權威發(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，全球供應量增長(cháng)了36%。盡管25年前許多人公開(kāi)表達了相當合理的擔憂(yōu)，即所有所謂的“容易被發(fā)現的石油”都已被發(fā)現，但此后產(chǎn)量還是繼續增長(cháng)。
事實(shí)上，世界上大部分新增的供應量都來(lái)自復雜和/或難以觸達的油藏，而在1999年，這是大多數人都沒(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)數其他大型項目，這些項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)有多級水力壓裂和水平井，那么任何此類(lèi)清單都是不完整的。該技術(shù)扭轉了美國石油產(chǎn)量的下降趨勢，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)它為使美國成為世界最大天然氣生產(chǎn)國所做的貢獻。
非常規油氣產(chǎn)量的空前增長(cháng)始于美國，如今已經(jīng)擴展到加拿大、阿根廷、中國和沙特阿拉伯等國的主要致密油和(大部分)致密氣項目。
必須提到的是，現代水力壓裂技術(shù)的出現導致了地面和地下技術(shù)的寒武紀大爆發(fā)，所有這些都是為了擴大和改進(jìn)實(shí)踐而設計的?？梢哉f(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，美國墨西哥灣的深水產(chǎn)量超過(guò)了淺層大陸架項目，并且從未倒退。
當時(shí)的技術(shù)限制意味著(zhù)油井只能在水深約6000英尺(約1828.8米)的地方鉆探，而現在一些人認為這是“超深水”的門(mén)檻，而今天最強大的資產(chǎn)可以在兩倍深的水域鉆探，預計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計到新型海底電子設備、防噴器以及無(wú)數其他高壓/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較小，約為6%，但未來(lái)，深水行業(yè)有望持續增長(cháng)。根據一些預測，到2030年，深水行業(yè)的產(chǎn)量可能超過(guò)1700萬(wàn)桶油當量/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)展并不像大多數人預期的那樣呈線(xiàn)性增長(cháng)，但如今已取得突破發(fā)展。
▲Pace-R801被稱(chēng)為世界上“第一臺全自動(dòng)陸地鉆機”，于2021年在二疊紀盆地鉆出了第一口井
油氣行業(yè)將先進(jìn)的自動(dòng)化軟件與現有的鉆機技術(shù)和控制系統相結合。除了一些原型機外，現代鉆機被認為是部分自動(dòng)化的，高度監控的機器，但在大多數情況下，人工監督仍然發(fā)揮著(zhù)至關(guān)重要的作用。這可能與宏偉的愿景相差甚遠，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)可以節省幾天的時(shí)間和數百萬(wàn)的鉆井活動(dòng)。此外，隨著(zhù)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，因為光纖電纜主要用于檢測聲音（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行業(yè)推動(dòng)的，該行業(yè)已經(jīng)開(kāi)始依賴(lài)它來(lái)實(shí)現裂縫動(dòng)力學(xué)的高分辨率可視化。
這些數據以驚人的精度揭示了裂縫是如何在井上方數百英尺處生長(cháng)，或者在壓裂過(guò)程中與相鄰井相交。采用光纖技術(shù)有助于校準裂縫和儲層模型，同時(shí)取代了微地震勘探等傳統技術(shù)的使用。
一次性纖維的出現進(jìn)一步降低了成本壁壘和操作復雜性。目前，光纖的應用還擴展到生產(chǎn)分析、泄漏檢測等方面，并且有可能使用光纖應變數據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，這包括直到2006年才被發(fā)現的巴西鹽下儲層。如今，鹽下儲層的產(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)量可能永遠不會(huì )常出現。
從多方位角測量到寬方位角測量，再到最終的全方位角測量，這些技術(shù)的發(fā)展使作業(yè)者能夠克服與復雜地質(zhì)成像相關(guān)的許多最大挑戰。許多其他新發(fā)現都歸功于先進(jìn)算法和計算技術(shù)的結合，在過(guò)去十年中，通過(guò)將處理地震數據所需的時(shí)間從幾個(gè)月大幅減少到幾周或幾天，實(shí)現了該行業(yè)的里程碑式發(fā)展。
利用海底節點(diǎn)的4D 地震技術(shù)，通過(guò)揭示儲層年復一年的生產(chǎn)剖面變化，為大型海上項目帶來(lái)了巨大的價(jià)值。4D概念的最新版本帶來(lái)了永久性?xún)颖O測（PRM），其中包括在海床上鋪設數百英里的光纖電纜和聲學(xué)接收器，使其成為業(yè)界最大的數據采集系統。
6. 高級斷裂建模
現代水力壓裂技術(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)超越了最初為傳統巖石設計的軟件代碼所施加的限制。頁(yè)巖革命的發(fā)起是通過(guò)使用預測對稱(chēng)雙翼裂縫的軟件，但事實(shí)證明，這種預測過(guò)于簡(jiǎn)單，無(wú)法依賴(lài)。
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)復雜性，以模擬更真實(shí)的裂縫網(wǎng)絡(luò )。隨著(zhù)模型的改進(jìn)和可信度的提高，它們提高了作業(yè)者在運行數據采集和診斷程序時(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確性。因此，我們看到越來(lái)越多的作業(yè)者將校準后的模型結果作為決策的主要驅動(dòng)因素，例如井位、井距和每個(gè)井段的總井數，這些都是項目結果的重要決定因素。
7. 旋轉導向系統（RSS）
上世紀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(cháng)的煩惱，該技術(shù)正在隨著(zhù)鉆井自動(dòng)化的更廣泛趨勢而發(fā)展。
雖然絕大多數海上鉆井活動(dòng)都應用了該技術(shù)，但其最重要的應用領(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)越多地取代了傳統定向組件的使用。據估計，在美國陸上新井中，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)監督多臺鉆機的作業(yè)。RSS也被認為是進(jìn)一步實(shí)現自動(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。但也許我們真正應該慶祝的是科學(xué)，它實(shí)現了更好的射孔，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(xiàn)
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)斷裂階段的射孔數量等最佳參數。今天，這些銀鎖都被認為是可以決定一口井命運的關(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)相對低成本的門(mén)檻，也跨越了海上領(lǐng)域的高風(fēng)險。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，這被認為是預測油藏長(cháng)期性能的關(guān)鍵。
地球化學(xué)在陸上非常規油氣領(lǐng)域重新引起了人們的興趣，因為它可以確定頁(yè)巖油氣的實(shí)際產(chǎn)出層數，從而幫助確定井距。最近的其他突破包括機器學(xué)習模型，該模型可以根據泥漿氣體數據進(jìn)行氣/油比實(shí)時(shí)預測，這是目前海上主要使用的一項創(chuàng )新。前沿研究可能很快就會(huì )使利用鉆屑獲取儲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器學(xué)習模型，該模型可以根據泥漿氣回報實(shí)時(shí)預測天然氣/石油比率，這是當今主要在海上使用的一項創(chuàng )新。前沿研究可能很快使使用鉆屑來(lái)獲取儲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)獲取海上儲量的一種方式。該就技術(shù)于2007年開(kāi)創(chuàng )世界紀錄，當時(shí)鉆了一口7英里長(cháng)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(cháng)的井。
在俄羅斯遠東地區開(kāi)創(chuàng )的ERD技術(shù)現在已經(jīng)被中東地區所接受，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(cháng)的井創(chuàng )造了新的ERD記錄，比庫頁(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)步的結晶，包括配備陀螺儀的RSS、地質(zhì)導向、高速隨鉆測量、先進(jìn)的隨鉆測井、保護井底組件的振動(dòng)傳感器、持續使用近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或增加全球供應。未來(lái)25 年油氣行業(yè)十大革新技術(shù)榜單中又將出現哪些技術(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)域不可或缺的貢獻者；目前有前景的新興技術(shù)也可能出現在該榜單中，包括大規模碳封存、增強型地熱系統、從油田鹵水中直接提取鋰，以及引入油田機器人取代油田對操作人員的需求。當然，在2024年，可能會(huì )有一兩個(gè)我們都無(wú)法預見(jiàn)的突破。
（文章來(lái)源于賽樂(lè )油氣）
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