项颠覆性勘探开发新技术

1、2020项颠覆性项颠覆性石油勘探开发新技术石油勘探开发新技术李宗田李宗田中国石化石油勘探开发研究院中国石化石油勘探开发研究院20142014年年1212月月前前 言言 石油观察网讯石油观察网讯 ： 当今世界油气勘探开发正面对着自然当今世界油气勘探开发正面对着自然环境恶化、资源品质劣化、油气目标复杂化、安全环保环境恶化、资源品质劣化、油气目标复杂化、安全环保严格化和能源结构多元化的严峻挑战，越来越多的人们严格化和能源结构多元化的严峻挑战，越来越多的人们把油气资源的发现和产量的增加寄希望于技术的革命，把油气资源的发现和产量的增加寄希望于技术的革命，特别是页岩气、致密油等非常规油气资源以及深水资源特

2、别是页岩气、致密油等非常规油气资源以及深水资源的勘探开发，使新技术、新方法、新装备、新工具得到的勘探开发，使新技术、新方法、新装备、新工具得到急速发展，许多高端技术如雨后春笋般涌现出来，出现急速发展，许多高端技术如雨后春笋般涌现出来，出现的一些前沿技术令人感叹。的一些前沿技术令人感叹。PG无无页岩气的大规模开发，引发了公众对水力压裂技术在水资源利用及环页岩气的大规模开发，引发了公众对水力压裂技术在水资源利用及环境保护方面越来越多的不满和质疑，这一问题已经成为制约页岩气等非常境保护方面越来越多的不满和质疑，这一问题已经成为制约页岩气等非常规油气资源开发的瓶颈。为此，加拿大规油气资源开发的瓶颈。为

3、此，加拿大Casfrac能源服务公司推出一项无水能源服务公司推出一项无水压裂技术压裂技术液化石油气液化石油气( LPG)压裂技术，以解决人们的疑虑。该技术在压裂技术，以解决人们的疑虑。该技术在2011年世界页岩气大会上获得首次设立的年度年世界页岩气大会上获得首次设立的年度“世界页岩气奖世界页岩气奖”之后，之后，2012年又获得美国年又获得美国勘探与生产勘探与生产(E&P)杂志评选的增产技术创新奖。杂志评选的增产技术创新奖。1、LPG无水压裂技术无水压裂技术米纳米材料压裂技术是指用纳米压裂球替代常规压裂球进行多级压裂作业的技术，它有助于在恶劣条件下经济有效的开发石油资源，降低压裂成本。目

4、前，很多石油公司和技术服务公司实施了纳米技术研发计划，如贝克休斯、康菲、壳牌、沙特阿美、雪佛龙等。2、纳米材料压裂技术、纳米材料压裂技术3、井下气体压缩技术、井下气体压缩技术气井开采一般采用地面压缩技术，地面压缩技术要求压缩气井开采一般采用地面压缩技术，地面压缩技术要求压缩机必须靠近气井，但是对于海上的气井来说，这是很难达机必须靠近气井，但是对于海上的气井来说，这是很难达到的，而且对于深海气井，压缩机性能要求较高，即使功到的，而且对于深海气井，压缩机性能要求较高，即使功率、压缩能力等能达到海上气井的要求，压缩机的安置运率、压缩能力等能达到海上气井的要求，压缩机的安置运行、设备维护等方面的投资也

5、比较大。于是，人们开发了行、设备维护等方面的投资也比较大。于是，人们开发了一项新的提高气井生产能力的人工举升技术一项新的提高气井生产能力的人工举升技术井下气体井下气体压缩技术压缩技术( DownholeGaSCompressor)。4、天然气水合物开采技术、天然气水合物开采技术天然气水合物（可燃冰）是一种地球上尚未商业化开采的新能天然气水合物（可燃冰）是一种地球上尚未商业化开采的新能源，资源量十分丰富，据估算全球资源总量约为源，资源量十分丰富，据估算全球资源总量约为2.1106m3，相当于，相当于全球已探明传统化石能源总量的全球已探明传统化石能源总量的2倍左右，主要分布在美国阿拉斯加北倍左右，

6、主要分布在美国阿拉斯加北坡、加拿大北极、墨西哥湾北部、日本南海海槽和中国南海等区域。坡、加拿大北极、墨西哥湾北部、日本南海海槽和中国南海等区域。目前已有目前已有30多个国家和地区开展了天然气水合物的开发研究。多个国家和地区开展了天然气水合物的开发研究。2012年美国、日本等国合作在阿拉斯加北坡年美国、日本等国合作在阿拉斯加北坡进行进行了了水合物开采试验。水合物开采试验。2013年年3月月日本在其日本在其近海近海海域的水合物开采试验采用降压海域的水合物开采试验采用降压法法和和二氧化碳置换法取得成功。二氧化碳置换法取得成功。4、天然气水合物开采技术、天然气水合物开采技术5、建立海底工厂技术、建立海

7、底工厂技术海洋油气资源，特别是深水油气资源是未来能源的主要来源之一，现已海洋油气资源，特别是深水油气资源是未来能源的主要来源之一，现已成为世界各国争相开发的重要领域。建立海底工厂系统将在其中扮演着成为世界各国争相开发的重要领域。建立海底工厂系统将在其中扮演着重要角色。重要角色。海底工厂主要由四部分组成：海底增压系统、海底气体压缩系统、海底工厂主要由四部分组成：海底增压系统、海底气体压缩系统、海底分离与产出水回注系统、未净化海水输送系统（图）。其中最前沿海底分离与产出水回注系统、未净化海水输送系统（图）。其中最前沿和最核心的技术是油气井采出流体的海底增压和分离技术，其成功实施和最核心的技术是油气

8、井采出流体的海底增压和分离技术，其成功实施能够提高油气最终采收率，减少海面处理设备昀投入，减少对环境的破能够提高油气最终采收率，减少海面处理设备昀投入，减少对环境的破坏，在海底进行水和砂的处理，从而提高海洋油气田的经济效益。坏，在海底进行水和砂的处理，从而提高海洋油气田的经济效益。6、宽频地震勘探技术、宽频地震勘探技术 宽频地震勘探技术是实现高精度地震勘探的重要方法之一，能够获得薄层和小型沉宽频地震勘探技术是实现高精度地震勘探的重要方法之一，能够获得薄层和小型沉积圈闭的高分辨率图像，并实现深部目标体的清晰显示，提供更多的地层结构及细节信积圈闭的高分辨率图像，并实现深部目标体的清晰显示，提供更多

9、的地层结构及细节信息，提高地震资料的解释水平，同时提供更加稳定的反演结果，有利于更快、更准确地息，提高地震资料的解释水平，同时提供更加稳定的反演结果，有利于更快、更准确地自动拾取层位，甚至可以用来指导岩性和流体的直接检测。西方地球物理公司、自动拾取层位，甚至可以用来指导岩性和流体的直接检测。西方地球物理公司、CGC等等多家公司相继推出宽频地震采集与处理技术，并已经在全球很多地区进行了应用。多家公司相继推出宽频地震采集与处理技术，并已经在全球很多地区进行了应用。要获得宽频谱的地震信息，可以在震源激发时尽可能产生较宽的频谱，还可以在接要获得宽频谱的地震信息，可以在震源激发时尽可能产生较宽的频谱，还

10、可以在接收和数据处理过程中尽量保持宽频信息。收和数据处理过程中尽量保持宽频信息。在陆上地震数据采集中，对于可控震在陆上地震数据采集中，对于可控震源进行适当设计，定制扫描，激发低源进行适当设计，定制扫描，激发低频信号，利用检波器能够记录低于频信号，利用检波器能够记录低于2Hz的低频信息。在海上数据采集中，可的低频信息。在海上数据采集中，可通过对拖缆的不同布设方式，如变缆通过对拖缆的不同布设方式，如变缆深采集、上缆与下缆采集方法获得宽深采集、上缆与下缆采集方法获得宽频信息。频信息。7、百万道地震采集技术、百万道地震采集技术为更好地勘探更深、更复杂、更致密的岩石系统中的储为更好地勘探更深、更复杂、更

11、致密的岩石系统中的储层，油气公司一直期盼地震数据质量有更大的跨越。地震层，油气公司一直期盼地震数据质量有更大的跨越。地震勘探逐渐向着更高密度、更多道数发展，尤其陆上地震勘勘探逐渐向着更高密度、更多道数发展，尤其陆上地震勘探，开发百万道陆上地震采集系统，实现大道数地震数据探，开发百万道陆上地震采集系统，实现大道数地震数据采集是未来地震采集的主要发展方向和重大目标。采集是未来地震采集的主要发展方向和重大目标。8、全波形反演技术、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

12、节信息的潜力。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。油气勘探复杂程度的加深，全波形反演技术将成为改善成像效果、油气勘探复杂程度的加深，全波形反演技术将成为改善成像效果、完善速度模型的主要手段，为区域深部构造成像及演化分析、浅表层完善速度模型的主要手段，为区域深部构造成像及演化分析、浅表层环境调查、宏观速度场建模与成像、岩性参数反演提供有力支撑，但环境调查、宏观速度场建模与成像、岩性参数反演提供有力支撑，但由于其计算量大、算法不稳定等因素，给实际应用带来了许多困难，由于其计算量大、算法不稳定等因素，给实际应用带来了许多困难，一直未能广泛投入商业化应用。一直未能广泛投入商业化

13、应用。9、光纤地震采集技术、光纤地震采集技术9、光纤地震采集技术、光纤地震采集技术 对于大型油藏，应用四维地震进行永久性测量是直接提供油藏流体及油对于大型油藏，应用四维地震进行永久性测量是直接提供油藏流体及油藏体积连通性图像的重要途光纤采集系统，现已完成野外试验。藏体积连通性图像的重要途光纤采集系统，现已完成野外试验。 用四维地震监测油藏，光纤地震系统不仅具有成本和性能优势，而且解决用四维地震监测油藏，光纤地震系统不仅具有成本和性能优势，而且解决了电子系统的不稳定运行等问题，更适用于大型排列的永久性海底油藏监测。了电子系统的不稳定运行等问题，更适用于大型排列的永久性海底油藏监测。与拖缆、海底电

14、缆、海底节点等技术相比，用光纤系统进行永久油藏监测具与拖缆、海底电缆、海底节点等技术相比，用光纤系统进行永久油藏监测具有更好的耦合效果，降低有更好的耦合效果，降低噪声，减少声波在水中的单程噪声，减少声波在水中的单程旅行路径；受天气、水流影响旅行路径；受天气、水流影响小，灵活性更高；只需动用一小，灵活性更高；只需动用一次地震船，有效降低重复勘探次地震船，有效降低重复勘探成本等。成本等。10、海底节点地震勘探技、海底节点地震勘探技10、海底节点地震勘探技术、海底节点地震勘探技术目前海底地震数据采集主要有海底电缆目前海底地震数据采集主要有海底电缆(OBC)采集、海底节点采集、海底节点(OBN)采集采

15、集两种方式，其中海底电缆数据采集作业受到海底地形限制，海底节点地震两种方式，其中海底电缆数据采集作业受到海底地形限制，海底节点地震系统则具有较高的灵活性，系统布设系统则具有较高的灵活性，系统布设、回收更加方便，并能够获得全方、回收更加方便，并能够获得全方位保真数据，提高地震成像质量，位保真数据，提高地震成像质量，提高四维勘探的可重复性，改善油提高四维勘探的可重复性，改善油藏监测结果，受到石油公司的高度藏监测结果，受到石油公司的高度重视。重视。11、岩性扫描测井技术、岩性扫描测井技术 现今油藏复杂性不断增加，要求准确了解现今油藏复杂性不断增加，要求准确了解地层组分和矿物含量，特别是非常规油气藏，

16、地层组分和矿物含量，特别是非常规油气藏，定量测量矿物和有机碳含量对资源评价至关重定量测量矿物和有机碳含量对资源评价至关重要。岩性扫描仪器是一种新的地球化学能谱测要。岩性扫描仪器是一种新的地球化学能谱测井仪，结合了非弹性和俘获伽马能谱测量的优井仪，结合了非弹性和俘获伽马能谱测量的优点，为详细描述复杂油藏提供了重要手段。点，为详细描述复杂油藏提供了重要手段。12、三维流体采样和压力测试技术、三维流体采样和压力测试技术对于低渗、未压实、含高黏度流体的地层或流体饱和压力接对于低渗、未压实、含高黏度流体的地层或流体饱和压力接近储层压力的地层，地层压力测试与流体采样面临着诸多技近储层压力的地层，地层压力测

17、试与流体采样面临着诸多技术挑战。斯伦贝谢公司新推出的三维流体采样和压力测试器术挑战。斯伦贝谢公司新推出的三维流体采样和压力测试器解决了上述难题。该仪器不仅能够在极低渗透率地层完成压解决了上述难题。该仪器不仅能够在极低渗透率地层完成压力测试和流体采样，还大力测试和流体采样，还大幅降低了压力测试和流体幅降低了压力测试和流体采样时间，降低了作业风采样时间，降低了作业风险和成本。险和成本。13、示踪剂智能化技术、示踪剂智能化技术14、钻井远程专家支持中心、钻井远程专家支持中心 随着钻井提速、提效及安全作业的要求不断增加，综合钻随着钻井提速、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

18、工程等多学科基于现代信息技井、地质、测井、录井、油藏工程等多学科基于现代信息技术和通信技术的远程专家支持中心逐渐获得推广应用。术和通信技术的远程专家支持中心逐渐获得推广应用。钻井远程专家支持中心，即钻井远程作业中心，集成了钻井远程专家支持中心，即钻井远程作业中心，集成了一体化共享地学平台、实时地质建模、油井三维可视化、实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、法和工程技术，借助虚拟容错计算机主机服务器、IP通信技通信技术、视频监测和分析

19、技术及图形化桌面共享等先进的信息技术、视频监测和分析技术及图形化桌面共享等先进的信息技术，实现远程实时井场支持。术，实现远程实时井场支持。15、高造斜率旋转导向钻井系统、高造斜率旋转导向钻井系统 在美国非常规油气开发中，常规导向钻井因成本相对较低在美国非常规油气开发中，常规导向钻井因成本相对较低而得到了广泛应用。而得到了广泛应用。 为了提高导向精度和效率，旋转导向钻井的应用不断增加。为了提高导向精度和效率，旋转导向钻井的应用不断增加。为缩短靶前距，增加水平段长度，提高油气产量，斯伦贝谢和为缩短靶前距，增加水平段长度，提高油气产量，斯伦贝谢和贝克休斯相继推出了高造斜率旋转导向钻井系统（图），最大

20、贝克休斯相继推出了高造斜率旋转导向钻井系统（图），最大造斜能力达造斜能力达（15-18）/30m，实现实现“直井段直井段+造斜造斜段段+水平段水平段”一趟钻一趟钻，提速、提效显著。提速、提效显著。16、钻井井下声波遥测网络技术、钻井井下声波遥测网络技术 加拿大加拿大XACT井下遥测公司在壳牌和井下遥测公司在壳牌和BP两大国际石油公司两大国际石油公司的支持下，成功开发了钻井井下声波遥测技术，并投入商业应的支持下，成功开发了钻井井下声波遥测技术，并投入商业应用。该技术是使用压电或电磁材料产生纵波，使之沿钻柱高速用。该技术是使用压电或电磁材料产生纵波，使之沿钻柱高速传输至地面的一种信号传输技术。该技

21、术可消除钻井液脉冲传传输至地面的一种信号传输技术。该技术可消除钻井液脉冲传输只能针对井下单一位置进行传输的局限，沿管柱多点测量压输只能针对井下单一位置进行传输的局限，沿管柱多点测量压力、温度、扭矩、挠度、拉力、力、温度、扭矩、挠度、拉力、压力等数据，全程连续提供全压力等数据，全程连续提供全井筒和管柱信息，可在任意环井筒和管柱信息，可在任意环境下提供高速、实时数据传输境下提供高速、实时数据传输，并实现地面与井下的双向通，并实现地面与井下的双向通信，传输不受井深和水深的影信，传输不受井深和水深的影响。响。17、射频识别技术、射频识别技术17、射频识别技术、射频识别技术射频识别（射频识别（RFID）

22、技术是一种非接触式的自动识）技术是一种非接触式的自动识别技术，通过无线电信号识别特定目标并读写存储别技术，通过无线电信号识别特定目标并读写存储相关数据，识别系统与特定目标之间没有机械或光相关数据，识别系统与特定目标之间没有机械或光学接触，无需人工干预。近学接触，无需人工干预。近30年间，年间，RFID在物流、在物流、制造业、零售业、交通运输、医疗保健等非军事领制造业、零售业、交通运输、医疗保健等非军事领域快速发展，目前已在国外油气行业获得了日益广域快速发展，目前已在国外油气行业获得了日益广泛的应用，在人员安防、资产管理和工具制造等方泛的应用，在人员安防、资产管理和工具制造等方面发挥了重要的作用

23、。面发挥了重要的作用。深水钻井需要采用深水浮式钻井装置深水钻井需要采用深水浮式钻井装置深水半潜式钻井平台深水半潜式钻井平台和深水钻井船。近几年，在高油价下，全球深水钻井活动持续和深水钻井船。近几年，在高油价下，全球深水钻井活动持续升温，深水浮式钻井装置总体供应吃紧，甚至供不应求，日费升温，深水浮式钻井装置总体供应吃紧，甚至供不应求，日费高昂。为降低深水钻井成本，惟有大幅度提高钻井效率。而双高昂。为降低深水钻井成本，惟有大幅度提高钻井效率。而双作业钻机具有显着提高钻井效率的特点，因而在深水浮式钻井作业钻机具有显着提高钻井效率的特点，因而在深水浮式钻井装置上得到了广泛应用。装置上得到了广泛应用。目前双作业钻机主要有目前双作业钻机主要有3种类型：一个半井架钻机、双井架种类型：一个半井架钻机、双井架钻机和多功能箱式钻塔。它们都配备钻机自动化设备，属自动钻机和多功能箱式钻塔。它们都配备钻机自动化设备，属自动化钻机。化钻机。18、深水双作业钻机、深水双作业钻机19、Reelwell无隔水管钻井技术无隔水管钻井技术挪威挪威Reelwell公司研究公司研究Reelwell钻井方法已有多年，