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2011年國(guó)際石油十大科技進(jìn)展

2012-01-16 14:28 來(lái)源: 作者:
  1.儲(chǔ)層物性納米級(jí)實(shí)驗(yàn)分析技術(shù)投入應(yīng)用 

  與常規(guī)油氣儲(chǔ)層相比,致密砂巖和泥巖等非常規(guī)儲(chǔ)層孔喉屬于微-納米級(jí)別,孔喉連通復(fù)雜,滲流機(jī)理特殊,常規(guī)分析測(cè)試手段無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量和表征。

  一項(xiàng)數(shù)字巖石物理技術(shù)基于高分辨率納米CT掃描系統(tǒng)與FIB掃描電鏡的一種納米級(jí)實(shí)驗(yàn)方法,具有超高分辨率和三維可視化展示等特點(diǎn)。其創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在:可以對(duì)致密儲(chǔ)層微觀孔喉結(jié)構(gòu)進(jìn)行無(wú)損傷立體重構(gòu)、確定孔隙分布特征與儲(chǔ)層參數(shù)和揭示明確流體滲流機(jī)理與油氣成藏過(guò)程。它通過(guò)多尺度巖心掃描確定孔隙度、滲透率、孔喉連通指數(shù)與儲(chǔ)層力學(xué)性質(zhì)的相關(guān)參數(shù),并在此基礎(chǔ)上利用晶格玻爾茲曼原理模擬油氣滲流機(jī)理,建立基于真實(shí)三維孔隙模型的非常規(guī)油氣成藏動(dòng)態(tài)模型。

  作為非常規(guī)油氣儲(chǔ)層微-納米級(jí)孔喉結(jié)構(gòu)研究的關(guān)鍵技術(shù),它改變了傳統(tǒng)的儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)表征方法,建立了非常規(guī)儲(chǔ)層性質(zhì)有效評(píng)價(jià)體系,大大拓展了全球油氣勘探領(lǐng)域。

  2.致密油開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)突破實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用

  致密油泛指滲透率極低,需要借助壓裂等技術(shù)手段才能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)開(kāi)采的原油,包括從頁(yè)巖、致密砂巖和致密碳酸鹽巖等巖層中開(kāi)采的原油。美國(guó)致密油開(kāi)發(fā)技術(shù)取得重大突破,其中巴肯致密油日產(chǎn)量從2003年的1萬(wàn)桶提高到2010年的45.8萬(wàn)桶。

  北美致密油開(kāi)發(fā)技術(shù)和管理創(chuàng)新包括:嚴(yán)格的陸上致密油作業(yè)準(zhǔn)則為降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)和減少環(huán)境危害提供了保障; HiWAY水平井分段壓裂技術(shù)通過(guò)間歇性注入高濃度凝膠壓裂液和高強(qiáng)度支撐劑,在充填層中產(chǎn)生高導(dǎo)流能力的通道網(wǎng),可以大幅提高致密油產(chǎn)量,降低單井用水量和支撐劑使用量;雙分支長(zhǎng)水平井技術(shù)可擴(kuò)大有效泄油面積,提高可采儲(chǔ)量;微震監(jiān)測(cè)技術(shù)可優(yōu)化壓裂層位、封隔器放置和射孔位置,成功描述裂縫方位角等參數(shù)。

  致密油開(kāi)發(fā)技術(shù)的突破將引領(lǐng)和帶動(dòng)全球致密油勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)程。目前,致密油資源有認(rèn)識(shí)、有技術(shù)、有儲(chǔ)量,開(kāi)發(fā)條件逐漸趨于成熟,有望成未來(lái)重大石油接替資源。

  3.近3000米超深水油氣藏開(kāi)發(fā)技術(shù)取得重大突破

  當(dāng)前全球重大勘探發(fā)現(xiàn)有一半來(lái)自海上,特別是在深水和超深水。墨西哥灣帕迪多項(xiàng)目應(yīng)用一系列深水油氣藏開(kāi)發(fā)技術(shù),創(chuàng)造了2934米水深開(kāi)采的世界紀(jì)錄。

  這些技術(shù)突破包括:創(chuàng)新海底油氣分離和泵送系統(tǒng),一套生產(chǎn)系統(tǒng)可以同時(shí)開(kāi)采3個(gè)海底油田;創(chuàng)新圓柱形海上鉆探平臺(tái)和浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油卸油船技術(shù),減小了平臺(tái)的尺寸和成本,提高了平臺(tái)抵御災(zāi)害的能力,可以收集、加工和輸出半徑48公里范圍內(nèi)開(kāi)采的原油;首次采用鋼管液壓和多路大功率臍帶纜技術(shù),可以在海底提供高達(dá)1500馬力的動(dòng)力;首次在塔狀浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油卸油船上應(yīng)用懶波引導(dǎo)立管技術(shù),防止由于不斷搖晃導(dǎo)致材料疲勞;首次使用聚酯系泊系統(tǒng)延長(zhǎng)生產(chǎn)設(shè)備的使用年限。

  帕迪多項(xiàng)目離岸距離是其他平臺(tái)的幾倍,一套生產(chǎn)系統(tǒng)可同時(shí)從22個(gè)平臺(tái)井口和13個(gè)通過(guò)海底設(shè)施回接的海底井口進(jìn)行生產(chǎn)。項(xiàng)目成功實(shí)施將為超深水開(kāi)發(fā)技術(shù)在深水油氣勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域發(fā)揮重要示范與引領(lǐng)作用。

  4.綜合地球物理方案提高非常規(guī)油氣勘探開(kāi)發(fā)效益

  地球物理技術(shù)在解決裂縫分析和應(yīng)力估算等一系列非常規(guī)油氣勘探問(wèn)題中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。2011年,國(guó)外多家公司在方法研究和小規(guī)模現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)了非常規(guī)油氣藏地球物理綜合解決方案的工業(yè)化應(yīng)用。

  這套綜合的地球物理方案包括:采用針對(duì)勘探目標(biāo)制定的專(zhuān)門(mén)勘探評(píng)價(jià)、設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)采集方案;通過(guò)AVO分析、方位各向異性分析和巖石屬性參數(shù)計(jì)算等技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的油藏描述;通過(guò)建立精確的地質(zhì)力學(xué)模型進(jìn)行鉆井“甜點(diǎn)”識(shí)別,優(yōu)化鉆井方案,避免鉆井危害,降低鉆探風(fēng)險(xiǎn)。此外,這套綜合流程中將微震監(jiān)測(cè)與油藏模型相結(jié)合,在優(yōu)化壓裂方面取得顯著效果。目前采用微震監(jiān)測(cè)技術(shù)優(yōu)化壓裂已在美國(guó)的多個(gè)頁(yè)巖勘探項(xiàng)目中規(guī)模化應(yīng)用。 

  非常規(guī)油氣藏綜合地球物理方案已在北美多個(gè)頁(yè)巖氣項(xiàng)目中應(yīng)用,效果顯著:減少勘探成本,大大提高鉆井成功率;優(yōu)化開(kāi)發(fā)方案,提高采收率;提高單井產(chǎn)能,提高投資利潤(rùn)率。

  5.水平井鉆井技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)頁(yè)巖氣大規(guī)模開(kāi)發(fā)

  北美頁(yè)巖氣大開(kāi)發(fā)中,鉆井技術(shù)的發(fā)展,有效降低了鉆井周期和成本,實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣的大規(guī)模開(kāi)發(fā)。

  這些進(jìn)展包括:工廠化鉆井模式,可以?xún)?yōu)化井場(chǎng)布置,提高建井速度;新型井底振動(dòng)工具、可控泥漿馬達(dá)和井底水力參數(shù)記錄器等技術(shù),實(shí)現(xiàn)鉆直井機(jī)械鉆速翻番,鉆斜井機(jī)械鉆速提高40%;新型液壓絞車(chē)鉆機(jī)減少非生產(chǎn)時(shí)間、占地面積和運(yùn)移及安裝成本,提高水平井鉆井效率50%;新型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置實(shí)現(xiàn)每100英尺17度造斜率,在裸眼井段進(jìn)行大角度造斜和側(cè)鉆,并完成復(fù)雜三維井眼軌跡鉆進(jìn);新型鋼體聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭,快速有效鉆彎曲和長(zhǎng)水平段,減少水力耗能,切削深度更深,狗腿控制更容易;新型頁(yè)巖水基鉆井液,用于頁(yè)巖和敏感環(huán)境鉆井,在含有可溶性鈣、鹽和酸氣的地層中保持井眼穩(wěn)定;創(chuàng)新的頁(yè)巖氣鉆井質(zhì)量管理方法,大大降低非鉆井時(shí)間和作業(yè)成本,平均月鉆速提高30.8%。

  據(jù)統(tǒng)計(jì),美國(guó)水平井鉆井?dāng)?shù)量從2000年的1144口上升到2010年的12224口,占天然氣鉆井?dāng)?shù)量的77%。鉆井技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)北美頁(yè)巖氣水平井大規(guī)模開(kāi)發(fā)。

  6.介電測(cè)井技術(shù)取得重大進(jìn)展改善儲(chǔ)層評(píng)價(jià)效果

  新一代介電測(cè)井儀器——介電掃描儀器克服了介電測(cè)井技術(shù)原有局限,大大改善了地層評(píng)價(jià)效果。

  該儀器采用多間距陣列天線(xiàn),可在20兆赫到1000兆赫之間的4個(gè)不同頻率上進(jìn)行測(cè)量。為降低各向異性的影響,采用了縱向和橫向極化兩種測(cè)量模式,天線(xiàn)安裝在全鉸接式連接的短極板上,通過(guò)液壓推靠器使天線(xiàn)緊貼井壁。同原有介電測(cè)井儀相比,新儀器測(cè)量精度高,井眼補(bǔ)償效果好。介電掃描測(cè)井與傳統(tǒng)的測(cè)井方法相結(jié)合,可為儲(chǔ)層評(píng)價(jià)和油藏描述提供更豐富的信息。

  新型介電掃描儀在委內(nèi)瑞拉砂泥巖薄互層中累計(jì)識(shí)別出150英尺的油層;在克恩河油田的低礦化度地層中精確估算出重油飽和度;在中東一個(gè)高孔隙度碳酸鹽巖油藏中,由于巖石結(jié)構(gòu)多變和泥漿濾液侵入影響嚴(yán)重,常規(guī)測(cè)井的地層評(píng)價(jià)效果不佳,而用介電掃描測(cè)井資料證實(shí)其剩余油飽和度為95%。

  7.管道激光視覺(jué)自動(dòng)焊機(jī)提高焊接效率和質(zhì)量

  一種應(yīng)用激光視覺(jué)技術(shù)的管道激光視覺(jué)自動(dòng)焊機(jī)研發(fā)成功,首次實(shí)現(xiàn)了油氣管道施工的自適應(yīng)焊接。

  該技術(shù)通過(guò)向坡口內(nèi)發(fā)射一束激光條紋,非常詳盡地讀出焊縫區(qū)的特征,指導(dǎo)雙焊炬焊機(jī)根據(jù)對(duì)口情況在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行自適應(yīng)控制,實(shí)現(xiàn)高速實(shí)時(shí)跟蹤、實(shí)時(shí)閉環(huán)控制、實(shí)時(shí)調(diào)整速度和擺動(dòng)寬度,從而實(shí)現(xiàn)管道全位置焊接的自適應(yīng)控制,優(yōu)化焊道厚度,確保穩(wěn)定的填充量。其全數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)可以確保每一道工序的質(zhì)量:通過(guò)PDA交互界面對(duì)焊接參數(shù)進(jìn)行編程并下載到現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的焊機(jī)中,可在焊接過(guò)程中改變焊接參數(shù);上傳性能數(shù)據(jù),進(jìn)行QC分析并驗(yàn)證每一道焊縫是否符合規(guī)范;對(duì)坡口和根焊道的焊前和焊后在線(xiàn)檢測(cè),實(shí)現(xiàn)缺陷的立即返修,將停工時(shí)間縮至最短,確保高質(zhì)量的焊縫,降低焊接總成本,并由計(jì)算機(jī)輸出所有焊縫檢測(cè)報(bào)告,用于永久記錄。

  這實(shí)現(xiàn)管道自動(dòng)焊接的自適應(yīng)控制,提高了焊接效率和質(zhì)量,縮短了焊接時(shí)間。

  8.微通道技術(shù)成功用于天然氣制合成油

  一種應(yīng)用微通道技術(shù)的小型天然氣制油(GTL)裝置由美國(guó)一家公司研發(fā)成功。該裝置采用微通道反應(yīng)器和超高活性費(fèi)托(F-T)合成催化劑,在規(guī)模超過(guò)每天3萬(wàn)桶的GTL工廠具有良好的經(jīng)濟(jì)可行性,在生物質(zhì)制油(BTL)和煤制油(CTL)過(guò)程中同樣具有商業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

  這種微通道技術(shù)可將GTL過(guò)程中甲烷水蒸氣轉(zhuǎn)化(SNM)和F-T反應(yīng)的速度提高1000倍。該微通道反應(yīng)器由一組光化學(xué)反應(yīng)技術(shù)加工的薄片零件通過(guò)擴(kuò)散連接技術(shù)制成,在氣體處理量為每小時(shí)591立方米或煤、生物質(zhì)處理量為每天500噸時(shí)就具有經(jīng)濟(jì)可行性。

  目前,在奧地利Gussing采用這種微通道反應(yīng)技術(shù)已經(jīng)成功完成處理量為每天1桶的BTL裝置示范工程,共使用了900個(gè)微通道反應(yīng)器,相對(duì)于傳統(tǒng)技術(shù)產(chǎn)量提高了4倍到8倍。在位于巴西的Fortaleza,采用微通道反應(yīng)技術(shù)處理量為每天6桶的GTL裝置也將投入運(yùn)轉(zhuǎn)。

  9.石腦油催化裂解萬(wàn)噸級(jí)示范裝置建成投產(chǎn)

  石腦油催化裂解制烯烴工藝(ACO)示范裝置在韓國(guó)蔚山投產(chǎn)。結(jié)果顯示,與蒸汽裂解工藝相比,ACO可獲得更高的烯烴產(chǎn)率,以更低成本獲得更高烯烴產(chǎn)量,烯烴年產(chǎn)量達(dá)到1萬(wàn)噸,是替代傳統(tǒng)石腦油蒸汽裂解裝置的替代方案。

  ACO工藝融合了同軸并流FCC技術(shù)與高選擇性專(zhuān)利催化劑,可以使石腦油大量轉(zhuǎn)化為丙烯和乙烯。ACO反應(yīng)器系統(tǒng)包括同軸并流構(gòu)造和雙提升管等。這項(xiàng)工藝的關(guān)鍵是催化劑,專(zhuān)門(mén)用于在流化床反應(yīng)器中轉(zhuǎn)化石腦油,生產(chǎn)丙烯和乙烯,提高轉(zhuǎn)化率。最新的ACO催化劑具有較高的機(jī)械強(qiáng)度、水熱穩(wěn)定性以及對(duì)低碳烯烴的高選擇性。

  示范裝置的總烯烴收率有所提高,乙烯和丙烯收率比傳統(tǒng)的蒸汽裂解高出15%~20%,且丙烯與乙烯比接近1.0,提高的收率中大部分是丙烯,可以更好地適應(yīng)未來(lái)的市場(chǎng)需求,在較低成本下進(jìn)行烯烴生產(chǎn),并具較低的排放足跡。

  ACO示范裝置的成功投產(chǎn)標(biāo)志著石腦油催化裂解技術(shù)在工藝設(shè)計(jì)等方面獲得了工業(yè)化驗(yàn)證。

  10.新型車(chē)用碳纖維增強(qiáng)塑料取得重大突破

  一款用于汽車(chē)框架模塑快速成型的新型碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)由日本一家企業(yè)研發(fā)成功,其汽車(chē)框架模塑成型時(shí)間由原來(lái)的5分鐘縮短到不足1分鐘,大大縮短了生產(chǎn)周期,標(biāo)志著使用碳纖維塑料規(guī)模化生產(chǎn)汽車(chē)車(chē)體和其他產(chǎn)品的技術(shù)獲得重大突破。

  新技術(shù)開(kāi)發(fā)出的由熱塑性樹(shù)脂制造的中間材料,用于替代傳統(tǒng)的熱固性樹(shù)脂;CFRP部件的焊接技術(shù)可將幾種不同的材料粘接在一起,減少制造過(guò)程中金屬的使用量;將碳纖維與熱塑性樹(shù)脂浸漬,產(chǎn)生三種中間材料:?jiǎn)蜗蛑屑?jí),在某些方向上擁有超高的強(qiáng)度;各向同性中間體,擁有形狀的靈活性和多向強(qiáng)度的最佳平衡;長(zhǎng)纖維熱塑性塑料顆粒,高強(qiáng)度顆粒由碳纖維制成,適用于復(fù)雜零部件的注射成型。使用這些新的中間材料,可在短短1分鐘內(nèi)完成CFRP成型。

  目前,一款車(chē)體全部采用CFRP材料制造的4人座電動(dòng)概念車(chē)已開(kāi)發(fā)出來(lái),重量?jī)H有47千克,車(chē)速可達(dá)每小時(shí)60千米,續(xù)航能力為100千米。這項(xiàng)材料新技術(shù)有望在汽車(chē)零部件制造及機(jī)械制造和工業(yè)機(jī)器人等領(lǐng)域推廣應(yīng)用。