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国际石油2018年十大科技进展

国际石油2018年十大科技进展

       1. 深海油气沉积体系和盐下碳酸盐岩勘探技术取得新进展

深海逐渐成为全球新增油气储量的主要领域,2010年之后深海油气储量发现已占全球油气储量发现的一半以上,贡献比例呈逐年增加趋势,缅甸深水沉积体系和巴西里贝拉盐下湖相碳酸盐岩领域的勘探成功,是2018年全球深水油气勘探的两项重要发现。

缅甸孟加拉湾盆地若干海域发育世界上最大的富泥型深水沉积体系,海底扇沉积结构单元相互侵蚀/叠置、砂体刻画难度大,生物气藏成因机理复杂。通过发展深水沉积油气勘探技术系列,开展圈闭精细识别和砂体预测,建立深水近陆坡生物气成藏模式,明确正向构造背景、规模砂体和有效生物气成烃区为三大主控因素,部署探井AS-1获规模生物气藏发现,有望通过滚动勘探评价达千亿立方米规模,成为中缅天然气管线的现实新气源。

巴西里贝拉项目位于深海桑托斯盆地,其盐下湖相碳酸盐岩领域具备大油田发育条件,面临上覆巨厚盐丘导致速度不准、湖相碳酸盐岩储层分布预测难、后期岩浆侵入导致油藏破坏等难题。通过层控相控构造变速成图技术有效提高成图精度、采用“强振幅+低频率+高阻抗”方法定量识别基性侵入岩,创新“地震相+高亮体+叠前弹性反演”碳酸盐岩储层综合预测技术,在此前认为火成岩发育的主断裂以东地区针对有利滩体部署探井获成功,使里贝拉项目整体地质储量达16.1亿吨。

  2. “长水平井+超级压裂”技术助推非常规油气增产增效

无论油价高低,北美页岩油气作业者都能够依靠技术创新实现增产增效。“长水平井+超级压裂”技术是推动北美页岩油气增产增效的核心技术之一。

“长水平井+超级压裂”技术的主要内涵包括:(1)长水平段水平井技术。近年来,为了实现增产增效,美国页岩油气水平井的水平段长度不断增加,主要盆地新钻井水平段长度大于2400米的井数占比超过40%,巴肯和二叠盆地甚至超过70%。(2)超级压裂技术。随着水平段长度的增加,相应的压裂强度也在不断增加,主要是通过增加压裂级数、减小段间距、增加压裂簇数、提高支撑剂浓度、暂堵转向、加砂压裂和提高压裂液用量等一系列技术措施来增加储层改造强度,实现“超级规模”缝网,从而提高单井产能。(3)集成配套彰显“1+1>2”的技术效力。将“长水平井+超级压裂”作为技术系统进行集成配套并整体部署,切实发挥技术组合的综合威力,起到“1+1>2”的协同效应。

以北美Pioneer页岩气为例,2014年以来,水平井平均压裂段间距从73米降低到30米,簇间距从18米减小到4.6米,加砂强度从1.5吨/米增加到3吨/米,液体规模从16立方米/米增加到26立方米/米,EUR从0.76亿立方米提高到3.28亿立方米,“长水平井+超级压裂”技术助推引领单井日产量和单井EUR实现翻翻,桶油操作成本降低9美元,有效抑制油价下滑带来的效益下行矛盾。

  3. 海底节点地震勘探技术取得新进展

海底节点地震勘探是针对海上勘探广泛探索的一项技术,可实现深水特殊环境的高精度、高分辨率、高效勘探,在进行永久油藏监测、全方位地震数据采集等方面具有明显优势。近年来,随着机械工程技术的进步,海底节点仪器布设与回收效率不断提高,海底节点采集成本持续降低,推动应用不断发展。

重大技术进展主要包括:(1)节点采集装备不断完善与进步。适用的最大水深由3000米发展到4000米,开发了用于4D地震勘探的节点系统,维护成本低、可靠性高、采集脚印小、可重复性好。(2)海底节点地震勘探技术方法取得重大突破。在墨西哥湾复杂海底环境与构造区域,Wolfspar海底节点超大偏移距低频采集试验成功,获得的大偏移距、低频地震数据有效用于全波形反演速度模型建立。中国石油开发了从采集、现场处理高效质控、时间域处理到深度域成像的完整的一体化解决方案,攻关开发的海底节点数据处理软件达到国际先进水平,在红海等深水勘探项目中成功应用,具备参与国际深水勘探高端技术市场实力。

海底节点地震勘探将成为深水勘探的关键技术,自动化机器人将推动海底节点采集迈上新台阶,被称为“飞行”节点的采集系统利用自动化机器人将大幅度提高节点布设与回收效率,未来基于自动化机器人的海底节点采集技术将日趋成熟,成为海底地震勘探的重要手段。

  4. 基于深度学习的地震解释技术成为研究热点

以深度学习为核心的人工智能是引领未来的战略性技术。跨界融合创新正成为地球物理行业技术创新的大趋势,基于深度学习的地震解释技术打破了人类大脑的局限性,不仅减少数据丢失,进行构造、断层、层序解释,还可用于测井数据、叠前和叠后数据分析等多维度数据分析,得到能够直接预测油气的三维数据体,减少人工工作量,并提高解释精度。基于深度学习的人工智能在地球物理行业的研究进展主要在数据处理与解释两个领域,其中在地震解释方面进展较大,开展了地震属性分析、岩相识别、地震反演、断层识别等研究,并开发出相关软件产品。

重大技术进展主要包括:(1)开发了地震属性分析软件,利用机器学习与大数据分析方法进行地震属性分析,减少地震解释的不确定性,推动了定量解释技术的发展。(2)开发了用于岩相分类的人工智能算法,并形成地震解释软件系统,在二叠盆地应用取得显著效果。(3)在岩性和地貌分类方面,从地震数据和井筒数据生成概率岩相模型,以更好地了解储层非均质性,减少地震解释结果的不确定性。

深度学习应用于地球物理数据管理中,是地球物理行业数字化转型最重要的组成部分。人工智能方法在地球物理行业的发展还在探索中,人工神经网络、蚁群算法、向量机、粒子群等算法的应用并未形成规范流程,今后深度学习在地球物理领域的应用还有待突破,将是一项颠覆性、革命性技术,具有巨大发展前景与应用潜力。

  5. 新一代多功能测井地面系统大幅度提高数据采集速度

地面系统是测井数据采集的调度中枢,其性能先进和功能强大与否决定了测井系统的采集能力,也代表了系统的整体水平。

新一代多功能测井地面系统具有三个方面的主要特点:(1)全面应用网络平台技术,实现了过程远程操控与数据及时共享,可以在全球任何地点实时操控系统并进行数据同步应用,提升了采集、处理及解释一体化能力。(2)初步实现了同一模块或不同模块之间的自组装,自动适应环境变化并自动提供优化配置;在遥传接口模块中使用了多达70余个继电器,可进行十分灵活的编程组装以支持多种电缆调制解调方式,适应不同信号类型;8组电源模块可根据井下测量功能和井下仪器配置进行自组装,并提供与之相适应的交流、直流电源,进行各模块功率智能分配;这种自组装能力使地面系统集成化、多功能化更加易于实现。(3)使用的电缆传输系统速率最高达4.0兆比特/秒,井下仪器总线速率达到8.0兆比特/秒,使井下仪器能够集成更多传感器、进行更大规模采集作业、获取更多地层数据,进一步提高储层参数测量能力。新一代多功能测井地面系统推动了测井技术迈向智能化进程,将成为未来应用的主流技术。

  6. 先进的井下测控微机电系统传感器技术快速发展

随着井眼测量技术的发展和升级,传统传感器体积大、易损坏且成本高等缺点日益突出。为此,业界积极寻求一种可替代传统测控传感器的技术。近年来,随着半导体制造技术的发展,小型化、价格低廉且坚固耐用的微机电系统(MEMS)传感器在井下工具中获得越来越多的应用。

MEMS传感器所用的耐疲劳配件能承受数十亿次甚至数万亿次的冲击而不会出现失效;MEMS传感器微小的尺寸意味着活动部件少,使其在受到冲击和振动时具备高的可靠性;MEMS传感器的成本是传统传感器的百分之一到千分之一。MEMS传感器技术能确保制造商提供的产品达到甚至超过传统产品的性能,并带来巨大经济效益。越来越多的井下工具以某种形式配备了MEMS传感器,有些公司已开始提供部分或全部基于MEMS技术的井眼测量或导向系统,如某公司已在陀螺测斜仪、压力传感器中应用了该技术。据《MEMS产业地位研究》报告显示,2018年MEMS市场规模为150亿美元,2021年预计达到200亿美元。单个MEMS传感器的售价仅为数美元,随着市场规模的扩大、价格将进一步降低,MEMS有望取代传统传感器,掀起井下测量和导向工具的革命。

  7. 负压脉冲钻井技术提升连续管定向钻深能力

连续管不能旋转是连续管钻井遇到的最大技术难题,摩阻大导致机械钻速低,钻深能力下降、不能钻达设计目标井深等。负压脉冲能够更加高效地使用系统压力,适用于漏失钻井、高固相含量,以及气体钻井和固井作业。

负压脉冲钻井技术利用特殊的井下工具,在连续管或钻柱内产生一个负压脉冲,引起钻柱内的水击效应,使钻井液低频、高速喷射到环空中,从而起到降低摩阻的效果,增加滑动钻进的钻深。连续管利用管内的压力来提高压力脉冲,这个压力脉冲使负压脉冲保持动态,通过释放多余的压力,能够产生一个更大的脉冲幅度。通过负压,一方面能改善螺旋弯曲效应,促进钻井液从工具内循环至井口。另一方面,通过低频振动帮助加快岩屑上返,从而使连续管钻井更加高效。

传统正压脉冲与负压脉冲的性能对比显示,应用负压脉冲方式,不会对随钻设备造成伤害,还可降低钻具在水平段钻进时的摩阻近17%。负压脉冲钻井技术有望成为连续管钻井技术发展的助推器。

  8. 数字孪生技术助力管道智能化建设

随着管道在线监测技术的日渐成熟,管道运营人员可对管道进行实时监测,获取大量管道在线运行数据。然而,面对如此繁复庞杂的数据,如何实现数据的可视化一直困扰着管道行业,管道数字孪生技术成功解决这一难题。

管道数字孪生技术是一项虚拟现实技术,可将管道数据以3D形式呈现。用户通过全息透视眼镜,可对管道的虚拟图像进行旋转,放大和扩展(视图缩小的最大范围达300平方米,放大的最大范围为2平方米)。管道附近的一些重点区域以热图的形式呈现,热图信息包括区域内地质情况,以及随时间移动地质变化状况。用户可对这些重点区域的地形显示信息进行操作,包括升高、降低和旋转该处地形,从而更好地发现小凹痕、裂缝、腐蚀区域以及由地面移动引起的管道应变等潜在危险。管道数字孪生技术还可对管道周边的边坡测斜仪进行全息展示,用户可清晰观测管道随地面运动而发生的移动情况,管道的管径数据变化也可通过3D视图直观显示出来。

该技术目前在加拿大Enbridge公司的部分管道进行应用,将132个独立的excel数据集进行合并分析,呈现了2.25平方英里范围内的地理信息情况,实践表明节省了研究管道数据的时间,有助于用户更好地监控管道运行状况,快速准确地评估管道完整性。

  9. 渣油悬浮床加氢裂化技术应用取得新进展

渣油悬浮床加氢裂化技术是一种新型渣油加氢技术,可加工高硫原油、稠油和油砂沥青等劣质原料,是当今炼油工业的研发热点。2018年,意大利Eni公司开发的渣油悬浮床加氢裂化技术EST(Eni Slurry Technology)工业推广取得新进展,先后与茂名石化和浙江石化签订三套装置的技术转让协议,产能将达到860万吨/年。

主要技术特点包括:(1)使用了纳米分散的高浓度Mo基催化剂,通过在原料中加入油溶性的Mo基催化剂前躯体,可以实现催化剂在反应器中原位制备。(2)催化剂颗粒呈层状分布,在反应器中不容易发生堵塞,且没有焦炭和金属沉积,经过多次循环后催化剂的形貌不发生变化,活性也不衰减。(3)使用了悬浮床鼓泡反应器,实现了反应器内部均匀等温,轴向温差小于0.3摄氏度,径向温差小于2摄氏度。

渣油悬浮床加氢裂化技术的工业应用表明该技术可根据原料的性质优化反应条件,降低操作苛刻度,脱金属率大于99%,脱残炭率大于97%,脱硫率大于85%,转化率大于90%。对劣质原油进行改质后,生产的合成原油的API°相比原料油可提高20个单位以上。该技术适合加工高金属含量、高残炭、高硫含量、高酸值、高黏度劣质原料,轻油收率高、产品质量好、未转化油产率低、加工费用低,技术优势明显,具有广阔的发展前景。

  10. 原油直接裂解制烯烃技术工业应用取得重大进展

原油直接裂解制烯烃技术省略了常减压蒸馏、催化裂化等主要炼油环节,使工艺流程大为简化。最具代表性的技术是埃克森美孚的技术和沙特阿美/沙特基础公司合作开发的技术。

埃克森美孚技术路线将原油直接进入乙烯裂解炉,并在裂解炉对流段和辐射段之间加入一个闪蒸罐,原油在对流段预热后进入闪蒸罐,气液组分分离,76%的气态组分进入辐射段进行蒸汽裂解生产烯烃原料。这一装置是迄今最灵活的进料裂解装置,可加工轻质气体,还可加工原油这样的重质液体原料,且该裂解装置还可生产燃料组分。IHS Markit估算,该工艺采用布伦特原油作原料的乙烯生产成本比石脑油路线低160美元/吨。沙特阿美/沙特基础公司的工艺技术是将原油直接送到加氢裂化装置,先脱硫将较轻组分分离出来,较轻组分被送到蒸汽裂解装置进行裂解,较重组分则被送到沙特阿美专门开发的深度催化裂化装置进行烯烃最大化生产。2018年1月,沙特阿美与CB&I、Chevron Lummus Global签署联合开发协议,通过研发加氢裂化技术将原油直接生产化工产品的转化率提高至70%至80%。

原油直接裂解制烯烃新工艺,不需通过炼油过程,流程大为简化、建设投资大幅下降,经济效益显著,具有降低原料成本、能耗和碳排放等优点,对于炼化转型升级将产生革命性的影响。

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