权威发布：革新油气行业的10大技术
2024-04-07
自1999年以来，发展缓慢的石油和天然气行业设法将产量从7,500万桶/日提高到超过1.02亿桶/日，全球供应量增长了36%。尽管25年前许多人公开表达了相当合理的担忧，即所有所谓的“容易被发现的石油”都已被发现，但此后产量还是继续增长。
事实上，世界上大部分新增的供应量都来自复杂和/或难以触达的油藏，而在1999年，这是大多数人都没有想的。这包括北美致密油气田、深水行业的兴起，以及从萨哈林岛(Sakhalin)到卡沙干(Kashagan)再到马尼法(Manifa)的无数其他大型项目，这些项目都将石油工程推向了新的高峰。
也就是说，1999年见证了该行业技术发展中一个有趣的转折点。那么，在过去25年里，哪些重大技术突破并重塑了石油和天然气行业? 国际石油工程师协会(SPE)筛选出l 过去25年的十大技术突破，排名不分先后。
1. 水力压裂和水平井
油气行业技术突破的技术清单中，如果没有多级水力压裂和水平井，那么任何此类清单都是不完整的。该技术扭转了美国石油产量的下降趋势，并将其从1999年的590万桶/日提高到今天的近1,300万桶/日，更不用说它为使美国成为世界最大天然气生产国所做的贡献。
非常规油气产量的空前增长始于美国，如今已经扩展到加拿大、阿根廷、中国和沙特阿拉伯等国的主要致密油和(大部分)致密气项目。
必须提到的是，现代水力压裂技术的出现导致了地面和地下技术的寒武纪大爆发，所有这些都是为了扩大和改进实践而设计的。可以说，在过去的25年里，完井行业在所有主要工程学科中见证了最大的变革。
2. 深水勘探
深水领域的发展是过去25年最令人印象深刻的方面之一。1999年，在该领域的未来仍未得到保证的情况下，美国墨西哥湾的深水产量超过了浅层大陆架项目，并且从未倒退。
当时的技术限制意味着油井只能在水深约6000英尺(约1828.8米)的地方钻探，而现在一些人认为这是“超深水”的门槛，而今天最强大的资产可以在两倍深的水域钻探，预计13,000英尺（约3962.4米）的钻探深度很快就会成为可能。
从钻井船和半潜式钻井船的设计到新型海底电子设备、防喷器以及无数其他高压/高温技术，许多关键技术的进步使这一切成为可能。尽管到2022年，深水行业在全球产量中所占的份额仍相对较小，约为6%，但未来，深水行业有望持续增长。根据一些预测，到2030年，深水行业的产量可能超过1700万桶油当量/天。
3. 自动钻井
早在1999年就有许多人所呼吁探索发展自动钻井，尽管进展并不像大多数人预期的那样呈线性增长，但如今已取得突破发展。
▲Pace-R801被称为世界上“第一台全自动陆地钻机”，于2021年在二叠纪盆地钻出了第一口井
油气行业将先进的自动化软件与现有的钻机技术和控制系统相结合。除了一些原型机外，现代钻机被认为是部分自动化的，高度监控的机器，但在大多数情况下，人工监督仍然发挥着至关重要的作用。这可能与宏伟的愿景相差甚远，但即使是自动化基本元素的早期采用者也表明，该技术可以节省几天的时间和数百万的钻井活动。此外，随着自动化订单的逐年增加，这个领域似乎正在走向成熟。
4. 光纤
虽然许多人在1999年预见到井下传感器技术的重要性日益增加，但很少有人提到光纤电缆，因为光纤电缆主要用于检测声音（声学）和温度，这些声音（声学）和温度可以被破译为关键的诊断点。井下光纤的采用主要是由北美非常规行业推动的，该行业已经开始依赖它来实现裂缝动力学的高分辨率可视化。
这些数据以惊人的精度揭示了裂缝是如何在井上方数百英尺处生长，或者在压裂过程中与相邻井相交。采用光纤技术有助于校准裂缝和储层模型，同时取代了微地震勘探等传统技术的使用。
一次性纤维的出现进一步降低了成本壁垒和操作复杂性。目前，光纤的应用还扩展到生产分析、泄漏检测等方面，并且有可能使用光纤应变数据作为井下压力的代表。所有这些都表明了光纤技术的持续采用和创新。
5. 地震处理
三维地震采集和成像的进步直接带来了世界各地的重大海上发现，这包括直到2006年才被发现的巴西盐下储层。如今，盐下储层的产量占巴西350万桶/日产量的大部分，如果没有一系列关键的改进，这些产量可能永远不会常出现。
从多方位角测量到宽方位角测量，再到最终的全方位角测量，这些技术的发展使作业者能够克服与复杂地质成像相关的许多最大挑战。许多其他新发现都归功于先进算法和计算技术的结合，在过去十年中，通过将处理地震数据所需的时间从几个月大幅减少到几周或几天，实现了该行业的里程碑式发展。
利用海底节点的4D 地震技术，通过揭示储层年复一年的生产剖面变化，为大型海上项目带来了巨大的价值。4D概念的最新版本带来了永久性储层监测（PRM），其中包括在海床上铺设数百英里的光纤电缆和声学接收器，使其成为业界最大的数据采集系统。
6. 高级断裂建模
现代水力压裂技术的兴起带来了许多发展，其中之一是裂缝建模发生了重大变化。这一发展的影响很难量化，但它使该行业超越了最初为传统岩石设计的软件代码所施加的限制。页岩革命的发起是通过使用预测对称双翼裂缝的软件，但事实证明，这种预测过于简单，无法依赖。
相比之下，最新一代的模型考虑了更多的地质和地质力学复杂性，以模拟更真实的裂缝网络。随着模型的改进和可信度的提高，它们提高了作业者在运行数据采集和诊断程序时所看到的价值，从而形成了一个正反馈循环，进一步提高了模型的准确性。因此，我们看到越来越多的作业者将校准后的模型结果作为决策的主要驱动因素，例如井位、井距和每个井段的总井数，这些都是项目结果的重要决定因素。
7. 旋转导向系统（RSS）
上世纪90年代末，RSS技术被引入石油和天然气行业，但由于可靠性问题，它的应用受到了阻碍。然而，该行业已经在很大程度上克服了成长的烦恼，该技术正在随着钻井自动化的更广泛趋势而发展。
虽然绝大多数海上钻井活动都应用了该技术，但其最重要的应用领域可能是北美的陆上水平钻井领域，在那里，RSS一直在努力摆脱“不必要的奢侈品”的形象。然而，由于成本的降低和技术的改进，RSS已经越来越多地取代了传统定向组件的使用。据估计，在美国陆上新井中，约有30%的井使用RSS。
陆上和海上钻井都采用RSS，这是远程定向钻井作业的关键推动因素，它允许办公室的一名钻井人员同时监督多台钻机的作业。RSS也被认为是进一步实现自动化钻井的关键组成部分。
8. 射孔
“更多的沙子和水”可以概括为非常规部门在提高生产率方面取得的最大进步之一。但也许我们真正应该庆祝的是科学，它实现了更好的射孔，这些射孔可以吸收所有超大体积的沙子和水。改进包括更可靠和有效的“射孔枪”和装在每支射孔枪上的成型炸药，但这些进步超出了工具本身。
图片▲超声图像显示增产后沿套管顶部的射孔线
在过去十年中，行业的努力使作业者能够确定射孔尺寸、射孔方向和每个断裂阶段的射孔数量等最佳参数。今天，这些银锁都被认为是可以决定一口井命运的关键因素，因此，限制和“极端限制”进入井眼的概念被广泛采用，从而提高了射孔效率和整体产量。
9. 储层表征
要想在这个行业取得成功，没有什么比了解你正在钻探的岩石更为重要的了。在这方面，我们已经看到了许多值得注意的发展，这些发展既跨越了陆上市场相对低成本的门槛，也跨越了海上领域的高风险。这包括采用微流体技术，这种技术已经发展到更快、更完善的压力/体积/温度(PVT)分析，这被认为是预测油藏长期性能的关键。
地球化学在陆上非常规油气领域重新引起了人们的兴趣，因为它可以确定页岩油气的实际产出层数，从而帮助确定井距。最近的其他突破包括机器学习模型，该模型可以根据泥浆气体数据进行气/油比实时预测，这是目前海上主要使用的一项创新。前沿研究可能很快就会使利用钻屑获取储层流体特性成为可能，这一突破将为每口井的PVT分析打开大门。
地球化学在陆上非常规领域重新引起了人们的兴趣，作为确定实际生产页岩油气层的一种方式，这有助于井间距。最近的其他突破包括机器学习模型，该模型可以根据泥浆气回报实时预测天然气/石油比率，这是当今主要在海上使用的一项创新。前沿研究可能很快使使用钻屑来获取储层流体特性成为可能，这一突破将为每口井的PVT分析打开大门。
大位移钻井(ERD)技术确实体现了该行业突破极限的能力，该技术通常被用作从陆上钻井地点获取海上储量的一种方式。该就技术于2007年开创世界纪录，当时钻了一口7英里长的井。接下来还有几口井，包括2017年钻探的一口9.3英里长的井。
在俄罗斯远东地区开创的ERD技术现在已经被中东地区所接受，特别是在卡塔尔、沙特阿拉伯和阿联酋。2022年，阿联酋ADNOC公司以一口5万英尺(9.4英里)长的井创造了新的ERD记录，比库页岛的记录高出787英尺。这口井是在人工岛上开钻的，是许多技术进步的结晶，包括配备陀螺仪的RSS、地质导向、高速随钻测量、先进的随钻测井、保护井底组件的振动传感器、持续使用近3周的电池以及有限进入增产技术。
如果没有这些技术，该行业将很难维持全球供应或增加全球供应。未来25 年油气行业十大革新技术榜单中又将出现哪些技术呢？或许，届时人工智能已经成熟，成为所有业务领域不可或缺的贡献者；目前有前景的新兴技术也可能出现在该榜单中，包括大规模碳封存、增强型地热系统、从油田卤水中直接提取锂，以及引入油田机器人取代油田对操作人员的需求。当然，在2024年，可能会有一两个我们都无法预见的突破。
（文章来源于赛乐油气）
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