石油行业新技术

1、当今世界能源中,石油作为最主要的能源形式之一,具有极其重要的战略价值。据报道,到2001年底已累计探明石油可采储量约2600亿吨,还剩1400亿吨。但是,随着勘探技术的不断进步,储量不断增加,同时以重质油为原料的炼油技术的不断发展,使石油资源在21世纪仍然是不可替代的能源。世界各国在认识到这个问题的同时也在加大了对石油行业机械及技术方面的研究，在近期时间里有很多新进展，下面对其中一些新进展进行简要介绍。钻井方面：1.控压钻井井底压力控制方案研究及应用窄钻井液密度窗口极易造成漏、喷、塌、卡等钻井复杂情况,尤其是当钻遇窄钻井液密度窗口泥页岩井段时,水化膨胀作用导致安全钻井问题变得更加复杂。安全钻井

2、液密度窗口的准确建立以及井底压力的精确控制,是窄钻井液密度窗口地层安全、快速钻井的关键。为此,研究了一套窄钻井液密度窗口地层安全钻井井底压力精确控制方法。该方法以精细地应力场及泥页岩水化特性研究为基础,通过安全钻井液密度窗口、泥页岩坍塌周期以及钻井液当量循环密度分析,优选合理的安全钻井井底压力;并针对砂岩、泥页岩地层的不同特性,分别制定相应的井底压力控制方案,实现安全钻进。研究成果可用于指导控制压力钻井井底压力控制方案的设计施工。2. 大功率超声波钻井处理无机垢堵塞技术本技术为国家863计划重大导向课题，大功率超声波油井增油技术及装置研究是我国科研人员利用自主研制的波场采油动态模拟室内实验装置

3、和人工岩心碳酸钙无机垢堵塞样品,系统研究了超声波解除岩心无机结垢堵塞的整体效果及关键的波场参数、工艺参数和岩心物性参数对解堵效果的影响规律,同时系统分析了超声波解堵的主要动力学机制,在此基础上利用自主研制的新型超大功率超声波矿场施工装置进行了现场试验。研究结果表明,换能器频率、换能器功率、超声处理时间、岩心初始渗透率均影响超声波解堵效果。换能器频率、功率增加,解堵效果变好;累计处理时间80120min解堵效果最好;岩心初始渗透率越高解堵效果越好。现场应用结果表明,该工艺技术简单合理,投资风险小,对地层、井下设备及井筒管柱无损害,技术适应性强、见效快,具有良好的推广应用价值。该技术已经应用到油田

4、中。3.先进技术集成推动超大位移井不断突破钻井极限 大位移钻井存在井眼轨迹控制难度大、井眼清洁困难、摩阻扭矩大、不易下套管等特点。通过不断研发完善和提升随钻测量技术、旋转导向钻井技术、随钻环空压力测量技术、先进的钻杆技术、钻井液技术及固井技术，并对这些技术进行集成应用，推动了大位移钻井不断创出新的世界纪录，同时钻井周期大幅缩短。 2008年1月，埃克森美孚公司应用钻井性能管理流程和井眼质量整合技术，结合作业前“纸上钻井”演习等措施，在萨哈林岛的Chayvo陆上油田创造出大位移钻井测深11680米的世界纪录，水平位移超过1万米，整口井钻时仅为68天。马士基石油公司在卡塔尔海上通过改进钻柱设计、应

5、用轻质钻杆、使用高扭矩螺纹连接、综合钻井液优选、当量循环密度控制技术、优化井身结构设计并使用旋转地质导向系统等多项先进技术，用时36天，以完钻总深12289米的业绩刷新了埃克森美孚4个月前创下的测深世界纪录，并创下水平位移11569米、水平段长10902米、水垂比最大10.485等一系列新的世界纪录。2010年4月，埃克森美孚公司在南加利福尼亚海上应用钻井效能管理流程、井眼质量整体控制技术、先进的导向工具、下套管流程等，创下海洋固定式平台钻机钻出的最长大位移井世界纪录，水平位移达到10138米；应用快速钻井技术，钻井速度提升80%。 大位移钻井技术的持续进步，不断突破钻井极限，将为全球各类油气

6、田利用大位移钻井技术进行海油陆采及海上油气的经济高效开发提供技术支持。4.导向套管尾管钻井技术实现钻井新突破 定向套管钻井（DCwD）技术，使用可回收的导向式井底钻具组合（BHA），实现套管钻井过程中的导向，导向工具既可使用旋转导向系统，又可使用容积式马达。该技术由斯伦贝谢与TESCO公司共同研制，适用于易发生漏失和井壁稳定性差的低压油田或老油田，目前已在北海和中东地区获得应用。 套管钻井作为一种高效低成本控制井眼问题的先进钻井技术，适用低压带、页岩层、煤层以及多压力带地层，在钻井提速、降本增效及解决循环漏失问题等方面具有很好效果，越来越受到油气钻井业的重视。5.微流量控压钻井技术为了解决裂缝

7、性压力敏感地层在钻井过程中非漏即溢的问题研发出了控压钻井技术。而基于钻井液微流量控制的钻井技术属于控压钻井技术的一种类型,该技术在传统的地面钻井液循环路线上安装了微流量传感器和节流器,可实现对钻井液压力、流量、当量循环密度、流速等参数进行随钻实时监测,同时进行反馈控制。该技术是通过计算机处理后做出反应，安全性高，能应用于陆地钻井和海上钻井。目前，我国在该技术方面的研究与引进还不够，在很多方面达不到实际工程中对为流量控制压力的要求。6.冲气钻井技术川东地区钻井过程中存在井漏严重，机械钻速慢等问题，制约着该地区油气田的开发过程。冲气钻井技术是以常规泥浆或清水为基液，将一定量的气体（空气，氮气，天然

8、气）连续不断的注入基液内，使其呈均匀气泡分散于基液中，从而有效地降低密度，提高钻速，防滑治漏效果显著。同时，减少了井漏复杂处理时间，缩短了钻井周期，降低了钻井周期和钻井成本，行程钻速创造了同构造之最。采油方面1. 液压起升防喷装置的研制及应用 针对油田注水井测试过程中井内注水压力高、防喷装置井口安装难度大、钢丝铠装电缆在注水井高压水密封处产生喷漏等难题,研制了液压起升三级防喷装置。该装置主要由液压起升系统、液压防喷系统和电缆传动系统组成。装置有效解决了注水井安装防喷装置需配备吊车,费时费力的问题;采用手压泵控制三级液压密封,解决了井口防喷装置喷漏的问题。胜利油田现场应用表明,该装置提高了注水井

9、分层测试的安全性和测试效率,能够及时准确地录取水井测试资料和根据开发要求进行分层调配,为油田开发提供了可靠的手段。该装置于2009年6月到2010年6月完成研制从2010年在胜利油田分公司海洋采油场投入试验截止至目前进行油水测试62井次，提高了测试操作安全性杜绝了井液喷漏渗透等情况保证安全清洁生产与HSE精神相一致。2. 海上稠油井筒降黏及配套举升工艺海上稠油开采面临井筒降黏技术优选及举升工艺配套的问题。渤海南堡35-2油田的生产实践表明在不采取井筒降黏措施的情况下无论采用电潜泵还是电潜螺杆泵油井的检泵周期与生产周期都难以保证。围绕渤海L油田明化镇组高黏稠油开采难度大的问题,结合井筒降黏方式室

10、内实验结果,推荐采用稠油掺稀油的井筒降黏技术及配套的射流泵举升工艺。同时,对稀油动力液的地面处理流程及注入参数进行了研究。现场应用表明,稠油掺稀油井筒降黏技术及配套的射流泵举升工艺效果明显,单井平均产量比ODP配产方案增加了80%,为该油田及类似油田稠油的开发提供了参考。3. .有望探测剩余油分布的油藏纳米机器人首次成功通过现场测试 目前，油气采收率平均只有30%，大量剩余油(30%至70%)有待发现和开采，因此需要了解油藏井间基质、裂缝和流体的性质及与油气生产相关的一些变化，但现有的测井和物探技术在探测范围或分辨率上还无法满足这种需求。为有效探测和开采剩余油，一些大型石油公司和服务公司开展纳

11、米机器人的研究，期望利用纳米机器人探测甚至改变油藏特性，从而提高油气开采效率和采收率。 纳米机器人是一种化学分子系统和机械系统的有机结合体，垂直分辨率远高于测井和岩芯分析，探测范围介于测井与地震勘探之间，非常有助于进行油藏表征。在油气勘探与开采中具有多种用途：辅助圈定油藏范围、绘制裂缝和断层图形、识别和确定高渗通道、识别油藏中被遗漏的油气、优化井位设计和建立更有效的地质模型，将来还可能用于将化学品送入油藏深处进行驱油。这些应用有助于延长油气田的开采和供应年限，提高累积产油量和采收率。4. 海上注水井一体化测调技术研究 近几年在海上注水井测调及验封工作中暴露出陆上用注水测调技术工艺繁琐，工作量大

12、，成功率低，占用时间长，成本高及计划与实际相差较大等问题。为了满足海上注水井测调及验封要求,开发了海上注水井一体化测调技术。该技术主要包括井下工具和地面控制2大部分,井下工具部分包括可调配水装置和一体化测调仪;地面控制部分包括测试绞车、一体化测调控制柜以及数据处理分析系统。它采用同心同尺寸可调节配水装置,分层级数不受限制;测试数据地面直读,无级调配,调配精度更高;测试、调配与验封工艺均采用一体化技术,边测边调,大大减少了调配工作量,降低了作业成本,同时大幅度提高了调配效率。现场应用表明,采用该技术施工成功率100%,测试调配精度90%以上,测调一体配水器最长工作时间400 d,各项技术指标正常

13、。在测试工艺方面他不仅完成了小斜度定向井测试的基本技术研究还为大斜度定向井或水平井提供了思路为后期大斜度定向井或水平井测试调配技术的发展提供了可靠的经验。5.大庆油田三元复合驱螺杆泵综合防垢技术 三元复合驱是20世纪末发展起来的一种可有效提高采收率的三次采油方式。大庆油田自1993年起开展三元复合驱现场试验,经过多年技术攻关,三元复合驱油技术已成为大庆油田提高原油采收率、增加可采储量的重要技术手段之一， 但三元复合体系进入地层后，碱与岩石矿物发生反应导致产生新的沉淀物，发生结垢。为了解决大庆油田三元复合驱过程中螺杆泵普遍结垢严重的问题,开展了螺杆泵防垢举升工艺研究。全面分析了三元复合驱过程中螺

14、杆泵结垢的原因与机理,以及结垢导致的螺杆泵井常见故障形式,认为结垢引起的螺杆泵定/转子配合精度变差、摩擦特性不规则、磨损加剧等问题是螺杆泵井故障率急剧升高的主要原因。基于此,提出了包括螺杆泵定/转子过盈量优化、设备材料表面改性和化学清/防垢相结合的螺杆泵井综合防垢举升工艺技术对策。截至2010年底,螺杆泵井综合防垢举升工艺技术已先后在油田216口井中累计应用425井次,措施后螺杆泵运行寿命大大延长,由措施前的平均不足100 d延长至298 d,其中最长运行寿命达到1 370 d,取得了良好的应用效果。该技术先被广泛投入应用。、固井方面1. 连续管水平井找堵水技术研究 水平井的井身结构特殊,见水

15、后如不采取措施,含水将持续上升,严重制约其整体开发进程1。水平井控水的前提条件是要找到出水位置，水平井常规的找堵水方法难以适应复杂的井况,存在较大的风险。为此,研究了连续管水平井找堵水作业技术井下开关滑阀及配套的连续管传送井下控制工具。该技术通过下入连续管开关工具管柱,采用机械方式打开或关闭开关阀实现不同层段的分段开采,达到找水和开采低含水层段的目的。使用连续管开关工具换层试采,对应开关阀状态明确,可多次重复开关,多段分采。将连续管水平井找堵水作业技术在冀东油田G104-5P79井应用后,该井动液面1 464m,日产液由152.6 t降至16.5 t,日产油由2 t升至4.8 t,含水质量分数

16、由98.7%降至70.9%,收到较好的应用效果。该技术是中国石油勘探开发研究院采油采气装备所于2008年开始研究，目前已投入应用。2.胺基高清洁钻井液技术 胜利油田所处的沙岩段地层存在大段油页岩，钻井过程中井壁失衡问题严重，极易形成大段“冰葫芦”井眼，从而造成起下钻遇阻，卡钻及后期电测，井壁取心卡电绳等问题，导致钻井成本大幅增加，为此，胜利油田钻井工艺研究院=针对该井所在区块的地质特点，研制出了胺基高清洁钻井液体系，该体系通过其本身的强抑制能力大幅降低粘土的水化分散，及部分破坏粘土的水化结构，提高了井壁稳定性及井眼清洁能力。现场应用表明，与该区块同类相比，井壁稳定性好，机械钻速大幅度提高，井胺

17、电测成功率100%，同时，该井液体系密度小，微细颗粒含量少，储层保护效果好，具有良好的推广应用价值。3.交联型魔芋胶/黄原胶调制剂的研制油田在未进入调制的情况下，水注入储层后会绕开油饱和区和低渗透区从高渗区进入油井。为了提高水驱采收率必须封堵高渗层，胶体的协同增效性在封堵高渗层的应用中非常广，它不仅节约了高价胶体还获得了比单一胶体更好的效果。科研人员将魔芋葡甘聚糖(KGM)与黄原胶(XG)共混,以有机硼为交联剂,研制出了一种新型的交联型复合调剖剂。通过对成胶时间和凝胶强度的测定,确定调剖体系的最终配方为:0.8%混胶浓度(魔芋精粉:黄原胶=3:1)+0.5%(体积比)交联剂有机硼溶液+1%(体

18、积比)杀菌剂+0.5%(体积比)除氧剂。考察了该调剖体系的抗温、pH值适应性、剪切稳定性,并进行了模拟岩心封堵实验。实验结果表明,该调剖体系具有良好的抗温、抗盐和抗剪切性能,封堵率可达99.7%。该技术只在实验室进行了实验而未进入推广使用阶段。其他方面1.新型打捞流量一体化投捞器的开发与应用乾安地区是近几年吉林油田主要上产油田，其井深,井眼轨迹复杂,给井下分注井测调试和修井都带来了诸多问题, 针对以往的分层测试存在测试难度大、测试周期长和测试效率低等问题,采油研究院于2010年开发了新型投捞流量一体化投捞器该投捞器在投水嘴的同时可测出分层流量,即投1次水嘴少拉1次水量。可提高测试效率,节省测试

19、时间。现场应用情况表明,采用新型投捞器比常规投捞可减少3次起下钢丝的时间,节约时间40%左右,从而提高了测调试效率。该技术在全国各油田具有广阔应用前景。2.生物酶浸洗清除水平井钻井液污染技术近年来,水平井在油田开发中得到了越来越广泛的应用。以辽河油田为例,水平井已从先导试验阶段和扩大试验阶段发展为规模应用阶段,目前,已经累计完钻各类水平井近800口。但是, 由于水平井的钻井周期和生产井段较长,钻井液污染较为严重,部分水平井完井后投产效果没有预期理想,而常规酸化处理只能解除钻井液中的无机堵塞。通过室内实验研究了生物酶对钻井液中淀粉、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺、黄原胶等聚合物及钻井液滤饼的降解作用,

20、介绍了生物酶浸洗清除水平井钻井液污染的现场施工工艺和现场试验效果,表明该技术是解除水平井钻井液污染的可行方法,具有扩大试验和推广应用前景。3.微地震监测成为油气勘探开发研究应用热点技术 微地震技术最早于20世纪80年代提出，90年代逐渐开始在其他行业应用。2006年，威德福公司推出FracMap微地震压裂监测技术，首次在油气勘探领域实现商业化应用。微地震监测技术在油气藏勘探开发方面的主要应用包括储层压裂监测、油藏动态监测等，可缩短和降低储层监测的周期与费用。 目前CGGVeritas、斯伦贝谢、贝克休斯、道达尔、哈里伯顿等多家公司推出微地震技术服务。道达尔公司在中东和南美分别进行了注蒸汽微地震

21、监测研究。一些专门从事微地震技术服务的公司在该领域取得重大进展，在优化开发方案、提高采收率等方面起到关键作用。微地震技术服务公司研发出一套基于地表的微震数据采集观测系统，其专有的FracStar?技术在非常规资源开采中发挥重要作用。微地震技术在页岩气储集层中进行实时压裂监测效果显著，贝克休斯公司采用IntelliFrac服务解决了页岩气储层水力压裂实时监测难题。 目前，微地震监测技术已经成为地球物理界的热门技术之一，是储层压裂过程中最精确、最及时、信息最丰富的监测手段。随着对微地震震源机制、反演及可视化的深入研究，微地震技术将不断扩大应用范围，发展前景将更加广阔。4.元素测井技术获得突破性进展

22、 地层评价对油气勘探和开发非常关键，元素分析是地层评价的重要手段之一。最新推出的新一代元素测井仪通过全面的地层元素测量，提供岩性和矿物学信息，可对复杂矿物地层进行快速精确评价；还可与实时数据采集软件结合，快速准确地提供现场与边远地区的地层元素可视化结果。新一代元素测井仪精度的提高及功能的增强，对重晶石、油基泥浆钻井，及碳酸盐岩、页岩和煤层的评价具有非常重要的意义。 新一代元素测井仪器利用测量的伽马能谱推导地层中的各种元素含量，重要的技术突破在于能够测量碳酸盐岩中的锰，提高了镁和铝的测量精度。这些都是油藏描述中非常重要，也是至今为止最难测量的元素。此外，新仪器用脉冲中子源取代了化学源，更加安全、

23、环保、高效。同时，通过对井内伽马射线与热中子的屏蔽，大幅降低井眼周围的环境对测量结果的影响，提高了信噪比和测量精度。新仪器耐温350华氏度、耐压20000磅平方英寸，可以在淡水、盐水、油基泥浆及空气等多种井眼介质中工作。 新仪器通过对新增加元素的测量，可以更好地确定矿物成分，改善对孔隙度、饱和度、渗透率的评价效果，为储量计算、优化完井和增产设计等提供重要信息。目前，新仪器已经成功完成试验和现场测试，并获得令人满意的试验结果。 5.高精度数字式第三代地震监测系统在阿拉斯加管道投入运行 为了对阿拉斯加等地震高发区的油气输送管道进行有效监测和地震预警，为震后紧急救援和决策提供依据，目前阿拉斯加第三代

24、管道地震监测系统已投入运行。 全长1280公里的阿拉斯加管道(TAPS)有865公里的管段抗震设防烈度超过7.0级。1977年建成投产以来，阿拉斯加管道就建设了一套地震监测系统。这套地震监测系统主要由11座数字式大地强烈运动加速度记录仪组成。1998年，阿拉斯加管道采用新的软硬件对第一代地震监测系统进行了更新，但传感器的数量并未增加。由于第二代监测系统是沿管道线性分布的，且传感器数量较少，难以精确指示管道潜在损害的位置。为此，阿拉斯加管道运营公司经过论证和研究，进一步完善了第三代地震监测系统，有效提高监测精度。 第三代系统由管道沿线的500多座高精度数字式大地强烈运动加速度记录仪组成，并通过互联网进行数据传输与实时监测。新系统在上一代监测系统的基础上，将一维监测系统拓展为二维监测系统，监测区域向管道两侧延伸，提高了地震监测的灵敏度。一旦管道沿线发生超过里氏3.5级的地震，系统就会发送电子邮件给予提醒。通过这套管道地震监测系统的监测，可以及时决定管道