中國石油2018年十大科技進展

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? ? ? 1. 陸相頁巖油勘探關鍵技術研究取得重要進展

中國石油依托國家油氣專項、973計劃和公司重大科技專項等進行攻關,解決頁巖油勘探開發面臨的理論桎梏和技術瓶頸,推動頁巖油規模有效動用。

取得3項重要進展:(1)突破國外海相頁巖油形成模式,初步創立了中國陸相頁巖油富集理論。揭示了陸相湖盆淡水與咸水環境富有機質頁巖形成主控因素,建立了陸相湖盆細粒砂巖、碳酸鹽巖和富有機質頁巖三種成因與分布模式,認為陸相頁巖層系廣泛發育紋層構造和微—納米級孔喉系統為頁巖油大面積富集創造了條件,提出優質源巖、規模儲集體與源儲一體最優配置是甜點區形成關鍵因素的新認識;(2)初步形成了陸相頁巖油甜點綜合評價技術。創新了以“七性關系”為核心的頁巖油測井評價方法,建立了細粒區六級層序多參數劃分對比,進行頁巖層系細粒巖類識別和富有機質層段預測,為頁巖油試油選層、儲層改造提供了重要技術支撐;突破常規儲層預測技術內涵,利用巖性、TOC、S1、Ro等地質參數和巖石脆性、水平應力、裂縫發育等工程參數,形成以工程地質參數及烴源巖質量預測為特色的甜點預測配套技術,為勘探部署與水平井優化設計提供理論技術支持;(3)集成創新形成頁巖油水平井優快鉆井、細分切割體積壓裂及工廠化作業模式,試驗形成頁巖油200米井距開發部署、全生命周期產量預測、生產制度優化等關鍵技術,實現了頁巖油有效動用與資源接替。

上述理論技術成果有效指導和推動了準噶爾盆地吉木薩爾、渤海灣盆地滄東凹陷孔二段、鄂爾多斯盆地長7段、三塘湖盆地二疊系等陸相頁巖油的勘探突破與規模建產,助推引領頁巖油成為中國石油重要的戰略接替領域。

  2. 注天然氣重力混相驅提高采收率技術獲得突破

中國石油針對塔里木盆地砂巖油藏埋藏深、地層壓力與溫度高、地層水礦化度高和化學驅提高采收率不適用等難題,創新形成“三高”油藏注天然氣重力輔助混相驅提高采收率技術,引領塔中和哈得遜等油田提高采收率技術發展。

主要技術創新包括:(1)形成高溫高壓油藏注氣物理模擬評價技術,揭示了水驅后剩余油微觀賦存特征及注天然氣蒸發混相驅的微觀驅油機理。(2)精細刻畫隔夾層空間展布,建立高精度三維地質模型和千萬級網格注氣組分數值模擬模型,為注氣機理模擬、注采井網部署和注采參數優化提供了重要的基礎。(3)創新提出頂部注氣重力輔助混相驅開發方式,奠定了大幅度提高油藏采收率的基礎。(4)形成注采井完整性評價技術,指導高壓注氣井完井和采油井平穩生產,保障油藏注氣全生命周期安全。(5)形成了以地面50兆帕壓力、單臺20萬立方米大排量注氣壓縮機為核心的注氣工藝技術,實現了國產50兆帕高壓注氣壓縮機零的突破,推動了產業升級。

上述理論技術成果在塔里木東河1石炭系油藏現場試驗效果顯著,日注氣40萬立方米,累計注氣2.6億立方米、累計增油25萬噸,自然遞減率由14%降到2.6%,綜合含水率由71%降到52%,預測采收率超過70%,比水驅提高30個百分點。對塔里木3000萬噸大油氣田建設和老油田提高采收率技術發展有巨大的支撐引領作用。

  3. 無堿二元復合驅技術工業化應用取得重大進展

我國陸上油田整體進入“雙高”開發階段,無堿二元復合驅技術是繼三元驅后新一代大幅度提高采收率戰略接替技術,具有“高效、低成本、綠色”的特點,是“雙高”油田實現效益開發的重要技術途徑,對助推“雙高”油藏穩產、保障國內石油供給安全具有重大的戰略意義。

主要技術創新包括:(1)建立分子模擬微觀定量研究方法,創新發展了驅油表活劑超低界面張力機理,突破了無堿條件下低酸值原油難以形成超低界面張力的傳統理論束縛。(2)自主研制出芳基甜菜堿系列產品,與石蠟基、中間基和環烷基原油均可達到超低界面張力,具有較強的耐溫和耐高礦化度能力,油藏巖芯實驗提高采收率23%以上。(3)建成了具有自主知識產權、年產7萬噸的表活劑生產裝置,具有“工藝模塊化、生產廣普化、產品系列化”特點。(4)形成了高效二元配注工藝等技術,與三元驅比,地面投資降低1/4,藥劑成本降低1/3,噸油操作成本與水驅基本持平,對儲層無傷害,采出污水處理簡化,實現綠色環保運行。

上述理論技術成果在遼河、新疆等油田工業化應用取得突破性進展,同比采收率提高18%以上,使“雙高”老油田煥發了青春。無堿二元復合驅技術滿足大慶砂巖、新疆礫巖及高溫高鹽等油藏需求,應用前景十分廣闊,預計到“十四五”期間產量將突破200萬噸。

  4. 可控震源超高效混疊地震勘探技術國際領先

對高密度地震資料的旺盛需求和低油價帶來的巨大成本壓力,推動了可控震源高效地震采集技術的快速發展。中國石油歷經兩年技術攻關,開發形成可控震源超高效混疊地震勘探技術,推動了陸上可控震源高效地震采集技術的升級換代,較好地解決了陸上高密度采集經濟技術一體化問題。

主要技術創新包括:(1)自主研制了可控震源超高效混疊地震采集作業管理系統(DSS),實現了信息化高效管理,大幅降低了作業設備、人員的投入和待工時間。(2)自主研發了可控震源超高效混疊地震采集實時質控軟件,成功與地震記錄儀器、DSS系統集成,實現了高效野外作業管理和實時質量控制。(3)成功研發了基于反演的混采數據分離技術,打破多項混采數據分離的技術瓶頸,保真度高,穩定性好,計算效率高。

上述技術成果在阿曼PDO項目正式生產應用,作業效率大幅度提升。利用12~16臺(組)可控震源作業,最高日效達到3.85萬炮,平均日效超過3萬炮,創立了國際生產新紀錄,采集綜合成本降低50%以上。提升了中國石油品牌影響力和國際市場競爭力,為打破西方技術壟斷、穩固與發展中東等地區的高端市場做出了重要貢獻,為開拓海外高端地震勘探技術服務市場奠定了堅實的基礎。

  5. 地層元素全譜測井處理技術實現規模應用

元素全譜測井技術可精確確定地層氧化物與礦物含量、計算有機碳含量以及評價含油氣性,適用于裸眼井和套管井,是復雜巖性地層評價和老區剩余油分析的有力技術。元素全譜測井處理復雜、難度大,中國石油經多年持續攻關,關鍵技術取得了突破性進展。

主要技術創新包括:(1)發明了“相關元素分群逐步精細剝離解譜”“元素響應譜與測量譜優化匹配”和“無效本底譜分段扣除”等系列核心專利技術,構建了系統測量俘獲和非彈伽馬能譜的核物理實驗裝置,實現了俘獲譜和非彈性散射譜的高精度全譜解譜,為國產元素測井儀器工業化應用奠定了扎實的技術基礎。(2)首次采用最優化方法構建了元素測井最優化響應方程,實現了復雜巖性儲層礦物含量和混合骨架的最優計算,孔隙度計算精度較傳統方法提高了一倍,為低孔低滲儲層和非常規油氣的測井精細評價提供了重要支持。(3)以系列專利技術為核心集成研發出元素全譜測井處理軟件模塊,處理效果與國外同類軟件最新版本相同,填補了中國石油的技術空白,提升了非均質復雜儲層巖石礦物精細評價能力。

上述理論技術成果在新疆、大慶和塔里木等油田重點勘探開發區塊,以及巴西、伊朗和乍得等中國石油海外作業區實現規模應用,大幅提升了中國石油復雜巖性地層評價和老區剩余油分析能力和水平,引領我國核測井技術實質性進步。

  6. 抗高溫高鹽油基鉆井液等助力8000米鉆井降本增效

塔里木庫車山前是中國乃至世界鉆井最復雜的地區,存在鹽膏層和高壓鹽水層、溢漏塌卡并存,以及礫石層等高研磨地層機械鉆速低的難題,鉆完井關鍵技術長期依賴進口、受制于人。中國石油通過持續攻關,自主研發抗高溫高鹽超高密度油基鉆井液、非平面齒PDC鉆頭、高壓鹽水層精細控壓鉆完井等關鍵技術,助推山前8000米復雜超深井鉆探技術水平邁上新臺階。

主要技術創新包括:(1)揭示了超高密度油基鉆井液鹽水侵流變性突變規律,研發了抗溫達220攝氏度、鉆井液密度達2.60克/立方厘米、壓井液密度達2.85克/立方厘米、抗鹽水能力達45%的油基鉆井液技術,整體國際先進、抗鹽水污染能力國際領先。(2)建立了聲波斷裂韌性測試方法,創新形成選擇性脫鈷技術,研制成功復合片韌性和抗研磨性兼顧,斷裂韌性提高40%的聚晶金剛石復合片與非平面齒PDC鉆頭。(3)創新形成高壓鹽水層窄密度窗口控壓鉆完井技術,解決了近零安全密度窗口(<0.01克/立方厘米)、超高壓(190兆帕)條件下的安全鉆井難題。

上述技術成果在塔里木克深21井、克深9-2井等成功應用,創造多項紀錄。控壓鉆井技術首次實現零窗口高壓鹽水層鉆進,解決了采用放水卸壓法49天無進尺的難題,僅用11天一趟鉆完成鉆進施工。非平面齒PDC鉆頭鉆礫石層的機械鉆速同比進口鉆頭提高175%。鉆完井關鍵技術國產化顯著降低了建井成本,將強有力助推8000米以深油氣資源勘探開發與塔里木300億立方米大氣區建設。

  7. 應變設計和大應變管線鋼管關鍵技術取得重大進展

大口徑高壓油氣管道途經特殊地質環境時的失效控制是世界級難題,中國石油歷經十余年攻關,應變設計和大應變管線鋼管關鍵技術取得重大進展。

主要技術創新包括:(1)建立了基于應變的管道設計方法,突破抗震規范的適用范圍,合理預測9度區的應變需求,提出控制管道失效的應變準則,形成《油氣輸送管道應變設計規范》(SY/T 7403-2018)。(2)建立了X70/X80關鍵技術指標與鋼管臨界屈曲應變的關系,發明鋼管臨界屈曲應變能力預測方法,創新提出多參量聯合表征評價和控制鋼管變形行為方法;提出大應變管線鋼和鋼管新產品技術指標體系和標準,被納入美國石油學會(API)管線鋼管標準附錄。(3)自主研發X70/X80大應變JCOE直縫埋弧焊管成型、焊接、涂覆等關鍵技術,形成大應變管線鋼管生產工藝和質量性能控制技術。(4)研發鋼管內壓+彎曲大變形實物試驗裝置,形成鋼管實物模擬變形試驗技術,發明了鋼管特定截面彎曲角及應力應變實時測量裝置和方法。

上述理論技術成果助推引領X70/X80大應變管線鋼管生產應用5萬余噸,近3年新增產值26.9億元,新增利潤5.9億元,為推動行業技術進步做出突出貢獻。

  8. 化工原料型加氫裂化催化劑工業應用試驗取得成功

中國石油自主研發的化工原料型加氫裂化催化劑(PHC-05),具有原料適應性強、反應活性高、重石腦油選擇性好、液體收率高等特點,不僅可最大量生產重石腦油,還能兼產乙烯裂解原料和優質航煤,為煉化企業提質增效、轉型升級提供了重要的技術支撐。

主要技術創新包括:(1)攻克了多環芳烴選擇性開環斷鏈的技術難題,實現了裂化和加氫功能的合理匹配,有效降低了小分子氣體產率,提高了重石腦油選擇性,重石腦油收率>45wt%。(2)與裝置上原有催化劑相比,產品結構得到明顯優化,重石腦油收率提高23個百分點,柴油收率降低25個百分點,重石腦油芳潛提高5~7個百分點。(3)重石腦油作為催化重整裝置的優質進料,所產氫氣的純度提高2個百分點。

2018年9月,PHC-05催化劑在大慶石化120萬噸/年加氫裂化裝置成功實現工業應用,預計裝置年增經濟效益3億元以上,填補了該領域技術空白,為中國石油煉化轉型升級提供了新的技術利器。未來可向哈爾濱石化、獨山子石化、錦西石化、云南石化、四川石化、烏石化、遼陽石化等企業的加氫裂化裝置推廣,應用前景十分廣闊。

  9. 超高分子量聚乙烯生產技術開發及工業應用取得成功

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一種新型工程塑料,集多種優異性能于一身,廣泛應用于國民經濟的各個領域。中國石油遼陽石化自主開發的UHMWPE催化劑及連續生產成套技術已成功實現穩定生產,整體技術處于國內領先水平。

主要技術創新包括:(1)開發了UHMWPE專用系列催化劑,采用不同功能給電子體組合,實現了高活性條件下的聚乙烯粒度可控,形成了具有自主知識產權的催化劑制備技術。(2)集成開發出UHMWPE工業化連續生產工藝技術,實現產品分子量150~600萬穩定可控,產品粒度分布集中,可生產適應不同應用領域的系列化UHMWPE專用料,實現由普通管材、板材,高耐磨管材、板材到高模高強纖維級料的全面覆蓋。(3)完成了超高分子量聚乙烯材料和制品熱性能測定分析方法標準的制定,提升了中國石油在超高分子量聚乙烯領域的影響力。

該技術已在7萬噸/年Hoechst工業裝置生產UHMWPE系列產品共計2000多噸,生產過程穩定,產品質量優良,達到進口產品標準。工業化產品在多家企業推廣應用,產品效益較通用型產品高2800元/噸以上。該技術推動了UHMWPE國產化進程,降低高端專用料的進口依賴度,具有顯著的經濟及社會效益,同時增強了中國石油特種聚烯烴技術實力和市場競爭能力,填補了中國石油在該產品領域空白。

  10. 中國合成橡膠產業首個國際標準發布實施

中國是全球合成橡膠第一大產銷國,但一直沒有主導制定合成橡膠國際標準的話語權。中國石油歷時5年、自主創新,制定熱重分析法測定橡膠灰分的國際標準。該標準2018年7月發布實施。

主要技術創新包括:(1)開發了裂解—氧化分步反應工藝,解決了測定結果重復性差、準確性低等國際公認的技術難題,技術達到國際先進水平。(2)開發了以兩段均化技術為核心的樣品前處理技術,解決了樣品代表性差的難題,達到樣品量毫克級與克級代表性一致的效果。(3)采用熱分析技術,將橡膠灰分檢測時間從6小時以上縮短為40分鐘,避免有毒化學品、高溫操作對環境和人身健康的傷害,實現檢測技術自動化、環保化。

該標準是中國合成橡膠領域首次主導制定的國際標準,實現了橡膠灰分檢測方法的安全、快速、準確、環保,推動了全球橡膠灰分檢測技術進步,提升了中國橡膠行業在國際標準化領域的話語權和影響力,彰顯了中國在合成橡膠標準化領域的技術實力,同時也為中國橡膠生產加工技術、設備“走出去”贏得先機。

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