2015年國(guó)際石油十大科技進(jìn)展
2016年1月22日 來源：防爆云平臺(tái)--防爆產(chǎn)業(yè)鏈一站式O2O服務(wù)平臺(tái) 瀏覽 2182 次 評(píng)論 0 次
1. 多場(chǎng)耦合模擬技術(shù)大幅提升地層環(huán)境模擬真實(shí)性
美國(guó)愛達(dá)荷國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，研發(fā)出一種面向目標(biāo)的、還原地下真實(shí)狀況的多場(chǎng)耦合模擬環(huán)境（MOOSE）軟件平臺(tái)。其強(qiáng)大的平臺(tái)功能及近期新增加的多項(xiàng)應(yīng)用程序，可應(yīng)用于非常規(guī)油氣資源的研究，將儲(chǔ)層中流體、化學(xué)物之間的反應(yīng)、地質(zhì)應(yīng)力進(jìn)行耦合，以了解其中一個(gè)因素是如何影響其他因素的，采用簡(jiǎn)單的數(shù)字化模型解決方程模擬的問題，沒有數(shù)據(jù)遺失，得到的結(jié)果真實(shí)準(zhǔn)確。
采用這種系統(tǒng)可以清晰地看到地下流體資源的狀況。對(duì)深層儲(chǔ)層進(jìn)行模擬，在整個(gè)盆地范圍內(nèi)計(jì)算優(yōu)化用水量，使一切相關(guān)預(yù)測(cè)更快、更便捷、更準(zhǔn)確。這個(gè)平臺(tái)獲得“2014年度R&D100”大獎(jiǎng)，并被譽(yù)為特殊且具創(chuàng)新性的產(chǎn)品兼技術(shù)，應(yīng)用前景十分廣闊。
2. 重復(fù)壓裂和無限級(jí)壓裂技術(shù)大幅改善非常規(guī)油氣開發(fā)經(jīng)濟(jì)效益
水平井分段壓裂技術(shù)成功推動(dòng)北美非常規(guī)油氣的規(guī)模化開發(fā)，但面臨油氣井產(chǎn)量遞減快等難題。在低油價(jià)形勢(shì)下，重復(fù)壓裂和無限級(jí)壓裂技術(shù)極具經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，是提高非常規(guī)生產(chǎn)井產(chǎn)量和終可采儲(chǔ)量的利器。
技術(shù)創(chuàng)新包括：（1）裂縫暫堵轉(zhuǎn)向技術(shù)。不僅有效封堵近井地帶的裂縫和炮眼，改變裂縫起縫方向，還能通過封堵主裂縫實(shí)現(xiàn)縫內(nèi)轉(zhuǎn)向，在油氣層中打開新的油氣流通道。（2）精準(zhǔn)壓裂設(shè)計(jì)。集成應(yīng)用各種地層數(shù)據(jù)，優(yōu)化壓裂段位置和射孔簇布局，有效避開非生產(chǎn)層段，選擇射孔和壓裂位置。（3）分布式光纖傳感器壓裂實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)。靈活地獲取裂縫起裂部位、延伸長(zhǎng)度、裂縫高度等參數(shù)，指導(dǎo)后續(xù)儲(chǔ)層改造作業(yè)。（4）無限級(jí)壓裂技術(shù)。在裂縫位置控制、壓裂效率、壓裂液用量、實(shí)時(shí)壓力監(jiān)測(cè)等方面性能優(yōu)越，壓裂速度快，能量耗散小，可以節(jié)水20%以上，兩次壓裂的間隙僅有5分鐘，每級(jí)壓裂僅需不到1小時(shí)，無需鉆掉橋塞。
新技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)取得良好的效果。經(jīng)過重復(fù)壓裂的井與鉆新井相比，單井評(píng)估終可采儲(chǔ)量增加80%，桶油成本降低66%，非生產(chǎn)時(shí)間減少33%，潛在的原油采收率提高幅度高達(dá)25%。無限級(jí)壓裂技術(shù)已在6325口井中完成12.136萬段壓裂，先后多次刷新單井壓裂級(jí)數(shù)、一趟管柱壓裂級(jí)數(shù)等世界紀(jì)錄。
3． 全電動(dòng)智能井系統(tǒng)取得重大進(jìn)展
在油氣井生產(chǎn)過程中，油井過早出現(xiàn)水氣突破已成為制約水平井高效開發(fā)的技術(shù)難題。目前主要依靠流入控制設(shè)備、滑套找水堵水等技術(shù)來控制，但流入控制設(shè)備在長(zhǎng)期開采后效果會(huì)變差，滑套技術(shù)依靠打開和關(guān)閉滑套對(duì)產(chǎn)層進(jìn)行控制，效果不甚理想。
貝克休斯公司研制MultiNode全電動(dòng)智能井系統(tǒng)，主要由地上控制單元及地下主動(dòng)式流量控制裝置構(gòu)成，具有以下特點(diǎn)：（1）地上控制單元通過一根電纜便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多27個(gè)地下流量控制裝置的供電和控制，降低成本。（2）閥門除具有開關(guān)作用外，還可提供4級(jí)流量調(diào)節(jié)，能夠控制地層流體流量。（3）流量控制系統(tǒng)配備電動(dòng)裝置，可及時(shí)可靠地對(duì)控制系統(tǒng)做出響應(yīng)，同時(shí)具備自檢能力，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備自身的潛在問題。（4）系統(tǒng)裝配的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)接口可用于遠(yuǎn)程監(jiān)視，隨時(shí)隨地可完成對(duì)系統(tǒng)的控制。
這套系統(tǒng)可遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制產(chǎn)層，管理水和天然氣的突破，對(duì)高含水和高含氣產(chǎn)層進(jìn)行節(jié)流以改變油藏條件，平衡水平井段的生產(chǎn)，提高終采收率。在中東淺海和陸上井進(jìn)行應(yīng)用，取得良好效果。
4． 低頻可控震源推動(dòng)“兩寬一高”地震采集快速發(fā)展
地震信號(hào)的帶寬是影響地震資料分辨率的關(guān)鍵因素，低頻信號(hào)對(duì)提高儲(chǔ)層分辨率、全波場(chǎng)反演、改善深部成像質(zhì)量及油氣直接檢測(cè)十分有效。近年來，出力水平8萬磅的新型低頻可控震源不斷提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，成為市場(chǎng)主流，推動(dòng)“兩寬一高”地震勘探技術(shù)快速發(fā)展。
低頻可控震源主要有以下特點(diǎn)：（1）完善機(jī)械設(shè)計(jì)，加長(zhǎng)重錘行程，增加液壓壓力，使得出力峰值可達(dá)9萬磅。（2）擴(kuò)大低頻掃描范圍，全行程或全流量下激發(fā)頻率為3赫茲，可以接收到1.5赫茲。（3）采用硬度相當(dāng)于常規(guī)可控震源4倍的超硬基板，有效提高了高頻信號(hào)的保真度。（4）減小震源整體體積（大小相當(dāng)于出力6.2萬磅的震源），降低重心，提高了可操作性和靈活性，以及在地表崎嶇環(huán)境下作業(yè)的安全性。（5）提升環(huán)保要求，配備智能電源管理（IPM）系統(tǒng)，自動(dòng)管理發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，可以有效減少燃料消耗，減少尾氣排放，節(jié)省能耗15%左右。
目前，低頻可控震源已成為“兩寬一高”地震采集中的利器，激發(fā)頻帶達(dá)到6個(gè)倍頻程，比常規(guī)勘探增加兩個(gè)倍頻程，穩(wěn)定性、HSE等方面的性能不斷完善，在中國(guó)、中東、哈薩克斯坦多個(gè)項(xiàng)目中進(jìn)行工業(yè)化應(yīng)用，取得優(yōu)異的勘探效果，資料信噪比和分辨率得到顯著提升，展示了廣闊的應(yīng)用前景。
5． 高分辨率油基泥漿微電阻率成像測(cè)井儀器提高成像質(zhì)量
油基泥漿微電阻率成像測(cè)井技術(shù)已取得顯著進(jìn)步，但仍落后于水基泥漿微電阻率成像測(cè)井技術(shù)，主要問題在于成像質(zhì)量不高。為提高油基泥漿成像測(cè)井質(zhì)量，國(guó)外近推出新型油基泥漿微電阻率成像測(cè)井儀器。
新型油基泥漿電阻率成像儀器采用全新的電子和機(jī)械設(shè)計(jì)，通過簡(jiǎn)化的物理測(cè)量提高測(cè)量分辨率，其垂直分辨率和水平分辨率分別可達(dá)到0.24英寸和0.13英寸。儀器配有8個(gè)獨(dú)立的交叉分布的推靠臂，推靠臂上的8個(gè)極板裝有192個(gè)微電極，可提供192條用于成像的測(cè)井曲線，在8英寸井眼中的覆蓋率接近100%；新型探頭極大地提高圖像分辨率和清晰度，可識(shí)別巖相、沉積地質(zhì)和構(gòu)造特征，精度和可靠性與巖芯分析相當(dāng)。極板與支撐臂之間由旋轉(zhuǎn)接頭連接，可軸向旋轉(zhuǎn)15度，所有6個(gè)支撐臂是完全獨(dú)立的，可變換節(jié)面角，測(cè)井時(shí)無需使儀器完全居中，利于在各種剖面和傾角的井中測(cè)井。儀器可上行或下行測(cè)量，下行測(cè)量不會(huì)受到其他儀器的影響，測(cè)井速度可以達(dá)到3600英尺/小時(shí)，大幅減少鉆機(jī)時(shí)間和降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，保障數(shù)據(jù)采集。
通過Techlog井眼軟件平臺(tái)，油基泥漿成像數(shù)據(jù)很容易生成類似于巖芯圖片、分辨率達(dá)0.24英寸的圖像，對(duì)這些圖像進(jìn)行解釋，即可獲得連續(xù)“巖芯描述”結(jié)果，且定向精準(zhǔn)，利于提取關(guān)鍵的儲(chǔ)層參數(shù)。
6. 鉆井井下工具耐高溫水平突破200攝氏度大關(guān)
隨著油氣勘探開發(fā)不斷向深層、復(fù)雜儲(chǔ)層拓展，許多井的井下溫度接近200攝氏度或更高，地層壓力超過140兆帕，給鉆井、測(cè)井、測(cè)試及后續(xù)安全生產(chǎn)等作業(yè)帶來巨大挑戰(zhàn)。國(guó)際上多家公司積極開展鉆井井下工具的耐溫耐壓技術(shù)研發(fā)，在陶瓷材料的多芯片組件（MCM）、循環(huán)散熱等多項(xiàng)技術(shù)不斷推進(jìn)的基礎(chǔ)上，井下工具整體耐高溫能力邁上新臺(tái)階。
2015年2月，哈里伯頓公司推出Quasar脈沖MWD/LWD系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)可在高溫高壓條件下獲取準(zhǔn)確可靠的井眼方位、振動(dòng)等數(shù)據(jù)，指導(dǎo)井眼鉆進(jìn)。其耐溫200攝氏度、承載壓力172兆帕，可在惡劣環(huán)境下完成隨鉆測(cè)量/隨鉆測(cè)井作業(yè)，進(jìn)入常規(guī)儀器無法進(jìn)入的儲(chǔ)層，且無需添加泥漿冷卻或在井眼中等待儀器冷卻。這個(gè)系統(tǒng)已在中東、亞太及北美非常規(guī)產(chǎn)區(qū)進(jìn)行測(cè)試，成功下井超過50多次，鉆井總進(jìn)尺近9萬英尺，取得很好的效果。3月，斯倫貝謝公司推出耐溫能力達(dá)到200攝氏度的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)PowerDrive ICE，并在井下200攝氏度環(huán)境下試驗(yàn)1458小時(shí)。5月，斯倫貝謝又推出耐溫200攝氏度的隨鉆測(cè)量?jī)x器——TeleScope ICE。
這些工具耐高溫高壓能力的集中突破，顯示國(guó)際石油公司致力于高溫高壓工具研發(fā)的重要技術(shù)進(jìn)展，對(duì)提高深井高溫井鉆井的測(cè)控能力，促進(jìn)技術(shù)裝備的配套，具有重大意義。
7． 經(jīng)濟(jì)高效的玻璃纖維管生產(chǎn)技術(shù)將推動(dòng)管道行業(yè)發(fā)生革命性變化
隨著全球油氣資源開發(fā)不斷面對(duì)極端地形環(huán)境，傳統(tǒng)鋼質(zhì)管道已經(jīng)無法滿足某些鋪設(shè)環(huán)境及輸送工藝對(duì)油氣管道的要求。一種新近開發(fā)出的，被認(rèn)為是革命性進(jìn)步的玻璃纖維管道生產(chǎn)線所生產(chǎn)的玻璃纖維管道，與傳統(tǒng)鋼質(zhì)管道相比，具有更高的經(jīng)濟(jì)性與安裝效率。
主要技術(shù)特點(diǎn)：（1）管道沒有接頭，避免泄漏問題，同時(shí)不需要焊接及法蘭連接等其他連接方式，有效防止接頭處的腐蝕。（2）施工中不需要額外擴(kuò)充管溝的尺寸，減少挖掘工作量，在堅(jiān)硬的巖石施工環(huán)境具有優(yōu)勢(shì)。（3）管道內(nèi)壁光滑，可減少運(yùn)行過程中的輸送阻力，從而降低對(duì)泵功率的要求。（4）生產(chǎn)線可運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)直接生產(chǎn)鋪設(shè)，管徑和壁厚可根據(jù)用戶要求進(jìn)行定制，6分鐘即可生產(chǎn)36米長(zhǎng)、直徑為1.5米的管道。直接生產(chǎn)截?cái)嚅y部位等管件。（5）可將光纖或其他的通信電纜集成在管材中，同時(shí)不會(huì)降低管道強(qiáng)度，管道外壁還采取防火甚至防彈等級(jí)的處理。
WNR生產(chǎn)線已經(jīng)通過德普華檢測(cè)中心（STS）的測(cè)試，符合澳大利亞、新西蘭、美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，可滿足油氣輸送過程中的多種壓力要求，在油氣產(chǎn)業(yè)、水利、農(nóng)業(yè)、礦業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)擁有巨大的潛力。
8. 全球首套煤油共煉工業(yè)化技術(shù)取得重大進(jìn)展
全球首套45萬噸/年煤油共煉（Y-CCO）裝置于2015年1月一次試車成功，產(chǎn)出合格產(chǎn)品，72小時(shí)連續(xù)運(yùn)行，煤粉濃度為41%時(shí)，煤轉(zhuǎn)化率為86%，525攝氏度以上的催化裂化油漿轉(zhuǎn)化率為94%，液體收率達(dá)70.7%，能源轉(zhuǎn)換效率為70.1%。煤油共煉技術(shù)由延長(zhǎng)石油集團(tuán)自主開發(fā)，去年9月15日通過技術(shù)鑒定，創(chuàng)新性技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平。
創(chuàng)新技術(shù)主要包括：（1）提出煤油共煉協(xié)同反應(yīng)機(jī)理，首次開發(fā)漿態(tài)床與固定床加氫的工業(yè)化在線集成工藝。（2）發(fā)明煤油共煉專有催化劑和添加劑體系，實(shí)現(xiàn)中低階煤及重油的高轉(zhuǎn)化率、高液體收率，并緩解反應(yīng)及分離系統(tǒng)的結(jié)焦問題。（3）發(fā)明煤基瀝青砂水下成型和改性技術(shù)，解決煤基瀝青砂軟化點(diǎn)波動(dòng)造成無法成型的難題。（4）發(fā)明漿態(tài)床反應(yīng)器特殊構(gòu)造的隔熱襯里和內(nèi)襯筒，解決高溫、高壓、臨氫條件下隔熱材料選材及施工難題。
這項(xiàng)技術(shù)以中低階煤炭與催化裂化油漿為原料生產(chǎn)輕質(zhì)油品，突破煤化工行業(yè)煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化和石化行業(yè)重劣質(zhì)油輕質(zhì)化兩個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)重油加工與現(xiàn)代煤化工的技術(shù)耦合，為煤制油和重劣質(zhì)油輕質(zhì)化開辟一條新的技術(shù)路線，有良好應(yīng)用前景。
9. 加熱爐減排新技術(shù)大幅降低氮氧化物排放
美國(guó)的環(huán)保法規(guī)正在收緊，按照新能源性能標(biāo)準(zhǔn)要求，從天然氣鍋爐排放的氮氧化物（NOx）到2016年將降低到5ppm，因此對(duì)NOx控制技術(shù)的要求必須進(jìn)一步提高。美國(guó)ClearSign燃燒公司開發(fā)的能控制鍋爐燃燒等排放的氮氧化物量的新技術(shù)Duplex可以滿足上述要求，而且既簡(jiǎn)單又廉價(jià)。
多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)在努力降低燃燒時(shí)NOx的排放，但使用成本高，需要空間大。其他替代技術(shù)會(huì)使結(jié)焦增加，使用效率低，且增加維修需要的停工時(shí)間。Duplex技術(shù)大幅提高了燃燒器運(yùn)行效率，降低運(yùn)行成本，可用于任何一種燃燒天然氣的工業(yè)燃燒器。裝上一種多孔的陶瓷件，可以把一個(gè)大型且難以控制的火焰分為數(shù)千個(gè)細(xì)小的更容易控制的火焰。陶瓷件可使燃燒器更均勻地燃燒，阻止生成NOx的溫度峰值產(chǎn)生。安裝陶瓷件速度快且成本低，降低NOx的程度可與選擇性催化還原系統(tǒng)相比。Duplex技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)為：（1）熱容量的提高：燃燒器將在更高的效率下燃燒，優(yōu)化了整體產(chǎn)出量；（2）更徹底的混合：更均衡的燃料和空氣混合能夠更好地稀釋氮氧化物種類；（3）消除了火舌沖擊：減少焦化、減小損失效率、提高使用壽命；（4）較小的加熱器和鍋爐：設(shè)備可根據(jù)加熱能力的大小調(diào)節(jié)尺寸；（5）減少操作成本：無外部煙道氣回注，無高氧含量或者無選擇性催化還原。Duplex技術(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在一個(gè)熱傳導(dǎo)為5mmBTu/h、溫度高達(dá)1600℉的天然通風(fēng)爐中，此技術(shù)將NOx排放量減少到小于5ppm，CO幾乎是零排放。
Duplex技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用到Tricor煉制公司的Bakersfield煉廠1500萬Btu/h的立式圓筒形加熱爐。這項(xiàng)技術(shù)的成功可以有效降低天然氣鍋爐排放NOx的濃度，為天然氣鍋爐清潔排放開創(chuàng)新的路徑。
10. 人工光合制氫技術(shù)取得進(jìn)展
氫是一種理想的綠色能源，利用太陽光分解水制氫，長(zhǎng)久以來被視為“化學(xué)的圣杯”。由中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所與日本科學(xué)家合作開發(fā)的人工光合制氫新技術(shù)實(shí)現(xiàn)利用太陽光分解水制氫氣和氧氣的反應(yīng)，其效率為世界水平，使“利用人工光合系統(tǒng)生產(chǎn)潔凈太陽能燃料”的構(gòu)想成為可能，可以緩解化石能源制氫的壓力。
葉綠體中類囊體膜上的光合酶（PSI、PSII）是光合作用中吸收光能和光電轉(zhuǎn)換的重要機(jī)構(gòu)。這項(xiàng)技術(shù)利用光合酶PSII和人工光催化劑的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建植物PSII酶和半導(dǎo)體光催化劑的自組裝光合體系，其中高能量的氫氣燃燒后生成水，整個(gè)體系清潔可再生。PSII膜片段可通過自組裝方式結(jié)合在無機(jī)催化劑表面，PSII氧化水產(chǎn)生的電子通過界面?zhèn)鬟f離子對(duì)，并將電子轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體催化劑表面參與質(zhì)子還原產(chǎn)氫反應(yīng)。氮化合成的異質(zhì)結(jié)材料可有效促進(jìn)光生電荷分離。研究人員模擬自然光合作用原理，采用“Z”機(jī)制實(shí)現(xiàn)完全分解水制氫，其制氫表觀量子效率在波長(zhǎng)為420納米可見光激發(fā)下高達(dá)6.8%，為目前國(guó)際上。實(shí)現(xiàn)太陽能光催化分解水制氫反應(yīng)的關(guān)鍵是構(gòu)建高效的光催化體系，核心技術(shù)是寬光譜響應(yīng)半導(dǎo)體材料的研發(fā)和應(yīng)用。多數(shù)人工光催化劑體系的催化劑活性比自然光合體系的催化活性低，尤其是水氧化助催化劑的活性更低，而自然光合體系的捕光范圍和穩(wěn)定性不如基于無機(jī)半導(dǎo)體的人工光合體系優(yōu)越。因此研究人員提出復(fù)合人工光合體系理念，試圖雜化集成兩種體系的優(yōu)勢(shì)，建立自然光合和人工光合的復(fù)合雜化體系，以實(shí)現(xiàn)太陽能到化學(xué)能的高效轉(zhuǎn)化。
這項(xiàng)研究大幅提升光生電荷的分離效率和光催化Z機(jī)制完全分解水制氫性能，打通從新型材料研發(fā)到完全分解水制氫的鏈條，為進(jìn)一步構(gòu)建和發(fā)展“自然—人工”雜化的太陽能高效光合體系提供新思路，是實(shí)現(xiàn)人工光合制氫能源變革中的重要一步，是解決未來能源危機(jī)的理想方法之一。
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