盘点全球十大石油科技进展

1. 细粒沉积岩形成机理研究有效指导油气勘探

随着数字露头、矿物元素分析QEMSCAN、水槽模拟实验、成像测井等先进技术的广泛应用，二十一世纪以来，细粒沉积学在细粒沉积过程模拟、泥页岩成岩作用与精细表征等方面取得重大进展，加深了细粒沉积岩形成机理与分布的认识。

细粒沉积水槽模拟实验揭示了纹层状页岩主要是由流体搬运形成，而并非传统认识的缓慢沉降形成，创新了页理的形成机理；

现代考察与水槽模拟发现细粒沉积快速埋藏能有效保存大量有机质，指出长期水体分层并非是黑色页岩形成的必要条件，黑色页岩可以在较浅的陆缘海广泛分布；

矿物元素分析技术能精细识别泥页岩的矿物含量和沉积组构，成像测井技术可以有效识别泥页岩的孔隙特征；

地下状态的成岩过程模拟揭示了泥页岩渗透率的各向异性与原始有效应力的关系，模拟了页岩油气储量的衰减模型。

细粒沉积岩作为烃源岩不但控制了常规油气藏的形成与分布，而且与致密油气、页岩油气等非常规油气资源紧密相关。国外海相细粒沉积岩形成机理与岩石组构的创新性认识，拓展了油气勘探领域，推动了北美地区非常规油气的勘探进程。

2. CO2压裂技术取得重大突破

储层改造技术已经成为低渗、超低渗油气藏和致密油气藏等非常规油气藏有效开发的关键技术，水力压裂是目前储层改造技术的主体。由于其自身特点，水力压裂存在对水敏/水锁性储层伤害大、耗水量大、环保矛盾突出等缺陷。近年来，CO2压裂技术的发展和进步，有望成为解决这一问题的重要途径之一。

CO2压裂技术源于北美，已经从早期的CO2增能伴注压裂和CO2泡沫压裂发展到CO2干法加砂压裂技术。CO2干法压裂技术的主要特点是用液态CO2代替常规水基压裂液，技术难点是带压密闭条件下输砂、液态CO2黏度改性和施工装备配套等。

美国贝克休斯公司已经开发出成套技术与装备，现场应用3000余井次，在强水敏/水锁非常规油气藏中增产效果显著，同比单井产量提高50％以上。其中美国Devonian页岩气藏采用CO2加砂压裂改造后，9个月后产量相当于氮气压裂井的2倍，相当于CO2泡沫压裂井的5倍；美国泥盆系页岩15口压裂井进行对比试验，生产37个月后，用CO2加砂处理井的单井产气量为CO2泡沫处理井的4倍，为氮气处理井的2倍。

我国川庆钻探与长庆油田等单位联合攻关，在CO2密闭混砂装置与CO2增黏技术上取得重要突破，2013年8月长庆苏里格气田苏东44-22井先导试验取得成功，2014年8月吉林油田在黑＋79-31-45井也进行了先导试验。

CO2干法加砂压裂技术具有“无水压裂”的特性，可消除储层水敏和水锁伤害，提高压裂改造效果，具有压裂液无残渣、有效保护储层和支撑裂缝、实现自主快速返排、大幅缩短返排周期、节约水资源等特点，有利于页岩气、煤层气吸附天然气的解析，在低渗、低压、水敏性储层开发中具有广阔的应用前景，正在成为水力压裂技术的有效补充。

3. 低矿化度水驱技术取得重大进展

水驱仍将是油田开发的主导技术，但注水的技术内涵和作用机理正在逐渐深化发展。赋予水驱除补充能量以外的其他功能，成为各大石油公司攻关的热点。低矿化度水驱、设计水驱、智能水驱等技术通过调整注入水的离子组成和矿化度，改变油藏岩石表面润湿性，从而提高原油采收率，无论在室内实验还是现场试验都取得了显著效果。

在现场应用方面，BP公司继北美阿拉斯加北坡的恩迪科特油田先导试验后，联合康菲、雪佛龙和壳牌公司在英国北海Clair Ridge油田启动了世界上第一个海上低矿化度水驱项目，利用海水净化装置将海水矿化度降低至300ppm至2000ppm并直接注入油藏，预计可使该油田增产4200万桶原油。

科威特石油公司在世界第二大油田布尔甘油田开展低矿化度水驱试验，将矿化度从140000ppm降低到5000ppm，当含水饱和度降低5％时，每桶增加的成本仅为10美元。沙特阿美石油公司在Kindom碳酸盐岩油藏进行现场试验，结果显示在常规海水驱替后转智能水驱可提高水驱采收率7％至10％。

中国石油离子匹配精细水驱技术，研发了针对长庆、吉林等油区低渗油藏的水驱体系，室内评价提高采收率5％至15％，有望为我国大规模的低渗透油藏提高采收率提供新的技术手段。

与化学驱、热采等其他EOR技术相比，低矿化度水驱采油技术的驱替效果相当且具有简单有效、经济可行以及风险较低的特点，具有很大的应用潜力和推广空间。

4. 声波全波形反演技术走向实际应用

全波形反演方法利用叠前地震波场的运动学和动力学信息重建地下速度结构，通过更新迭代初始模型进而减小计算数据和观测数据之间的误差；逐步逼近真实模型，是提高速度模型精度、改善复杂目标成像效果的主要手段，具有揭示复杂地质背景下构造与岩性细节信息的潜力。但由于其计算量大、算法不稳定等因素，给实际应用带来了许多困难，一直未能广泛投入商业化应用。

近年来，随着计算机计算能力的不断提高，宽频、大偏移距采集技术的进步以及理论方法研究的不断深入，全波形反演技术快速发展：

持续完善工作流程，开发自适应数据选择方法，减少了由于周期跳跃引起的假象及速度误差；

利用概率性质量控制方法，量化初始模型周期跳跃，克服周期跳跃对全波形反演的限制；

声波全波形反演从理论研究形成产品，应用于海上三维实际资料处理中，改善了深水盐下复杂构造成像效果，用于精细地质解释；

此外，利用高分辨率全波形反演速度模型更好地约束Q层析参数等，优化成像结果。

国内外多家公司对墨西哥湾、西非海上、巴伦支海挪威海域等地区的地震资料，尤其是全方位、宽频、大偏移距地震数据进行全波形反演，获得了高分辨率速度模型，有效改善了盐下等复杂构造成像质量。目前全波形反演技术还在进一步深化研究，陆上资料的全波形反演技术应用还存在很大的挑战。随着计算能力的进一步提高以及理论方法研究的不断深入，全波形反演技术应用也将不断发展，应用潜力巨大，是今后地震技术发展的重要方向。

5. 地震导向钻井技术有效降低钻探风险

地震导向钻井技术作为一项新兴的开发地震技术，以地震数据为主，充分利用钻井、测井、录井、开发等各专业数据，进行数据驱动与融合，获得最佳的地震反演效果，实时预测断层及岩性突变等地质异常，修正地质模型，帮助钻井部门做出快速决策，优化井眼轨迹，降低钻探风险，提高储层钻遇率，指导油气田开发，是地震技术在油田开发领域应用的一项重大进步。

地震导向钻井技术改进了传统导向流程，在钻进过程中，实时利用物、测、钻等各专业数据，改变了以往各专业独立运作，最后综合应用各专业结果相互补充的局面，真正实现了多学科融合；另外，地震导向钻井技术改变了以往静态模型导向方式，实时更新地质模型，动态调整钻头钻进轨迹，减少钻井风险。地震导向钻井技术更加注重强调地震技术的作用，充分利用地震技术横向高分辨率的特点，为钻井提供地震导向全程跟踪服务。

目前，地震导向钻井技术已在中国和墨西哥湾进行了测试应用。在中国的高陡复杂构造气藏及苏里格气田低渗透碎屑岩气藏应用地震导向钻井技术，有效提高了储层钻遇率及单井产能；在墨西哥湾，通过多次更新速度模型，及时修整钻井设计方案，避开断裂，有效降低了开发风险与成本。未来，随着地震、测井、钻井、地质、油藏一体化工作平台的建立，地震导向钻井技术将更加有效地融合多学科技术，降低钻探风险优化开发方案，在油气田开发中发挥更大的作用。

6. 岩性扫描成像测井仪器提高复杂岩性储层评价精度

现今油藏复杂性的不断增加要求准确了解地层元素组分和矿物含量，特别是非常规油气藏，定量测量矿物和有机碳含量对资源评价至关重要。岩性扫描成像测井仪器结合非弹性和俘获伽马能谱测量的优点，大幅提高地层元素测量的精度，并能独立地定量确定总有机碳含量（TOC），使得TOC测井成为现实，对非常规和常规油气评价具有非常重要的作用。

该仪器结合了现代闪烁探测器、高输出脉冲中子发生器和非常快速的脉冲处理系统，极大地提高了能谱测井质量。

首先，仪器采用大型掺铈溴化镧（LaBr3：Ce）伽马射线探测器及先进的耐高温光电倍增管。LaBr3：Ce探测器具有优异的性能：光输出量大，比NaI高约50％，有助于提高光谱分辨率；高温性能优异，200摄氏度时光输出和分辨率只有少量降低；光衰减时间比NaI要快一个数量级，利于提高测量精度和测速。

其次，仪器采用新一代脉冲中子发生器，每秒至少产生3亿个中子，是放射性同位素源的8倍。第三，采用专利电子元件，对每秒超过250万之高的计数率实现快速处理。

新仪器已经在美国和加拿大的主要非常规油气藏进行了广泛的现场测试。测试结果显示，在测速为每小时900英尺时仪器的重复性很好，在测速每小时3600英尺时重复性变差，但仍能比现有仪器更好地定量描述岩性。为了验证测井结果的准确性，将测井与岩芯分析结果进行了对比，两者的一致性非常好，特别是TOC。

7. 多项钻头技术创新大幅度提升破岩效率

近年来，国外在钻头材料、设计、制造等领域的技术创新持续不断，破岩效率不断提升，从而不断提高钻井效率，缩短钻井周期，降低钻井成本，提高井身质量和作业安全性。通过持续的研发投入，多家公司的钻头产品不断推陈出新，引领了钻头技术的发展。

超硬材料技术：

广泛应用脱钴技术，大幅度提高了脱钴净度和脱钴深度。脱钴深度已达到0.5毫米至0.6毫米。在不牺牲硬度和冲击强度的前提下，改善了PDC钻头的抗热磨损性。

钻头制造技术：

采用粉末铺层等方法制备聚晶金刚石复合片材料，使硬质合金体的硬度呈非均匀分布，形成硬度梯度，从而提高表面硬度，改善自锐性能。

3D打印技术：

通过一次成型的制造工艺，显著增强钻头应对极端环境的能力。

齿形设计技术：

多家公司创新推出了设计新颖、性能更优的切削齿。

锥形PDC切削齿，改变了PDC切削齿一直以来的平面结构，将其安装在钻头切削面的中心，起定心作用，可增强钻头的稳定性，延长钻头使用寿命，同时提高机械钻速；

可旋转的ONXYPDC切削齿，解决了PDC切削齿在一个方向磨损的问题，有效发挥切削齿的潜能，延长了钻头的使用寿命；

波纹顶面复合片则是通过特殊设计的波状轮廓金刚石顶面有效降低复合片表面的摩擦力，减少切削过程中产生的热量，从而提高破岩的机械比能。

钻头技术的创新发展大幅度提高了油气钻井的破岩效率，同时也为石油公司提高油气勘探开发效率与效益提供了重要手段。近年来应用新型钻头完成的钻井作业，在提高钻井速度的同时，在降低钻井成本和保障钻井安全等方面发挥了重要作用。

8. 干线管道监测系统成功应用于东西伯利亚—太平洋 输油管道

俄罗斯东西伯利亚—太平洋输油管道系统一期工程成功应用干线管道监测系统，解决了管道线路长，途经冻土区、地震高发区（8级）、滑坡地带等多种恶劣自然条件下的管道安全运营问题，通过对影响管道状态的各种参数进行经常性的监测，有助于消除这些地区地质活动对管道造成的不利影响。

干线管道监测系统是根据管道线路的航天监测、航空目测和陆地地质考察、自动化监测系统所监测到的复杂地质情况参数来判定“大气—土地—管道—运输介质”系统之间相互影响的过程。

该监测系统由两部分组成：

一个是持续监测系统，可以接收来自自动监测系统的土壤参数和管道位置情况等信息；

另一个是以定期观测为基础的周期性监测系统。这两个系统所获取的信息全部进入数据处理子系统，经过分析计算，成为下一步评价管道技术状态和采取控制措施的依据。通过对上述监测数据和特征进行分析、研究，加上其他形式的管道预测结果，可以估计当前的管道状况，并及时采取有效的处理方案。

干线原油管道监测系统是以信息自动化、高科技设备、先进的技术和程序方案为基础的现代科技系统，可以使原油管道在计划的输油工况下保持良好的可靠性及安全性，并符合相关标准规范。该技术在东西伯利亚—太平洋输油管道上的成功运用，为管道安全高效运行提供了保障。

9. 炼油厂进入分子管理技术时代

炼油厂“分子管理”技术是近年来国际石油公司提出的一项突破传统的对石油馏分的粗放认知，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，目前已经实现工业应用并取得了巨大的经济效益。

“分子管理”包含的关键技术为分子指纹识别技术（含油品分析和分子表征）、分子组成层次的模拟技术以及基于前两者的过程优化技术等，从分子水平上认识、加工和管理石油资源，实现对石油加工过程的极致精细化管理，推动石油组分实现“宜油则油、宜烯则烯、宜芳则芳”，使石油资源物尽其用，加工过程中消耗最低。

埃克森美孚公司提出了结构导向集总（SOL）方法用于油品分子表征技术，估算其分子组成，并利用该方法建立了催化裂化、催化石脑油加氢脱硫、润滑油加氢裂化、再精制、溶剂抽提、溶剂脱蜡和催化脱蜡等过程的结构导向集总动力学模型。成功应用于多个炼厂，进行产品产率和性质预测、原料优化配置、加工方案调优等。

在此基础上，将油品分子表征技术、集总反应动力学模型与计划优化系统、生产调度及实时优化系统相结合构建炼厂整体优化模型，对炼油过程进行整体优化。通过分子管理项目，埃克森美孚公司下游业务获益超过7.5亿美元/年。

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，以最低的成本生产效益最好的产品，已成为全球炼油企业的共识。“分子管理”技术的出现恰恰契合了这一理念，随着分析技术、信息技术等相关领域研究的进一步深入，“分子管理”技术在我国石油加工行业的全面应用也将不再遥远。

10. 甲烷无氧一步法生产乙烯、芳烃和氢气的新技术取得重大突破

传统的甲烷转化路线投资和消耗高，由于采用氧分子作为甲烷活化的助剂或介质，过程中不可避免地形成和排放大量温室气体，致使总碳利用率降低。由大连化物所研究的甲烷高效转化技术，实现了甲烷在无氧条件下选择活化，一步高效生产乙烯、芳烃和氢气等化学品。

研究团队基于“纳米限域催化”的新概念，将具有高催化活性的单中心低价铁原子通过两个碳原子和一个硅原子镶嵌在氧化硅或碳化硅晶格中，形成高温稳定的催化活性中心；甲烷分子在配位不饱和的单铁中心上催化活化脱氢，获得表面吸附态的甲基物种，进一步从催化剂表面脱附形成高活性的甲基自由基，随后生成乙烯和其他高碳芳烃分子，如苯和萘等。

在反应温度1090摄氏度和空速21.4Lgcat-1·h-1条件下，甲烷的单程转化率达48.1％，乙烯的选择性为48.4％，所有产物的选择性>99％。在60小时的寿命评价过程中，催化剂保持了极好的稳定性。与天然气转化的传统路线相比，该技术彻底摒弃了高耗能的合成气制备过程，缩短了工艺路线，反应过程本身实现了二氧化碳的零排放，碳原子利用效率达到100％。

研究团队还揭示了单铁活性中心抑制甲烷深度活化从而避免积碳的机理，首次将单中心催化的概念引入高温催化反应。相关成果发表在2014年9日出版的美国《科学》杂志上，该成果代表了这一产业的重大变革。

该技术与理想的高选择性转化相符，实现了原子经济反应，极具创新性和引领作用，是天然气利用研究中又一个具有里程碑意义的突破。（原载《中国石油报》）