權(quán)威發(fā)布：革新油氣行業(yè)的10大技術(shù)
2024-04-07
自1999年以來(lái)，發(fā)展緩慢的石油和天然氣行業(yè)設(shè)法將產(chǎn)量從7,500萬(wàn)桶/日提高到超過(guò)1.02億桶/日，全球供應(yīng)量增長(zhǎng)了36%。盡管25年前許多人公開(kāi)表達(dá)了相當(dāng)合理的擔(dān)憂，即所有所謂的“容易被發(fā)現(xiàn)的石油”都已被發(fā)現(xiàn)，但此后產(chǎn)量還是繼續(xù)增長(zhǎng)。
事實(shí)上，世界上大部分新增的供應(yīng)量都來(lái)自復(fù)雜和/或難以觸達(dá)的油藏，而在1999年，這是大多數(shù)人都沒(méi)有想的。這包括北美致密油氣田、深水行業(yè)的興起，以及從薩哈林島(Sakhalin)到卡沙干(Kashagan)再到馬尼法(Manifa)的無(wú)數(shù)其他大型項(xiàng)目，這些項(xiàng)目都將石油工程推向了新的高峰。
也就是說(shuō)，1999年見(jiàn)證了該行業(yè)技術(shù)發(fā)展中一個(gè)有趣的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。那么，在過(guò)去25年里，哪些重大技術(shù)突破并重塑了石油和天然氣行業(yè)? 國(guó)際石油工程師協(xié)會(huì)(SPE)篩選出l 過(guò)去25年的十大技術(shù)突破，排名不分先后。
1. 水力壓裂和水平井
油氣行業(yè)技術(shù)突破的技術(shù)清單中，如果沒(méi)有多級(jí)水力壓裂和水平井，那么任何此類清單都是不完整的。該技術(shù)扭轉(zhuǎn)了美國(guó)石油產(chǎn)量的下降趨勢(shì)，并將其從1999年的590萬(wàn)桶/日提高到今天的近1,300萬(wàn)桶/日，更不用說(shuō)它為使美國(guó)成為世界最大天然氣生產(chǎn)國(guó)所做的貢獻(xiàn)。
非常規(guī)油氣產(chǎn)量的空前增長(zhǎng)始于美國(guó)，如今已經(jīng)擴(kuò)展到加拿大、阿根廷、中國(guó)和沙特阿拉伯等國(guó)的主要致密油和(大部分)致密氣項(xiàng)目。
必須提到的是，現(xiàn)代水力壓裂技術(shù)的出現(xiàn)導(dǎo)致了地面和地下技術(shù)的寒武紀(jì)大爆發(fā)，所有這些都是為了擴(kuò)大和改進(jìn)實(shí)踐而設(shè)計(jì)的。可以說(shuō)，在過(guò)去的25年里，完井行業(yè)在所有主要工程學(xué)科中見(jiàn)證了最大的變革。
2. 深水勘探
深水領(lǐng)域的發(fā)展是過(guò)去25年最令人印象深刻的方面之一。1999年，在該領(lǐng)域的未來(lái)仍未得到保證的情況下，美國(guó)墨西哥灣的深水產(chǎn)量超過(guò)了淺層大陸架項(xiàng)目，并且從未倒退。
當(dāng)時(shí)的技術(shù)限制意味著油井只能在水深約6000英尺(約1828.8米)的地方鉆探，而現(xiàn)在一些人認(rèn)為這是“超深水”的門(mén)檻，而今天最強(qiáng)大的資產(chǎn)可以在兩倍深的水域鉆探，預(yù)計(jì)13,000英尺（約3962.4米）的鉆探深度很快就會(huì)成為可能。
從鉆井船和半潛式鉆井船的設(shè)計(jì)到新型海底電子設(shè)備、防噴器以及無(wú)數(shù)其他高壓/高溫技術(shù)，許多關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)步使這一切成為可能。盡管到2022年，深水行業(yè)在全球產(chǎn)量中所占的份額仍相對(duì)較小，約為6%，但未來(lái)，深水行業(yè)有望持續(xù)增長(zhǎng)。根據(jù)一些預(yù)測(cè)，到2030年，深水行業(yè)的產(chǎn)量可能超過(guò)1700萬(wàn)桶油當(dāng)量/天。
3. 自動(dòng)鉆井
早在1999年就有許多人所呼吁探索發(fā)展自動(dòng)鉆井，盡管進(jìn)展并不像大多數(shù)人預(yù)期的那樣呈線性增長(zhǎng)，但如今已取得突破發(fā)展。
▲Pace-R801被稱為世界上“第一臺(tái)全自動(dòng)陸地鉆機(jī)”，于2021年在二疊紀(jì)盆地鉆出了第一口井
油氣行業(yè)將先進(jìn)的自動(dòng)化軟件與現(xiàn)有的鉆機(jī)技術(shù)和控制系統(tǒng)相結(jié)合。除了一些原型機(jī)外，現(xiàn)代鉆機(jī)被認(rèn)為是部分自動(dòng)化的，高度監(jiān)控的機(jī)器，但在大多數(shù)情況下，人工監(jiān)督仍然發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。這可能與宏偉的愿景相差甚遠(yuǎn)，但即使是自動(dòng)化基本元素的早期采用者也表明，該技術(shù)可以節(jié)省幾天的時(shí)間和數(shù)百萬(wàn)的鉆井活動(dòng)。此外，隨著自動(dòng)化訂單的逐年增加，這個(gè)領(lǐng)域似乎正在走向成熟。
4. 光纖
雖然許多人在1999年預(yù)見(jiàn)到井下傳感器技術(shù)的重要性日益增加，但很少有人提到光纖電纜，因?yàn)楣饫w電纜主要用于檢測(cè)聲音（聲學(xué)）和溫度，這些聲音（聲學(xué)）和溫度可以被破譯為關(guān)鍵的診斷點(diǎn)。井下光纖的采用主要是由北美非常規(guī)行業(yè)推動(dòng)的，該行業(yè)已經(jīng)開(kāi)始依賴它來(lái)實(shí)現(xiàn)裂縫動(dòng)力學(xué)的高分辨率可視化。
這些數(shù)據(jù)以驚人的精度揭示了裂縫是如何在井上方數(shù)百英尺處生長(zhǎng)，或者在壓裂過(guò)程中與相鄰井相交。采用光纖技術(shù)有助于校準(zhǔn)裂縫和儲(chǔ)層模型，同時(shí)取代了微地震勘探等傳統(tǒng)技術(shù)的使用。
一次性纖維的出現(xiàn)進(jìn)一步降低了成本壁壘和操作復(fù)雜性。目前，光纖的應(yīng)用還擴(kuò)展到生產(chǎn)分析、泄漏檢測(cè)等方面，并且有可能使用光纖應(yīng)變數(shù)據(jù)作為井下壓力的代表。所有這些都表明了光纖技術(shù)的持續(xù)采用和創(chuàng)新。
5. 地震處理
三維地震采集和成像的進(jìn)步直接帶來(lái)了世界各地的重大海上發(fā)現(xiàn)，這包括直到2006年才被發(fā)現(xiàn)的巴西鹽下儲(chǔ)層。如今，鹽下儲(chǔ)層的產(chǎn)量占巴西350萬(wàn)桶/日產(chǎn)量的大部分，如果沒(méi)有一系列關(guān)鍵的改進(jìn)，這些產(chǎn)量可能永遠(yuǎn)不會(huì)常出現(xiàn)。
從多方位角測(cè)量到寬方位角測(cè)量，再到最終的全方位角測(cè)量，這些技術(shù)的發(fā)展使作業(yè)者能夠克服與復(fù)雜地質(zhì)成像相關(guān)的許多最大挑戰(zhàn)。許多其他新發(fā)現(xiàn)都?xì)w功于先進(jìn)算法和計(jì)算技術(shù)的結(jié)合，在過(guò)去十年中，通過(guò)將處理地震數(shù)據(jù)所需的時(shí)間從幾個(gè)月大幅減少到幾周或幾天，實(shí)現(xiàn)了該行業(yè)的里程碑式發(fā)展。
利用海底節(jié)點(diǎn)的4D 地震技術(shù)，通過(guò)揭示儲(chǔ)層年復(fù)一年的生產(chǎn)剖面變化，為大型海上項(xiàng)目帶來(lái)了巨大的價(jià)值。4D概念的最新版本帶來(lái)了永久性儲(chǔ)層監(jiān)測(cè)（PRM），其中包括在海床上鋪設(shè)數(shù)百英里的光纖電纜和聲學(xué)接收器，使其成為業(yè)界最大的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
6. 高級(jí)斷裂建模
現(xiàn)代水力壓裂技術(shù)的興起帶來(lái)了許多發(fā)展，其中之一是裂縫建模發(fā)生了重大變化。這一發(fā)展的影響很難量化，但它使該行業(yè)超越了最初為傳統(tǒng)巖石設(shè)計(jì)的軟件代碼所施加的限制。頁(yè)巖革命的發(fā)起是通過(guò)使用預(yù)測(cè)對(duì)稱雙翼裂縫的軟件，但事實(shí)證明，這種預(yù)測(cè)過(guò)于簡(jiǎn)單，無(wú)法依賴。
相比之下，最新一代的模型考慮了更多的地質(zhì)和地質(zhì)力學(xué)復(fù)雜性，以模擬更真實(shí)的裂縫網(wǎng)絡(luò)。隨著模型的改進(jìn)和可信度的提高，它們提高了作業(yè)者在運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和診斷程序時(shí)所看到的價(jià)值，從而形成了一個(gè)正反饋循環(huán)，進(jìn)一步提高了模型的準(zhǔn)確性。因此，我們看到越來(lái)越多的作業(yè)者將校準(zhǔn)后的模型結(jié)果作為決策的主要驅(qū)動(dòng)因素，例如井位、井距和每個(gè)井段的總井?dāng)?shù)，這些都是項(xiàng)目結(jié)果的重要決定因素。
7. 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)（RSS）
上世紀(jì)90年代末，RSS技術(shù)被引入石油和天然氣行業(yè)，但由于可靠性問(wèn)題，它的應(yīng)用受到了阻礙。然而，該行業(yè)已經(jīng)在很大程度上克服了成長(zhǎng)的煩惱，該技術(shù)正在隨著鉆井自動(dòng)化的更廣泛趨勢(shì)而發(fā)展。
雖然絕大多數(shù)海上鉆井活動(dòng)都應(yīng)用了該技術(shù)，但其最重要的應(yīng)用領(lǐng)域可能是北美的陸上水平鉆井領(lǐng)域，在那里，RSS一直在努力擺脫“不必要的奢侈品”的形象。然而，由于成本的降低和技術(shù)的改進(jìn)，RSS已經(jīng)越來(lái)越多地取代了傳統(tǒng)定向組件的使用。據(jù)估計(jì)，在美國(guó)陸上新井中，約有30%的井使用RSS。
陸上和海上鉆井都采用RSS，這是遠(yuǎn)程定向鉆井作業(yè)的關(guān)鍵推動(dòng)因素，它允許辦公室的一名鉆井人員同時(shí)監(jiān)督多臺(tái)鉆機(jī)的作業(yè)。RSS也被認(rèn)為是進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化鉆井的關(guān)鍵組成部分。
8. 射孔
“更多的沙子和水”可以概括為非常規(guī)部門(mén)在提高生產(chǎn)率方面取得的最大進(jìn)步之一。但也許我們真正應(yīng)該慶祝的是科學(xué)，它實(shí)現(xiàn)了更好的射孔，這些射孔可以吸收所有超大體積的沙子和水。改進(jìn)包括更可靠和有效的“射孔槍”和裝在每支射孔槍上的成型炸藥，但這些進(jìn)步超出了工具本身。
圖片▲超聲圖像顯示增產(chǎn)后沿套管頂部的射孔線
在過(guò)去十年中，行業(yè)的努力使作業(yè)者能夠確定射孔尺寸、射孔方向和每個(gè)斷裂階段的射孔數(shù)量等最佳參數(shù)。今天，這些銀鎖都被認(rèn)為是可以決定一口井命運(yùn)的關(guān)鍵因素，因此，限制和“極端限制”進(jìn)入井眼的概念被廣泛采用，從而提高了射孔效率和整體產(chǎn)量。
9. 儲(chǔ)層表征
要想在這個(gè)行業(yè)取得成功，沒(méi)有什么比了解你正在鉆探的巖石更為重要的了。在這方面，我們已經(jīng)看到了許多值得注意的發(fā)展，這些發(fā)展既跨越了陸上市場(chǎng)相對(duì)低成本的門(mén)檻，也跨越了海上領(lǐng)域的高風(fēng)險(xiǎn)。這包括采用微流體技術(shù)，這種技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到更快、更完善的壓力/體積/溫度(PVT)分析，這被認(rèn)為是預(yù)測(cè)油藏長(zhǎng)期性能的關(guān)鍵。
地球化學(xué)在陸上非常規(guī)油氣領(lǐng)域重新引起了人們的興趣，因?yàn)樗梢源_定頁(yè)巖油氣的實(shí)際產(chǎn)出層數(shù)，從而幫助確定井距。最近的其他突破包括機(jī)器學(xué)習(xí)模型，該模型可以根據(jù)泥漿氣體數(shù)據(jù)進(jìn)行氣/油比實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)，這是目前海上主要使用的一項(xiàng)創(chuàng)新。前沿研究可能很快就會(huì)使利用鉆屑獲取儲(chǔ)層流體特性成為可能，這一突破將為每口井的PVT分析打開(kāi)大門(mén)。
地球化學(xué)在陸上非常規(guī)領(lǐng)域重新引起了人們的興趣，作為確定實(shí)際生產(chǎn)頁(yè)巖油氣層的一種方式，這有助于井間距。最近的其他突破包括機(jī)器學(xué)習(xí)模型，該模型可以根據(jù)泥漿氣回報(bào)實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)天然氣/石油比率，這是當(dāng)今主要在海上使用的一項(xiàng)創(chuàng)新。前沿研究可能很快使使用鉆屑來(lái)獲取儲(chǔ)層流體特性成為可能，這一突破將為每口井的PVT分析打開(kāi)大門(mén)。
大位移鉆井(ERD)技術(shù)確實(shí)體現(xiàn)了該行業(yè)突破極限的能力，該技術(shù)通常被用作從陸上鉆井地點(diǎn)獲取海上儲(chǔ)量的一種方式。該就技術(shù)于2007年開(kāi)創(chuàng)世界紀(jì)錄，當(dāng)時(shí)鉆了一口7英里長(zhǎng)的井。接下來(lái)還有幾口井，包括2017年鉆探的一口9.3英里長(zhǎng)的井。
在俄羅斯遠(yuǎn)東地區(qū)開(kāi)創(chuàng)的ERD技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)被中東地區(qū)所接受，特別是在卡塔爾、沙特阿拉伯和阿聯(lián)酋。2022年，阿聯(lián)酋ADNOC公司以一口5萬(wàn)英尺(9.4英里)長(zhǎng)的井創(chuàng)造了新的ERD記錄，比庫(kù)頁(yè)島的記錄高出787英尺。這口井是在人工島上開(kāi)鉆的，是許多技術(shù)進(jìn)步的結(jié)晶，包括配備陀螺儀的RSS、地質(zhì)導(dǎo)向、高速隨鉆測(cè)量、先進(jìn)的隨鉆測(cè)井、保護(hù)井底組件的振動(dòng)傳感器、持續(xù)使用近3周的電池以及有限進(jìn)入增產(chǎn)技術(shù)。
如果沒(méi)有這些技術(shù)，該行業(yè)將很難維持全球供應(yīng)或增加全球供應(yīng)。未來(lái)25 年油氣行業(yè)十大革新技術(shù)榜單中又將出現(xiàn)哪些技術(shù)呢？或許，屆時(shí)人工智能已經(jīng)成熟，成為所有業(yè)務(wù)領(lǐng)域不可或缺的貢獻(xiàn)者；目前有前景的新興技術(shù)也可能出現(xiàn)在該榜單中，包括大規(guī)模碳封存、增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)、從油田鹵水中直接提取鋰，以及引入油田機(jī)器人取代油田對(duì)操作人員的需求。當(dāng)然，在2024年，可能會(huì)有一兩個(gè)我們都無(wú)法預(yù)見(jiàn)的突破。
（文章來(lái)源于賽樂(lè)油氣）
