權威發布：革新油氣行業的10大技術
2024-04-07
自1999年以來，發展緩慢的石油和天然氣行業設法將產量從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“容易被發現的石油”都已被發現，但此后產量還是繼續增長。
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，這是大多數人都沒有想的。這包括北美致密油氣田、深水行業的興起，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年見證了該行業技術發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? 國際石油工程師協會(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國所做的貢獻。
非常規油氣產量的空前增長始于美國，如今已經擴展到加拿大、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，現代水力壓裂技術的出現導致了地面和地下技術的寒武紀大爆發，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，而現在一些人認為這是“超深水”的門檻，而今天最強大的資產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，深水行業在全球產量中所占的份額仍相對較小，約為6%，但未來，深水行業有望持續增長。根據一些預測，到2030年，深水行業的產量可能超過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展自動鉆井，盡管進展并不像大多數人預期的那樣呈線性增長，但如今已取得突破發展。
▲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
油氣行業將先進的自動化軟件與現有的鉆機技術和控制系統相結合。除了一些原型機外，現代鉆機被認為是部分自動化的，高度監控的機器，但在大多數情況下，人工監督仍然發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，該技術可以節省幾天的時間和數百萬的鉆井活動。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行業推動的，該行業已經開始依賴它來實現裂縫動力學的高分辨率可視化。
這些數據以驚人的精度揭示了裂縫是如何在井上方數百英尺處生長，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技術的使用。
一次性纖維的出現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分析、泄漏檢測等方面，并且有可能使用光纖應變數據作為井下壓力的代表。所有這些都表明了光纖技術的持續采用和創新。
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現，這包括直到2006年才被發現的巴西鹽下儲層。如今，鹽下儲層的產量占巴西350萬桶/日產量的大部分，如果沒有一系列關鍵的改進，這些產量可能永遠不會常出現。
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，這些技術的發展使作業者能夠克服與復雜地質成像相關的許多最大挑戰。許多其他新發現都歸功于先進算法和計算技術的結合，在過去十年中，通過將處理地震數據所需的時間從幾個月大幅減少到幾周或幾天，實現了該行業的里程碑式發展。
利用海底節點的4D 地震技術，通過揭示儲層年復一年的生產剖面變化，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測（PRM），其中包括在海床上鋪設數百英里的光纖電纜和聲學接收器，使其成為業界最大的數據采集系統。
6. 高級斷裂建模
現代水力壓裂技術的興起帶來了許多發展，其中之一是裂縫建模發生了重大變化。這一發展的影響很難量化，但它使該行業超越了最初為傳統巖石設計的軟件代碼所施加的限制。頁巖革命的發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絡。隨著模型的改進和可信度的提高，它們提高了作業者在運行數據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，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，這些都是項目結果的重要決定因素。
7. 旋轉導向系統（RSS）
上世紀90年代末，RSS技術被引入石油和天然氣行業，但由于可靠性問題，它的應用受到了阻礙。然而，該行業已經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展。
雖然絕大多數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已經越來越多地取代了傳統定向組件的使用。據估計，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的關鍵推動因素，它允許辦公室的一名鉆井人員同時監督多臺鉆機的作業。RSS也被認為是進一步實現自動化鉆井的關鍵組成部分。
8. 射孔
“更多的沙子和水”可以概括為非常規部門在提高生產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▲超聲圖像顯示增產后沿套管頂部的射孔線
在過去十年中，行業的努力使作業者能夠確定射孔尺寸、射孔方向和每個斷裂階段的射孔數量等最佳參數。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量。
9. 儲層表征
要想在這個行業取得成功，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，我們已經看到了許多值得注意的發展，這些發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，這種技術已經發展到更快、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出層數，從而幫助確定井距。最近的其他突破包括機器學習模型，該模型可以根據泥漿氣體數據進行氣/油比實時預測，這是目前海上主要使用的一項創新。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領域重新引起了人們的興趣，作為確定實際生產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)技術確實體現了該行業突破極限的能力，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。
在俄羅斯遠東地區開創的ERD技術現在已經被中東地區所接受，特別是在卡塔爾、沙特阿拉伯和阿聯酋。2022年，阿聯酋ADNOC公司以一口5萬英尺(9.4英里)長的井創造了新的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、持續使用近3周的電池以及有限進入增產技術。
如果沒有這些技術，該行業將很難維持全球供應或增加全球供應。未來25 年油氣行業十大革新技術榜單中又將出現哪些技術呢？或許，屆時人工智能已經成熟，成為所有業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在該榜單中，包括大規模碳封存、增強型地熱系統、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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