全球油气勘探开发生产新技术及应对策略.docx
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全球油气勘探开发生产新技术及应对策略
全球油气勘探开发
生产新技术及应对策略
1前言
技术创新也是应对低油价的有效利器，新技术不仅可以降低成本，同时可以减少环境污染。
跨国石油公司注重技术创新的重要性。
壳牌提出，在其深水项目当中，急需新的技术来降低开采成本，而这些技术的研发需要合作来完成。
Exxon-Mobil提出，创新是企业成功的源泉，研究工作有助于创新，但做到持续的投入研究并不容易。
Exxon通过近年来的技术研发取得了很大的成功，目前的钻井速度相比于十年前提高了80%，由此带来近20亿美元的利润。
Total表示，在技术创新的帮助下，巴西的深水项目能够和美国的页岩油气一样具备盈利能力，桶油成本能够控制到20美元。
随着油气资源勘探开发愈发困难，创新性在降本增效的工作中显得愈发重要。
同时，业务需求和先进技术也愈发重要，它们能够推动变革，在油气生产、作业一体化、智能油田、非常规油田开发和提高油田采收率的过程中，降低能源强度。
开发新技术在油气行业发展中所扮演着重要的角色，如何利用技术克服油气勘探、开发以及商业化过程中的诸多问题是行业面对的难题。
2地球科学新技术
2.1技术协同的运用
壳牌的Rob透露，他们开发了独有的正演和优化平台，该平台集中了含括油藏物理、开发地质、油藏工程等技术人员，利用地质信息高精度油藏建模，并与工程人员确定最优开发方案。
如图1所示，西班牙Repsol公司将层序地质和地震结合的一个例子，可以更好地理解沉积作用和成岩作用对大尺度碳酸盐岩储层性质的影响，最终可降低储层表征的不确定性。
其具体思路是：
首先建立起盆地级别的地质模型，然后根据经验性的规律进行成岩作用的正演，最后将更新后的地质模型进行正演，来分析成岩作用在地震数据上的响应。
该思路可以半定量地分析碳酸盐岩演化过程在地震数据上的表征，如图2所示。
图1：
壳牌协同工作平台示意图
。
图2：
层序地层学建模+地震正演分析碳酸盐岩的演化。
2.2沙特阿美公司的地球物理技术进展
采集方面：
在陆地上，近地表沉积层的复杂地形和非均质性导致了近地表面波及其多次波的严重散射，克服这一挑战的关键是高通道数和高生产率采集技术（HCHP）。
在海洋中，面对环境敏感区域（如水深变化剧烈的复杂海底）的挑战，沙特阿美探索创新的方法是：
借助于先进传感器和导航系统对地震技术做了基准测试。
成像方面：
低幅构造需要精确的近地表模型，沙特阿美采用地震和非震（重磁电）综合的方法提高速度建模精度。
对于地震分辨率问题，沙特阿美发展了针对单传感器地震资料的新处理流程，可以很大地拓展信号的带宽。
关于盐下成像，在深水勘探中利用三维宽方位海洋数据进行各向异性全波形反演（FWI），用FWI得到的速度模型进行各向异性逆时偏移，可验证FWI的结果、生成深度域成像；发展了新的最小二乘逆时偏移算法，该算法结合了波场分解方法，可以获得比常规最小二乘逆时偏移方法更清晰的深度域成像；综合VSP资料与地面地震资料获取精确的速度模型，用于叠前深度偏移成像和孔隙压力估计。
关于多次波压制，沙特阿美发展了很多以模型和数据驱动的创新技术，如成像驱动的层间多次波去除方法。
散射面波可用于开展对近地表非均质体的处理，散射面波在许多地震应用中被看作噪声，然而当其与接近垂直入射的体波联合应用时，可以提供近地表的最优照明和波数覆盖。
大会交流中作者提出一种基于局部斜率估计的从体波反射中分离散射面波的方法，进而用分离出的散射面波进行弹性逆时偏移，以对近地表非均质体成像。
该方法通过方向可控滤波器从地震数据中有效地估计局部斜率。
在模拟和实际地震数据的测试中证明了该方法相比于常规方法的优越性。
2.3岩石物理技术
孔隙结构方面的研究进展。
针对西澳大利亚Shark湾HamelinPool叠层石、砾石滩的孔隙结构和岩石物理特征，通过一系列的实验室分析研究微生物岩的岩石物理特征和孔隙结构。
用从叠层石、砾石滩中的岩心取样测量孔隙度、渗透率、超声速度和电阻率。
测试发现其具有很高的孔隙度和渗透率；对于任何确定的孔隙度，测量的超声速度有大的变化范围，数字成像分析表明该变化主要是受孔隙网络的复杂性和孔隙尺度控制。
由电阻率确定的胶结因子变化范围较小，可以为微生物碳酸盐岩相的油水饱和度估计提供更精确的结果。
利用“大数据”孔隙尺度成像进行纳米毛细管压力的测量。
该研究通过在实验室对二维、三维储层岩石样品成像来测量毛细管压力。
对几块白垩纪砂岩、灰岩、白云岩和页岩样品进行了成像和测试，结果表明，通过成像技术成功地实现了对非常规致密碳酸盐岩和页岩样品的纳米毛细管压力的测量。
测量方法快速、廉价、详细且稳定。
被动地震技术用于确定含气储层：
以Thrace盆地（土耳其西北部）为例,该研究聚焦于低频被动地震方法在Thrace盆地一个含气储层中的应用。
采用三分量宽频带地震检波器采集野外数据，利用不同的方法（时频分析、H/V谱比法、高分辨率频率-波数分析等）分析记录数据的极化、视速度和波前方位，以获得储层的位置、边界和特征。
由于该技术实现快速、成本低廉，其结果可应用于潜在的油气田。
2.4油藏建模
根据野外露头更好地校准和约束油藏模型。
该工作流程的第一个步骤是利用小型无人机采集三维摄影测量数据、获取野外沉积剖面，这些数据可用于建立连续的露头模式。
进而按照通常研究地下储层的方法对这些数据进行处理，可为完成后续的地质统计学建模步骤提供更好的量化输入参数，然后再进行地震或流体模拟。
该工作流程应用于西班牙北部一个浊积碳酸盐岩储层，可以较好地规范建模当中参数的选择。
德国贝克休斯公司提供了在最新随钻测井（LWD）地层测试和采样服务中得到的数据，显示在钻井的同时可实时和近于实时地得到哪些信息，以及这些信息如何与其他服务得到的信息相结合用于提高对地下的认识。
在交流中作者提到，2011年部署了随钻测井地层测试和采样服务的首个原型，从那时起已进行过多次现场作业并不断地改进服务。
当前的装置可采集多达16个高质量的单相井下样品用于实验室内详细分析。
将装置置于井下，可就地测量从地层中泵出的流体的温度、压力、密度、粘度、声速和折射率。
此外可根据实测的数据推测抗压强度和流动性并估算气油比（GOR）。
对传感器响应进行整合后可识别流体类型，即，原油、天然气、水或泥浆。
在2016年底，装置中加入了分光计，可观察流体真实的化学组分。
另外可选择测试地下温度-压力-体积，得出泡点信息。
沙特阿拉伯法赫德国王石油和矿物大学开展使用多种变量（包括静态杨氏模量、体积密度、压缩波速和剪切波速）来精确预测出岩石的无侧限抗压强度的研究项目。
精确预测岩石无侧限抗压强度，可帮助有效控制严重的钻井问题（如井壁坍塌、填埋、出砂和井筒缩径）。
在研究过程中，作者使用了多种人工智能技术，包括支持向量机、自适应神经模糊推理系统和人工神经网络，以开发出最佳的优化模型。
伊朗达纳能源公司认为在岩盐地层中钻井时，需要认识到岩盐的两种特殊属性（也就是其蠕变性和高溶解性），并予以综合考虑。
岩盐是一种粘性物质，在正常情况下具有一定的弹性，但在含有游离水、高温、围压和应力差的情况下，岩盐具有蠕变倾向。
蠕变是岩盐最独特且最难对付的一个特征，蠕变会造成卡钻、井筒失稳，并最终导致钻井期间的冲击和振动。
高分辨率地震资料采集、处理和解释技术可有效提高浅层气诊断的可靠性。
此外，还推荐使用历史井数据、浅层盖岩的地质概率、回流泥浆中的气体含量读数和勘测数据。
技术创新方面多学科的融合是一个共识，石油勘探开发是一个系统工程，任何一项工作如果孤立起来开展必然带来更多的不确定性。
而在具体的技术创新细节层面，主要是围绕地球物理和工程技术应用展开交流，例如高精度的建模（FWI）和成像技术，层间多次波去除技术、岩石物理（孔隙结构）、微地震、油藏建模等，很多技术经过多年的基础研究已经开始逐渐在生产中应用，并在降本增效的工作当中发挥其优势和作用。
工程技术进展主要围绕工程安全角度随钻测井、岩石力学计算以及工程甜点等方面内容。
值得一提的是，人工智能技术在工程上的应用，说明了AI技术在各行各业应用空间的广泛。
3正在开发的油气勘探开发生产新技术
3.1高气油比井ESP举升技术
土耳其E&P公司首选人工举升系统是电动潜水泵（ESP），因为它们提供了比其他人工举升系统的操作优势，包括但并不局限于它们的灵活性可以适应各种各样的动态流动井的寿命，它们是安全可靠的系统，平均运行时间超过36个月。
然而，都知道ESP系统具有研磨流体的局限性，低含水高气油比（GOR）生产井的气锁问题，但是最近的技术改进帮助克服了这些局限性。
土耳其东南部的Bahar油田在高气油比的饱和轻油油藏中于2012年开始生产是不同寻常的。
在经历了一段时期的生产之后，随着油藏压力的下降，生产井开始塞流并周期性地死亡，需要用一个擦拭设备来冲开，恢复生产。
高的气油比和泡点压力使得在这个领域应用人工提升系统是有困难的。
这篇论文介绍了Bahar油田为了优化生产应用电潜泵ESP所面临的挑战，以及在电潜泵ESP技术发展的帮助下，如何克服这些困难。
本文论述了对井下设备配置加以不同的操作参数的各种选择的设计模拟，并结合实例进行了分析。
图3：
利用EPR进行举升的效果图。
3.2常规与致密油藏中水指进预防技术
伊朗Shiraz大学研究表明，在一个油藏中有薄水层存在，而且在生产机制依赖水的情况下，水锥进现象变得更加明显。
在这一现象中，水相以锥形的形式向生产井移动。
当水锥到达井时，含水率就会立即增加。
高含水对整体采收率有负面影响，并造成额外的压力下降。
这也会导致腐蚀、环境、水处理成本问题，最终加速弃井。
到目前为止，已经提出了几种方法和技术对付水锥进，本文使用模拟方法比较了凝胶注入、油屏障和DWS方法的有效性。
同时还考虑了每个方法中的变量，这些变量可能会改变方法的有效性，在Eclipse模拟器的帮助下，确定每个方法最有效和最适用的组合。
结果表明，更分散的凝胶和更少的注入间隔可以改善凝胶注入和油屏障的效率。
然而，这些方法都有注入压力的限制。
DWS效率随着产水量的增加而提高，但局限于井底压力和反向锥进。
DWS和凝胶注入分别在传统的和致密的储层中是最有效的对付水锥进的方法，如图4（a）、（b）所示。
（a）常规油藏含水变化
（b）致密油藏含水变化
图4：
DWS和凝胶注入在防止底水锥进中的作用。
3.3非常规油藏干式加热提高采收率
科威特科学研究院对Eocene-Wafra重油油藏（17-21°API）用传统的方法进行了非常规干加热以提高采收率的研究。
该白云岩储层有大量的重油，原始采收率为3%，是蒸汽采收率的候选。
然而，目前的高品质蒸汽回收活动正面临着严峻的技术挑战，如生产成本高、产量低、注入的淡水供应有限，这使得其他非常规的提高采收率计划更具吸引力。
这个研究将有助于获取在一个有真正的始新世的死油样本合成的储层介质上的用干加热方法提高采收率的机理。
该研究的主要目的是利用干燥的热量来寻找最佳的采收率，而不是采用传统的低效的和有限的供应水蒸汽的方法来提高采收率。
另一个目标是预测在几种温度下基于粘度降低的重油采收率情况。
此外，还研究了铜和铁加热元素对石油采收率的影响。
最后，研究了逐步升高的温度对采出石油品质的影响，如密度和成分。
对20个储层样品进行了干燥加热，使油和水同时提取。
分馏液体被收集到以体积计量的玻璃器皿中。
非常规的干热法使油藏的注水达到零。
几个设计的常规温度如下：
油藏温度25摄氏度，早期蒸汽条件100摄氏度，过饱和蒸汽200摄氏度，工业蒸汽极限300摄氏度。
此外，在数量和质量方面，也有一些相关的采收率变量，如：
金属棒的类型、金属棒的直径、恢复时间和密度的提升。
在重复的物理实验中，最优采收率高达70%。
此外，在原油的时间、温度和原油质量方面，对采收率剖面的结论确定了铜回收效率的优先选择。
（a）不同温度采出程度
（b）不同方法净现值
图5：
干式加热提高采收率效果对比分析。
4老油田提高采收率技术
世界上现存的常规储量中，有70%以上处于已投产的油田中。
目前，亟须发展先进技术最大限度实现采收率的提高。
本会议论坛结合实际的例子，说明如何将“改进型石油采收率技术”和“提高石油采收率技术”与新的油藏管理技术相结合，如何以成本效益为前提，运用管理方法和技术，优化生产，完成钻井、侧钻作业，保障设备供应，以提高油田的采收率及管理效率。
本次大会主要讨论了水驱、化学驱、纳米提高采收率和太阳能等四方面的技术。
4.1基于Bang-Bang控制的注水优化技术
斯伦贝谢引入Bang-Bang控制理论，研究认识到水驱油藏利用注入与生产的开关控制可以提高采收率。
Bang-Bang控制理论原理类似于恒温箱（即温度低于某值时开关打开，而当温度升至上限值时开关关闭），开关控制可以通过应用最佳控制理论（基于梯度方程）简单地切换井或阀。
在这项研究中将Bang-Bang理论扩展到包含软地层的地质因素，当流体流入或流出时能够观察到地层的沉降或隆起。
在这项研究中结合应用了强大的商业优化和不确定性/敏感性分析软件以及全物理商业模拟器，以模拟不同地质力学特征的主要类型油藏现象，说明其意义和Bang-Bang控制的适用性。
两模拟模型如图6（a）、（b）所示。
（a）模型1：
21X21X11，1注1采
（b）模型2：
9X9X3，4注1采
图6:
设计模型用于验证Bang-Bang理论的适用性。
4.2水驱油藏井间连通映射与生产优化技术
土耳其石油最近开发了将电阻电容模型（CRM）的功效性与经验模型易用性相结合的特征与优化工作流，并将其用于土耳其碳酸盐岩油藏水驱提高采收率研究中。
CRM只使用产量和压力数据，通过非线性信号处理方法将注入信号转换为生产响应，并在一个外围水驱油藏中得以实施，用于表征井间连通性。
权重系数（连通性）和时间常数用于模拟井间流体流动情况。
目前，单井同产液量拟合误差小于10%。
为了拟合产油历史，将CRM与原油分流量经验方程相结合，仅通过优化注入速度就可提高35%的项目经济效益。
研究表明，CRM与原油分流量经验方程相结合，成为快速有效的表征工具。
研究的最重要成果之一，提出了实时优化的经济效益优势。
4.3非均相复合驱技术
中石化胜利孤岛油田ZYQNg3油藏具有高含水、高采出程度和高度非均质的特点。
研发的B-PPG可用于深度调剖和驱油，据此形成了由B-PPG、聚合物和表活剂协同的非均相复合驱技术。
室内实验研究表明，相对于聚合物驱，非均相复合驱技术波及效率与驱油效率更高，能够满足聚合物驱油藏开发需求。
在水驱、聚合物驱及后续水驱后，胜利油田基于该技术开展了15注10采的先导试验，现场效果很好，见图7（a）、（b）：
日产油从3.3t/d增加到79t/d，含水从98.2%降到81.3%，阶段提高采收率达到6.62%，预计最终采收率可达63.6%（OOIP）。
（a）非均相复合驱室内驱替结果
（b）先导试验实施效果
图7：
非均相复合驱应用效果分析。
4.4纳米二氧化硅基体系堵水技术
生产井含水过多会对单井经济寿命造成不利影响。
据估计，全球单井生产平均含水达75%。
为了应对生产井高含水的不利影响，沙特阿美研发了堵水用纳米二氧化硅基体系，并开展了两组室内实验，检验该体系的作用过程及耐温性能。
同时还利用高渗透性、裂缝性和蚯蚓洞式的岩心柱开展岩心驱替实验，评价该体系的驱油效果，并通过ESEM和X射线技术对比分析未处理和经化学处理的岩心柱特征。
岩心流动实验表明所有岩心柱的产出含水都显著下降。
在进行化学处理后，纳米二氧化硅体系能承受300F温度下的压差，并阻止水流经蚯蚓洞、高渗带和裂缝。
ESEM研究结果表明，二次孔隙中富含SiO2化合物，这说明岩心柱经过化学处理后一些纳米二氧化硅产物堵塞裂缝和孔隙，因此纳米二氧化硅体系能够阻止产水通过高渗带或大孔道。
该体系具有低粘度特性，不会堵塞多孔介质，且在成胶之前能够进入更深的地层中。
技术效果见图8（a）、（b）、（c）。
（a）岩心驱替实验装置
（b）堵水实验注入压力变化
（c）堵水稳定性实验
图8:
纳米二氧化硅基体系堵水技术效果分析。
4.5纳米提高采收率技术
印度的石油天然气公司和伊朗的Shiraz大学都对纳米颗粒用于原油提高采收率进行了综合研究。
对（1-100）纳米尺度上的物质精确的操作和控制，已经彻底改变了包括石油和天然气工业在内的许多行业。
它对多个学科的广泛影响，正使相关各方越来越感兴趣。
纳米技术的应用已经突破了不同的石油领域，从勘探，到油藏，钻井，完井，生产和加工和炼油。
纳米颗粒尺度小，容易在多孔介质中运移，也对储层渗透率的影响最小。
纳米颗粒提高采收率机理主要包括降低界面张力、形成乳液和多孔介质润湿性改变等。
印度油气公司综述了各种不同类型的能提高石油的采收率的纳米颗粒的概况。
“多晶硅”纳米粒子可以改变储层的润湿性，减少界面张力，从而从孔中采出更多的油。
从过渡金属氧化物中提取的纳米粒子，即:
NiO,Co3O4和Fe3O4从重油中吸附沥青，降低重油粘度，提高石油采收率。
伊朗Shiraz大学研究了不同类型、不同浓度纳米颗粒对提高采收率的影响，进一步证明纳米颗粒提高采收率的可行性。
图9：
涉及纳米尺度的相关产品
4.6太阳能热采技术
基于太阳能的热采EOR技术是当前最受欢迎的降低太阳能热增压油回收成本（VC）的技术，将太阳能代替天然气或其他化石燃料，用于加热水和蒸汽。
印度石油天然气公司基于太阳能热采EOR的经济-环境-安全-可行性（价值成本）开展研究，不仅分析了成本效益，而且比传统热采EOR更侧重于环境与安全分析。
在这个案例研究中，利用价值工程，研究了基于太阳能的热采EOR完整计划的Venezuela和Mehsana重油油藏现场开发，模拟预测了提高采收率和净现值。
研究表明，太阳能热采EOR不仅在经济上可行，而且具有环保安全的优势。
总体来说，太阳能热采EOR非常有希望使石油开采更清洁，更经济，更安全，更有效。
5应对策略
（1）世界石油理事会主席PierceRimer认为，油气行业已经发展了150年，而且在以后的100年，还将必不可少。
因为“没有能源，就没有增长，就没有动力，就没有社会进步”。
人们追求高品质的生活，能源必不可少；尤其是在全球范围内还广泛存在着能源贫困现象，帮助能源脱贫，是油气行业的义不容辞的责任。
目前，只有石油天然气能提供高效、经济可持续的能源供应。
借助于技术密集、资金密集、人才密集的行业优势，油气行业必须也一定能够负责任地、可持续的完成保证能源供应的神圣使命。
法国IFP新能源部门的主席兼CEODidierHoussin也指出，尽管替代燃料对应对气候变化化和环境问题方面是必要的，但是在今后的数十年，石油在交通运输部门的能源结构中仍占主导地位。
至2040年，既使按最乐观的情形估计，替代燃料可能减少化石燃料的用量约为1500万桶/日，占当下石油用量的15%。
（2）加强天然气资源的勘查工作及技术储备
天然气资源具有高效、环保的优势，各大石油公司对此已取得了共识，并在持续地推动天然气资源的勘探开发工作。
未来能源格局中天然气的比重将会继续增加，建议国内加强天然气资源的勘查工作，并推动相应的技术储备。
（3）加强页岩气的国际合作力度
考虑到页岩气巨大的增长潜力，建议国内利用建立积极参与沙特阿美的页岩气技术研发工作，带动进入非常规能源的工程技术服务市场，寻求页岩气勘探开发合作机会；并关注阿根廷非常规页岩气勘探开发情况，积极推介国内页岩气工程配套技术，降低开发成本，寻求机会与阿根廷开展页岩气勘探开发合作。
（4）大力推进技术创新
技术创新是降低勘探风险最直接最有效的手段之一，技术的研发需要相对宽松的环境、持续的投入、政策的引导和企业机制的配套等多方面条件。
建议国内持续关注油气开发中的新技术，特别是致密油藏中水指进预防技术和稠油油藏非常规干式加热提高采收率技术等，推动非常规和稠油油藏开发技术进步。
油气勘探开发方面，非常规油气勘探开发仍是今后一定时期的发展方向，建议加强学习国外先进技术，提高自主研发和技术攻关能力。
国内在提高采收率技术方面处于国际先进水平，建议积极探索纳米技术、可再生能源技术在提高采收率方面的应用。
（5）做好技术储备
在当前低油价、高环保的大环境下，国内需要跟上国外研究步伐，探索研究可再生清洁能源，做好技术储备，积极应对油价和环保对企业的影响。
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