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權威發(fā)布:革新油氣行業(yè)的10大技術

2024-04-07

 自1999年以來,發(fā)展緩慢的石油和天然氣行業(yè)設法將產(chǎn)量從7,500萬桶/日提高到超過1.02億桶/日,全球供應量增長了36%。盡管25年前許多人公開表達了相當合理的擔憂,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量都來自復雜和/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)技術發(fā)展中一個有趣的轉折點。那么,在過去25年里,哪些重大技術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年的十大技術突破,排名不分先后。
 1. 水力壓裂和水平井  
油氣行業(yè)技術突破的技術清單中,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。該技術扭轉了美國石油產(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)代水力壓裂技術的出現(xiàn)導致了地面和地下技術的寒武紀大爆發(fā),所有這些都是為了擴大和改進實踐而設計的??梢哉f,在過去的25年里,完井行業(yè)在所有主要工程學科中見證了最大的變革。
2. 深水勘探   
深水領域的發(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。
當時的技術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計到新型海底電子設備、防噴器以及無數(shù)其他高壓/高溫技術,許多關鍵技術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)一些預測,到2030年,深水行業(yè)的產(chǎn)量可能超過1700萬桶油當量/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)有的鉆機技術和控制系統(tǒng)相結合。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,這個領域似乎正在走向成熟。
4. 光纖   
雖然許多人在1999年預見到井下傳感器技術的重要性日益增加,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)和溫度,這些聲音(聲學)和溫度可以被破譯為關鍵的診斷點。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。采用光纖技術有助于校準裂縫和儲層模型,同時取代了微地震勘探等傳統(tǒng)技術的使用。
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(shù)據(jù)作為井下壓力的代表。所有這些都表明了光纖技術的持續(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,這些技術的發(fā)展使作業(yè)者能夠克服與復雜地質成像相關的許多最大挑戰(zhàn)。許多其他新發(fā)現(xiàn)都歸功于先進算法和計算技術的結合,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,通過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數(shù)百英里的光纖電纜和聲學接收器,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)起是通過使用預測對稱雙翼裂縫的軟件,但事實證明,這種預測過于簡單,無法依賴。
相比之下,最新一代的模型考慮了更多的地質和地質力學復雜性,以模擬更真實的裂縫網(wǎng)絡。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確性。因此,我們看到越來越多的作業(yè)者將校準后的模型結果作為決策的主要驅動因素,例如井位、井距和每個井段的總井數(shù),這些都是項目結果的重要決定因素。
7. 旋轉導向系統(tǒng)(RSS)   
上世紀90年代末,RSS技術被引入石油和天然氣行業(yè),但由于可靠性問題,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的煩惱,該技術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)海上鉆井活動都應用了該技術,但其最重要的應用領域可能是北美的陸上水平鉆井領域,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。但也許我們真正應該慶祝的是科學,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,也跨越了海上領域的高風險。這包括采用微流體技術,這種技術已經(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期性能的關鍵。
地球化學在陸上非常規(guī)油氣領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習模型,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。
地球化學在陸上非常規(guī)領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習模型,該模型可以根據(jù)泥漿氣回報實時預測天然氣/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)技術確實體現(xiàn)了該行業(yè)突破極限的能力,該技術通常被用作從陸上鉆井地點獲取海上儲量的一種方式。該就技術于2007年開創(chuàng)世界紀錄,當時鉆了一口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,是許多技術進步的結晶,包括配備陀螺儀的RSS、地質導向、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。
如果沒有這些技術,該行業(yè)將很難維持全球供應或增加全球供應。未來25 年油氣行業(yè)十大革新技術榜單中又將出現(xiàn)哪些技術呢?或許,屆時人工智能已經(jīng)成熟,成為所有業(yè)務領域不可或缺的貢獻者;目前有前景的新興技術也可能出現(xiàn)在該榜單中,包括大規(guī)模碳封存、增強型地熱系統(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。當然,在2024年,可能會有一兩個我們都無法預見的突破。
(文章來源于賽樂油氣)
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