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，發(fā)展緩慢的石油和天然氣行業(yè)設(shè)法將產(chǎn)量從7,500萬桶/日提高到超過1.02億桶/日，全球供應(yīng)量增長了36%。盡管25年前許多人公開表達了相當(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。
事實上，世界上大部分新增的供應(yīng)量都來自復(fù)雜和/或難以觸達的油藏，而在1999年，這是大多數(shù)人都沒有想的。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)的無數(shù)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，1999年見證了該行業(yè)技術(shù)發(fā)展中一個有趣的轉(zhuǎn)折點。那么，在過去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(SPE)篩選出l 過去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，如果沒有多級水力壓裂和水平井，那么任何此類清單都是不完整的。該技術(shù)扭轉(zhuǎn)了美國石油產(chǎn)量的下降趨勢，并將其從1999年的590萬桶/日提高到今天的近1,300萬桶/日，更不用說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(guī)油氣產(chǎn)量的空前增長始于美國，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(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大和改進實踐而設(shè)計的?？梢哉f，在過去的25年里，完井行業(yè)在所有主要工程學(xué)科中見證了最大的變革。
2. 深水勘探
深水領(lǐng)域的發(fā)展是過去25年最令人印象深刻的方面之一。1999年，在該領(lǐng)域的未來仍未得到保證的情況下，美國墨西哥灣的深水產(chǎn)量超過了淺層大陸架項目，并且從未倒退。
當(dāng)時的技術(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)在一些人認為這是“超深水”的門檻，而今天最強大的資產(chǎn)可以在兩倍深的水域鉆探，預(yù)計13,000英尺（約3962.4米）的鉆探深度很快就會成為可能。
從鉆井船和半潛式鉆井船的設(shè)計到新型海底電子設(shè)備、防噴器以及無數(shù)其他高壓/高溫技術(shù)，許多關(guān)鍵技術(shù)的進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，深水行業(yè)有望持續(xù)增長。根據(jù)一些預(yù)測，到2030年，深水行業(yè)的產(chǎn)量可能超過1700萬桶油當(dāng)量/天。
3. 自動鉆井
早在1999年就有許多人所呼吁探索發(fā)展自動鉆井，盡管進展并不像大多數(shù)人預(yù)期的那樣呈線性增長，但如今已取得突破發(fā)展。
▲Pace-R801被稱為世界上“第一臺全自動陸地鉆機”，于2021年在二疊紀(jì)盆地鉆出了第一口井
油氣行業(yè)將先進的自動化軟件與現(xiàn)有的鉆機技術(shù)和控制系統(tǒng)相結(jié)合。除了一些原型機外，現(xiàn)代鉆機被認為是部分自動化的，高度監(jiān)控的機器，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，但即使是自動化基本元素的早期采用者也表明，該技術(shù)可以節(jié)省幾天的時間和數(shù)百萬的鉆井活動。此外，隨著自動化訂單的逐年增加，這個領(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。井下光纖的采用主要是由北美非常規(guī)行業(yè)推動的，該行業(yè)已經(jīng)開始依賴它來實現(xiàn)裂縫動力學(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，或者在壓裂過程中與相鄰井相交。采用光纖技術(shù)有助于校準(zhǔn)裂縫和儲層模型，同時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)用還擴展到生產(chǎn)分析、泄漏檢測等方面，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步直接帶來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)的巴西鹽下儲層。如今，鹽下儲層的產(chǎn)量占巴西350萬桶/日產(chǎn)量的大部分，如果沒有一系列關(guān)鍵的改進，這些產(chǎn)量可能永遠不會常出現(xiàn)。
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(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)都歸功于先進算法和計算技術(shù)的結(jié)合，在過去十年中，通過將處理地震數(shù)據(jù)所需的時間從幾個月大幅減少到幾周或幾天，實現(xiàn)了該行業(yè)的里程碑式發(fā)展。
利用海底節(jié)點的4D 地震技術(shù)，通過揭示儲層年復(fù)一年的生產(chǎn)剖面變化，為大型海上項目帶來了巨大的價值。4D概念的最新版本帶來了永久性儲層監(jiān)測（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. 高級斷裂建模
現(xiàn)代水力壓裂技術(shù)的興起帶來了許多發(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)計的軟件代碼所施加的限制。頁巖革命的發(fā)起是通過使用預(yù)測對稱雙翼裂縫的軟件，但事實證明，這種預(yù)測過于簡單，無法依賴。
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，以模擬更真實的裂縫網(wǎng)絡(luò)。隨著模型的改進和可信度的提高，它們提高了作業(yè)者在運行數(shù)據(jù)采集和診斷程序時所看到的價值，從而形成了一個正反饋循環(huán)，進一步提高了模型的準(zhǔn)確性。因此，我們看到越來越多的作業(yè)者將校準(zhǔn)后的模型結(jié)果作為決策的主要驅(qū)動因素，例如井位、井距和每個井段的總井?dāng)?shù)，這些都是項目結(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的煩惱，該技術(shù)正在隨著鉆井自動化的更廣泛趨勢而發(fā)展。
雖然絕大多數(shù)海上鉆井活動都應(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，RSS已經(jīng)越來越多地取代了傳統(tǒng)定向組件的使用。據(jù)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)鍵推動因素，它允許辦公室的一名鉆井人員同時監(jiān)督多臺鉆機的作業(yè)。RSS也被認為是進一步實現(xiàn)自動化鉆井的關(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)部門在提高生產(chǎn)率方面取得的最大進步之一。但也許我們真正應(yīng)該慶祝的是科學(xué)，它實現(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
要想在這個行業(yè)取得成功，沒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相對低成本的門檻，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(yù)測油藏長期性能的關(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，因為它可以確定頁巖油氣的實際產(chǎn)出層數(shù)，從而幫助確定井距。最近的其他突破包括機器學(xué)習(xí)模型，該模型可以根據(jù)泥漿氣體數(shù)據(jù)進行氣/油比實時預(yù)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分析打開大門。
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，作為確定實際生產(chǎn)頁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(xí)模型，該模型可以根據(jù)泥漿氣回報實時預(yù)測天然氣/石油比率，這是當(dāng)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分析打開大門。
大位移鉆井(ERD)技術(shù)確實體現(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獲取海上儲量的一種方式。該就技術(shù)于2007年開創(chuàng)世界紀(jì)錄，當(dāng)時鉆了一口7英里長的井。接下來還有幾口井，包括2017年鉆探的一口9.3英里長的井。
在俄羅斯遠東地區(qū)開創(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5萬英尺(9.4英里)長的井創(chuàng)造了新的ERD記錄，比庫頁島的記錄高出787英尺。這口井是在人工島上開鉆的，是許多技術(shù)進步的結(jié)晶，包括配備陀螺儀的RSS、地質(zhì)導(dǎo)向、高速隨鉆測量、先進的隨鉆測井、保護井底組件的振動傳感器、持續(xù)使用近3周的電池以及有限進入增產(chǎn)技術(shù)。
如果沒有這些技術(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(xiàn)在該榜單中，包括大規(guī)模碳封存、增強型地?zé)嵯到y(tǒng)、從油田鹵水中直接提取鋰，以及引入油田機器人取代油田對操作人員的需求。當(dāng)然，在2024年，可能會有一兩個我們都無法預(yù)見的突破。
（文章來源于賽樂油氣）
