15种改变石油行业的新技术

原创 暗潮  2014-01-18 10:00:40  阅读 80 次 评论 0 条
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  世界石油天然气工业持续快速发展,深水、非常规油气推动世界油气工业出现新版图,天然气发展迈入黄金期,科技进步在其中的作用愈发重要,涌现出一批新理论、新方法、新技术、新工具、新工艺。
  中国石油集团经济技术研究院科技研究所持续跟踪研究世界石油工业技术发展动向,按照创新性、重要性、可行性等原则,从上下游众多前沿技术中筛选出15项加以简要介绍,以期对推动我国石油工业技术的发展有所裨益。

海洋深水沉积体系识别描述及有利储层预测技术
  美国得州大学、BP挪威公司、挪威卑尔根大学、法国Azur大学等联合攻关,综合运用高分辨率层序地层学、三维地震、电磁测量、遥感、测井、钻井、地质露头和试验以及地质-地震建模等技术方法,分析深水沉积作用过程、沉积环境和沉积产物,识别沉积体系的类型、分布,了解浊流、块状流、碎屑流等流体的形成机制,明确水下扇重要砂体储层的形成机理、控制因素、分布特点及油气聚集关系,建立深水沉积体系储层的地质模型,实现了深水砂岩储层和资源潜力的有效预测。
  该技术广泛应用于海域斜坡、深水盆地的沉积体系识别描述及有利储层预测,在南美、西非大西洋沿岸、墨西哥湾、北海、巴伦支海、喀拉海以及东南亚、澳大利亚西北大陆架、孟加拉湾深海扇等海域相继发现一些大型油气田,其勘探领域已扩展到水深3000米的深海区。

地震沉积学分析技术大幅提高储层预测精度和探井成功率
  地震沉积学分析技术是利用高精度三维地震资料的精细处理和成像结果,结合地震地层学与高精度层序地层学方法,研究沉积相形成及空间分布规律,对宏观的古沉积环境、沉积体系进行解释与恢复;综合地震反演与属性分析技术对油气储层的内、外部特征和属性等进行精细刻画和表征,从而建立三维储层模型。该技术主要包括地震岩石学和地震地貌学两部分,前者研究地震资料与测井岩性的对应,后者则研究地震切片中岩性和沉积相分布模式。
  利用该技术,河道、河口坝等碎屑岩沉积微相砂体的钻遇率可达到50%~70%,三角洲河道砂体,席状砂,河道砂体、边滩及心滩等微相预测准确率达到80%以上,10米薄砂体的钻遇率达到90%,储层砂体预测精度可提高到1/4波长(3~5米)。在该技术的指导下,可发现更多的隐蔽圈闭和油气藏,产生巨大经济效益。

全波形反演技术
  全波形反演方法利用叠前地震波场的运动学和动力学信息重建地下速度结构,具有揭示复杂地质背景下构造与岩性细节信息的潜力。
  目前全波形反演技术研究主要集中在如何利用大偏移距数据全波形反演改善深部构造成像、如何利用低频数据进行全波形反演、如何进行弹性波和声波信号的全波形反演、如何去掉全波形反演中的多次波和绕射波,以及对于全波形反演的一阶近似如何快速收敛等方面。
  近两年,国外多家公司对大偏移距、全方位、宽频海上拖缆数据、海底电缆数据采集、常规拖缆采集以及BroadSeis宽频数据进行了全波形反演,建立速度模型,增加了速度场的波数信息,提高了地震成像质量,同时证明了全波形反演建立的速度模型在地质解释及浅层地质灾害探测方面的应用价值。

光纤永久油藏监测
  用四维地震进行油藏监测,光纤地震系统具有成本和性能优势,光纤检波器具有功耗小(无源)、重量轻、精度高、抗干扰等特点,更适用于大型排列的永久海底油藏监测。光学传感系统的应用,象征着从数字到光学传输的发展,光学高频载波将提供从传感点到导向一起的极好模拟传输,更容易转换成适合数据存储和处理的数据格式。
  目前主要有法国地球物理公司(CGG)、挪威地球物理勘探公司(PGS) 以及挪威多用户业务公司(TGS)三家公司具有利用光纤系统进行海底油藏监测服务的能力,另外壳牌与PGS合作也成功开发了陆上光纤检波器,现已完成野外试验。

天然气水合物开采技术
  据估算,全球天然气水合物(可燃冰)资源总量约2.1亿亿立方米,相当于全球已探明传统化石能源总量的2倍左右。2012年美国、日本等国合作在阿拉斯加北坡的水合物开采试验与2013年3月日本在其近海海域的水合物开采试验均取得成功,美国和日本计划分别在2015年和2018年实现商业化开采。
  应用降压开采法和二氧化碳置换法成功进行了日本近海和美国阿拉斯加北坡的水合物开采:降压法是利用储层与井筒之间的压力梯度驱动可动流体从储层流向井筒,压力降迅速传遍整个储层,使水合物在局部区域内失去稳定条件,导致水合物分解为天然气和水;二氧化碳置换法是通过向水合物沉积层中注入二氧化碳置换出天然气,在释放天然气的同时,以水合物的形式埋存二氧化碳。

智能水驱技术
  智能水驱(SmartWater Flooding)技术通过调整注入水的离子组成和矿化度,改变油藏岩石表面润湿性,提高原油采收率。智能水并不是简单的低矿化度水,智能水驱作为一种新的二次提高采收率方法,效果与三次提高采收率方法相当。
  智能水驱技术日益受到石油界重视:(1)沙特阿美进行了大量室内实验,并首次在沙特Kindom碳酸盐岩油藏进行现场试验。碳酸盐岩岩心经常规海水驱替后,智能水驱可进一步提高采收率7%~10%;(2)壳牌通过使用专门设计的低矿化度配方水,使岩石润湿性发生改变,水湿性增强,改善了油相的相对渗透率和毛细管力,从而提高原油采收率。壳牌公司通过室内模拟系统观察油滴的解吸过程,研究证明了低矿化度水驱可以应用于富含蒙脱石储层,拓展了水驱的应用范围;(3)由埃克森美孚、BP、雪佛龙3家公司组成的MoBPTeCh联盟研发的智能水驱技术,是一种可以在特定的温度和时间膨胀的预交联聚合物颗粒,具有热激活性,到达预定的油藏位置后可以膨胀数倍,然后聚集,封堵漏失层的孔喉,迫使注入水转向原来未被波及的含油富集区,把更多的原油驱替到生产井中,从而大大改善水驱的波及系数,该技术先后在米纳斯油田、普拉德霍湾油田等进行现场试验,可以很容易地注入基质渗透率为50~300毫达西的砂岩油藏,增产效果明显。

钻井远程作业中心
  远程作业中心集成一体化共享地学平台、实时地质建模、油井三维可视化、实时水力模拟、随钻测量、井眼轨迹控制、地质导向等地质方法和工程技术,借助虚拟容错计算机主机服务器、IP(网际互连协议)通讯技术、视频监测和分析技术以及图形化桌面共享等先进的信息技术和通讯技术,实现远程实时井场支持。将采集到的井下和地面实时数据通过卫星或互联网实时传输到远程作业中心,再与庞大的数据库信息、实时更新的地质模型相结合,辅助专家团队进行定向指挥和地质导向决策。一组专家团队可同时指挥多口井的随钻定向和地质导向作业。
  随着钻井提速提效及安全作业的要求不断增加,综合钻井、地质、测井、录井、油藏工程等多个学科,基于现代信息技术和通讯技术的远程作业中心逐渐获得推广应用。大的国际油公司和服务公司都建立了覆盖全球的远程实时作业中心。钻井远程作业中心可减少非生产时间,降低作业风险和综合成本。例如,在北美的页岩油气开发中,利用远程作业中心指导钻井,Haynesvill页岩气产区的起下钻时间和下套管时间分别减少了21%和9%,目的层钻遇率达到100%;在鹰滩页岩气产区,平均钻井周期降低了50%。 

Reelwell双壁钻杆钻井技术
  Reelwell钻井技术利用双壁钻杆实现钻井液在双壁钻杆内的反循环,并通过安装在钻杆上的液压活塞推动钻杆前进,改善钻压的施加,延长水平井位移。
  特殊双壁钻杆(管中管)的优势在于:(1)管中管的内管外壁经过绝缘处理后相当于同轴电缆,可以向井下供电并实现数据的高速双向通讯,数据传输速率高达6.4万位/秒;(2)管中管结构形成了闭环的流体通道,更易于实现控压钻井;(3)可实现无隔水管钻井,从而减少浮式钻井装置的承重,即使应用第三代或第四代半潜式钻井平台也能在3000米深水区钻井。此外,该技术使井筒更加清洁,有利于减少井下复杂情况,使井底压力和当量循环密度控制更容易,通过额外施加的钻压大幅提升水平井和大位移井的延伸能力。
  壳牌、道达尔、巴西国家石油公司、挪威研究委员会等联合资助20千米超大位移井试验项目。Reelwell钻井技术将颠覆传统钻井方式,Reelwell无隔水管钻井技术有望为深水钻井带来一次革命。

岩性扫描成像测井技术
  岩性扫描仪结合了非弹性和俘获伽马能谱测量的优点,地层元素测量的精度和准度更高,还能独立定量确定总有机碳含量(TOC),使得TOC测井成为现实,对非常规和常规油气评价具有重要作用。
  岩性扫描仪器结合现代闪烁探测器、高输出脉冲中子发生器和非常快速的脉冲处理系统,极大地提高了能谱测井质量。首先,仪器采用大型掺铈溴化镧(LaBr3:Ce)伽马射线探测器及先进的耐高温光电倍增管。LaBr3:Ce是一种非常快速的闪烁器,对于每个入射光子能够比其他材料产生更多的光,比碘化钠(NaI)高约50%,利于提高光谱分辨率;具有优异的高温性能,200℃时光输出和分辨率只有少量降低;光衰减时间比NaI和锗酸铋(BGO)要快一个数量级,有助于提高测量精度和测速。其次,仪器采用新一代脉冲中子发生器(d-T PNG),每秒至少能够产生3亿个中子,是放射性同位素源的8倍。再次,采用专用电子元件。快速LaBr3:Ce闪烁器结合高产额PNG会产生非常高的计数率,每秒常常超过250万。
  新仪器在美国和加拿大主要的非常规油气藏成功作业50多次,累计工作500小时,PNG或其他硬件均无故障发生。测试结果显示,在274米/小时测速下仪器的重复性很好;在1097米/小时测速下重复性变差,但仍能比现有仪器更好地定量描述岩性。将测井与岩心分析结果进行对比,两者的一致性非常好,特别是TOC。

无线油井产出剖面监测技术
  RESMAN公司研发的RESMAN无线油井产出剖面测量技术,可以在恶劣的作业环境及复杂井眼条件下有效获取油藏和井眼信息,其技术优势包括:无需井下作业,成本低、风险低,只需对完井设备做很小的改动,示踪剂寿命长达数年,对于特定的完井设备也可以获得产量剖面。
  RESMAN利用合成化合物(智能示踪剂)识别各层段产出流体的类型,量化各层段产出的油和水,从而获得产出剖面。目前已生产出80个独特的RESMAN体系(40个油敏体系,40个水敏体系)。水敏示踪剂和油敏示踪剂一起使用,可以确定水突破的位置和时间。示踪剂通常被封装在塑料条中,完井时将含有不同示踪剂的塑料条置于不同井段的完井设备中(如防砂网或特别设计的载体)。当塑料条与储层流体接触时,示踪剂释放到流体中,在地面对产出的流体进行采样,并进行实验分析,即可获得油/水的相关信息,确定油(水)的产出位置及对产量的贡献。
  目前RESMAN技术已在世界130多口井中使用,用户包括壳牌、BP、雪佛龙等公司。该技术可用于油田开发决策、优化完井设计、增产处理、注水策略及其他油藏管理。

大型浮式液化天然气装置(FLNG)
  浮式液化天然气生产储卸装置(FLNG)通过系泊系统定位于海上,具有开采、处理、液化、储存和装卸天然气的功能,并通过与液化天然气(LNG)船搭配使用,实现海上气田开采和天然气运输。与相同规模的岸上LNG工厂相比,FLNG投资减少20%,建设工期缩短25%。未来5年全球将产生4~7艘FLNG订单。
  经过几十年的发展,FLNG已从概念设计进入实际建造阶段,取得了四个方面的研究成果:一是液化装置要求工艺流程紧凑,增加材料设计强度,减少设备占用空间,同时满足安全需要,工艺流程要适应原料气的变化和生产天数,单循环混合制冷剂工艺和双循环混合制冷剂工艺均具有较好的浮式条件适用性;二是机械设备实现了高度集成化和模块化,增加了灵活性和可靠性;三是装载方式主要分为装载臂式和软管式,其中适用于深海的软管式装载方式被证实可用于FLNG;四是研发了多种储存技术,如混凝土储罐、球形罐、薄膜罐、棱型罐等。

管道智能防腐涂料
  常用的管道涂层自我修复方法是对热固性树脂进行微封装,这些微胶囊随着其内部热固化性树脂的催化剂逐步扩散到涂层里,涂层被破坏时,损伤部位的胶囊破裂,随着热固性树脂逐渐流入损伤区,也就启动了该树脂固化类催化剂。该催化剂必须具备长达数年的化学稳定性,绝对不能与原涂层树脂反应。
  美国Battelle公司开发了一种具有自我修复功能的智能涂层,该涂层的胶囊没有使用常用的热固性树脂,而是采用热塑性树脂进行封装。损伤发生时,胶囊破裂,树脂流出并进入裂纹。与热固性树脂不同的是,热塑性树脂不需要催化剂反应即可愈合涂层,解决了与涂层催化剂的稳定性和兼容性问题。除了可以改善愈合的特性外,智能涂层还采用了损伤指标化合物。当铝或钢发生腐蚀时,这种复杂的化合物在紫外线照射下发出荧光,从而可以通过手持的紫外线灯对腐蚀情况进行检查。
  目前已测试了可作为热塑性愈合树脂的两种化合物,低聚物具有较低的黏度以及对裂缝更好的填充效果,改善后的愈合剂可减少暴露于腐蚀环境的腐蚀状况。

介孔分子筛技术拓开“分子大道”
  目前用在90%炼油工艺中的沸石催化剂都仅有小于1纳米的小孔,这些小孔只能让一部分而不是全部原料分子都转化为较小的高价值烃分子。美国Rive技术公司开发了一种专有的“分子大道”(Molecular Highway)介孔分子筛技术,从根本上解决了这个问题,改善了传质效率。
  分子大道技术把一些介孔引进到已经工业应用的Y 型沸石(催化剂)中,可使分子筛拥有约4纳米孔径、0.15立方厘米/克孔体积的介孔,在催化裂化催化剂中时,能大大提高原料油在催化裂化过程中的转化率,提高运输燃料的收率,降低非目的产品如气体、重循环油和焦炭的产率。
  使用分子大道技术,中等规模的标准炼厂可年增经济效益3500万~4500 万美元,若将该技术用到全球240座目标炼厂,每年的经济效益将达100 亿美元以上。除了用于催化裂化装置外,Rive 公司还把该技术用在炼厂其他工艺(如加氢裂化)和石油化工工艺与生物燃料工艺以及气体分离工艺装置中。Rive 公司这项创新技术获得2013 年美国Kirkpatrick化学工程创新荣誉大奖。

一步法甲烷制乙烯技术
  通常甲烷氧化耦合技术只能在高温下进行反应,但美国Siluria技术公司采用一步法甲烷制乙烯工艺,工艺核心是该公司研发的纳米级催化剂,可在低于常规蒸汽裂解所需的温度下将甲烷直接转化成乙烯,具有里程碑意义。
  该催化剂合成过程是在遗传改性的噬菌体表面使用蛋白质,作为催化剂材料不断增长的纳米线晶核形成的活性中心,通过在工程化生物学模板上使催化剂纳米线增长,可得到特定的结晶体结构和表面形态学,而不会形成该材料的常规结晶。新的结晶结构可使具有独特性质的催化剂活性中心增多,这种独特性质对经济可行的甲烷制乙烯技术所需的选择性和产率至关重要。该催化剂是含有过渡金属的专有金属氧化物,其设计应用可与现有的石化工业基础设施相匹配。
  Siluria技术公司计划用其开发的甲烷制乙烯新技术建设工业示范装置,该装置每年将生产数十万加仑乙烯,这将是世界上用甲烷直接转化不通过多个工艺步骤生产化学品技术的首个工业示范装置。

低成本捕集二氧化碳新工艺
  美国SRI公司开发了一种用氨/混合盐的混合物捕集工业烟气中二氧化碳的新工艺,每一摩尔氨可脱除一摩尔二氧化碳,但要使该工艺有效,需要把烟气冷却到10℃,这种方案能耗很大,成本很高。
  SRI公司开发的新工艺是把烟气从塔底部注入吸收塔中,使其与铵和碳酸钾水溶液在20℃~40℃接触,碳酸钾的夹渣可以降低吸收塔中的蒸汽压,滞留较多的氨,可以强化吸收速率。新工艺吸收速率是冷氨工艺的5 倍。由于较多的碳酸钾滞留在塔的底部,所以主要吸收反应出现在塔底。被吸收的二氧化碳从工艺再生塔中在120℃和2~4兆帕压力下释放出来,其性质有助于提高原油采收率。新工艺的创新点在于应用了氨/混合盐的混合物,对二氧化碳具有较强的吸收性,吸收反应的产物受热易分解,且分解产物中的氨可以循环利用,提高了氨水的利用率,降低了生产成本,切合了节能减排的主旨。新工艺的生产成本比目前采用的胺法二氧化碳吸收法低50%,目前计划建设0.1兆瓦的示范装置。

(文|中国石油集团经济技术研究院科技研究所)

本文地址:http://wu2007.cn/post/2014/563.html
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