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盤點全球十大石油科技進展

2015-1-31 13:09| 發布者: helloshigy| 查看: 1361| 評論: 0

摘要: 1. 細粒沉積巖形成機理研究有效指導油氣勘探隨著數字露頭、礦物元素分析QEMSCAN、水槽模擬實驗、成像測井等先進技術的廣泛應用,二十一世紀以來,細粒沉積學在細粒沉積過程模擬、泥頁巖成巖作用與精細表征等方面取得 ...
1. 細粒沉積巖形成機理研究有效指導油氣勘探
隨著數字露頭、礦物元素分析QEMSCAN、水槽模擬實驗、成像測井等先進技術的廣泛應用,二十一世紀以來,細粒沉積學在細粒沉積過程模擬、泥頁巖成巖作用與精細表征等方面取得重大進展,加深了細粒沉積巖形成機理與分布的認識。

細粒沉積水槽模擬實驗揭示了紋層狀頁巖主要是由流體搬運形成,而并非傳統認識的緩慢沉降形成,創新了頁理的形成機理;

現代考察與水槽模擬發現細粒沉積快速埋藏能有效保存大量有機質,指出長期水體分層并非是黑色頁巖形成的必要條件,黑色頁巖可以在較淺的陸緣海廣泛分布;

礦物元素分析技術能精細識別泥頁巖的礦物含量和沉積組構,成像測井技術可以有效識別泥頁巖的孔隙特征;

地下狀態的成巖過程模擬揭示了泥頁巖滲透率的各向異性與原始有效應力的關系,模擬了頁巖油氣儲量的衰減模型。

細粒沉積巖作為烴源巖不但控制了常規油氣藏的形成與分布,而且與致密油氣、頁巖油氣等非常規油氣資源緊密相關。國外海相細粒沉積巖形成機理與巖石組構的創新性認識,拓展了油氣勘探領域,推動了北美地區非常規油氣的勘探進程。



2. CO2壓裂技術取得重大突破
儲層改造技術已經成為低滲、超低滲油氣藏和致密油氣藏等非常規油氣藏有效開發的關鍵技術,水力壓裂是目前儲層改造技術的主體。由于其自身特點,水力壓裂存在對水敏/水鎖性儲層傷害大、耗水量大、環保矛盾突出等缺陷。近年來,CO2壓裂技術的發展和進步,有望成為解決這一問題的重要途徑之一。

CO2壓裂技術源于北美,已經從早期的CO2增能伴注壓裂和CO2泡沫壓裂發展到CO2干法加砂壓裂技術。CO2干法壓裂技術的主要特點是用液態CO2代替常規水基壓裂液,技術難點是帶壓密閉條件下輸砂、液態CO2黏度改性和施工裝備配套等。

美國貝克休斯公司已經開發出成套技術與裝備,現場應用3000余井次,在強水敏/水鎖非常規油氣藏中增產效果顯著,同比單井產量提高50%以上。其中美國Devonian頁巖氣藏采用CO2加砂壓裂改造后,9個月后產量相當于氮氣壓裂井的2倍,相當于CO2泡沫壓裂井的5倍;美國泥盆系頁巖15口壓裂井進行對比試驗,生產37個月后,用CO2加砂處理井的單井產氣量為CO2泡沫處理井的4倍,為氮氣處理井的2倍。

我國川慶鉆探與長慶油田等單位聯合攻關,在CO2密閉混砂裝置與CO2增黏技術上取得重要突破,2013年8月長慶蘇里格氣田蘇東44-22井先導試驗取得成功,2014年8月吉林油田在黑+79-31-45井也進行了先導試驗。

CO2干法加砂壓裂技術具有“無水壓裂”的特性,可消除儲層水敏和水鎖傷害,提高壓裂改造效果,具有壓裂液無殘渣、有效保護儲層和支撐裂縫、實現自主快速返排、大幅縮短返排周期、節約水資源等特點,有利于頁巖氣、煤層氣吸附天然氣的解析,在低滲、低壓、水敏性儲層開發中具有廣闊的應用前景,正在成為水力壓裂技術的有效補充。



3. 低礦化度水驅技術取得重大進展
水驅仍將是油田開發的主導技術,但注水的技術內涵和作用機理正在逐漸深化發展。賦予水驅除補充能量以外的其他功能,成為各大石油公司攻關的熱點。低礦化度水驅、設計水驅、智能水驅等技術通過調整注入水的離子組成和礦化度,改變油藏巖石表面潤濕性,從而提高原油采收率,無論在室內實驗還是現場試驗都取得了顯著效果。

在現場應用方面,BP公司繼北美阿拉斯加北坡的恩迪科特油田先導試驗后,聯合康菲、雪佛龍和殼牌公司在英國北海Clair Ridge油田啟動了世界上第一個海上低礦化度水驅項目,利用海水凈化裝置將海水礦化度降低至300ppm至2000ppm并直接注入油藏,預計可使該油田增產4200萬桶原油。

科威特石油公司在世界第二大油田布爾甘油田開展低礦化度水驅試驗,將礦化度從140000ppm降低到5000ppm,當含水飽和度降低5%時,每桶增加的成本僅為10美元。沙特阿美石油公司在Kindom碳酸鹽巖油藏進行現場試驗,結果顯示在常規海水驅替后轉智能水驅可提高水驅采收率7%至10%。

中國石油離子匹配精細水驅技術,研發了針對長慶、吉林等油區低滲油藏的水驅體系,室內評價提高采收率5%至15%,有望為我國大規模的低滲透油藏提高采收率提供新的技術手段。

與化學驅、熱采等其他EOR技術相比,低礦化度水驅采油技術的驅替效果相當且具有簡單有效、經濟可行以及風險較低的特點,具有很大的應用潛力和推廣空間。



4. 聲波全波形反演技術走向實際應用
全波形反演方法利用疊前地震波場的運動學和動力學信息重建地下速度結構,通過更新迭代初始模型進而減小計算數據和觀測數據之間的誤差;逐步逼近真實模型,是提高速度模型精度、改善復雜目標成像效果的主要手段,具有揭示復雜地質背景下構造與巖性細節信息的潛力。但由于其計算量大、算法不穩定等因素,給實際應用帶來了許多困難,一直未能廣泛投入商業化應用。

近年來,隨著計算機計算能力的不斷提高,寬頻、大偏移距采集技術的進步以及理論方法研究的不斷深入,全波形反演技術快速發展:

持續完善工作流程,開發自適應數據選擇方法,減少了由于周期跳躍引起的假象及速度誤差;

利用概率性質量控制方法,量化初始模型周期跳躍,克服周期跳躍對全波形反演的限制;

聲波全波形反演從理論研究形成產品,應用于海上三維實際資料處理中,改善了深水鹽下復雜構造成像效果,用于精細地質解釋;

此外,利用高分辨率全波形反演速度模型更好地約束Q層析參數等,優化成像結果。

國內外多家公司對墨西哥灣、西非海上、巴倫支海挪威海域等地區的地震資料,尤其是全方位、寬頻、大偏移距地震數據進行全波形反演,獲得了高分辨率速度模型,有效改善了鹽下等復雜構造成像質量。目前全波形反演技術還在進一步深化研究,陸上資料的全波形反演技術應用還存在很大的挑戰。隨著計算能力的進一步提高以及理論方法研究的不斷深入,全波形反演技術應用也將不斷發展,應用潛力巨大,是今后地震技術發展的重要方向。



5. 地震導向鉆井技術有效降低鉆探風險
地震導向鉆井技術作為一項新興的開發地震技術,以地震數據為主,充分利用鉆井、測井、錄井、開發等各專業數據,進行數據驅動與融合,獲得最佳的地震反演效果,實時預測斷層及巖性突變等地質異常,修正地質模型,幫助鉆井部門做出快速決策,優化井眼軌跡,降低鉆探風險,提高儲層鉆遇率,指導油氣田開發,是地震技術在油田開發領域應用的一項重大進步。

地震導向鉆井技術改進了傳統導向流程,在鉆進過程中,實時利用物、測、鉆等各專業數據,改變了以往各專業獨立運作,最后綜合應用各專業結果相互補充的局面,真正實現了多學科融合;另外,地震導向鉆井技術改變了以往靜態模型導向方式,實時更新地質模型,動態調整鉆頭鉆進軌跡,減少鉆井風險。地震導向鉆井技術更加注重強調地震技術的作用,充分利用地震技術橫向高分辨率的特點,為鉆井提供地震導向全程跟蹤服務。

目前,地震導向鉆井技術已在中國和墨西哥灣進行了測試應用。在中國的高陡復雜構造氣藏及蘇里格氣田低滲透碎屑巖氣藏應用地震導向鉆井技術,有效提高了儲層鉆遇率及單井產能;在墨西哥灣,通過多次更新速度模型,及時修整鉆井設計方案,避開斷裂,有效降低了開發風險與成本。未來,隨著地震、測井、鉆井、地質、油藏一體化工作平臺的建立,地震導向鉆井技術將更加有效地融合多學科技術,降低鉆探風險優化開發方案,在油氣田開發中發揮更大的作用。



6. 巖性掃描成像測井儀器提高復雜巖性儲層評價精度
現今油藏復雜性的不斷增加要求準確了解地層元素組分和礦物含量,特別是非常規油氣藏,定量測量礦物和有機碳含量對資源評價至關重要。巖性掃描成像測井儀器結合非彈性和俘獲伽馬能譜測量的優點,大幅提高地層元素測量的精度,并能獨立地定量確定總有機碳含量(TOC),使得TOC測井成為現實,對非常規和常規油氣評價具有非常重要的作用。

該儀器結合了現代閃爍探測器、高輸出脈沖中子發生器和非常快速的脈沖處理系統,極大地提高了能譜測井質量。

首先,儀器采用大型摻鈰溴化鑭(LaBr3:Ce)伽馬射線探測器及先進的耐高溫光電倍增管。LaBr3:Ce探測器具有優異的性能:光輸出量大,比NaI高約50%,有助于提高光譜分辨率;高溫性能優異,200攝氏度時光輸出和分辨率只有少量降低;光衰減時間比NaI要快一個數量級,利于提高測量精度和測速。

其次,儀器采用新一代脈沖中子發生器,每秒至少產生3億個中子,是放射性同位素源的8倍。第三,采用專利電子元件,對每秒超過250萬之高的計數率實現快速處理。

新儀器已經在美國和加拿大的主要非常規油氣藏進行了廣泛的現場測試。測試結果顯示,在測速為每小時900英尺時儀器的重復性很好,在測速每小時3600英尺時重復性變差,但仍能比現有儀器更好地定量描述巖性。為了驗證測井結果的準確性,將測井與巖芯分析結果進行了對比,兩者的一致性非常好,特別是TOC。



7. 多項鉆頭技術創新大幅度提升破巖效率
近年來,國外在鉆頭材料、設計、制造等領域的技術創新持續不斷,破巖效率不斷提升,從而不斷提高鉆井效率,縮短鉆井周期,降低鉆井成本,提高井身質量和作業安全性。通過持續的研發投入,多家公司的鉆頭產品不斷推陳出新,引領了鉆頭技術的發展。

超硬材料技術:

廣泛應用脫鈷技術,大幅度提高了脫鈷凈度和脫鈷深度。脫鈷深度已達到0.5毫米至0.6毫米。在不犧牲硬度和沖擊強度的前提下,改善了PDC鉆頭的抗熱磨損性。

鉆頭制造技術:

采用粉末鋪層等方法制備聚晶金剛石復合片材料,使硬質合金體的硬度呈非均勻分布,形成硬度梯度,從而提高表面硬度,改善自銳性能。

3D打印技術:

通過一次成型的制造工藝,顯著增強鉆頭應對極端環境的能力。

齒形設計技術:

多家公司創新推出了設計新穎、性能更優的切削齒。

錐形PDC切削齒,改變了PDC切削齒一直以來的平面結構,將其安裝在鉆頭切削面的中心,起定心作用,可增強鉆頭的穩定性,延長鉆頭使用壽命,同時提高機械鉆速;

可旋轉的ONXYPDC切削齒,解決了PDC切削齒在一個方向磨損的問題,有效發揮切削齒的潛能,延長了鉆頭的使用壽命;

波紋頂面復合片則是通過特殊設計的波狀輪廓金剛石頂面有效降低復合片表面的摩擦力,減少切削過程中產生的熱量,從而提高破巖的機械比能。

鉆頭技術的創新發展大幅度提高了油氣鉆井的破巖效率,同時也為石油公司提高油氣勘探開發效率與效益提供了重要手段。近年來應用新型鉆頭完成的鉆井作業,在提高鉆井速度的同時,在降低鉆井成本和保障鉆井安全等方面發揮了重要作用。



8. 干線管道監測系統成功應用于東西伯利亞—太平洋輸油管道
俄羅斯東西伯利亞—太平洋輸油管道系統一期工程成功應用干線管道監測系統,解決了管道線路長,途經凍土區、地震高發區(8級)、滑坡地帶等多種惡劣自然條件下的管道安全運營問題,通過對影響管道狀態的各種參數進行經常性的監測,有助于消除這些地區地質活動對管道造成的不利影響。

干線管道監測系統是根據管道線路的航天監測、航空目測和陸地地質考察、自動化監測系統所監測到的復雜地質情況參數來判定“大氣—土地—管道—運輸介質”系統之間相互影響的過程。

該監測系統由兩部分組成:

一個是持續監測系統,可以接收來自自動監測系統的土壤參數和管道位置情況等信息;

另一個是以定期觀測為基礎的周期性監測系統。這兩個系統所獲取的信息全部進入數據處理子系統,經過分析計算,成為下一步評價管道技術狀態和采取控制措施的依據。通過對上述監測數據和特征進行分析、研究,加上其他形式的管道預測結果,可以估計當前的管道狀況,并及時采取有效的處理方案。

干線原油管道監測系統是以信息自動化、高科技設備、先進的技術和程序方案為基礎的現代科技系統,可以使原油管道在計劃的輸油工況下保持良好的可靠性及安全性,并符合相關標準規范。該技術在東西伯利亞—太平洋輸油管道上的成功運用,為管道安全高效運行提供了保障。



9. 煉油廠進入分子管理技術時代
煉油廠“分子管理”技術是近年來國際石油公司提出的一項突破傳統的對石油餾分的粗放認知,從體現原油特征和價值的分子層次上深入認識和加工利用石油的先進技術,目前已經實現工業應用并取得了巨大的經濟效益。

“分子管理”包含的關鍵技術為分子指紋識別技術(含油品分析和分子表征)、分子組成層次的模擬技術以及基于前兩者的過程優化技術等,從分子水平上認識、加工和管理石油資源,實現對石油加工過程的極致精細化管理,推動石油組分實現“宜油則油、宜烯則烯、宜芳則芳”,使石油資源物盡其用,加工過程中消耗最低。

埃克森美孚公司提出了結構導向集總(SOL)方法用于油品分子表征技術,估算其分子組成,并利用該方法建立了催化裂化、催化石腦油加氫脫硫、潤滑油加氫裂化、再精制、溶劑抽提、溶劑脫蠟和催化脫蠟等過程的結構導向集總動力學模型。成功應用于多個煉廠,進行產品產率和性質預測、原料優化配置、加工方案調優等。

在此基礎上,將油品分子表征技術、集總反應動力學模型與計劃優化系統、生產調度及實時優化系統相結合構建煉廠整體優化模型,對煉油過程進行整體優化。通過分子管理項目,埃克森美孚公司下游業務獲益超過7.5億美元/年。

面對原油資源的劣質化和日益嚴格的環保要求等多元化挑戰,通過優化煉油生產,實現精細化加工,以最低的成本生產效益最好的產品,已成為全球煉油企業的共識。“分子管理”技術的出現恰恰契合了這一理念,隨著分析技術、信息技術等相關領域研究的進一步深入,“分子管理”技術在我國石油加工行業的全面應用也將不再遙遠。



10. 甲烷無氧一步法生產乙烯、芳烴和氫氣的新技術取得重大突破
傳統的甲烷轉化路線投資和消耗高,由于采用氧分子作為甲烷活化的助劑或介質,過程中不可避免地形成和排放大量溫室氣體,致使總碳利用率降低。由大連化物所研究的甲烷高效轉化技術,實現了甲烷在無氧條件下選擇活化,一步高效生產乙烯、芳烴和氫氣等化學品。

研究團隊基于“納米限域催化”的新概念,將具有高催化活性的單中心低價鐵原子通過兩個碳原子和一個硅原子鑲嵌在氧化硅或碳化硅晶格中,形成高溫穩定的催化活性中心;甲烷分子在配位不飽和的單鐵中心上催化活化脫氫,獲得表面吸附態的甲基物種,進一步從催化劑表面脫附形成高活性的甲基自由基,隨后生成乙烯和其他高碳芳烴分子,如苯和萘等。

在反應溫度1090攝氏度和空速21.4Lgcat-1·h-1條件下,甲烷的單程轉化率達48.1%,乙烯的選擇性為48.4%,所有產物的選擇性>99%。在60小時的壽命評價過程中,催化劑保持了極好的穩定性。與天然氣轉化的傳統路線相比,該技術徹底摒棄了高耗能的合成氣制備過程,縮短了工藝路線,反應過程本身實現了二氧化碳的零排放,碳原子利用效率達到100%。

研究團隊還揭示了單鐵活性中心抑制甲烷深度活化從而避免積碳的機理,首次將單中心催化的概念引入高溫催化反應。相關成果發表在2014年9日出版的美國《科學》雜志上,該成果代表了這一產業的重大變革。

該技術與理想的高選擇性轉化相符,實現了原子經濟反應,極具創新性和引領作用,是天然氣利用研究中又一個具有里程碑意義的突破。(原載《中國石油報》)

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