石油工程中的仿生技術

技術探秘

21世紀以來，隨著仿生學的思維和方法迅速滲透到各個學科和行業，仿生技術也開始了與石油工程的「約會」。

在油藏研究領域，國內外近年來利用仿生形狀記憶聚合物材料可在轉變溫度控制下隨意變形的特性，設計了座封不受井下流體性質影響的仿生封隔器，滿足了不同井深條件下的完井需求。而中國科學院院士王守覺提出的「仿生模式識別」概念，則是「軟性」仿生研究成果的突出代表，該理論被應用於油氣管道工況識別中，在樣本較少的情況下取得了較高的識別準確率。

在仿生鑽井領域，中國石油大學通過仿生海洋生物貽貝足絲蛋白的超強黏附能力，合成了類似貽貝蛋白質的水溶性聚合物，成功研製了仿生強固壁鑽井液體系，該體系在抑制鑽屑分散、穩定井壁、攜屑等方面效果顯著，很好地解決了困擾國際鑽井行業很久的井壁失穩問題。此外，通過模仿細菌結構開發的含仿生絨囊鑽井液，已在煤層氣欠平衡鑽井、空氣鑽井、防漏堵漏、快速鑽進等領域得到應用。仿生鑽頭也是近期鑽井研究的一個熱點，吉林大學最新研製的仿生耦合PDC鑽頭，比常規PDC鑽頭鑽進速度提高1.5倍，顯著提高了鑽井效率。該研究便是借鑒了竹子、牙齒、樹木年輪、貝殼、螻蛄前足等多種生物特性。

在井筒領域，中國研究者通過仿生骨松質三維立體結構，研製出了泡沫金屬防砂產品，防砂效果顯著，大幅延長了檢泵周期。一些研究者通過模擬穿山甲體表的高強度保護鱗片結構，在膨脹錐變徑段採用激光刻蝕、超音速火焰噴塗、離子束沉積等方式，進行表面織構蝕刻及硬質塗層塗敷，研發了仿生非光滑表面膨脹錐，現場試驗數據表明，與傳統膨脹錐相比，其膨脹壓力可降低15%以上，且表面磨損明顯減少。研究者們還受沙蠍、大象等動物通過感受振動波進行信息傳遞啟發，研發了一種仿生振動通訊技術，該技術在井口安裝大功率振動信號發生器作為波源，油管或套管為傳輸介質，將振動信號傳輸到井下，井下工具接收到振動信號並進行解調處理，實現地面和井下無線傳輸。

此外，中國石油大學和中國石化勝利油田分公司合作，通過模擬海草黏滯阻尼作用研發了仿生水草海底防沖刷技術，並在海底管線懸空治理中得到了大範圍推廣應用；英國Brinker公司模仿血小板在傷口處凝結的原理開發了一種管道自修復技術，並已成功應用於BP公司油田的注水管道和阿帕奇公司油田超期服役的原油集輸管道上。

（科技日報）

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