2020年国际石油十大科技进展

天外格调 2021-01-22 16:21:02

1.表征页岩含烃有效孔隙度技术助力页岩油勘探开发

基于溶剂萃取和热萃取的方法不能准确地测量富含油页岩的含烃孔隙度(φHC)和表征烃的组成成分,也无法区分孔隙中的吸附油和游离油。表征页岩含烃有效孔隙度技术可有效解决上述问题。

综合运用开放系统的程序化热萃取、热解、LECO总有机碳、阿基米德体积密度和氦比重计测量结果计算含油气孔隙体积和组分,并估算其流动性。运用溶剂萃取有机质和热萃取油的饱和烃-芳香烃-树脂-沥青质(SARA)分离和气相色谱,对φHC进行组成分类,划分为以下类别:含气(C1-C14)孔隙,含轻质油(C6-C36)孔隙和含重质油(C32-C36+)孔隙。缓慢加热的多坡道热萃取可将含轻质油的孔隙度细分成四个可萃取有机质范围:C11-C13、C12-C16、C14-C20和C17-C36。通过SARA对溶剂萃取油的分析表明,含油孔隙中含有丰富的饱和烃和芳香烃,含重质油孔隙中含有丰富的树脂类和沥青质。产出液中与岩芯萃取物中C15以上SARA组分的比率可用于更好地判断φHC的潜在流动性。

应用该技术分析墨西哥湾沿岸白垩纪页岩,含油孔隙中约30%为重油,约70%为轻质油;西加拿大沉积盆地中生代页岩高成熟井的孔隙流体由轻质油和天然气(80%)构成,20%的不可萃取有机质是可转换的,低成熟井的孔隙流体由38%的轻质油和气体构成,剩余52%是可转化的。有效指导了页岩油井的勘探开发方案设计。

2.地下原位裂解降黏开采技术提高稠油开发效率

传统开采稠油技术主要是利用蒸汽吞吐或蒸汽驱,但这类技术能耗大、效率低、成本高,导致大量稠油资源不能得到经济有效开发。稠油地下原位裂解降黏高效开采新技术通过在储层中注入催化剂和氢气,实现稠油在地下发生热解化学反应,提高了稠油开采效率,并降低稠油炼制加工成本。是一项稠油开采颠覆性的创新技术。

主要技术创新:(1)发明了专用纳米催化剂,在温度350摄氏度、催化反应48小时,可使稠油重组分的裂解率达到51%,稠油黏度降低99.5%;(2)纳米颗粒催化剂可以通过多孔介质携带分布,注入的催化剂可在注入井周围构建一个催化床,波及范围大,时效长;(3)饱和烃加氢发生自由基裂化,避免了烯烃(胶和沉淀前体)和芳烃分子的形成,减少了焦炭形成的可能性,所需氢气的量仅是在炼油厂中使用的一小部分(10%~20%);(4)具有不受地质条件限制、地下转化轻质油、高采出程度、低污染等优点。

以北美油田现场应用为例,稠油地下原位裂解降黏高效开采新技术大大提高了稠油/沥青开发效率,降低了开采成本。与目前广泛使用的蒸汽辅助重力驱相比,桶稠油/沥青油的开发成本降低了6%,且二氧化碳排放量降低了10%,具有重大实用价值。

3.高效精细油藏数值模拟技术取得重大进展

tNavigator地质建模与油藏模拟研究平台,将GPU(图形处理器)高效并行计算技术及智能优化算法融为一体,实现了千万至10亿网格节点的模拟,成功应用于全球油气藏开发方案快速设计和油气藏建模及数值模拟计算研究。

主要技术创新:(1)基于GPU的高效并行计算技术。GPU并行算法可应用于黑油、组分、热采和非常规油气藏压裂等模拟,可用于大型地质建模与数模工作流中的所有模拟计算环节;(2)建模数模一体化平台。除具有建模与数模一体化功能外,还可采用数值模拟结果反向优化地质建模参数,包括构造、储层的孔渗关系、油气水界面、相对渗透率、断层等;(3)智能优化技术。应用智能优化算法,在一定的已有模拟结果的基础上分析各种不确定性对模拟效果的影响,无限趋近于历史结果进行求解计算;(4)开放Python应用程序接口。可满足高级后处理、智能历史拟合、一体化工作流、生产动态自动控制等方面的定制化需求。

tNavigator与传统建模数模技术相比,降低了人工调参的不确定性,节约了时间成本,缩减了决策周期,在全球200多家油气公司得到广泛应用。

4.分布式光纤声波传感监测技术应用快速发展

陇东地区长8石油成藏模式

分布式光纤声波传感(DAS)技术利用光纤本身作为传感器进行信号采集,可以部署在深井或直接埋在地下、铺设在海底进行地震成像,在井中地震勘探、油气藏动态监测和微地震监测等方面的应用发展迅速,凭借高密度、全井段、高效、低成本、耐高温高压等优势,成为贯穿油井全生命周期中一项重要的新兴油藏监测技术。

近两年分布式光纤声波传感油藏监测技术应用取得创新进展:(1)多家公司研发光纤DAS采集系统,改进了应力感应灵敏度、最小采样间距、最大传输距离以及生产成本等关键技术指标,提高了全井段观测及成像能力,并实现商业化应用;(2)形成了光纤DAS井中VSP数据采集与复杂构造成像、井地联合勘探、微地震监测、油气藏动态监测、光纤DAS VSP 4D勘探等系列技术,利用分布式光纤DAS进行VSP数据采集,提高了数据分辨率,获得井中高精度成像用于油藏精细刻画;(3)利用光纤DAS系统进行永久油藏动态监测及微地震监测,取得良好效果。

光纤DAS技术已进入实用阶段,由于DAS技术具有较大的动态范围,能够精确测量低频地震信号,在VSP数据采集、井中油藏监测、微地震监测等领域应用越来越广泛,并取得良好应用效果。光纤DAS系统虽然还存在信噪比及横向敏感性较低等问题,但由于其高效的超高密度地面/井中地震数据采集与降低生产成本的优势,具有良好的应用前景。

5.随钻声电成像测井仪提升地质导向与地层评价精度

随钻声电成像测井仪可同时提供高分辨率电阻率图像、声波图像和井径数据,能够对天然裂缝、断层、成岩结核等地质信息进行准确和可靠的解释,优化完井设计;在复杂环境中提供井旁构造信息以协助实时地质导向决策,并为地质和储量评价提供依据。

新型TerraSphere随钻声电成像测井仪由电磁波系统和超声波系统组成。电磁波系统使用了两个相隔180°的电极,并采用了督导电极、聚焦束设计,发射多频高分辨率电磁波脉冲兼顾泥浆和地层信息,形成高质量高分辨率的电阻率图像。超声波系统使用4个相隔90°的超声波传感器发射多频超声波脉冲,并检测井壁产生的回声。高频脉冲确保超声图像高分辨率,低频脉冲确保高比重泥浆下的超声图像数据质量,可有效降低仪器偏心、井眼粗糙度或井径变化等对测量结果的影响。超声波系统有两种测量方法:一种是传播时间,用于计算井眼半径;另一种是回波幅度,用于确定井壁的声阻抗。电阻率图像可提供丰富的地质信息,超声图像对裂缝和井眼条件更敏感,TerraSphere仪器将这些图像物理信息整合到一台仪器中,特别是在油基泥浆环境下可提供详细地质和井眼信息。

在墨西哥湾,结合随钻声电成像测井仪TerraSphere和随钻综合测井仪EcoScope对低阻油层进行了评估,进而加速了墨西哥湾叠层河道砂岩储层的解释。

6.钻头导向技术实现水平井导向钻井的新突破

常规旋转导向钻井系统的导向机构位于钻头后方,限制了造斜能力及定向井段和水平井段的导向控制。新一代钻头导向钻井系统NeoSteer,将导向机构集成在钻头上,可提高造斜能力,精确控制井眼轨迹,显著提高机械钻速。

主要技术创新:(1)推靠块置于钻头后,内部采用双液压驱动活塞,具有更大的侧钻能力;(2)内部单元采用金属对金属的液压密封件,并配备高强度连接头,以提高在全角变化率较大井段的钻进可靠性;(3)系统具有六轴连续倾斜和方位角测量功能,可自动保持井斜和方位角测量,形成平滑的井眼轨迹,其伽马射线测量功能可以更早地识别岩性变化,为钻进提供实时的关键地层数据,实现井眼轨迹精确控制。

系统最大造斜能力达16°/30米,减少靶前距离,有利于延长储层井段的有效长度,可以一趟钻完成造斜段和水平段,减少起下钻次数。能应用于多种特定岩层,已在北美多个非常规油气田进行了超过500井次的应用,总钻深超过120万米。在美国SRC能源公司的DJ盆地项目中,应用12口井,平均每口井1.17趟完钻,提速效果显著。在该盆地, 29小时钻穿直井段+定向段+水平段,总进尺4609.5米,平均机械钻速159.4米/小时,创造该盆地机械钻速最快的新纪录。

7.长寿命导向螺杆钻具提速降本成效显著

在美国,为节约钻井成本,非常规油气水平井应用最多的导向钻井技术是导向螺杆钻具,使用旋转导向技术的只占大约30%。为延长导向螺杆钻具的使用寿命,更好地满足水平井一趟钻的要求,多家公司均推出了新一代长寿命导向螺杆钻具。

主要技术创新:(1)弯外壳具有可调角度功能;(2)钻头至弯外壳的距离更短,能够提供更高的造斜率;(3)采用高性能弹性体作为定子材料;(4)传动装置、动力装置和轴承等更加坚固,可承受高负载与高扭矩。新一代导向螺杆钻具可在更大的钻压和排量下,输出更大的转速和扭矩,同时兼具更高的可靠性和更长的使用寿命,有利于提高机械钻速,有利于实现一趟钻,有利于降低钻井成本。

长寿命导向螺杆钻具现场应用实现了高速钻进下一趟钻进尺3000米,与传统导向螺杆钻具相比,水平段一趟钻进尺增加40%,同时缩短钻井周期40%。该技术可广泛应用于地层相对简单、井底温度较低的情况,成为低油价下钻井提质增效的适用技术。

8.LNG薄膜型储罐技术引领储罐大型化发展趋势

LNG储罐的发展方向是大型化和超大型化。目前,国内均为全容式9%Ni钢储罐,建设周期一般为30~34个月,投资约5亿元人民币,罐容一般为4、10、16万立方米。LNG薄膜型储罐技术于2015年首次认证用于陆地储罐,持续依托MARKⅢ技术进行改进,2018年更新至MARKⅢ FLEX+。

主要技术进展:(1)系统设计基于各功能分离的原则,主要部件包括主层薄膜(1.2毫米厚不锈钢)、次层薄膜(0.7毫米厚复合材料,两层玻璃纤维树脂中含一层铝片)及预制硬聚氨酯泡沫板;(2)主薄膜层确保液密性、气密性,次薄膜层是第二道屏障,绝热保护系统可将内部负荷传递给混凝土外罐,外罐提供结构性阻力;(3)一级薄膜在循环加载的情况下不出现裂纹扩展,改善热影响区范围内低温韧性恶化现象,焊接处应力趋于零;(4)标准化预制程度较高,自动化焊接率80%以上,建设周期短;(5)罐容理论上没有极限,且在混凝土外罐尺寸相同情况下,有效容积比9%Ni钢全包容储罐大10%;(6)可减少10%~35%的投资。

LNG薄膜型储罐技术在增容、降本、省时等方面取得较大突破。目前,该技术应用于国际30余台储罐,且我国首个22万立方米薄膜型储罐的建立就是应用了这项技术,对未来在LNG储罐大型化和超大型化项目建设中起到引领作用。

9.塑料废弃物转化为柴油的新型催化剂成功实现工业试验

新一代加氢脱蜡催化剂HYDEX?应用于塑料制柴油专利技术中,成功实现将塑料废弃物转化为优质的低凝点柴油。

主要技术创新:(1)该技术可在超过300摄氏度的高温下通过热降解反应将塑料废弃物转化为液态油,并利用VUCHT专利技术,将液态油进一步转化为符合欧Ⅵ标准的高品质低凝点柴油;(2)该技术采用了新一代加氢脱蜡催化剂HYDEX?E,该催化剂可以针对长链正构烷烃进行选择性加氢异构反应,显著改进柴油等中间馏分油产品的低温流动性。利用该催化剂生产的柴油可在零下34摄氏度的超低温环境下保持低温流动特性,可以满足北极地区的耐低温要求。HYDEX?E催化剂不仅可以提升柴油品质,还能提高柴油产量,与上一代HYDEX催化剂相比,在超低硫柴油临氢降凝测试中,采用新一代加氢脱蜡催化剂HYDEX?E可多产柴油约4wt%。

目前,该技术已在斯洛伐克一家工厂成功实现工业试验,计划将该技术方案应用到一家40吨/年的低凝柴油示范工厂。由于塑料和燃料主要源于石油和天然气加工,因此将其中一种塑料废弃物转化为优质清洁燃料,对于绿色可持续发展具有重大意义。

10.将PET聚酯酶降解为单体的新技术取得成功

全世界每年生产近5000亿个PET聚酯瓶,传统的热机械回收再循环工艺无法解决彩色不透明PET聚酯瓶的回收问题,而PET聚酯酶降解单体的新技术,可以成功把彩色不透明PET聚酯瓶降解和再生。

新型酶降解技术可以生物降解所有PET聚酯废料,将聚酯废料、水和特制酶放在反应容器中,在65摄氏度下加热16小时,即可将97%的PET聚酯废料分解成单体精对苯二甲酸(PTA)和乙二醇(EG),降解率达到90%,原聚酯瓶中添加的各种助剂和染料等都可过滤去除。将降解所得PTA和EG聚合成PET后,可重新制造成聚酯瓶,完全实现循环生产。

该工艺已在法国一家工厂完成了试运行,计划2023年建成一个全面运营工厂,预计年产能20万吨。这种新型酶降解技术被认为是有史以来第一次将PET聚酯或纤维完全降解为其合成单体的颠覆性技术,不仅有效解决塑料等难降解材料造成的严重环境污染问题,还真正开启了向循环经济的转变。

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