國際石油2018年十大科技進展

國際石油2018年十大科技進展

? ? ? ?1. 深海油氣沉積體系和鹽下碳酸鹽巖勘探技術取得新進展

深海逐漸成為全球新增油氣儲量的主要領域,2010年之后深海油氣儲量發現已占全球油氣儲量發現的一半以上,貢獻比例呈逐年增加趨勢,緬甸深水沉積體系和巴西里貝拉鹽下湖相碳酸鹽巖領域的勘探成功,是2018年全球深水油氣勘探的兩項重要發現。

緬甸孟加拉灣盆地若干海域發育世界上最大的富泥型深水沉積體系,海底扇沉積結構單元相互侵蝕/疊置、砂體刻畫難度大,生物氣藏成因機理復雜。通過發展深水沉積油氣勘探技術系列,開展圈閉精細識別和砂體預測,建立深水近陸坡生物氣成藏模式,明確正向構造背景、規模砂體和有效生物氣成烴區為三大主控因素,部署探井AS-1獲規模生物氣藏發現,有望通過滾動勘探評價達千億立方米規模,成為中緬天然氣管線的現實新氣源。

巴西里貝拉項目位于深海桑托斯盆地,其鹽下湖相碳酸鹽巖領域具備大油田發育條件,面臨上覆巨厚鹽丘導致速度不準、湖相碳酸鹽巖儲層分布預測難、后期巖漿侵入導致油藏破壞等難題。通過層控相控構造變速成圖技術有效提高成圖精度、采用“強振幅+低頻率+高阻抗”方法定量識別基性侵入巖,創新“地震相+高亮體+疊前彈性反演”碳酸鹽巖儲層綜合預測技術,在此前認為火成巖發育的主斷裂以東地區針對有利灘體部署探井獲成功,使里貝拉項目整體地質儲量達16.1億噸。

  2. “長水平井+超級壓裂”技術助推非常規油氣增產增效

無論油價高低,北美頁巖油氣作業者都能夠依靠技術創新實現增產增效。“長水平井+超級壓裂”技術是推動北美頁巖油氣增產增效的核心技術之一。

“長水平井+超級壓裂”技術的主要內涵包括:(1)長水平段水平井技術。近年來,為了實現增產增效,美國頁巖油氣水平井的水平段長度不斷增加,主要盆地新鉆井水平段長度大于2400米的井數占比超過40%,巴肯和二疊盆地甚至超過70%。(2)超級壓裂技術。隨著水平段長度的增加,相應的壓裂強度也在不斷增加,主要是通過增加壓裂級數、減小段間距、增加壓裂簇數、提高支撐劑濃度、暫堵轉向、加砂壓裂和提高壓裂液用量等一系列技術措施來增加儲層改造強度,實現“超級規模”縫網,從而提高單井產能。(3)集成配套彰顯“1+1>2”的技術效力。將“長水平井+超級壓裂”作為技術系統進行集成配套并整體部署,切實發揮技術組合的綜合威力,起到“1+1>2”的協同效應。

以北美Pioneer頁巖氣為例,2014年以來,水平井平均壓裂段間距從73米降低到30米,簇間距從18米減小到4.6米,加砂強度從1.5噸/米增加到3噸/米,液體規模從16立方米/米增加到26立方米/米,EUR從0.76億立方米提高到3.28億立方米,“長水平井+超級壓裂”技術助推引領單井日產量和單井EUR實現翻翻,桶油操作成本降低9美元,有效抑制油價下滑帶來的效益下行矛盾。

  3. 海底節點地震勘探技術取得新進展

海底節點地震勘探是針對海上勘探廣泛探索的一項技術,可實現深水特殊環境的高精度、高分辨率、高效勘探,在進行永久油藏監測、全方位地震數據采集等方面具有明顯優勢。近年來,隨著機械工程技術的進步,海底節點儀器布設與回收效率不斷提高,海底節點采集成本持續降低,推動應用不斷發展。

重大技術進展主要包括:(1)節點采集裝備不斷完善與進步。適用的最大水深由3000米發展到4000米,開發了用于4D地震勘探的節點系統,維護成本低、可靠性高、采集腳印小、可重復性好。(2)海底節點地震勘探技術方法取得重大突破。在墨西哥灣復雜海底環境與構造區域,Wolfspar海底節點超大偏移距低頻采集試驗成功,獲得的大偏移距、低頻地震數據有效用于全波形反演速度模型建立。中國石油開發了從采集、現場處理高效質控、時間域處理到深度域成像的完整的一體化解決方案,攻關開發的海底節點數據處理軟件達到國際先進水平,在紅海等深水勘探項目中成功應用,具備參與國際深水勘探高端技術市場實力。

海底節點地震勘探將成為深水勘探的關鍵技術,自動化機器人將推動海底節點采集邁上新臺階,被稱為“飛行”節點的采集系統利用自動化機器人將大幅度提高節點布設與回收效率,未來基于自動化機器人的海底節點采集技術將日趨成熟,成為海底地震勘探的重要手段。

  4. 基于深度學習的地震解釋技術成為研究熱點

以深度學習為核心的人工智能是引領未來的戰略性技術。跨界融合創新正成為地球物理行業技術創新的大趨勢,基于深度學習的地震解釋技術打破了人類大腦的局限性,不僅減少數據丟失,進行構造、斷層、層序解釋,還可用于測井數據、疊前和疊后數據分析等多維度數據分析,得到能夠直接預測油氣的三維數據體,減少人工工作量,并提高解釋精度。基于深度學習的人工智能在地球物理行業的研究進展主要在數據處理與解釋兩個領域,其中在地震解釋方面進展較大,開展了地震屬性分析、巖相識別、地震反演、斷層識別等研究,并開發出相關軟件產品。

重大技術進展主要包括:(1)開發了地震屬性分析軟件,利用機器學習與大數據分析方法進行地震屬性分析,減少地震解釋的不確定性,推動了定量解釋技術的發展。(2)開發了用于巖相分類的人工智能算法,并形成地震解釋軟件系統,在二疊盆地應用取得顯著效果。(3)在巖性和地貌分類方面,從地震數據和井筒數據生成概率巖相模型,以更好地了解儲層非均質性,減少地震解釋結果的不確定性。

深度學習應用于地球物理數據管理中,是地球物理行業數字化轉型最重要的組成部分。人工智能方法在地球物理行業的發展還在探索中,人工神經網絡、蟻群算法、向量機、粒子群等算法的應用并未形成規范流程,今后深度學習在地球物理領域的應用還有待突破,將是一項顛覆性、革命性技術,具有巨大發展前景與應用潛力。

  5. 新一代多功能測井地面系統大幅度提高數據采集速度

地面系統是測井數據采集的調度中樞,其性能先進和功能強大與否決定了測井系統的采集能力,也代表了系統的整體水平。

新一代多功能測井地面系統具有三個方面的主要特點:(1)全面應用網絡平臺技術,實現了過程遠程操控與數據及時共享,可以在全球任何地點實時操控系統并進行數據同步應用,提升了采集、處理及解釋一體化能力。(2)初步實現了同一模塊或不同模塊之間的自組裝,自動適應環境變化并自動提供優化配置;在遙傳接口模塊中使用了多達70余個繼電器,可進行十分靈活的編程組裝以支持多種電纜調制解調方式,適應不同信號類型;8組電源模塊可根據井下測量功能和井下儀器配置進行自組裝,并提供與之相適應的交流、直流電源,進行各模塊功率智能分配;這種自組裝能力使地面系統集成化、多功能化更加易于實現。(3)使用的電纜傳輸系統速率最高達4.0兆比特/秒,井下儀器總線速率達到8.0兆比特/秒,使井下儀器能夠集成更多傳感器、進行更大規模采集作業、獲取更多地層數據,進一步提高儲層參數測量能力。新一代多功能測井地面系統推動了測井技術邁向智能化進程,將成為未來應用的主流技術。

  6. 先進的井下測控微機電系統傳感器技術快速發展

隨著井眼測量技術的發展和升級,傳統傳感器體積大、易損壞且成本高等缺點日益突出。為此,業界積極尋求一種可替代傳統測控傳感器的技術。近年來,隨著半導體制造技術的發展,小型化、價格低廉且堅固耐用的微機電系統(MEMS)傳感器在井下工具中獲得越來越多的應用。

MEMS傳感器所用的耐疲勞配件能承受數十億次甚至數萬億次的沖擊而不會出現失效;MEMS傳感器微小的尺寸意味著活動部件少,使其在受到沖擊和振動時具備高的可靠性;MEMS傳感器的成本是傳統傳感器的百分之一到千分之一。MEMS傳感器技術能確保制造商提供的產品達到甚至超過傳統產品的性能,并帶來巨大經濟效益。越來越多的井下工具以某種形式配備了MEMS傳感器,有些公司已開始提供部分或全部基于MEMS技術的井眼測量或導向系統,如某公司已在陀螺測斜儀、壓力傳感器中應用了該技術。據《MEMS產業地位研究》報告顯示,2018年MEMS市場規模為150億美元,2021年預計達到200億美元。單個MEMS傳感器的售價僅為數美元,隨著市場規模的擴大、價格將進一步降低,MEMS有望取代傳統傳感器,掀起井下測量和導向工具的革命。

  7. 負壓脈沖鉆井技術提升連續管定向鉆深能力

連續管不能旋轉是連續管鉆井遇到的最大技術難題,摩阻大導致機械鉆速低,鉆深能力下降、不能鉆達設計目標井深等。負壓脈沖能夠更加高效地使用系統壓力,適用于漏失鉆井、高固相含量,以及氣體鉆井和固井作業。

負壓脈沖鉆井技術利用特殊的井下工具,在連續管或鉆柱內產生一個負壓脈沖,引起鉆柱內的水擊效應,使鉆井液低頻、高速噴射到環空中,從而起到降低摩阻的效果,增加滑動鉆進的鉆深。連續管利用管內的壓力來提高壓力脈沖,這個壓力脈沖使負壓脈沖保持動態,通過釋放多余的壓力,能夠產生一個更大的脈沖幅度。通過負壓,一方面能改善螺旋彎曲效應,促進鉆井液從工具內循環至井口。另一方面,通過低頻振動幫助加快巖屑上返,從而使連續管鉆井更加高效。

傳統正壓脈沖與負壓脈沖的性能對比顯示,應用負壓脈沖方式,不會對隨鉆設備造成傷害,還可降低鉆具在水平段鉆進時的摩阻近17%。負壓脈沖鉆井技術有望成為連續管鉆井技術發展的助推器。

  8. 數字孿生技術助力管道智能化建設

隨著管道在線監測技術的日漸成熟,管道運營人員可對管道進行實時監測,獲取大量管道在線運行數據。然而,面對如此繁復龐雜的數據,如何實現數據的可視化一直困擾著管道行業,管道數字孿生技術成功解決這一難題。

管道數字孿生技術是一項虛擬現實技術,可將管道數據以3D形式呈現。用戶通過全息透視眼鏡,可對管道的虛擬圖像進行旋轉,放大和擴展(視圖縮小的最大范圍達300平方米,放大的最大范圍為2平方米)。管道附近的一些重點區域以熱圖的形式呈現,熱圖信息包括區域內地質情況,以及隨時間移動地質變化狀況。用戶可對這些重點區域的地形顯示信息進行操作,包括升高、降低和旋轉該處地形,從而更好地發現小凹痕、裂縫、腐蝕區域以及由地面移動引起的管道應變等潛在危險。管道數字孿生技術還可對管道周邊的邊坡測斜儀進行全息展示,用戶可清晰觀測管道隨地面運動而發生的移動情況,管道的管徑數據變化也可通過3D視圖直觀顯示出來。

該技術目前在加拿大Enbridge公司的部分管道進行應用,將132個獨立的excel數據集進行合并分析,呈現了2.25平方英里范圍內的地理信息情況,實踐表明節省了研究管道數據的時間,有助于用戶更好地監控管道運行狀況,快速準確地評估管道完整性。

  9. 渣油懸浮床加氫裂化技術應用取得新進展

渣油懸浮床加氫裂化技術是一種新型渣油加氫技術,可加工高硫原油、稠油和油砂瀝青等劣質原料,是當今煉油工業的研發熱點。2018年,意大利Eni公司開發的渣油懸浮床加氫裂化技術EST(Eni Slurry Technology)工業推廣取得新進展,先后與茂名石化和浙江石化簽訂三套裝置的技術轉讓協議,產能將達到860萬噸/年。

主要技術特點包括:(1)使用了納米分散的高濃度Mo基催化劑,通過在原料中加入油溶性的Mo基催化劑前軀體,可以實現催化劑在反應器中原位制備。(2)催化劑顆粒呈層狀分布,在反應器中不容易發生堵塞,且沒有焦炭和金屬沉積,經過多次循環后催化劑的形貌不發生變化,活性也不衰減。(3)使用了懸浮床鼓泡反應器,實現了反應器內部均勻等溫,軸向溫差小于0.3攝氏度,徑向溫差小于2攝氏度。

渣油懸浮床加氫裂化技術的工業應用表明該技術可根據原料的性質優化反應條件,降低操作苛刻度,脫金屬率大于99%,脫殘炭率大于97%,脫硫率大于85%,轉化率大于90%。對劣質原油進行改質后,生產的合成原油的API°相比原料油可提高20個單位以上。該技術適合加工高金屬含量、高殘炭、高硫含量、高酸值、高黏度劣質原料,輕油收率高、產品質量好、未轉化油產率低、加工費用低,技術優勢明顯,具有廣闊的發展前景。

  10. 原油直接裂解制烯烴技術工業應用取得重大進展

原油直接裂解制烯烴技術省略了常減壓蒸餾、催化裂化等主要煉油環節,使工藝流程大為簡化。最具代表性的技術是埃克森美孚的技術和沙特阿美/沙特基礎公司合作開發的技術。

埃克森美孚技術路線將原油直接進入乙烯裂解爐,并在裂解爐對流段和輻射段之間加入一個閃蒸罐,原油在對流段預熱后進入閃蒸罐,氣液組分分離,76%的氣態組分進入輻射段進行蒸汽裂解生產烯烴原料。這一裝置是迄今最靈活的進料裂解裝置,可加工輕質氣體,還可加工原油這樣的重質液體原料,且該裂解裝置還可生產燃料組分。IHS Markit估算,該工藝采用布倫特原油作原料的乙烯生產成本比石腦油路線低160美元/噸。沙特阿美/沙特基礎公司的工藝技術是將原油直接送到加氫裂化裝置,先脫硫將較輕組分分離出來,較輕組分被送到蒸汽裂解裝置進行裂解,較重組分則被送到沙特阿美專門開發的深度催化裂化裝置進行烯烴最大化生產。2018年1月,沙特阿美與CB&I、Chevron Lummus Global簽署聯合開發協議,通過研發加氫裂化技術將原油直接生產化工產品的轉化率提高至70%至80%。

原油直接裂解制烯烴新工藝,不需通過煉油過程,流程大為簡化、建設投資大幅下降,經濟效益顯著,具有降低原料成本、能耗和碳排放等優點,對于煉化轉型升級將產生革命性的影響。

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