油气产业十三项尖端产业述评

世界油气技术快速发展，不断涌现新理论、新方法、新技术、新工艺、新工具、新材料，推动深层、深水和非常规等油气资源的高效开发。

中国石油经济技术研究院科技研究所持续跟踪研究世界油气技术发展动向，按照创新性、重要性、前瞻性、可行性等指标，筛选出13项上下游前沿技术，本报加以简要介绍。

01 储层特征定量评价技术
储层有效指数法(e-rei)和储层模拟法(TouchstoneTM)是埃尼勘探生产公司新近推出的储层综合定量评价新技术。其中，储层有效指数法已获得专利，根据定量岩相资料的薄片计算碎屑岩储层质量的定量指标，以及地震双程走时(TWT)、深度和温度，研发了专用地质统计软件生成储层三维有效指数图，确定圈闭优势运移通道；储层模拟法通过正演模拟软件模拟机械压实作用，石英胶结作用和粘土矿物-伊利石形成过程，量化储层质量，确定已知前景区的孔渗值。

新方法已经在非洲古生代储层进行了实际应用，取得了良好效果，具有前瞻性。油气勘探技术步入精细化、定量化的时代，储层质量定量预测技术在评价成熟油区的深层、复杂构造层、特殊岩性体、非常规甜点区方面发挥越来越大的作用，对落实油气资源潜力、降低勘探风险和制定未来发展战略规划具有重要意义。

02 铼-锇同位素体系分析技术
铼-锇(Re-Os)是同位素体系研究中的新成员。放射性元素187Re的半衰期约416亿年，它衰变成187Os的过程记录着时间。铼和锇保存在硫化物和富有机质的还原环境中，在氧化环境中溶解，因此，富有机质的黑色岩系具有较高的铼和锇含量。

它们在有机体系主要以有机络合物、化学吸附等形式存在，其中有机络合物可以使铼和锇长期稳定地保存在干酪根、原油和沥青中，同位素体系不易被后期改造作用破坏而保持良好的封闭体系。90%的Os富集于原油沥青质中，因此原油中沥青质组分的铼-锇同位素组成能够近似代表全油中的含量。

在应用过程中，铼-锇同位素体系不仅能预测黑色页岩形成时间，为富有机质沉积岩提供地质年代，分析烃类成熟和排泄时间，寻找区域与全球的沉积联系；

在同一构造单元中，可以提供烃源岩信息，为油源对比提供了新的方法；

提供多种新的示踪元素分析沉积地层的古气候和古环境；

甚至一些同位素体系可以反映页岩在沉积过程中被侵蚀的对象、侵蚀速率及其与沉积速率的关系、流体类型等细微的差别。

03 地震导向钻井技术
在复杂地质环境或具有较高不确定性因素的区域，地震导向钻井技术有助于钻井决策人员针对井下条件及时做出决策，优化井位设计，确定井眼轨迹、套管下深和泥浆密度等。

西方地球物理公司的地震导向钻井技术，主要是结合实时测井和地表地震数据来更新三维地质模型信息，包括地震成像、地层孔隙压力梯度和破裂压力梯度等。

该技术的主要创新点包括：实时成像，实时根据随钻获取的信息更新井筒周边的地震成像；实时分析储层特性，包括实时的地震反演和属性提取，调整钻井方案；实时预测钻头前方的储层特性和压力状况，从而调整钻井方案，提高成功率，避免井下事故。

地震导向钻井技术已在中国及美国墨西哥湾中进行了应用。在美国墨西哥湾，通过多次更新速度模型，及时修正钻井设计方案，避开断层，有效降低了开发风险与成本。地震导向钻井技术是一项用于完善钻探与开发方案的新技术，是地球物理技术的一个新的应用领域。

04 无限级压裂技术
压裂级数是评价压裂效果的一个重要指标。NCS能源公司研发的无限级压裂系统于2014年连续多次打破了单井压裂级数的世界纪录。

无限级压裂系统采用连续管拖动由可重复座封封隔器组成的压裂-隔离总成，并将其与可开关滑套以及水力喷砂射孔器相结合，可以实现高效的单次无限级数压裂。这套技术与常规的投球滑套压裂和桥塞分段射孔压裂相比，在裂缝位置控制、压裂效率、压裂液用量、实时压力监测等方面展现出了优越的性能。

由于泵送集中到一个压裂点，压裂速度更快，而且能量耗散小，所需的马力为传统技术的三分之一。该技术已投入了现场应用，经受了不同地质条件及作业环境的考验。2014年，NCS能源公司利用该技术在贝肯分别以93级、94级和104级多次刷新了单井压裂级数的世界纪录。

无限级压裂作为一种新的压裂技术，是低渗油气藏、页岩气、煤层气等非常规油气储层增产改造的关键技术手段，在增产增效方面具有较大优势，可最大程限度地提高单井的压裂级数，扩大与油藏的接触面积，为油气田高产、稳产提供技术支撑。

05 太阳能稠油热采技术
传统的稠油热采工艺通常需要燃烧大量天然气来产生高温蒸汽，而利用太阳能进行稠油开采则节能、降本、环保。GlassPoint公司的太阳能稠油热采技术已投入商业化应用。

取得的进展包括：

(1)研究出太阳能稠油热采的核心技术——槽式集热技术，封闭式的结构类似于一个玻璃温室，由玻璃和钢结构组成，采用机器人全自动清洁，90%的水可重复利用。玻璃温室占地面积17280平方米，由12列槽式集热器组成。太阳能蒸汽发生系统功率达7兆瓦，每天可产生50吨蒸汽，温度可达312℃。

(2)2013年3月，GlassPoint公司和阿曼石油开发公司在阿曼南部的AmalWest油田合作，成功开发了中东首个太阳能稠油热采项目，规模较美国加州项目扩大了27倍。阿曼项目已运行了一年多，年产蒸汽量近1.4万吨，全年运行效率为98.6%。与传统燃烧天然气产生蒸汽的技术相比，该技术可降低天然气消费量80%以上，每年节约燃气消耗130多万立方米，同时减少二氧化碳排放，能在30年的使用寿命期间以稳定的价格提供蒸汽。

太阳能稠油热采技术具有低成本、安全环保等多重优势，不但符合当今绿色、可持续发展的社会要求，还可提高稠油资产的经营价值，值得借鉴。

06 残油区开采技术
残油区是指在一次/二次采油中无法实现经济开采的部分含油层段，通常位于油田主产层油水界面以下区域或主产层之外的油气运移通道中。

2013年，美国国家能源技术实验室(NETL)和国际先进资源公司(ARI)评估，美国残油区原始地质储量高达1400亿桶，仅Permian、BigHorn、Williston三大盆地主产层下部的残油区原始地质储量就达到约400亿桶，其中二氧化碳增采技术可采量为160亿桶，同时还可增加二氧化碳埋存量70亿吨。据Melzer咨询公司评估，残油区开发有望提高美国原油可采储量30%～50%，成为下一个大幅度增储上产的战略接替区。

美国残油区开发部分项目已进入工业化生产阶段，主要采用二氧化碳增采技术。截至2013年，Permian盆地已成功开展12个二氧化碳增采项目，原油日产量超过1.3万桶。针对残油区含水饱和度较高的问题，有两种技术解决方案：

（1）在残油区内选择性完井，一般残油区上部含油饱和度相对较高，可将现有生产井加深到残油区上部并进行完井，减少产水；当残油区含油饱和度比较一致时，也可将整个残油区作为开发目标。

（2）采用二氧化碳增采技术同时开发主产层和残油区，同时进行二氧化碳驱使得两层段之间有相对一致的压力分布，从而减少二氧化碳窜流和损失，最终两层段的采收率均有提高，开采效果远好于单独开发残油区。

残油区勘探开发显示出巨大的资源潜力和良好的开发前景，主体技术二氧化碳增采兼具增油、环保双重优势，不仅给老油田增储上产开辟了一条新路，还为二氧化碳埋存提供了新的目标区。　　　

07 CoreFlow数字岩石和流体分析技术
CoreFlow数字岩石和流体分析技术综合了常规岩石物理和数字岩心分析技术的最新成果，可创建3D储层模型，快速模拟多种生产情形下的流体流动性能。这种方法利用岩石物理实验测量，改善油藏模拟，精确测量相对渗透率、毛细压力、净现值和其他参数。

Core Flow技术包含：全岩心双能量CT扫描测量、数字岩心微CT成像分析、扫描电镜（SEM）成像分析、直接水动力孔隙流动模拟。直接水动力学模拟是一项突破性技术，能够获得毛细压力、相对渗透率、开采效率及流动非均质性。

08 高分辨率油基泥浆微电阻率成像测井仪
高分辨率油基泥浆微电阻率成像测井仪由探测器、供电部分和采集部分（含测斜模块）组成。探测器有8个极板，安装在2组间隔1.1米的支撑臂上，每组支撑臂上4个极板位于相同的测量深度。极板与支撑臂之间由旋转接头连接，可轴向旋转15度，所有6个支撑臂完全独立，可变换节面角，测井时无需完全居中。

处理软件能够确保即使仪器在偏心的情况下仍能对成像数据准确成图。仪器具有更高的分辨率、更大的井眼覆盖范围，受环境影响更小，成像质量与水基泥浆成像仪器相当，甚至更好。

09 PDC钻头革新——锥形PDC切削齿钻头
继2013年推出在PDC钻头中心布置一颗锥形PDC切削齿的Stinger钻头之后，2014年斯伦贝谢又推出了大量分布锥形PDC切削齿的Sting Blade钻头。

这种钻头的锥形PDC切削齿将以往分散的载荷集中于一点，可提高破岩效率；

比平面PDC切削齿拥有更大的金刚石表面，可提高切削齿的强度和耐磨性；

可减少钻头的扭矩波动，有利于实现短曲率半径造斜；

可降低钻进过程中的振动，增加单次入井进尺，延长钻头使用寿命；

有助于获取更大的岩屑，提高岩石特性、孔隙度、渗透率以及油气显示分析的准确性。

StingerBlade钻头已经在14个国家开展了250次现场试验，平均提升机械钻速30%，增加钻头进尺55%。

10 工厂化作业钻机
北美页岩油气革命推动了陆上钻机的升级换代，工厂化作业钻机成为新建陆上钻机的主流。

工厂化作业钻机采用交流变频电驱动、液压驱动等先进驱动方式，钻机运移性更好，能大大降低噪音和运行成本；

利用滑轨式、步进式快速移动系统实现钻机井间快速移动，节约钻井时间；

配备顶驱、铁钻工、一体化司钻控制室、自动猫道等自动化设备，提高作业效率和安全性；

配置防喷器快速装卸系统进行防喷器组的快速装卸和移送。

国民油井华高(NOV)、Schramm等装备制造公司都推出了工厂化作业钻机，H&P公司、Nabors、Patterson-UTI等大型陆地钻井承包商也推动了自主品牌的工厂化作业钻机。随着工厂化作业模式的推广应用，对工厂化作业钻机的需求快速增长，成为高效开发页岩油气的重要手段。

11 快速检测管道泄漏机器人
低压力微泄漏一直是管道检测的难题，一种快速检测管道泄漏的机器人已研发成功。

该设备由一个小机器人和一个鼓状的膜组成，形成一个横穿管道宽度的密封。当泄漏发生时，流体流动使膜变形，通过传感器和无线通信系统发回的信息进行分析确定泄漏点。这种方法能检测到接近泄漏点压力的快速变化，提供高精确度的泄漏定位。

该设备可在较低压力下检测到仅1～2毫米的泄漏，以3英里/小时的速度在管道中移动，并且完全自动化，可以放入管道系统，永久留在某处，对系统进行自动且不间断监控。该设备可有多种规格，以适应不同类型的管道，使用GPS可以进行定位和报告管道泄漏位置。

12 炼油厂“分子管理”
炼油厂“分子管理”是近年来国际石油公司提出的一项突破传统对石油馏分粗放认知，从体现原油特征和价值的分子层次上深入认识和加工利用石油的先进技术，已实现工业应用，并取得了巨大经济效益。

“分子管理”的关键技术包括分子指纹识别技术（含油品分析和分子表征）、分子组成层面的工艺模拟技术，以及基于前两者的实时过程控制和优化技术等。

面对原油资源的劣质化和日益严格的环保要求等多元化挑战，通过优化炼油生产，实现精细化加工，以最小的成本生产合格的产品，已成为全球炼油企业的共识，“分子管理”技术的出现正契合这一理念，炼油厂逐步进入“分子管理”时代。

13 糖发酵生产异丁烯新工艺
异丁烯是关键的化学品构筑基块，可被转化为运输燃料、聚合物和各种通用化学品。异丁烯属于低烯烃家族，目前从石油来制取。法国全球生物能源公司与德国林德集团正在建立一个年产量100吨的中试装置，2015年建成投产，该装置设有两个5000升的发酵罐，通过葡萄糖发酵生产聚合级异丁烯产品。

此前研究人员在实验室中将糖“喂”给微生物，微生物“消化”后即产生气体异丁烯。在建装置就是采用该工艺原理，气态发酵罐一步法生产高纯度异丁烯产品，也就是将糖和微生物放在同一个发酵罐中，实现从糖到异丁烯的转化，然后再将其分离、提纯、液化、装瓶。该工艺由于是气态产品，所以不会在发酵培养基上产生累积，也不会为微生物带来毒性危害，基本不用设置下游净化工艺，工艺成本低，对环境影响小。

该装置有实现连续或近连续生产的潜在能力。因涉及粮食问题，研究团队考虑今后用木头或农业废弃物作原料生产糖。用糖发酵生产异丁烯的新工艺是微生物人工新陈代谢途径的第一次成功，由此推动了从可再生资源生产轻质烯烃技术的发展。（原载《石油商报》）