得到恢復(fù)。傳統(tǒng)的修復(fù)方法無法對其內(nèi)部的微裂紋進(jìn)行修復(fù)，因此提出了自愈合聚合物概念，即利用材料的自我感知能力，對材料中的微裂紋產(chǎn)生響應(yīng)，進(jìn)而引發(fā)自我修復(fù)，延長使用壽命。對于聚合物材料的自愈合，通常是將愈合劑用某種方式埋植在聚合物基質(zhì)中，當(dāng)聚合物材料產(chǎn)生破裂時愈合劑流出，修復(fù)裂紋；或者利用聚合物與單體之間的可逆反應(yīng)，或通過加熱、光、電磁等引發(fā)單體聚合生成聚合物以修復(fù)裂紋。按照不同的修復(fù)方法，現(xiàn)有自愈合聚合物主要分為微膠囊法、空芯纖維法、仿人體毛細(xì)血管叢法等。其中，毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和微膠囊以及液芯纖維比起來具有較大的優(yōu)勢，基體內(nèi)的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠?qū)Σ牧媳旧砥鸬綇?qiáng)韌的作用， 并且毛細(xì)管內(nèi)源源不斷的修復(fù)劑能夠起到對材料多次修復(fù)的作用， 這將使毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)成為自愈合聚合物復(fù)合材料的首選， 并將成為該領(lǐng)域的研究熱點 。

3.3.2 技術(shù)特點

自愈合聚合物的特點在于其自我修復(fù)特性。該材料能夠修復(fù)材料內(nèi)部出現(xiàn)的微裂紋。一般需要外接條件（熱、電磁等）引發(fā)催化劑和修復(fù)劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

3.3.3 自愈合聚合物材料

在石油工程領(lǐng)域的應(yīng)用前景自愈合聚合物屬于功能聚合物中的一種，能夠根據(jù)環(huán)境變化（裂痕、酸堿度等）做出反應(yīng)，已經(jīng)作為醫(yī)用植入材料、建筑修補(bǔ)材料等得到應(yīng)用。在石油工程領(lǐng)域可實現(xiàn)兩大類應(yīng)用。一是作為井下流體的化學(xué)添加劑，可用于自愈合固井水泥、自愈合封堵材料、自反應(yīng)鉆井液等，根據(jù)井下條件的變化發(fā)生反應(yīng)或者變形，從而實現(xiàn)凝固或者封堵作用。二是作為封隔器等工件的構(gòu)成材料，不但能通過自愈合反應(yīng)增加自膨脹封隔器的強(qiáng)度和使用壽命，而且能夠根據(jù)不同井段環(huán)境膨脹或者收縮實現(xiàn)智能封堵。

四、結(jié)論

通過原理分析、信息映射、應(yīng)用環(huán)境對比等手段，把相關(guān)學(xué)科成熟的知識、技術(shù)和方法應(yīng)用到石油工程領(lǐng)域，已經(jīng)成為技術(shù)創(chuàng)新的一種主要手段。許多其他領(lǐng)域的新技術(shù)被改造和移植運用于油氣及新能源勘探開發(fā)，并見到良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。因此，國內(nèi)外油公司和技術(shù)服務(wù)公司都非常重視相關(guān)學(xué)科的技術(shù)進(jìn)步。通過對技術(shù)進(jìn)行特征分析、成熟度分析、適用范圍分析等，得益于氣凝膠-相變微膠囊復(fù)合隔熱材料、功能梯度材料和自愈合聚合物各自具有的技術(shù)特點，完全能夠用于包覆材料、鉆井液處理劑、隔熱材料等，具有良好的應(yīng)用前景，需進(jìn)一步結(jié)合石油工程領(lǐng)域的技術(shù)需求進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)。

五、夢能服務(wù)與支持

1、免費樣品

如果您對我公司的工業(yè)重防腐油漆產(chǎn)品有需要或者申請樣品試用，請與我們的客服人員取得聯(lián)系。400-878-0506

油漆樣品適用范圍：

用于新建項目：驗證油漆配套的可行性、檢驗附著力、效果圖與實際顏色的色差。

用于維修項目：驗證與舊涂層的兼容性。

用于日常修補(bǔ)：提供少量樣品用于修補(bǔ)破損處。

申請用量：在1KG以內(nèi)免費送貨上門。

2、免費打樣

如果您想看到工業(yè)重防腐油漆在產(chǎn)品上的實際應(yīng)用、外觀、性能測試，請與我們客服人員聯(lián)系，將樣板寄往夢能科技營銷部，由專業(yè)噴涂人員為樣板提供油漆打樣。

3、服務(wù)團(tuán)隊

夢能對技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊始終進(jìn)行一系列的標(biāo)準(zhǔn)化管理，從專業(yè)培訓(xùn)到日常報告的管理都有一整套完善的體系。夢能公司每年都會對技術(shù)服務(wù)人員進(jìn)行定期的技術(shù)培訓(xùn)和能力審計，以使每一位技術(shù)服務(wù)人員保持高水準(zhǔn)的專業(yè)素質(zhì)，每一位技術(shù)服務(wù)人員都配備先進(jìn)的涂裝檢驗儀器，儀器設(shè)備均按規(guī)定的時間期限進(jìn)行定期校驗，以保證每套儀器設(shè)備工作狀況良好。

4、購買通道

零售：購買50kg以內(nèi)，線上購買，抖店直接下單購買。

工廠業(yè)務(wù)：長期合作、量大從優(yōu)、生產(chǎn)調(diào)試、質(zhì)量檢測、開具13%專用發(fā)票

貿(mào)易、代理：提供代工業(yè)務(wù)支持，項目保護(hù)。

業(yè)主、總包、設(shè)計院：提供防腐方案設(shè)計、性能檢測、施工方案、現(xiàn)場技術(shù)指導(dǎo)。

涂裝施工：提供解決方案、現(xiàn)場技術(shù)指導(dǎo)。