油氣產(chǎn)業(yè)十三項(xiàng)尖端產(chǎn)業(yè)述評(píng)

世界油氣技術(shù)快速發(fā)展，不斷涌現(xiàn)新理論、新方法、新技術(shù)、新工藝、新工具、新材料，推動(dòng)深層、深水和非常規(guī)等油氣資源的高效開(kāi)發(fā)。

中國(guó)石油經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院科技研究所持續(xù)跟蹤研究世界油氣技術(shù)發(fā)展動(dòng)向，按照創(chuàng)新性、重要性、前瞻性、可行性等指標(biāo)，篩選出13項(xiàng)上下游前沿技術(shù)，本報(bào)加以簡(jiǎn)要介紹。

01 儲(chǔ)層特征定量評(píng)價(jià)技術(shù)
儲(chǔ)層有效指數(shù)法(e-rei)和儲(chǔ)層模擬法(TouchstoneTM)是埃尼勘探生產(chǎn)公司新近推出的儲(chǔ)層綜合定量評(píng)價(jià)新技術(shù)。其中，儲(chǔ)層有效指數(shù)法已獲得專利，根據(jù)定量巖相資料的薄片計(jì)算碎屑巖儲(chǔ)層質(zhì)量的定量指標(biāo)，以及地震雙程走時(shí)(TWT)、深度和溫度，研發(fā)了專用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)軟件生成儲(chǔ)層三維有效指數(shù)圖，確定圈閉優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道；儲(chǔ)層模擬法通過(guò)正演模擬軟件模擬機(jī)械壓實(shí)作用，石英膠結(jié)作用和粘土礦物-伊利石形成過(guò)程，量化儲(chǔ)層質(zhì)量，確定已知前景區(qū)的孔滲值。

新方法已經(jīng)在非洲古生代儲(chǔ)層進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，取得了良好效果，具有前瞻性。油氣勘探技術(shù)步入精細(xì)化、定量化的時(shí)代，儲(chǔ)層質(zhì)量定量預(yù)測(cè)技術(shù)在評(píng)價(jià)成熟油區(qū)的深層、復(fù)雜構(gòu)造層、特殊巖性體、非常規(guī)甜點(diǎn)區(qū)方面發(fā)揮越來(lái)越大的作用，對(duì)落實(shí)油氣資源潛力、降低勘探風(fēng)險(xiǎn)和制定未來(lái)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃具有重要意義。

02 錸-鋨同位素體系分析技術(shù)
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(guò)程記錄著時(shí)間。錸和鋨保存在硫化物和富有機(jī)質(zhì)的還原環(huán)境中，在氧化環(huán)境中溶解，因此，富有機(jī)質(zhì)的黑色巖系具有較高的錸和鋨含量。

它們?cè)谟袡C(jī)體系主要以有機(jī)絡(luò)合物、化學(xué)吸附等形式存在，其中有機(jī)絡(luò)合物可以使錸和鋨長(zhǎng)期穩(wěn)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(zhì)中，因此原油中瀝青質(zhì)組分的錸-鋨同位素組成能夠近似代表全油中的含量。

在應(yīng)用過(guò)程中，錸-鋨同位素體系不僅能預(yù)測(cè)黑色頁(yè)巖形成時(shí)間，為富有機(jī)質(zhì)沉積巖提供地質(zhì)年代，分析烴類成熟和排泄時(shí)間，尋找區(qū)域與全球的沉積聯(lián)系；

在同一構(gòu)造單元中，可以提供烴源巖信息，為油源對(duì)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(huán)境；

甚至一些同位素體系可以反映頁(yè)巖在沉積過(guò)程中被侵蝕的對(duì)象、侵蝕速率及其與沉積速率的關(guān)系、流體類型等細(xì)微的差別。

03 地震導(dǎo)向鉆井技術(shù)
在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境或具有較高不確定性因素的區(qū)域，地震導(dǎo)向鉆井技術(shù)有助于鉆井決策人員針對(duì)井下條件及時(shí)做出決策，優(yōu)化井位設(shè)計(jì)，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(dǎo)向鉆井技術(shù)，主要是結(jié)合實(shí)時(shí)測(cè)井和地表地震數(shù)據(jù)來(lái)更新三維地質(zhì)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(shù)的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)包括：實(shí)時(shí)成像，實(shí)時(shí)根據(jù)隨鉆獲取的信息更新井筒周邊的地震成像；實(shí)時(shí)分析儲(chǔ)層特性，包括實(shí)時(shí)的地震反演和屬性提取，調(diào)整鉆井方案；實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)鉆頭前方的儲(chǔ)層特性和壓力狀況，從而調(diào)整鉆井方案，提高成功率，避免井下事故。

地震導(dǎo)向鉆井技術(shù)已在中國(guó)及美國(guó)墨西哥灣中進(jìn)行了應(yīng)用。在美國(guó)墨西哥灣，通過(guò)多次更新速度模型，及時(shí)修正鉆井設(shè)計(jì)方案，避開(kāi)斷層，有效降低了開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)與成本。地震導(dǎo)向鉆井技術(shù)是一項(xiàng)用于完善鉆探與開(kāi)發(fā)方案的新技術(shù)，是地球物理技術(shù)的一個(gè)新的應(yīng)用領(lǐng)域。

04 無(wú)限級(jí)壓裂技術(shù)
壓裂級(jí)數(shù)是評(píng)價(jià)壓裂效果的一個(gè)重要指標(biāo)。NCS能源公司研發(fā)的無(wú)限級(jí)壓裂系統(tǒng)于2014年連續(xù)多次打破了單井壓裂級(jí)數(shù)的世界紀(jì)錄。

無(wú)限級(jí)壓裂系統(tǒng)采用連續(xù)管拖動(dòng)由可重復(fù)座封封隔器組成的壓裂-隔離總成，并將其與可開(kāi)關(guān)滑套以及水力噴砂射孔器相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)高效的單次無(wú)限級(jí)數(shù)壓裂。這套技術(shù)與常規(guī)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(shí)時(shí)壓力監(jiān)測(cè)等方面展現(xiàn)出了優(yōu)越的性能。

由于泵送集中到一個(gè)壓裂點(diǎn)，壓裂速度更快，而且能量耗散小，所需的馬力為傳統(tǒng)技術(shù)的三分之一。該技術(shù)已投入了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，經(jīng)受了不同地質(zhì)條件及作業(yè)環(huán)境的考驗(yàn)。2014年，NCS能源公司利用該技術(shù)在貝肯分別以93級(jí)、94級(jí)和104級(jí)多次刷新了單井壓裂級(jí)數(shù)的世界紀(jì)錄。

無(wú)限級(jí)壓裂作為一種新的壓裂技術(shù)，是低滲油氣藏、頁(yè)巖氣、煤層氣等非常規(guī)油氣儲(chǔ)層增產(chǎn)改造的關(guān)鍵技術(shù)手段，在增產(chǎn)增效方面具有較大優(yōu)勢(shì)，可最大程限度地提高單井的壓裂級(jí)數(shù)，擴(kuò)大與油藏的接觸面積，為油氣田高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

05 太陽(yáng)能稠油熱采技術(shù)
傳統(tǒng)的稠油熱采工藝通常需要燃燒大量天然氣來(lái)產(chǎn)生高溫蒸汽，而利用太陽(yáng)能進(jìn)行稠油開(kāi)采則節(jié)能、降本、環(huán)保。GlassPoint公司的太陽(yáng)能稠油熱采技術(shù)已投入商業(yè)化應(yīng)用。

取得的進(jìn)展包括：

(1)研究出太陽(yáng)能稠油熱采的核心技術(shù)——槽式集熱技術(shù)，封閉式的結(jié)構(gòu)類似于一個(gè)玻璃溫室，由玻璃和鋼結(jié)構(gòu)組成，采用機(jī)器人全自動(dòng)清潔，90%的水可重復(fù)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(yáng)能蒸汽發(fā)生系統(tǒng)功率達(dá)7兆瓦，每天可產(chǎn)生50噸蒸汽，溫度可達(dá)312℃。

(2)2013年3月，GlassPoint公司和阿曼石油開(kāi)發(fā)公司在阿曼南部的AmalWest油田合作，成功開(kāi)發(fā)了中東首個(gè)太陽(yáng)能稠油熱采項(xiàng)目，規(guī)模較美國(guó)加州項(xiàng)目擴(kuò)大了27倍。阿曼項(xiàng)目已運(yùn)行了一年多，年產(chǎn)蒸汽量近1.4萬(wàn)噸，全年運(yùn)行效率為98.6%。與傳統(tǒng)燃燒天然氣產(chǎn)生蒸汽的技術(shù)相比，該技術(shù)可降低天然氣消費(fèi)量80%以上，每年節(jié)約燃?xì)庀��?30多萬(wàn)立方米，同時(shí)減少二氧化碳排放，能在30年的使用壽命期間以穩(wěn)定的價(jià)格提供蒸汽。

太陽(yáng)能稠油熱采技術(shù)具有低成本、安全環(huán)保等多重優(yōu)勢(shì)，不但符合當(dāng)今綠色、可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)要求，還可提高稠油資產(chǎn)的經(jīng)營(yíng)價(jià)值，值得借鑒。

06 殘油區(qū)開(kāi)采技術(shù)
殘油區(qū)是指在一次/二次采油中無(wú)法實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)開(kāi)采的部分含油層段，通常位于油田主產(chǎn)層油水界面以下區(qū)域或主產(chǎn)層之外的油氣運(yùn)移通道中。

2013年，美國(guó)國(guó)家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室(NETL)和國(guó)際先進(jìn)資源公司(ARI)評(píng)估，美國(guó)殘油區(qū)原始地質(zhì)儲(chǔ)量高達(dá)1400億桶，僅Permian、BigHorn、Williston三大盆地主產(chǎn)層下部的殘油區(qū)原始地質(zhì)儲(chǔ)量就達(dá)到約400億桶，其中二氧化碳增采技術(shù)可采量為160億桶，同時(shí)還可增加二氧化碳埋存量70億噸。據(jù)Melzer咨詢公司評(píng)估，殘油區(qū)開(kāi)發(fā)有望提高美國(guó)原油可采儲(chǔ)量30%～50%，成為下一個(gè)大幅度增儲(chǔ)上產(chǎn)的戰(zhàn)略接替區(qū)。

美國(guó)殘油區(qū)開(kāi)發(fā)部分項(xiàng)目已進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)階段，主要采用二氧化碳增采技術(shù)。截至2013年，Permian盆地已成功開(kāi)展12個(gè)二氧化碳增采項(xiàng)目，原油日產(chǎn)量超過(guò)1.3萬(wàn)桶。針對(duì)殘油區(qū)含水飽和度較高的問(wèn)題，有兩種技術(shù)解決方案：

（1）在殘油區(qū)內(nèi)選擇性完井，一般殘油區(qū)上部含油飽和度相對(duì)較高，可將現(xiàn)有生產(chǎn)井加深到殘油區(qū)上部并進(jìn)行完井，減少產(chǎn)水；當(dāng)殘油區(qū)含油飽和度比較一致時(shí)，也可將整個(gè)殘油區(qū)作為開(kāi)發(fā)目標(biāo)。

（2）采用二氧化碳增采技術(shù)同時(shí)開(kāi)發(fā)主產(chǎn)層和殘油區(qū)，同時(shí)進(jìn)行二氧化碳驅(qū)使得兩層段之間有相對(duì)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(kāi)采效果遠(yuǎn)好于單獨(dú)開(kāi)發(fā)殘油區(qū)。

殘油區(qū)勘探開(kāi)發(fā)顯示出巨大的資源潛力和良好的開(kāi)發(fā)前景，主體技術(shù)二氧化碳增采兼具增油、環(huán)保雙重優(yōu)勢(shì)，不僅給老油田增儲(chǔ)上產(chǎn)開(kāi)辟了一條新路，還為二氧化碳埋存提供了新的目標(biāo)區(qū)。　　　

07 CoreFlow數(shù)字巖石和流體分析技術(shù)
CoreFlow數(shù)字巖石和流體分析技術(shù)綜合了常規(guī)巖石物理和數(shù)字巖心分析技術(shù)的最新成果，可創(chuàng)建3D儲(chǔ)層模型，快速模擬多種生產(chǎn)情形下的流體流動(dòng)性能。這種方法利用巖石物理實(shí)驗(yàn)測(cè)量，改善油藏模擬，精確測(cè)量相對(duì)滲透率、毛細(xì)壓力、凈現(xiàn)值和其他參數(shù)。

Core Flow技術(shù)包含：全巖心雙能量CT掃描測(cè)量、數(shù)字巖心微CT成像分析、掃描電鏡（SEM）成像分析、直接水動(dòng)力孔隙流動(dòng)模擬。直接水動(dòng)力學(xué)模擬是一項(xiàng)突破性技術(shù)，能夠獲得毛細(xì)壓力、相對(duì)滲透率、開(kāi)采效率及流動(dòng)非均質(zhì)性。

08 高分辨率油基泥漿微電阻率成像測(cè)井儀
高分辨率油基泥漿微電阻率成像測(cè)井儀由探測(cè)器、供電部分和采集部分（含測(cè)斜模塊）組成。探測(cè)器有8個(gè)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(gè)極板位于相同的測(cè)量深度。極板與支撐臂之間由旋轉(zhuǎn)接頭連接，可軸向旋轉(zhuǎn)15度，所有6個(gè)支撐臂完全獨(dú)立，可變換節(jié)面角，測(cè)井時(shí)無(wú)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(duì)成像數(shù)據(jù)準(zhǔn)確成圖。儀器具有更高的分辨率、更大的井眼覆蓋范圍，受環(huán)境影響更小，成像質(zhì)量與水基泥漿成像儀器相當(dāng)，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(diǎn)，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(qiáng)度和耐磨性；

可減少鉆頭的扭矩波動(dòng)，有利于實(shí)現(xiàn)短曲率半徑造斜；

可降低鉆進(jìn)過(guò)程中的振動(dòng)，增加單次入井進(jìn)尺，延長(zhǎng)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(zhǔn)確性。

StingerBlade鉆頭已經(jīng)在14個(gè)國(guó)家開(kāi)展了250次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，平均提升機(jī)械鉆速30%，增加鉆頭進(jìn)尺55%。

10 工廠化作業(yè)鉆機(jī)
北美頁(yè)巖油氣革命推動(dòng)了陸上鉆機(jī)的升級(jí)換代，工廠化作業(yè)鉆機(jī)成為新建陸上鉆機(jī)的主流。

工廠化作業(yè)鉆機(jī)采用交流變頻電驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)等先進(jìn)驅(qū)動(dòng)方式，鉆機(jī)運(yùn)移性更好，能大大降低噪音和運(yùn)行成本；

利用滑軌式、步進(jìn)式快速移動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)井間快速移動(dòng)，節(jié)約鉆井時(shí)間；

配備頂驅(qū)、鐵鉆工、一體化司鉆控制室、自動(dòng)貓道等自動(dòng)化設(shè)備，提高作業(yè)效率和安全性；

配置防噴器快速裝卸系統(tǒng)進(jìn)行防噴器組的快速裝卸和移送。

國(guó)民油井華高(NOV)、Schramm等裝備制造公司都推出了工廠化作業(yè)鉆機(jī)，H&P公司、Nabors、Patterson-UTI等大型陸地鉆井承包商也推動(dòng)了自主品牌的工廠化作業(yè)鉆機(jī)。隨著工廠化作業(yè)模式的推廣應(yīng)用，對(duì)工廠化作業(yè)鉆機(jī)的需求快速增長(zhǎng)，成為高效開(kāi)發(fā)頁(yè)巖油氣的重要手段。

11 快速檢測(cè)管道泄漏機(jī)器人
低壓力微泄漏一直是管道檢測(cè)的難題，一種快速檢測(cè)管道泄漏的機(jī)器人已研發(fā)成功。

該設(shè)備由一個(gè)小機(jī)器人和一個(gè)鼓狀的膜組成，形成一個(gè)橫穿管道寬度的密封。當(dāng)泄漏發(fā)生時(shí)，流體流動(dòng)使膜變形，通過(guò)傳感器和無(wú)線通信系統(tǒng)發(fā)回的信息進(jìn)行分析確定泄漏點(diǎn)。這種方法能檢測(cè)到接近泄漏點(diǎn)壓力的快速變化，提供高精確度的泄漏定位。

該設(shè)備可在較低壓力下檢測(cè)到僅1～2毫米的泄漏，以3英里/小時(shí)的速度在管道中移動(dòng)，并且完全自動(dòng)化，可以放入管道系統(tǒng)，永久留在某處，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)且不間斷監(jiān)控。該設(shè)備可有多種規(guī)格，以適應(yīng)不同類型的管道，使用GPS可以進(jìn)行定位和報(bào)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(lái)國(guó)際石油公司提出的一項(xiàng)突破傳統(tǒng)對(duì)石油餾分粗放認(rèn)知，從體現(xiàn)原油特征和價(jià)值的分子層次上深入認(rèn)識(shí)和加工利用石油的先進(jìn)技術(shù)，已實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用，并取得了巨大經(jīng)濟(jì)效益。

“分子管理”的關(guān)鍵技術(shù)包括分子指紋識(shí)別技術(shù)（含油品分析和分子表征）、分子組成層面的工藝模擬技術(shù)，以及基于前兩者的實(shí)時(shí)過(guò)程控制和優(yōu)化技術(shù)等。

面對(duì)原油資源的劣質(zhì)化和日益嚴(yán)格的環(huán)保要求等多元化挑戰(zhàn)，通過(guò)優(yōu)化煉油生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化加工，以最小的成本生產(chǎn)合格的產(chǎn)品，已成為全球煉油企業(yè)的共識(shí)，“分子管理”技術(shù)的出現(xiàn)正契合這一理念，煉油廠逐步進(jìn)入“分子管理”時(shí)代。

13 糖發(fā)酵生產(chǎn)異丁烯新工藝
異丁烯是關(guān)鍵的化學(xué)品構(gòu)筑基塊，可被轉(zhuǎn)化為運(yùn)輸燃料、聚合物和各種通用化學(xué)品。異丁烯屬于低烯烴家族，目前從石油來(lái)制取。法國(guó)全球生物能源公司與德國(guó)林德集團(tuán)正在建立一個(gè)年產(chǎn)量100噸的中試裝置，2015年建成投產(chǎn)，該裝置設(shè)有兩個(gè)5000升的發(fā)酵罐，通過(guò)葡萄糖發(fā)酵生產(chǎn)聚合級(jí)異丁烯產(chǎn)品。

此前研究人員在實(shí)驗(yàn)室中將糖“喂”給微生物，微生物“消化”后即產(chǎn)生氣體異丁烯。在建裝置就是采用該工藝原理，氣態(tài)發(fā)酵罐一步法生產(chǎn)高純度異丁烯產(chǎn)品，也就是將糖和微生物放在同一個(gè)發(fā)酵罐中，實(shí)現(xiàn)從糖到異丁烯的轉(zhuǎn)化，然后再將其分離、提純、液化、裝瓶。該工藝由于是氣態(tài)產(chǎn)品，所以不會(huì)在發(fā)酵培養(yǎng)基上產(chǎn)生累積，也不會(huì)為微生物帶來(lái)毒性危害，基本不用設(shè)置下游凈化工藝，工藝成本低，對(duì)環(huán)境影響小。

該裝置有實(shí)現(xiàn)連續(xù)或近連續(xù)生產(chǎn)的潛在能力。因涉及糧食問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)考慮今后用木頭或農(nóng)業(yè)廢棄物作原料生產(chǎn)糖。用糖發(fā)酵生產(chǎn)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(dòng)了從可再生資源生產(chǎn)輕質(zhì)烯烴技術(shù)的發(fā)展。（原載《石油商報(bào)》）