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国际石油2017年十大科技进展

来源: 中国石油报    责编: admin     发布时间:2018-01-24 18:32

1. 地质云数据助推地质综合研究提高勘探成功率

“大数据”提供的高效数据管理、数据可视化以及分析手段为地质学家提供了一个全局性的视野,为各大石油公司提供了更加经济高效的勘探开发方式,通过公司间数据库的交换和结合,有效深化综合地质研究,提高勘探成功率。

地质云技术利用基于岩相显微镜和高分辨地球化学分析技术,研究不同地理位置采集的岩心和岩屑样本,重点描述石油系统中不同要素特征,从而确定原油的生成、运移和成藏信息。在基础岩相分析的基础上将数据科学、物理学和数值方法结合在一起,创建出一套适用于研究区的基础地质描述方法,其原理是通过对岩石碎片进行3D-X射线扫描,在虚拟实验室中创造出用于能在线研究的“数字岩石”,能够更真实地分析孔隙度、渗透率以及岩石与其内部流体相互作用等信息,并通过地质云技术极大地缩短了样品分析对比周期,提高分析准确性。

2. 大型复杂油气藏数值模拟技术取得新进展

当今油气田开发需要更强大的精细建模技术来表征日益复杂的油气藏。大型复杂油气藏数值模拟技术能够高效实现精细油气藏模拟,有助于研究人员制定最有效的油气田开发方案,是实现地质工程一体化技术向精准开发预测技术发展的关键技术。

主要技术创新包括:(1)数值模拟技术与压裂工程设计、微地震等技术无缝链接,用非结构网格模型描述人工压裂缝网的真实分布,进行精细的压裂井油藏数值模拟计算,得到精准量化的压裂井产能预测;(2)地质模型无需粗化,直接用精细的地质模型进行油藏数值模拟研究,突破了精细油藏描述与油气田开发之间的技术瓶颈,极大地提高了老油田剩余油分布规律研究的精度,大大降低油气田开发风险;(3)全新的线性解法器可以稳健、高效解决油藏数值模拟中的非线性问题,结合独特的并行算法,能在几十分钟到数小时内完成数千万甚至几亿有效网格模型的油藏数值模拟运算。

精细建模新技术在油田应用中取得了良好效果,完成了全球规模最大的油藏数值模拟研究,更准确地刻画了水驱前缘、黏性指进和凝析油富集等复杂油藏流动特征。

3. 大数据分析技术指导油气田开发成效显著

大数据分析技术自动收集海量数据信息并用先进的计算机分析技术来实现这些数据的价值,可以长时间运行,降低维护需求,提高生产效率,降低成本,应用于油气田开发中成效显著。

创新和应用包括:(1)将大数据技术应用于数据驱动型油田建设中,收集井中各种信息和大量数据。进行大数据分析和可视化,研究剩余油分布;通过虚拟云Hadoop框架,研究规划1万口井的应用规模;监测生产设备的性能和工况;优化油气集输和销售流程。(2)在页岩开发中利用大数据分析进行资源“甜点”分析,大大增加优质井位部署,在美国鹰滩、巴肯、特拉华盆地、DJ盆地和汾河盆地应用中,从1.25万口目标井位中优选出3200口优质井位,资源潜力达70亿桶油当量。(3)建立协同、集成工作流,利用综合储层信息和数据指导精确布井、高效钻井和压裂设计优化,实现地质科学、油藏研究、钻井和完井工程协作,为全油田建立一个可以互动的地质模型,通过模型进行甜点识别、油藏模拟和钻完井优化。

4. STRONG沸腾床渣油加氢技术工业试验取得成功

STRONG沸腾床渣油加氢成套技术具有较强的原料适应性、操作灵活性,转化率可达60%-75%;与同类技术相比,没有高温高压循环泵,消除了因循环泵引起的装置停工,提高了反应系统的可靠性。现已完成5万吨/年工业示范装置试验验证,并已具备百万吨级工业化应用的条件。

该技术核心是STRONG沸腾床反应器。其工作原理是气液两相从反应器底部经分配器均匀分配后进入反应器,反应器内部的催化剂在气液两相的搅拌及携带下发生流化,气、液、固三相随之在反应器内部发生反应;反应产物通过反应器顶部的三相分离器进行气、液、固的分离,分离后的催化剂返回反应区,气体和液体产品则离开反应器进入到分离系统部分。该技术独有的优点:(1)取消了高温高压循环油泵,提高了系统的稳定性,取消了循环油泵,有利于反应区气液固混合均匀,提高了反应器的利用率;(2)使用微球催化剂,有利于流化沸腾,一方面提高了催化剂的利用率,另一方面也方便了催化剂的加排;(3)无需控制催化剂床层料面,省去了复杂的催化剂料面控制系统,减少了设备投资,简化了操作。

5. 二氧化碳加氢制低碳烯烃取得突破

大连化物所在CO2催化加氢制备低碳烯烃方面取得了新进展,采用串联式催化剂体系直接将CO2高选择性地转化为低碳烯烃。

实现CO2高效转化为低碳烯烃的关键是串联催化剂体系的构建。研究团队构建的ZnZrO固溶体氧化物/Zn改性SAPO分子筛串联催化剂,在接近工业生产的反应条件下,烃类中低碳烯烃的选择性达到80%-90%,并具有较好的稳定性和抗硫中毒性能。研究发现,在ZnZrO固溶体氧化物上,CO2加氢可高选择性地合成甲醇,在此基础上将ZnZrO固溶体氧化物与SAPO催化剂串联,即可实现CO2直接加氢制备低碳烯烃。红外光谱和同位素实验表明,CO2和H2在ZnZrO固溶体氧化物上被活化生成CHxO中间物种,中间物种从ZnZrO表面迁移到分子筛孔道中,进而完成碳碳键的生成。串联催化剂之间的协同机制以及关键中间物种CHxO的表面迁移,实现了CO2加氢直接到低碳烯烃反应在热力学和动力学上的耦合。随着新能源的发展,氢源可以通过太阳能、风能、生物质能等清洁能源制得,具有良好的经济社会效益和发展前景。

6. 压缩感知地震勘探技术降本增效成果显著

近年来,针对地震采集成本高的难题,业内利用压缩感知技术对稀疏信号结构进行非规则采样,再对信号进行优化重建,实现高效低成本地震采集。国外公司及研究机构通过对压缩感知地震采集、处理和成像的多项研究,开发出一系列关键技术——非规则优化采样技术(NUOS)和压缩地震成像技术(CSI)。

NUOS技术是在压缩传感采样理论的基础上提出来的,通过优化闭合循环设计而不是依靠随机方法建立最佳震源和检波器定位,减少震源和检波器的数量,并减少传感过程中的假频。CSI技术对非规则采样信号进行重建,在满足处理成像、AVO分析、时移地震分析的基础上, 改进了混采数据分离质量。和传统的地震勘探方法相比,采用NUOS技术和CSI技术进行地震勘探,能够大幅提高数据采集与处理的效率,缩短施工周期。此外,压缩感知地震勘探技术将促进同步混合震源采集的发展,将成为推动混采地震勘探的主要技术。

目前,应用这套技术在北海、阿拉斯加和澳大利亚成功完成了地震勘探项目,克服了冬季可施工窗口小、项目规定施工期过短等难题,降本增效成果显著。

7. 多功能脉冲中子测井仪实现高质量套管井储层监测

2017年,一种新的多功能脉冲中子测井仪——Pulsae问世,首次实现了与裸眼井测井质量相当的套管井地层评价和储层饱和度监测。

该仪器包括脉冲中子发生器、中子监测器、长源距深探测器、远近探测器等。高输出脉冲中子发生器和多个探测器,大大提高了数据采集精度、测量分辨率和测井速度;远、近探测器及长源距深探测器配置了耐高温的光电倍增管和集成的低噪声电源。新一代仪器外径4.37cm、长度5.58m,比上代仪器体积大幅缩减。仪器提供3种测井模式:非弹俘获模式、非弹气体-西格玛-含氢指数模式和西格玛岩性模式,测井速度分别为61m/h、1097 m/h 和305m/h;输出包括:西格玛、孔隙度、快中子截面(FNXS)、元素非弹和俘获产额、碳氧比(C/O)和总有机碳含量(TOC);孔隙度测量范围0~60pu,耐温175摄氏度、耐压103.4MPa。

通过配套算法对钻井液和完井变化进行补偿,该仪器可完成复杂井眼条件下的储层监测服务,得出可靠的解释成果。该仪器的测井资料成功应用于北美各主要页岩油气田60多口井的开发决策,同时在全球近500口井中,提供了储层监测服务,识别出漏失的产层。

8. 钻井参数优化助力实现油气井整体价值最大化

为实现油气井整体价值最大化,国外多家公司实施钻井参数优化技术,钻井效率大幅提升,降本增效成果显著。

钻井参数优化技术包括:(1)基础数据收集。主要借助MWD/LWD等工具采集井下数据;(2)更加主动的管理系统。收集井下和地面的数据,包括振动、扭矩、钻压等数据,实时改善和管理钻井参数,提高钻井效率;(3)更高水平的系统化方法。关注于整个钻井流程,包括邻井数据收集、主动的参数管理、钻前钻后分析、正钻井与待钻井优化等。公司根据所钻井的成本和复杂程度确定具体施工作业,成本越高的井,提高钻井效率带来的回报也越高。

目前已有多家大型服务公司推出或升级了钻井优化系统,有公司还建立了一个全球钻井工程与参数优化中心。更加智能化的参数优化技术使北美页岩油气水平井钻井作业中的参数配置发生了革命性的变化。

9. 示踪剂及监测系统有效提高储运设备泄漏防治水平

随着服役年限增加,及时准确地对管道进行泄漏检测已成为亟待解决的问题,示踪剂产品及配套监测系统为近年管道泄漏监测提供了良好的解决方案。

该技术基于气相色谱分析,在油气管道输送介质中加入示踪剂,通过检测土壤的气相色谱变化识别示踪剂的泄漏,再通过管道外部安置的监测探头或移动监测工具等一系列产品进行监测,泄漏检测精度为3.8升/天。其有两种监测方式,一是用于固定安装的Tracer Tight 监测探头,是与示踪剂配套使用的在线监测工具,适用于任何储运设备;二是移动监测Seeper Trace探头,是一种可移动泄漏监测完整性评估工具,可用于长输管线,实际应用过程中,可以携带该监测工具沿管线行走或将其安装于车辆上沿管线行驶。

该示踪剂及泄漏监测系统已经成功应用于埃尼集团、卢克等公司的管道上,实际应用效果良好。未来将尝试把该系统集成到管道完整性管理系统中,利用卫星定位系统,将高危险地质环境、局部环境水文特征和风险后果区考虑到泄漏监测系统搭建中,加强管道泄漏防治管理水平。

10. 工业互联网环境平台创造油气行业新纪元

数字技术的快速发展促使油气行业发生了颠覆性的变革,近年来,国际油公司和油服公司已经将人工智能、数据分析和自动化等多个技术领域的优势集合在一起,构建形成工业互联网一体化平台。例如,斯伦贝谢推出了DELFI环境平台,BP公司正在打造数字能源平台,GE的Predix平台正在整合贝克休斯的上游数据。这些平台为油气从勘探到开发生产建立了全新的流程。这种基于海量数据和云计算,构建多专业可操作、数据共享的平台环境,可以为各专业、多流程数据、模型和解释建立公共工作空间,将团队、系统、软件、新旧数据输入到平台环境中,即可通过融合实现协作效果的最大化,规范、统一并整合勘探、开发、钻井等各个领域技术人员的业务。基于多学科专业知识储备,利用强大的数据库,使得建模、数值模拟、数据分析和预测等复杂的计算过程变得更加智能和快捷。

油气工业互联网环境平台实现多学科交互融合和勘探开发一体化,节省了各环节衔接所造成的时间与成本损耗,促进了协同创新。

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