能源转型背景下油气工程技术发展新方向

在能源转型背景下,能源市场已经开始向低碳和新能源方向发生根本性改变。为了保证油气在能源行业的竞争性,油气公司坚守油气主营业务,实施“油气+低碳、负碳技术”的能源转型路径,油气工程技术作为支撑油气和新能源高效开发的重要手段,机遇与挑战并存。在总结能源转型发展形势及其对油气工程技术创新影响的基础上,分析了油气工程技术创新发展新方向;结合我国油气行业发展面临的挑战,提出了技术研发由经济效益驱动向价值驱动转变、持续加强降本增效技术推广应用力度、强化低碳油气工程技术研发、分类施策推动油气与新能源的深度融合和注重技术创新管理模式的探索等发展建议。这对于尽快形成我国油气工程新型技术创新与管理创新体系、提升油气行业竞争力具有一定的指导意义。

基于专利分析的智慧油气藏数字孪生技术发展态势及建议

数字孪生是构建智慧油气藏的核心技术手段,在推动油气产业转型升级、降本增效中发挥着重要作用。基于智慧芽全球专利数据库,利用专利计量和专利文本分析方法,分析了智慧油气藏数字孪生技术的专利申请技术体系、申请数量变化、地域分布、主要研发机构、技术研发热点、技术研发模式等。分析结果显示,智慧油气藏数字孪生技术贯穿油气开发全过程,整体处于快速发展阶段。目前全球创新竞争表现为中美之争,中国是最主要的技术目标市场,并以企业为主,梯队特征明显。创新方向已从数据感知向数字孪生体建模转移,不同领域的重点专利技术布局较为集中,专利权人合作深度有限。结合我国智慧油气藏数字孪生技术发展存在的问题,提出了布局“卡脖子”技术重大项目、培育高价值专利、强化海外专利布局、打造集智攻关的创新生态、加强产业面深度融合等建议,以期为我国油气产业高质量发展、打造新质生产力提供有力支撑。

中国石化智能钻井技术进展与展望

智能钻井具有自感知、自学习、自决策、自执行和自适应等功能,有望大幅度提高钻井效率,降低钻井成本。为加速推动智能钻井技术发展,中国石化针对实时感知、智能决策及集成控制等方面存在的关键技术难点,开展了自动化钻机及关键装备、随钻工程地质参数感知、智能钻井分析决策和智能钻井系统集成等的攻关研究,进行了现场集成与示范应用,实现了钻井参数智能优化、井筒风险智能预警、井眼轨迹智能导航等应用场景的多目标协同优化,达到了咨询模式下智能辅助−人工决策的闭环控制水平,支撑了重点油气领域勘探开发的降本增效。为更好地发展智能钻井技术,在分析所存在问题的基础上,梳理、总结了中国石化近些年在智能钻井关键技术研究取得的进展,提出应进一步加强全自动钻机装备、高性能测传控系统和数字孪生决策系统等关键技术研究,加大技术迭代升级,推动智能钻井由咨询模式向半自主、自主控制模式转变。

北美页岩油气长水平段水平井钻井实践与启示

在低油价压缩成本和提高油气单井产量的双重压力下,通过增加水平段长度已成为北美页岩油气公司降本增效的重要突破口。北美页岩油气生产商采取了一系列技术措施提高长水平段水平井钻井效率,降低了单位英尺作业成本,取得了较好的经济效益。通过调研北美页岩油气长水平段水平井钻井现状,分析了主要油气公司采用的关键钻井技术,包括井身结构优化设计、超大规格钻机、定向工具、钻井液、下套管技术等,结合我国页岩油气水平井钻井现状及技术需求,提出了长水平段水平井钻井技术发展建议,旨在为我国页岩油气增储上产、降本增效提供借鉴。

RFID在井下工具中的应用

为了提高油气井长期有效性和作业效率、降低油气井的建井成本,近年来RFID技术在石油领域的应用取得了一定进展。在调研国内外文献的基础上,阐述了RFID技术的原理和基本特点,对其在压裂工具、钻井扩眼工具以及其他井下工具中应用的可行性进行了分析,指出了RFID在井下工具中应用的关键技术。分析结果表明,RFID井下工具比力学或机械式工具具有更大的优势,RFID在井下工具中成功应用的关键是电子元件和电池在高温高压条件下良好的工作状态,开发耐高温高压的电子元件将对RFID的应用和其他通信技术带来革命性改变。

高温地热高效开发钻井关键技术

地热能是来自地球深部的热能,是一种清洁、低碳、环保的可再生资源,高效开发地热资源对调整我国能源结构具有重要意义。目前高温地热开发的钻井技术都是采用油气开发的技术,由于高温地热储层的特殊性质,使得常规油气钻井技术作业效率低,成本较高。针对目前高温地热资源开发的工程需求,介绍了高温地热储层的类型,分析了高温地热储层特性和高效开发的钻井关键技术,包括高效破岩技术,防漏堵漏技术、抗高温井下工具和仪器、抗高温钻井液、抗高温水泥浆和高效低成本钻井技术,并对未来高温地热高效开发的钻井技术攻关方向提出了建议。

海洋天然气水合物试采关键技术

针对海洋天然气水合物开发技术与常规海洋油气开发技术的异同,分析了海洋天然气水合物储层特性和试采面临的挑战,介绍了天然气水合物试采关键技术,包括控压钻井技术、套管钻井技术、抑制性钻井液、钻井液冷却系统、低温低放热水泥浆体系、完井技术、开采方式优选和储层及环境监测技术等,指出了我国海洋天然气水合物试采应围绕水合物物理力学性质、安全成井、连续排采与防砂、开采方法适应性评价、试采过程储层参数和地层形变监测等技术难题开展研究,通过示范工程,形成海洋天然气水合物试采技术体系,为我国海洋天然气水合物的高效开发提供技术支撑。

压裂支撑剂新进展与发展方向

压裂支撑剂是油气储层改造中用来支撑压裂人工裂缝的一种关键材料,是提高压裂成功率和大幅提高改造效果的关键。国外近年来研发了一系列新型支撑剂,值得我们学习借鉴。笔者分析了压裂支撑剂的应用现状,总结了压裂支撑剂的最新进展及现场实验情况,包括高强度低密度支撑剂、高导流支撑剂、多功能支撑剂和智能支撑剂。结合我国油气勘探开发趋势,提出了压裂支撑剂的科技攻关和技术发展方向。围绕这些方向进行研究,尽快形成适应于我国油气储层的压裂支撑剂技术,对于提高油气产量,保障国家能源安全具有重要意义。

北美页岩油气重复压裂关键技术及建议

在国际油价持续处于低位震荡的背景下,为应对页岩油气井单井产量递减快、加密井钻井作业成本高的难题,北美页岩油气公司开始利用重复压裂技术对部分具有潜力的老井进行增产改造,提高页岩油气开发效益。论述了北美页岩油气重复压裂现状,分析了提高页岩油气重复压裂成功率所采用的关键技术,包括重复压裂选井原则、候选井压裂时机选择、暂堵转向技术、机械封隔技术和连续管重复压裂技术等。结合重复压裂技术面临的挑战和国内页岩油气开发现状,提出了重复压裂关键技术攻关建议。围绕这些关键技术进行研究,尽快形成适应于我国页岩油气区的重复压裂技术,对于经济高效开发页岩油气具有重要意义。

绿色低碳油气开发工程技术的发展思考

为了应对全球气候变化,全球主要国家和地区制定了碳中和减排目标。油气作为传统化石能源,低碳转型是可持续发展的必由之路,通过技术创新与管理来减少碳排放已成为行业共识。在此背景下,绿色低碳油气开发工程技术也呈现出新的发展趋势,值得我国学习和借鉴。在阐述油气开发工程技术低碳发展行业背景的基础上,分析了绿色低碳油气开发工程技术的发展趋势,结合碳中和背景下我国油气行业发展面临的挑战,提出了油气开发钻井提速提效工程技术、数字化智能化油气开发工程技术、碳捕集利用与封存技术、油气开发节能减排与尾废利用技术和油气与新能源耦合技术等绿色低碳油气开发工程技术发展方向。围绕这些技术发展方向涉及的关键技术进行攻关与推广应用,尽快形成适用于我国的绿色低碳油气开发工程技术系列,对于实现净零排放目标和整体经济效益提升具有重要意义。

我国油气工程领域“卡脖子”技术分析及发展对策建议

当前我国油气工程领域很多核心技术仍然存在受制于人的短板和“卡脖子”瓶颈,一定程度上制约了我国油气产量的提高。油气工程技术及装备的水平决定了可开采资源量及开采的经济性,其在增储上产、降本增效、推进油气勘探开发转型升级方面发挥着日趋重要的作用。我国油气工程领域存在的“卡脖子”技术主要包括精细勘探技术、深海油气工程技术、超高温井下工具、高性能智能导钻技术、油气储层精准改造技术、地质工程一体化决策技术等。结合内外部环境变化对油气工程“卡脖子”技术的需求,提出了我国油气工程“卡脖子”技术发展对策建议,即:聚焦我国油气工程领域卡脖子关键技术,从国家战略高度给予政策及措施保障,加大与国内外机构交流与合作。尽快破解我国油气工程领域核心技术“卡脖子”瓶颈,对于提升油气勘探开发力度、保障国家能源安全具有重要意义。

纳米技术在石油工程中的应用前景

结合油气勘探开发对石油工程技术的需求,阐述了纳米技术及其在石油工程中应用的优势,分析了纳米技术在钻完井、储层描述与改造、提高采收率3个方面的研究进展和应用情况,探讨了未来纳米技术的应用关键和应用前景。纳米技术在钻完井流体中应用已经在现场发挥了重要作用,在储层描述与改造和提高采收率等应用还处于研发阶段;在油田大剂量应用需要解决成本、稳定性、岩石中的运移性、制备或修饰工艺等关键问题;纳米技术未来在石油工程中的应用主要有提高钻完井流体性能技术、提高井下工具和材料性能技术、提高储层描述精度技术和提高油气产量工程技术4个方向。

人工智能技术发展对石油工程领域的影响及建议

人工智能作为新一轮产业变革和科技革命的新引擎和核心驱动力,已经成为引领未来发展的战略性新兴技术。研究分析斯伦贝谢、康菲、壳牌、BP等国际知名油气公司近年加强人工智能技术发展和应用的实例,对石油工程产业转型升级和技术创新产生深刻影响。如促进石油工程产业向少人或无人操作方向发展,推动多部门协同、多学科互通,加深全产业链一体化融合;通过提高储层认识,优化钻井和压裂参数,助力石油工程技术增储上产、降本增效。结合我国石油工程业务发展现状,指出国有石油公司要围绕油气勘探开发降本增效,积极应对人工智能推动石油工程产业升级带来的挑战,搭建大数据一体化融合平台,强化科技创新力度,加大内部政策扶持力度,加速推进石油工程业务转型升级、关键技术升级换代和技术人才梯队建设,逐步构建石油工程人工智能生态系统。

超高压水射流钻井技术现状及发展建议

随着油气勘探开发逐渐向深层超深层油气、非常规油气和海洋油气发展,提高钻井速度,缩短建井周期,降低作业成本,对于经济高效勘探开发油气资源具有重要意义。高压水射流钻井技术是利用高能流体进行破岩,由于能显著提高钻井机械钻速,一旦得到商业应用,将会对油气勘探开发产生革命性影响。在介绍高压水射流钻井技术破岩机理的基础上,分析了国外70 MPa以上高压水射流钻井系统的基本原理、主要特点和试验情况,指出了各种高压水射流系统商业应用存在的问题,针对国内高压水射流钻井技术发展现状提出了具体的发展建议。

三向应力状态下层理性泥页岩地层井壁稳定性研究

层理性泥页岩地层钻进过程中,极易发生井壁失稳问题,严重影响了钻井作业效率,增加了勘探开发的成本。探索了层理性泥页岩地层的井壁失稳机理,开展了考虑钻井液作用下层理性泥页岩地层在真实三向应力状态下的井壁稳定性预测模型研究。研究表明:忽略中间主应力的影响不能准确预测层理性泥页岩地层坍塌的风险;钻井液滤液沿层理面的渗流会降低层理面的黏聚力和内摩擦角;并随时间的变化显现出快速降低和平缓降低两个阶段;改进的层理性泥页岩地层井壁稳定性分析模型能够真实反映地应力状态和井壁岩石的力学特性,现场应用表明其能够比较准确的预测层理性泥页岩地层的井壁稳定性。

电弧等离子技术在石油工程中的应用前景

电弧等离子技术在材料、机械、国防等工业领域得到了广泛应用,但在石油工程领域应用较少。介绍了电弧等离子技术的基本原理和在石油工程中应用的优势,在调研国外电弧等离子技术在石油工程应用现状的基础上,分析了其在硬地层提高钻井机械钻速、井筒强化、低渗透储层增产改造、套管磨铣中的应用前景,指出了其在石油工程中应用的关键技术,包括长寿命高可靠性电极、低波阻抗脉冲传输电缆、高储能密度电容和脉冲放电参数优化。研究结果为我国石油行业应用电弧等离子技术提高油气勘探开发效率、降低作业成本提供借鉴和思路。

新型旋转导向工具在页岩气开发中的应用

为了提高页岩气的开发效率,目前北美页岩气开发主要采用丛式水平井和水平井,传统的旋转导向工具存在造斜率低及作业成本高等问题。针对页岩气开发井型特点及面对的挑战,介绍了几种国外在页岩气开发中应用的新型旋转导向工具和技术,包括斯伦贝谢公司的PowerDrive Archer和贝克休斯公司的AutoTrak Curve高造斜率旋转导向工具,以及威德福公司的MotarySteerable定向转速控制工具,同时分析了各工具的基本原理、特点及现场应用情况。分析结果表明,高造斜率旋转导向工具在提高钻井作业效率的同时,还增大了井筒与储层的接触面积,将是页岩气储层水平井钻井发展的趋势;定向转速控制工具可提高机械钻速和井眼质量,并且成本比传统旋转导向工具低,具有较好的经济适用性。

獾式钻探技术及研究进展

随着油气勘探开发逐步向深层超深层、深水油气和非常规油气发展,油气勘探钻井成本高、风险大。獾式钻探技术是利用钻探器自身重量进行自动化钻进,不需要钻井平台和配套的钻井耗材,钻井过程中能实时测量工程参数和地层参数,钻达目的层后留在井底对储层进行长期监测,能够显著降低勘探成本和勘探风险,一旦商业应用,将会对油气勘探产生革命性影响。文章介绍了獾式钻探器的结构、工作原理和特点,分析了獾式钻探技术的试验进展,探讨了该技术的应用前景取得的认识对我国参与獾式钻井技术或相关技术的研发具有一定的借鉴意义。

海底工厂——海洋油气开发新技术

海洋油气开发的海底工厂技术是指将海底生产和处理技术要素与长距离多相运输、浮式生产设施以及管网等核心业务要素有机结合,实现海洋油气经济高效开发,具有提高油气采收率、减少对环境产生的影响、满足恶劣条件油气开发、提高流动保障等特点。通过介绍海底工厂的特点和挪威国家石油公司海底工厂研发计划,分析了海底工厂的组成要素和关键技术,包括海底增压、海底气体压缩、海底分离与产出水回注和海底输配电系统等,针对不同油气藏开发特点,海底工厂分为褐色、绿色、面向市场等不同类型。

沙特阿美石油公司石油工程技术创新战略及启示

为确保在全球的技术领先地位,沙特阿美石油公司非常重视石油工程领域技术研发,积极实施科技创新计划。文章分析了公司的技术创新战略基础、目标、方案和行动,公司在技术选择上,重点研发极大储层接触技术、智能油田控制、无源地震监测、储层纳米机器人、千兆网格数值模拟、智能流体、仿生井等前沿创新技术,技术获取策略主要采取自主创新和合作研发。建议我国国家石油公司石油工程技术创新战略制定时应:(1)采用"有所为,有所不为"的原则选择技术发展方向;(2)坚决改变以跟随为主的科研模式,实现跟跑向领跑的转变,在核心技术方面采用技术领先战略;(3)注重开放创新,加强对外科技交流与合作;(4)注重引进海内外优秀人才,建立学科创新团队,通过学科交叉提高技术创新水平;(5)实施技术创新战略绩效评估,制定科研项目评价体系,保证科技研发的效率和效益。