21世紀(jì)初世界石油科技發(fā)展趨勢(shì) （上）

　　20世紀(jì)是石油工業(yè)飛速發(fā)展的世紀(jì)。首先，在認(rèn)識(shí)水平和研究方法方面，從孤立地分析構(gòu)造油氣藏、從靜態(tài)的槽臺(tái)說觀點(diǎn)認(rèn)識(shí)地下地質(zhì)特征，發(fā)展到用板塊構(gòu)造及活動(dòng)論的觀點(diǎn)分析含油氣盆地的形成與演化，用含油氣系統(tǒng)的觀點(diǎn)系統(tǒng)分析油氣的生成、運(yùn)移和聚集過程。
其次，在勘探方法和勘探技術(shù)方面，從簡(jiǎn)單的傳統(tǒng)鉆井工藝逐步發(fā)展到噴射鉆井、大位移井、欠平衡鉆井和多分支水平井。地震勘探技術(shù)更是從無(wú)到有，從模擬記錄階段迅速發(fā)展為數(shù)字地震、三維地震、四維地震。測(cè)井技術(shù)從模擬記錄測(cè)井發(fā)展至數(shù)字測(cè)井、成像測(cè)井和核磁測(cè)井。
所勘探的目標(biāo)亦從背斜圈閉、構(gòu)造圈閉，發(fā)展到復(fù)雜隱蔽的地層圈閉、巖性圈閉、深部潛山、礁體以及鹽下圈閉等等。所勘探的地區(qū)從單一的陸上淺層，發(fā)展到沙漠、極地等邊緣地區(qū)以及深層、灘海和廣闊的大陸架海域。
　　總之，早期“瞎子摸象”式的勘探活動(dòng)已經(jīng)逐漸發(fā)展為現(xiàn)代的綜合勘探新概念。
　　下面分專業(yè)對(duì)國(guó)外石油工業(yè)正在應(yīng)用的一些關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)作簡(jiǎn)要論述。
　　(一)地質(zhì)理論研究與應(yīng)用20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)、信息、通訊等基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，石油勘探理論研究和應(yīng)用技術(shù)在多方面取得了重要進(jìn)展，新理論、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。一些與石油地質(zhì)相關(guān)的學(xué)科，如：板塊構(gòu)造理論、沉積學(xué)和沉積盆地研究、盆地分析模擬、油氣成藏動(dòng)力學(xué)、含油氣系統(tǒng)、層序地層學(xué)、天然氣學(xué)、多學(xué)科工作組等，都取得了較為突出的進(jìn)展。
　　油氣勘探技術(shù)正在走向精細(xì)化、集成化，形成了以多學(xué)科協(xié)同研究為基礎(chǔ)的綜合勘探體系，并逐步滲透到油氣開發(fā)領(lǐng)域。在整個(gè)綜合勘探體系中，地質(zhì)綜合研究形成了以盆地分析為基礎(chǔ)、以含油氣系統(tǒng)為思路和方法、以目標(biāo)評(píng)價(jià)系統(tǒng)為手段的一整套地質(zhì)綜合評(píng)價(jià)方法和技術(shù)。
　　盆地分析在引入板塊構(gòu)造學(xué)、層序地層學(xué)、三維盆地模擬技術(shù)和多學(xué)科綜合后，從理論基礎(chǔ)到方法技術(shù)，得到了進(jìn)一步完善。含油氣系統(tǒng)把油氣形成、運(yùn)移、聚集作為一個(gè)完整的科學(xué)體系進(jìn)行應(yīng)用，從而改變了以往孤立地研究各單一成藏條件的狀況，在預(yù)測(cè)含油氣區(qū)帶和油氣藏分布等方面顯示出良好的效果，己成為不可缺少的找油理論和手段。勘探目標(biāo)評(píng)價(jià)系統(tǒng)在國(guó)外己有10多年的發(fā)展歷史，目前各大油公司都擁有自己的勘探目標(biāo)評(píng)價(jià)方法并已形成相應(yīng)的軟件，內(nèi)容包括烴源巖、儲(chǔ)層、圈閉和成藏動(dòng)力學(xué)等四大要素的描述；地質(zhì)、工程、經(jīng)濟(jì)和風(fēng)險(xiǎn)分析；鉆后評(píng)價(jià)和油氣可采儲(chǔ)量評(píng)估等多個(gè)方面。
　　目前，國(guó)外油氣勘探的地質(zhì)關(guān)鍵技術(shù)主要有：
(1)油藏描述技術(shù)
(2)盆地模擬技術(shù)
(3)高精度層序地層學(xué)
(4)油氣遠(yuǎn)景目標(biāo)定量評(píng)價(jià)技術(shù)
(5)資源評(píng)價(jià)技術(shù)和方法
(6)儲(chǔ)層綜合預(yù)測(cè)技術(shù)
(7)綜合勘探技術(shù)
　　多學(xué)科的交叉、綜合，多種勘探方法、勘探技術(shù)的綜合運(yùn)用，多個(gè)部門間的廣泛聯(lián)盟將是21世紀(jì)石油勘探技術(shù)發(fā)展的主流。高效的信息管理網(wǎng)絡(luò)、勘探技術(shù)的綜合與集成、基于風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的目標(biāo)優(yōu)選和決策會(huì)成為各大油公司的制勝法寶。未來(lái)5～10年，上述地質(zhì)關(guān)鍵技術(shù)將得到進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。并且，下面2項(xiàng)技術(shù)將會(huì)被開發(fā)應(yīng)用，而成為某些大油公司的關(guān)鍵技術(shù)：
(1)綜合地質(zhì)模擬技術(shù)
(2)石油勘探開發(fā)數(shù)據(jù)集成技術(shù)與管理系統(tǒng)
(二)物探技術(shù)
物探技術(shù)在石油勘探開發(fā)領(lǐng)域占據(jù)舉足輕重的位置，尤其是地震勘探技術(shù)，更是國(guó)外技術(shù)服務(wù)公司的重點(diǎn)服務(wù)項(xiàng)目，也是綜合性石油公司降低成本、實(shí)現(xiàn)高效益生產(chǎn)的主要手段之一。
自地震勘探技術(shù)進(jìn)入石油勘探領(lǐng)域之后，反射地震技術(shù)、數(shù)字地震技術(shù)和三維地震技術(shù)分別在不同的歷史時(shí)期作出了突出的貢獻(xiàn)，使當(dāng)時(shí)的油氣發(fā)現(xiàn)數(shù)量與儲(chǔ)量大幅度增加，成為地震勘
探技術(shù)發(fā)展史中里程碑式的進(jìn)步。進(jìn)入90年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的提高，高分辨率地震技術(shù)、三維疊前深度偏移技術(shù)、油藏地震描述技術(shù)、四維地震監(jiān)測(cè)技術(shù)等一批新技術(shù)迅速發(fā)展，它們不僅極大地提高了新區(qū)勘探的成功率，也給老區(qū)勘探注入了新的活力。
在現(xiàn)階段，相關(guān)學(xué)科的不斷發(fā)展促使地震勘探技術(shù)在數(shù)據(jù)采集、處理、解釋和設(shè)備制造方面取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。成像技術(shù)和多學(xué)科協(xié)同研究的應(yīng)用，使地震勘探技術(shù)的作用更加廣泛，三維地震、井眼地震、地震油藏描述與監(jiān)測(cè)和三維可視化等技術(shù)，均已在油氣勘探與生產(chǎn)中發(fā)揮著無(wú)法替代的作用，為提高勘探成功率、降低生產(chǎn)成本和改善采收率作出了突出的貢獻(xiàn)。
在21世紀(jì)初期，這些技術(shù)仍將在油氣勘探與生產(chǎn)領(lǐng)域繼續(xù)自身的作用，然而隨著生產(chǎn)要求的不斷提高，這些技術(shù)自身的改造勢(shì)在必行。有跡象表明，各種方法技術(shù)的集成與生產(chǎn)問題的實(shí)時(shí)解決，是這些技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。未來(lái)5-10年，將出現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)包括：部署永久性地震傳感器排列系統(tǒng)，實(shí)施實(shí)時(shí)地震油藏生產(chǎn)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)油田生產(chǎn)儀表化(電子化)管理；發(fā)展實(shí)時(shí)深度成像技術(shù)，實(shí)施隨鉆地震成像，實(shí)現(xiàn)鉆井進(jìn)程可視化控制；完善多分量地震勘探技術(shù)，實(shí)現(xiàn)巖性和直接流體判別勘探；建立數(shù)據(jù)處理-解釋-評(píng)價(jià)-決策過程可視化綜合系統(tǒng)，全面提升多學(xué)科工作組的研究能力和資產(chǎn)評(píng)估組的決策準(zhǔn)確性。
(三)測(cè)井技術(shù)
油氣勘探開發(fā)面臨的新形勢(shì)對(duì)測(cè)井技術(shù)提出了新的要求。電子、機(jī)械、計(jì)算機(jī)、通訊等技術(shù)的迅猛發(fā)展為測(cè)井技術(shù)的發(fā)展提供了先決條件。在這種大環(huán)境下，測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集、處理和解釋技術(shù)得到了快速發(fā)展。現(xiàn)在，測(cè)井儀器已經(jīng)從數(shù)控測(cè)井儀器向成像測(cè)井儀器方向發(fā)展，成像測(cè)井儀器可以以更高的數(shù)據(jù)傳輸率、在更短的時(shí)間內(nèi)傳送更多的測(cè)量數(shù)據(jù)；一次下井可以組合更多的下井儀器；一個(gè)儀器有更多的探測(cè)器，擴(kuò)大了井眼的覆蓋范圍，進(jìn)行成像測(cè)量；儀器具有更高的采樣率、更高的分辨率和多種探測(cè)深度。
20世紀(jì)90年代中期，斯倫貝謝等大公司相繼推出了成像測(cè)井技術(shù)，使得測(cè)井技術(shù)發(fā)生了根本性的變化，測(cè)井正從平均化的測(cè)量向陣列測(cè)量演變，能更好地探測(cè)地層的非均質(zhì)性，更有效地劃分薄層，更準(zhǔn)確地確定薄層的孔隙和含油飽和度。除了成像測(cè)井技術(shù)外，核磁共振測(cè)井技術(shù)、套管井測(cè)井技術(shù)、隨鉆測(cè)井技術(shù)和快速平臺(tái)測(cè)井技術(shù)都得到了迅速發(fā)展，成為近期關(guān)鍵的測(cè)井技術(shù)。
核磁共振測(cè)井技術(shù)經(jīng)過這幾年的發(fā)展，得到了不斷改進(jìn)，測(cè)井精度和測(cè)量速度得到了極大提高，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，應(yīng)用效果越來(lái)越明顯。套管井測(cè)井在油氣田開發(fā)中的作用更加重要，在國(guó)際市場(chǎng)上，套管井測(cè)井占47%，套管井測(cè)井儀器更加配套，新一代脈沖中子測(cè)井儀器已經(jīng)問世，新一代儀器具有地層評(píng)價(jià)、生產(chǎn)測(cè)井和油井監(jiān)測(cè)等多種功能。隨鉆測(cè)井技術(shù)自20世紀(jì)80年代問世以來(lái)，經(jīng)過不斷改進(jìn)，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到了第三代，隨鉆測(cè)井儀器正在向著陣列化成像方向發(fā)展，某些隨鉆測(cè)井項(xiàng)目已經(jīng)實(shí)現(xiàn)成像測(cè)量。隨著哈里伯頓公司隨鉆核磁共振測(cè)井儀器的推出，成像測(cè)井儀器更加配套，儀器的可靠性得到了進(jìn)一步的增強(qiáng)。為了適應(yīng)更加惡劣的測(cè)井環(huán)境，斯倫貝謝公司和哈里伯頓公司都推出了惡劣環(huán)境測(cè)井技術(shù)，儀器的耐溫達(dá)到500℉、耐壓達(dá)到了25000psi，可以在30000ft以下的深井中完成測(cè)井作業(yè)。在裸眼井測(cè)井中，電阻率加上三孔隙度測(cè)井的市場(chǎng)份額占到了78%。因此，幾家大測(cè)井公司都積極加強(qiáng)常規(guī)測(cè)井系列的研究，并將隨鉆測(cè)井中的高可靠技術(shù)應(yīng)用于此系列，推出了快速平臺(tái)，使常規(guī)測(cè)井儀器向著多組合、小尺寸、高可靠、低成本的方向發(fā)展。測(cè)井平臺(tái)可以縮短測(cè)井時(shí)間，降低測(cè)井中的故障率，并大大節(jié)省了占用井場(chǎng)的時(shí)間。與成像測(cè)井儀相比，其成本低得多，服務(wù)價(jià)格可以大大下降。這一系列在國(guó)際市場(chǎng)上有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
另外，近兩年出現(xiàn)的永久測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越多，各大服務(wù)公司都在積極介入這一市場(chǎng)，預(yù)計(jì)該項(xiàng)技術(shù)對(duì)油氣田的開發(fā)將會(huì)起到非常重要的作用。
(四)鉆井技術(shù)
由于鉆井費(fèi)用占了石油工業(yè)勘探開發(fā)費(fèi)用的50%～80%，所以，研究和發(fā)展先進(jìn)適用的鉆井技術(shù)是國(guó)外大石油公司降低勘探開發(fā)成本的主要著力點(diǎn)。概括起來(lái)講，國(guó)外鉆井技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)主要有兩個(gè)：一是提高勘探開發(fā)整體效益，二是降低鉆井直接成本。
近些年，國(guó)外核心鉆井技術(shù)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1.欠平衡鉆井技術(shù)
欠平衡鉆井技術(shù)(指注氣欠平衡鉆井技術(shù))于90年代初起源于加拿大，是由加拿大開始推廣的。欠平衡鉆井技術(shù)可減輕地層損害，提高機(jī)械鉆速，克服漏失和卡鉆，是開發(fā)枯竭油層的一種好方法。但欠平衡鉆井技術(shù)要比常規(guī)鉆井技術(shù)復(fù)雜，首先要增加一系列的設(shè)備。并且在安全和防腐方面目前也存在一系列的困難。
2.大位移井鉆井技術(shù)
20年代美國(guó)開始運(yùn)用大位移井，90年代該技術(shù)得到迅速發(fā)展。大位移井技術(shù)主要用于以較少的平臺(tái)開發(fā)海上油氣田和從陸上開發(fā)近海油氣田，目前主要用在北海、英國(guó)WatchFarm油田和美國(guó)加州近海。
3.多分支井鉆井技術(shù)
多分支水平井能由多個(gè)儲(chǔ)層同時(shí)泄油到一個(gè)主要井眼。儲(chǔ)層和地下環(huán)境要求確定主井眼與多分支水平井的連接規(guī)范。目前在國(guó)際上一致承認(rèn)的是TAML對(duì)多分支井完井系統(tǒng)的分級(jí)。TAML把多分支水平井的完井分為6個(gè)級(jí)，其中第三級(jí)里包括一個(gè)亞級(jí)。
多分支水平井是提高油井產(chǎn)量和產(chǎn)能的一種方法。目前Schlumberger Cambridge Research和Schlumberger Doll Research兩家斯倫貝謝公司下屬的科研機(jī)構(gòu)正與很多大學(xué)合作，對(duì)提高單井產(chǎn)量和最大限度地提高多分支水平井的產(chǎn)能的方法進(jìn)行研究。研究?jī)?nèi)容包括增產(chǎn)措施和控制、多項(xiàng)流監(jiān)測(cè)、流體分析等。
4.連續(xù)管鉆井(CTD)技術(shù)
CTD鉆井技術(shù)是開采末波及區(qū)和提高油井產(chǎn)能的新技術(shù)，該技術(shù)為開采未波及區(qū)和提高油井產(chǎn)能打開了門戶，并提供了一條經(jīng)濟(jì)有效的新技術(shù)。
5.地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)
斯倫貝謝公司于90年代中期研制成功近鉆頭傳感器，并將其應(yīng)用在導(dǎo)向鉆井作業(yè)中，形成了一種新的導(dǎo)向鉆井技術(shù)即地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)，并將這項(xiàng)鉆井技術(shù)向全世界推廣。另外，為發(fā)展地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)，斯倫貝謝公司還研制成功測(cè)傳馬達(dá)(instrumented steerable motor)，為地質(zhì)導(dǎo)向鉆井又增加了新的工具。地質(zhì)導(dǎo)向鉆井的特點(diǎn)是，由于傳感器離鉆頭較近，因此能實(shí)時(shí)地把鉆頭附近的測(cè)量數(shù)據(jù)傳送到地面，鉆井工程師可根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)及時(shí)地調(diào)整井眼方位和井斜角以確保井眼沿設(shè)計(jì)軌道鉆進(jìn)。
6.自動(dòng)跟蹤旋轉(zhuǎn)閉環(huán)鉆井系統(tǒng)
自動(dòng)跟蹤旋轉(zhuǎn)閉環(huán)鉆井系統(tǒng)通過井下測(cè)量、地面測(cè)量、數(shù)據(jù)采集、綜合解釋、地面過程控制、井下過程控制6個(gè)過程實(shí)現(xiàn)鉆井自動(dòng)化。
到2001年1月為止，貝克休斯公司已采用自動(dòng)跟蹤旋轉(zhuǎn)閉環(huán)鉆井系統(tǒng)鉆進(jìn)了71萬(wàn)m的進(jìn)尺。自1977年自動(dòng)跟蹤旋轉(zhuǎn)閉環(huán)鉆井系統(tǒng)投入使用以來(lái)，在15個(gè)國(guó)家共打486口井。共節(jié)省了3億美元的綜合成本。
7.膨脹管制造和應(yīng)用技術(shù)
膨脹管技術(shù)問世于80年代初，是由前蘇聯(lián)研制成功的。當(dāng)時(shí)是用的是93號(hào)鋼制成的異形管。當(dāng)鉆遇水層或破碎帶而無(wú)法正常鉆進(jìn)時(shí)，將其下入井內(nèi)，用擴(kuò)管器將異型管擴(kuò)成圓形并使其靠井壁上，借以封堵水層和破碎帶。到90年代末，美國(guó)研制出割縫膨脹管，這種割縫膨脹管比異型管更容易擴(kuò)徑，因此其封堵破碎帶的效果更好。據(jù)稱，如果連續(xù)下這種割縫膨脹管用以封隔地層，可以少下一層或幾層套管，從而可大副都降低鉆井成本。
未來(lái)的鉆井技術(shù)發(fā)展將繼續(xù)以降低勘探開發(fā)總成本和鉆井直接成本為主要目標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化鉆井為核心的研究?jī)?nèi)容帶動(dòng)整個(gè)鉆井技術(shù)的進(jìn)步。鉆井技術(shù)將更好地與地質(zhì)、地震、測(cè)井和錄井等專業(yè)技術(shù)緊密結(jié)合，形成一套高效的鉆井系統(tǒng)，不斷提高油氣勘探成功率和單井產(chǎn)量，縮短鉆井時(shí)間，降低“噸油成本”。21世紀(jì)初的重要鉆井技術(shù)發(fā)展方向包括以下幾個(gè)方面：
(1)多分支井。多分支井的鉆井與完井技術(shù)將進(jìn)一步得到完善和發(fā)展，并將廣泛應(yīng)用于老油田和海上油田。
(2)大位移井。大位移井鉆井技術(shù)將進(jìn)一步圍繞降低成本、減少風(fēng)險(xiǎn)和提高成功率的目標(biāo)而發(fā)展，將更廣泛地用于海上油田、灘海油田和其他地面條件受到限制的油田。
(3)欠平衡鉆井。欠平衡鉆井技術(shù)將進(jìn)一步朝安全、簡(jiǎn)便和適用的方向發(fā)展。這項(xiàng)技術(shù)對(duì)于保護(hù)油層和提高鉆井速度具有重要意義，將廣泛用于低壓低滲油田和老油田。
(4)鉆井信息技術(shù)，包括隨鉆測(cè)量、隨鉆測(cè)井、隨鉆地震和實(shí)時(shí)三維井眼軌跡監(jiān)測(cè)(與地質(zhì)模型結(jié)合)等技術(shù)。各種井下傳感器的位置將進(jìn)一步朝鉆頭附近移動(dòng)，能夠探測(cè)鉆頭前方的地層信息，更好地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地下情況，修改地質(zhì)模型，實(shí)現(xiàn)地面與地下的雙向通信，進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向鉆井。
(5)連續(xù)管鉆井技術(shù)。連續(xù)管、連續(xù)管鉆機(jī)和連續(xù)管鉆井配套的工具(如小直徑井下馬達(dá)、鉆頭和測(cè)量工具等)將會(huì)得到進(jìn)一步的發(fā)展。連續(xù)管鉆井技術(shù)在分支井和小井眼鉆井方面有著廣泛的應(yīng)用前景。
(6)可膨脹套管技術(shù)。常規(guī)鉆井中是將固定尺寸的套管下入井中，從井口到油層的尺寸是逐漸縮小的。因此，有可能因?yàn)榫鄢叽缍拗颇骋簧疃鹊木伦鳂I(yè)，甚至不能達(dá)到目的層。殼牌研究中心最近開發(fā)了膨脹式割縫管和實(shí)體套管，其中膨脹式割縫管的直徑可膨脹至原有的2倍。這項(xiàng)技術(shù)具有重要的意義，一是可以簡(jiǎn)便有效地解決復(fù)雜井段的井壁穩(wěn)定問題，二是可以減少上部井眼的尺寸和套管層數(shù)，甚至在幾年內(nèi)實(shí)現(xiàn)從井口到井底以同一尺寸鉆井，這樣可以鉆更深的直井和大位移井，三是可以修復(fù)老井被損壞的套管,四是可以大大降低鉆井成本。
(7)自動(dòng)化鉆井。繼續(xù)開發(fā)研究井下鉆井、地質(zhì)信息采集與處理技術(shù)，可遙控井下工具及井下自動(dòng)執(zhí)行裝置等。
(8)深水鉆井。在過去的十多年里，人類的石油鉆井活動(dòng)已經(jīng)從1983年的300m水深擴(kuò)展到了1998年的2300m水深左右。為有效地開發(fā)深水油氣資源，深水鉆井技術(shù)必將得到進(jìn)一步的發(fā)展。