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油氣產業十三項尖端產業述評

2015-2-16 21:37| 發布者: helloshigy| 查看: 1140| 評論: 0

摘要: 世界油氣技術快速發展,不斷涌現新理論、新方法、新技術、新工藝、新工具、新材料,推動深層、深水和非常規等油氣資源的高效開發。中國石油經濟技術研究院科技研究所持續跟蹤研究世界油氣技術發展動向,按照創新性、 ...

世界油氣技術快速發展,不斷涌現新理論、新方法、新技術、新工藝、新工具、新材料,推動深層、深水和非常規等油氣資源的高效開發。

中國石油經濟技術研究院科技研究所持續跟蹤研究世界油氣技術發展動向,按照創新性、重要性、前瞻性、可行性等指標,篩選出13項上下游前沿技術,本報加以簡要介紹。


01 儲層特征定量評價技術
儲層有效指數法(e-rei)和儲層模擬法(TouchstoneTM)是埃尼勘探生產公司新近推出的儲層綜合定量評價新技術。其中,儲層有效指數法已獲得專利,根據定量巖相資料的薄片計算碎屑巖儲層質量的定量指標,以及地震雙程走時(TWT)、深度和溫度,研發了專用地質統計軟件生成儲層三維有效指數圖,確定圈閉優勢運移通道;儲層模擬法通過正演模擬軟件模擬機械壓實作用,石英膠結作用和粘土礦物-伊利石形成過程,量化儲層質量,確定已知前景區的孔滲值。

新方法已經在非洲古生代儲層進行了實際應用,取得了良好效果,具有前瞻性。油氣勘探技術步入精細化、定量化的時代,儲層質量定量預測技術在評價成熟油區的深層、復雜構造層、特殊巖性體、非常規甜點區方面發揮越來越大的作用,對落實油氣資源潛力、降低勘探風險和制定未來發展戰略規劃具有重要意義。


02 錸-鋨同位素體系分析技術
錸-鋨(Re-Os)是同位素體系研究中的新成員。放射性元素187Re的半衰期約416億年,它衰變成187Os的過程記錄著時間。錸和鋨保存在硫化物和富有機質的還原環境中,在氧化環境中溶解,因此,富有機質的黑色巖系具有較高的錸和鋨含量。

它們在有機體系主要以有機絡合物、化學吸附等形式存在,其中有機絡合物可以使錸和鋨長期穩定地保存在干酪根、原油和瀝青中,同位素體系不易被后期改造作用破壞而保持良好的封閉體系。90%的Os富集于原油瀝青質中,因此原油中瀝青質組分的錸-鋨同位素組成能夠近似代表全油中的含量。

在應用過程中,錸-鋨同位素體系不僅能預測黑色頁巖形成時間,為富有機質沉積巖提供地質年代,分析烴類成熟和排泄時間,尋找區域與全球的沉積聯系;

在同一構造單元中,可以提供烴源巖信息,為油源對比提供了新的方法;

提供多種新的示蹤元素分析沉積地層的古氣候和古環境;

甚至一些同位素體系可以反映頁巖在沉積過程中被侵蝕的對象、侵蝕速率及其與沉積速率的關系、流體類型等細微的差別。


03 地震導向鉆井技術
在復雜地質環境或具有較高不確定性因素的區域,地震導向鉆井技術有助于鉆井決策人員針對井下條件及時做出決策,優化井位設計,確定井眼軌跡、套管下深和泥漿密度等。

西方地球物理公司的地震導向鉆井技術,主要是結合實時測井和地表地震數據來更新三維地質模型信息,包括地震成像、地層孔隙壓力梯度和破裂壓力梯度等。

該技術的主要創新點包括:實時成像,實時根據隨鉆獲取的信息更新井筒周邊的地震成像;實時分析儲層特性,包括實時的地震反演和屬性提取,調整鉆井方案;實時預測鉆頭前方的儲層特性和壓力狀況,從而調整鉆井方案,提高成功率,避免井下事故。

地震導向鉆井技術已在中國及美國墨西哥灣中進行了應用。在美國墨西哥灣,通過多次更新速度模型,及時修正鉆井設計方案,避開斷層,有效降低了開發風險與成本。地震導向鉆井技術是一項用于完善鉆探與開發方案的新技術,是地球物理技術的一個新的應用領域。


04 無限級壓裂技術
壓裂級數是評價壓裂效果的一個重要指標。NCS能源公司研發的無限級壓裂系統于2014年連續多次打破了單井壓裂級數的世界紀錄。


無限級壓裂系統采用連續管拖動由可重復座封封隔器組成的壓裂-隔離總成,并將其與可開關滑套以及水力噴砂射孔器相結合,可以實現高效的單次無限級數壓裂。這套技術與常規的投球滑套壓裂和橋塞分段射孔壓裂相比,在裂縫位置控制、壓裂效率、壓裂液用量、實時壓力監測等方面展現出了優越的性能。

由于泵送集中到一個壓裂點,壓裂速度更快,而且能量耗散小,所需的馬力為傳統技術的三分之一。該技術已投入了現場應用,經受了不同地質條件及作業環境的考驗。2014年,NCS能源公司利用該技術在貝肯分別以93級、94級和104級多次刷新了單井壓裂級數的世界紀錄。

無限級壓裂作為一種新的壓裂技術,是低滲油氣藏、頁巖氣、煤層氣等非常規油氣儲層增產改造的關鍵技術手段,在增產增效方面具有較大優勢,可最大程限度地提高單井的壓裂級數,擴大與油藏的接觸面積,為油氣田高產、穩產提供技術支撐。


05 太陽能稠油熱采技術
傳統的稠油熱采工藝通常需要燃燒大量天然氣來產生高溫蒸汽,而利用太陽能進行稠油開采則節能、降本、環保。GlassPoint公司的太陽能稠油熱采技術已投入商業化應用。


取得的進展包括:

(1)研究出太陽能稠油熱采的核心技術——槽式集熱技術,封閉式的結構類似于一個玻璃溫室,由玻璃和鋼結構組成,采用機器人全自動清潔,90%的水可重復利用。玻璃溫室占地面積17280平方米,由12列槽式集熱器組成。太陽能蒸汽發生系統功率達7兆瓦,每天可產生50噸蒸汽,溫度可達312℃。

(2)2013年3月,GlassPoint公司和阿曼石油開發公司在阿曼南部的AmalWest油田合作,成功開發了中東首個太陽能稠油熱采項目,規模較美國加州項目擴大了27倍。阿曼項目已運行了一年多,年產蒸汽量近1.4萬噸,全年運行效率為98.6%。與傳統燃燒天然氣產生蒸汽的技術相比,該技術可降低天然氣消費量80%以上,每年節約燃氣消耗130多萬立方米,同時減少二氧化碳排放,能在30年的使用壽命期間以穩定的價格提供蒸汽。

太陽能稠油熱采技術具有低成本、安全環保等多重優勢,不但符合當今綠色、可持續發展的社會要求,還可提高稠油資產的經營價值,值得借鑒。


06 殘油區開采技術
殘油區是指在一次/二次采油中無法實現經濟開采的部分含油層段,通常位于油田主產層油水界面以下區域或主產層之外的油氣運移通道中。

2013年,美國國家能源技術實驗室(NETL)和國際先進資源公司(ARI)評估,美國殘油區原始地質儲量高達1400億桶,僅Permian、BigHorn、Williston三大盆地主產層下部的殘油區原始地質儲量就達到約400億桶,其中二氧化碳增采技術可采量為160億桶,同時還可增加二氧化碳埋存量70億噸。據Melzer咨詢公司評估,殘油區開發有望提高美國原油可采儲量30%~50%,成為下一個大幅度增儲上產的戰略接替區。


美國殘油區開發部分項目已進入工業化生產階段,主要采用二氧化碳增采技術。截至2013年,Permian盆地已成功開展12個二氧化碳增采項目,原油日產量超過1.3萬桶。針對殘油區含水飽和度較高的問題,有兩種技術解決方案:

(1)在殘油區內選擇性完井,一般殘油區上部含油飽和度相對較高,可將現有生產井加深到殘油區上部并進行完井,減少產水;當殘油區含油飽和度比較一致時,也可將整個殘油區作為開發目標。

(2)采用二氧化碳增采技術同時開發主產層和殘油區,同時進行二氧化碳驅使得兩層段之間有相對一致的壓力分布,從而減少二氧化碳竄流和損失,最終兩層段的采收率均有提高,開采效果遠好于單獨開發殘油區。

殘油區勘探開發顯示出巨大的資源潛力和良好的開發前景,主體技術二氧化碳增采兼具增油、環保雙重優勢,不僅給老油田增儲上產開辟了一條新路,還為二氧化碳埋存提供了新的目標區。   


07 CoreFlow數字巖石和流體分析技術
CoreFlow數字巖石和流體分析技術綜合了常規巖石物理和數字巖心分析技術的最新成果,可創建3D儲層模型,快速模擬多種生產情形下的流體流動性能。這種方法利用巖石物理實驗測量,改善油藏模擬,精確測量相對滲透率、毛細壓力、凈現值和其他參數。


Core Flow技術包含:全巖心雙能量CT掃描測量、數字巖心微CT成像分析、掃描電鏡(SEM)成像分析、直接水動力孔隙流動模擬。直接水動力學模擬是一項突破性技術,能夠獲得毛細壓力、相對滲透率、開采效率及流動非均質性。


08 高分辨率油基泥漿微電阻率成像測井儀
高分辨率油基泥漿微電阻率成像測井儀由探測器、供電部分和采集部分(含測斜模塊)組成。探測器有8個極板,安裝在2組間隔1.1米的支撐臂上,每組支撐臂上4個極板位于相同的測量深度。極板與支撐臂之間由旋轉接頭連接,可軸向旋轉15度,所有6個支撐臂完全獨立,可變換節面角,測井時無需完全居中。


處理軟件能夠確保即使儀器在偏心的情況下仍能對成像數據準確成圖。儀器具有更高的分辨率、更大的井眼覆蓋范圍,受環境影響更小,成像質量與水基泥漿成像儀器相當,甚至更好。


09 PDC鉆頭革新——錐形PDC切削齒鉆頭
繼2013年推出在PDC鉆頭中心布置一顆錐形PDC切削齒的Stinger鉆頭之后,2014年斯倫貝謝又推出了大量分布錐形PDC切削齒的Sting Blade鉆頭。


這種鉆頭的錐形PDC切削齒將以往分散的載荷集中于一點,可提高破巖效率;

比平面PDC切削齒擁有更大的金剛石表面,可提高切削齒的強度和耐磨性;

可減少鉆頭的扭矩波動,有利于實現短曲率半徑造斜;

可降低鉆進過程中的振動,增加單次入井進尺,延長鉆頭使用壽命;

有助于獲取更大的巖屑,提高巖石特性、孔隙度、滲透率以及油氣顯示分析的準確性。

StingerBlade鉆頭已經在14個國家開展了250次現場試驗,平均提升機械鉆速30%,增加鉆頭進尺55%。


10 工廠化作業鉆機
北美頁巖油氣革命推動了陸上鉆機的升級換代,工廠化作業鉆機成為新建陸上鉆機的主流。

工廠化作業鉆機采用交流變頻電驅動、液壓驅動等先進驅動方式,鉆機運移性更好,能大大降低噪音和運行成本;

利用滑軌式、步進式快速移動系統實現鉆機井間快速移動,節約鉆井時間;

配備頂驅、鐵鉆工、一體化司鉆控制室、自動貓道等自動化設備,提高作業效率和安全性;

配置防噴器快速裝卸系統進行防噴器組的快速裝卸和移送。

國民油井華高(NOV)、Schramm等裝備制造公司都推出了工廠化作業鉆機,H&P公司、Nabors、Patterson-UTI等大型陸地鉆井承包商也推動了自主品牌的工廠化作業鉆機。隨著工廠化作業模式的推廣應用,對工廠化作業鉆機的需求快速增長,成為高效開發頁巖油氣的重要手段。


11 快速檢測管道泄漏機器人
低壓力微泄漏一直是管道檢測的難題,一種快速檢測管道泄漏的機器人已研發成功。

該設備由一個小機器人和一個鼓狀的膜組成,形成一個橫穿管道寬度的密封。當泄漏發生時,流體流動使膜變形,通過傳感器和無線通信系統發回的信息進行分析確定泄漏點。這種方法能檢測到接近泄漏點壓力的快速變化,提供高精確度的泄漏定位。


該設備可在較低壓力下檢測到僅1~2毫米的泄漏,以3英里/小時的速度在管道中移動,并且完全自動化,可以放入管道系統,永久留在某處,對系統進行自動且不間斷監控。該設備可有多種規格,以適應不同類型的管道,使用GPS可以進行定位和報告管道泄漏位置。


12 煉油廠“分子管理”
煉油廠“分子管理”是近年來國際石油公司提出的一項突破傳統對石油餾分粗放認知,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,已實現工業應用,并取得了巨大經濟效益。


“分子管理”的關鍵技術包括分子指紋識別技術(含油品分析和分子表征)、分子組成層面的工藝模擬技術,以及基于前兩者的實時過程控制和優化技術等。

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,以最小的成本生產合格的產品,已成為全球煉油企業的共識,“分子管理”技術的出現正契合這一理念,煉油廠逐步進入“分子管理”時代。


13 糖發酵生產異丁烯新工藝
異丁烯是關鍵的化學品構筑基塊,可被轉化為運輸燃料、聚合物和各種通用化學品。異丁烯屬于低烯烴家族,目前從石油來制取。法國全球生物能源公司與德國林德集團正在建立一個年產量100噸的中試裝置,2015年建成投產,該裝置設有兩個5000升的發酵罐,通過葡萄糖發酵生產聚合級異丁烯產品。

此前研究人員在實驗室中將糖“喂”給微生物,微生物“消化”后即產生氣體異丁烯。在建裝置就是采用該工藝原理,氣態發酵罐一步法生產高純度異丁烯產品,也就是將糖和微生物放在同一個發酵罐中,實現從糖到異丁烯的轉化,然后再將其分離、提純、液化、裝瓶。該工藝由于是氣態產品,所以不會在發酵培養基上產生累積,也不會為微生物帶來毒性危害,基本不用設置下游凈化工藝,工藝成本低,對環境影響小。

該裝置有實現連續或近連續生產的潛在能力。因涉及糧食問題,研究團隊考慮今后用木頭或農業廢棄物作原料生產糖。用糖發酵生產異丁烯的新工藝是微生物人工新陳代謝途徑的第一次成功,由此推動了從可再生資源生產輕質烯烴技術的發展。(原載《石油商報》)

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