一、概述

人类越来越认识到能源的重要性，传统能源煤、石油，在经过长时间的采取之后，其现存量已经不得不让人类开始寻找新型替代能源。天然气作为一种新型能源，其具有清洁、不污染环境、开采成本小、储藏范围广等特点。天然气在燃烧过程中产生的能影响人类呼吸系统健康的物质极少，产生的二氧化碳仅为煤的40%左右，产生的二氧化硫也很少。天然气燃烧后无废渣、废水产生，相较于煤炭、石油等能源具有使用安全、热值高、洁净等优势，造成温室效应较低，因而能从根本上改善环境质量。页岩气是一种重要的非常规天然气资源，即从页岩层中开采出来的天然气。在2012年9月11日至13日召开的第六届夏季达沃斯论坛上，新能源产业的挑战与机遇成为众多嘉宾关注的焦点议题，其中页岩气的发展更成为关注的焦点，因为页岩气是一个更为清洁的化石能源，蕴含巨大的机会，国土资源部2012年3月1日发布《全国页岩气资源潜力调查评价及有利区优选》称，经初步评价，我国陆域页岩气地质资源潜力为134.42万亿立方米，可采资源潜力为25.08万亿立方米(不含青藏区)， 广泛分布在四川、鄂尔多斯、渤海湾、松辽、江汉、吐哈、塔里木和准格尔等含油气盆地。因此，能源界人士将目光投向了我国丰富的页岩气资源。
   “十二五”页岩气专项规划目前正在研究制定中，并已在国家科技重大专项中设立了页岩气专题和示范工程，预计“十二五”期间国内将新增探明储量页岩气6000亿立方米，按照页岩气10%-20%的采收率计算，实际产量有望达600到1200亿立方米。国土资源部2009年10月份在重庆市綦江县启动了中国首个页岩气资源勘查项目。这标志着继美国和加拿大之后，中国正式开始这一新型能源页岩气资源的勘探开发。

二、项目开发的意义

由于页岩中含有较多杂质，其中一些动植物遗骸等有机物，经过微生物的作用，形成页岩气。一半的页岩气游离于页岩的裂缝、孔隙及其它储存空间里（约50%），另一半则吸附于页岩中有机物的表面（约50%）。另外，还有及少量的页岩气溶解在页岩的有机物中。因此页岩气的开采难度较大，目前都是采用国外的技术开采。页岩气水平井多段压裂是目前国际领先的页岩气开采新技术，可钻桥塞可实现水平井不限级数压裂，但目前国内常用的金属桥塞存在钻铣时间长的问题，导致水平井分段压裂施工周期较长，成本增加，在一定程度上限制了页岩气的开采。目前国际上最先进的应用于页岩气开采的压裂工具---复合非金属可钻桥塞，以其独特的材料设计，具有容易钻铣，不易卡钻等优点，该桥塞已在美国，加拿大的几家大公司得到广泛的应用，因此页岩气水平井多段压裂工具核心部件可钻桥塞及与之配套的耐高压、易钻铣胶筒的国产化迫在眉睫。

三、国内外发展概况及市场需求分析

    可钻桥塞分段多级压裂技术的关键工具是可钻桥塞。目前，国外复合材料可钻桥塞比较成熟，贝克休斯公司的QUICK Drill桥塞、哈里伯顿公司的Fas Drill桥塞等都是非常成熟的复合材料桥塞。这种复合材料桥塞可钻性强，耐压耐温都比较高：QUICK Drill桥塞耐压可达86MPa，耐温达到232℃；Fas Drill桥塞耐压可达70MPa，耐温达到177℃。由于国内材料发展水平滞后，复合材料可钻桥塞的水平低于国外产品，目前，中海油、大庆油田、华北油田都不同程度地开展了复合材料桥塞的研究。由于该技术射孔坐封桥塞联作，压裂结束后能在很短时间内钻掉所有桥塞，大大节省了时间和成本，同时减小了液体在地层中的滞留时间，降低了外来液体对储层的伤害。其中对胶筒性能要求很高，国内尚属空白，是复合材料可钻桥塞能否成功应用的关键。
    据估算数据显示，中国页岩气的可开采量为36万亿立方米，中国尚处在起步阶段。不过近些年来政府频繁放出信号，意味着页岩气开采在中国能源开发领域也将迎来一轮新的高潮。首先，它作为国家重点发展的一种新型能源，页岩气勘探开发已被列入国家“十二五”能源发展规划。我国第一口陆相页岩气井--延长石油延页平1井，目前每天稳产在2000立方米以上，为页岩气这种储藏在地下页岩层中的非常规天然气转入实质开发、形成产业化打下了良好基础。预测今后国内此类可钻桥塞的需求量会急剧上升，仅耐高压、易钻铣胶筒年需求量将达到100000只以上，年产值5000万元 .

四、主要攻关内容及技术路线

可钻桥塞胶筒作为桥塞的密封件，用于水平井分段压裂时井筒隔离，作为压裂施工过程中的临时封堵，压裂结束后，再运用连续油管作业对其桥塞进行钻扫，在水平段内形成一个通径，使页岩层各段内的天然气汇集在井筒内。

1.主要攻关内容

（1）    可安全坐封于5 1\2＂（15.5＃～23#）各个级别的套管；

（2）    可靠的密封系统，在作业中可承受10000psi的压差;

（3）    耐温级别-20-135；

（4）    易于切削磨铣，切削磨铣出来的碎末为颗粒状或短切条状；

（5）    密度小于1.8g/mm3，易于磨削后返出；

2.技术路线

可钻桥塞胶筒主要解决产品配方、结构设计、模具加工、工艺确定。该产品使用性能要求严格，材料要求具有较高的拉伸强度，抗撕裂性能，耐热性能，耐酸、耐碱性能，同时还应具备低剪切强度，低韧性，易钻铣。因此，胶料配方设计是关键。

该产品技术路线

五、预期成果和考核目标

1、技术指标

耐温： 150℃

拉伸强度:  ≧24MPa

扯断伸长率： ≧200%

邵氏硬度： 90±5

热空气老化（150℃×24h）,伸长率变化率： ≦20%

10号柴油（120℃× 24h），体积变化率： ≦15%

酸环境下（常温× 24h），体积变化率： -5～+8%

压缩永久变型（120℃× 24h），B型： ≦35%

模拟实际工况的功能试验，胶筒工作的径向有效密封压差： ≧70Mpa

1、完成后技术水平及成果

达到或超过国外同类产品水平，完全能够替代进口产品，填补国内空白。

2、本项目技术产生的经济和社会效益

可钻桥塞筒研制完成后，可为全国个大中小页岩气开采企业及采油工具企业提供所需的胶筒，并形成10万件的生产能力。按每件胶筒500元计，可创收5000万元。其中税金500万元，利润850万元。还可解决下岗人员再就业20－30人，具有显著的经济和社会效益。

六、推广及应用前景

我国是页岩气的储藏大国，还处于开发初期，页岩气水平井多段压裂可钻桥塞胶筒国产化项目的完成势必为页岩气的开发利用起到助推作用，现进口一套复合非金属材料的可钻桥塞压裂工具需要5万元人民币，生产成本巨大，研制成功具有自主知识产权的可钻桥塞压裂工具，替代进口，具有巨大的经济效益和社会效益。