21世紀初世界石油科技發展趨勢 （上）

　　20世紀是石油工業飛速發展的世紀。首先，在認識水平和研究方法方面，從孤立地分析構造油氣藏、從靜態的槽臺說觀點認識地下地質特征，發展到用板塊構造及活動論的觀點分析含油氣盆地的形成與演化，用含油氣系統的觀點系統分析油氣的生成、運移和聚集過程。
其次，在勘探方法和勘探技術方面，從簡單的傳統鉆井工藝逐步發展到噴射鉆井、大位移井、欠平衡鉆井和多分支水平井。地震勘探技術更是從無到有，從模擬記錄階段迅速發展為數字地震、三維地震、四維地震。測井技術從模擬記錄測井發展至數字測井、成像測井和核磁測井。
所勘探的目標亦從背斜圈閉、構造圈閉，發展到復雜隱蔽的地層圈閉、巖性圈閉、深部潛山、礁體以及鹽下圈閉等等。所勘探的地區從單一的陸上淺層，發展到沙漠、極地等邊緣地區以及深層、灘海和廣闊的大陸架海域。
　　總之，早期“瞎子摸象”式的勘探活動已經逐漸發展為現代的綜合勘探新概念。
　　下面分專業對國外石油工業正在應用的一些關鍵技術及其發展趨勢作簡要論述。
　　(一)地質理論研究與應用20世紀90年代以來，隨著計算機、信息、通訊等基礎技術的發展，石油勘探理論研究和應用技術在多方面取得了重要進展，新理論、新技術不斷涌現。一些與石油地質相關的學科，如：板塊構造理論、沉積學和沉積盆地研究、盆地分析模擬、油氣成藏動力學、含油氣系統、層序地層學、天然氣學、多學科工作組等，都取得了較為突出的進展。
　　油氣勘探技術正在走向精細化、集成化，形成了以多學科協同研究為基礎的綜合勘探體系，并逐步滲透到油氣開發領域。在整個綜合勘探體系中，地質綜合研究形成了以盆地分析為基礎、以含油氣系統為思路和方法、以目標評價系統為手段的一整套地質綜合評價方法和技術。
　　盆地分析在引入板塊構造學、層序地層學、三維盆地模擬技術和多學科綜合后，從理論基礎到方法技術，得到了進一步完善。含油氣系統把油氣形成、運移、聚集作為一個完整的科學體系進行應用，從而改變了以往孤立地研究各單一成藏條件的狀況，在預測含油氣區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。勘探目標評價系統在國外己有10多年的發展歷史，目前各大油公司都擁有自己的勘探目標評價方法并已形成相應的軟件，內容包括烴源巖、儲層、圈閉和成藏動力學等四大要素的描述；地質、工程、經濟和風險分析；鉆后評價和油氣可采儲量評估等多個方面。
　　目前，國外油氣勘探的地質關鍵技術主要有：
(1)油藏描述技術
(2)盆地模擬技術
(3)高精度層序地層學
(4)油氣遠景目標定量評價技術
(5)資源評價技術和方法
(6)儲層綜合預測技術
(7)綜合勘探技術
　　多學科的交叉、綜合，多種勘探方法、勘探技術的綜合運用，多個部門間的廣泛聯盟將是21世紀石油勘探技術發展的主流。高效的信息管理網絡、勘探技術的綜合與集成、基于風險和經濟評價的目標優選和決策會成為各大油公司的制勝法寶。未來5～10年，上述地質關鍵技術將得到進一步發展和應用。并且，下面2項技術將會被開發應用，而成為某些大油公司的關鍵技術：
(1)綜合地質模擬技術
(2)石油勘探開發數據集成技術與管理系統
(二)物探技術
物探技術在石油勘探開發領域占據舉足輕重的位置，尤其是地震勘探技術，更是國外技術服務公司的重點服務項目，也是綜合性石油公司降低成本、實現高效益生產的主要手段之一。
自地震勘探技術進入石油勘探領域之后，反射地震技術、數字地震技術和三維地震技術分別在不同的歷史時期作出了突出的貢獻，使當時的油氣發現數量與儲量大幅度增加，成為地震勘
探技術發展史中里程碑式的進步。進入90年代，隨著計算機技術水平的提高，高分辨率地震技術、三維疊前深度偏移技術、油藏地震描述技術、四維地震監測技術等一批新技術迅速發展，它們不僅極大地提高了新區勘探的成功率，也給老區勘探注入了新的活力。
在現階段，相關學科的不斷發展促使地震勘探技術在數據采集、處理、解釋和設備制造方面取得長足的進步。成像技術和多學科協同研究的應用，使地震勘探技術的作用更加廣泛，三維地震、井眼地震、地震油藏描述與監測和三維可視化等技術，均已在油氣勘探與生產中發揮著無法替代的作用，為提高勘探成功率、降低生產成本和改善采收率作出了突出的貢獻。
在21世紀初期，這些技術仍將在油氣勘探與生產領域繼續自身的作用，然而隨著生產要求的不斷提高，這些技術自身的改造勢在必行。有跡象表明，各種方法技術的集成與生產問題的實時解決，是這些技術發展的趨勢。未來5-10年，將出現的關鍵技術包括：部署永久性地震傳感器排列系統，實施實時地震油藏生產監測，實現油田生產儀表化(電子化)管理；發展實時深度成像技術，實施隨鉆地震成像，實現鉆井進程可視化控制；完善多分量地震勘探技術，實現巖性和直接流體判別勘探；建立數據處理-解釋-評價-決策過程可視化綜合系統，全面提升多學科工作組的研究能力和資產評估組的決策準確性。
(三)測井技術
油氣勘探開發面臨的新形勢對測井技術提出了新的要求。電子、機械、計算機、通訊等技術的迅猛發展為測井技術的發展提供了先決條件。在這種大環境下，測井數據采集、處理和解釋技術得到了快速發展。現在，測井儀器已經從數控測井儀器向成像測井儀器方向發展，成像測井儀器可以以更高的數據傳輸率、在更短的時間內傳送更多的測量數據；一次下井可以組合更多的下井儀器；一個儀器有更多的探測器，擴大了井眼的覆蓋范圍，進行成像測量；儀器具有更高的采樣率、更高的分辨率和多種探測深度。
20世紀90年代中期，斯倫貝謝等大公司相繼推出了成像測井技術，使得測井技術發生了根本性的變化，測井正從平均化的測量向陣列測量演變，能更好地探測地層的非均質性，更有效地劃分薄層，更準確地確定薄層的孔隙和含油飽和度。除了成像測井技術外，核磁共振測井技術、套管井測井技術、隨鉆測井技術和快速平臺測井技術都得到了迅速發展，成為近期關鍵的測井技術。
核磁共振測井技術經過這幾年的發展，得到了不斷改進，測井精度和測量速度得到了極大提高，現場應用越來越廣泛，應用效果越來越明顯。套管井測井在油氣田開發中的作用更加重要，在國際市場上，套管井測井占47%，套管井測井儀器更加配套，新一代脈沖中子測井儀器已經問世，新一代儀器具有地層評價、生產測井和油井監測等多種功能。隨鉆測井技術自20世紀80年代問世以來，經過不斷改進，現在已經發展到了第三代，隨鉆測井儀器正在向著陣列化成像方向發展，某些隨鉆測井項目已經實現成像測量。隨著哈里伯頓公司隨鉆核磁共振測井儀器的推出，成像測井儀器更加配套，儀器的可靠性得到了進一步的增強。為了適應更加惡劣的測井環境，斯倫貝謝公司和哈里伯頓公司都推出了惡劣環境測井技術，儀器的耐溫達到500℉、耐壓達到了25000psi，可以在30000ft以下的深井中完成測井作業。在裸眼井測井中，電阻率加上三孔隙度測井的市場份額占到了78%。因此，幾家大測井公司都積極加強常規測井系列的研究，并將隨鉆測井中的高可靠技術應用于此系列，推出了快速平臺，使常規測井儀器向著多組合、小尺寸、高可靠、低成本的方向發展。測井平臺可以縮短測井時間，降低測井中的故障率，并大大節省了占用井場的時間。與成像測井儀相比，其成本低得多，服務價格可以大大下降。這一系列在國際市場上有很強的競爭力。
另外，近兩年出現的永久測量技術的應用越來越多，各大服務公司都在積極介入這一市場，預計該項技術對油氣田的開發將會起到非常重要的作用。
(四)鉆井技術
由于鉆井費用占了石油工業勘探開發費用的50%～80%，所以，研究和發展先進適用的鉆井技術是國外大石油公司降低勘探開發成本的主要著力點。概括起來講，國外鉆井技術的發展目標主要有兩個：一是提高勘探開發整體效益，二是降低鉆井直接成本。
近些年，國外核心鉆井技術主要體現在以下幾個方面：
1.欠平衡鉆井技術
欠平衡鉆井技術(指注氣欠平衡鉆井技術)于90年代初起源于加拿大，是由加拿大開始推廣的。欠平衡鉆井技術可減輕地層損害，提高機械鉆速，克服漏失和卡鉆，是開發枯竭油層的一種好方法。但欠平衡鉆井技術要比常規鉆井技術復雜，首先要增加一系列的設備。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
20年代美國開始運用大位移井，90年代該技術得到迅速發展。大位移井技術主要用于以較少的平臺開發海上油氣田和從陸上開發近海油氣田，目前主要用在北海、英國WatchFarm油田和美國加州近海。
3.多分支井鉆井技術
多分支水平井能由多個儲層同時泄油到一個主要井眼。儲層和地下環境要求確定主井眼與多分支水平井的連接規范。目前在國際上一致承認的是TAML對多分支井完井系統的分級。TAML把多分支水平井的完井分為6個級，其中第三級里包括一個亞級。
多分支水平井是提高油井產量和產能的一種方法。目前Schlumberger Cambridge Research和Schlumberger Doll Research兩家斯倫貝謝公司下屬的科研機構正與很多大學合作，對提高單井產量和最大限度地提高多分支水平井的產能的方法進行研究。研究內容包括增產措施和控制、多項流監測、流體分析等。
4.連續管鉆井(CTD)技術
CTD鉆井技術是開采末波及區和提高油井產能的新技術，該技術為開采未波及區和提高油井產能打開了門戶，并提供了一條經濟有效的新技術。
5.地質導向鉆井技術
斯倫貝謝公司于90年代中期研制成功近鉆頭傳感器，并將其應用在導向鉆井作業中，形成了一種新的導向鉆井技術即地質導向鉆井技術，并將這項鉆井技術向全世界推廣。另外，為發展地質導向鉆井技術，斯倫貝謝公司還研制成功測傳馬達(instrumented steerable motor)，為地質導向鉆井又增加了新的工具。地質導向鉆井的特點是，由于傳感器離鉆頭較近，因此能實時地把鉆頭附近的測量數據傳送到地面，鉆井工程師可根據實時測量數據及時地調整井眼方位和井斜角以確保井眼沿設計軌道鉆進。
6.自動跟蹤旋轉閉環鉆井系統
自動跟蹤旋轉閉環鉆井系統通過井下測量、地面測量、數據采集、綜合解釋、地面過程控制、井下過程控制6個過程實現鉆井自動化。
到2001年1月為止，貝克休斯公司已采用自動跟蹤旋轉閉環鉆井系統鉆進了71萬m的進尺。自1977年自動跟蹤旋轉閉環鉆井系統投入使用以來，在15個國家共打486口井。共節省了3億美元的綜合成本。
7.膨脹管制造和應用技術
膨脹管技術問世于80年代初，是由前蘇聯研制成功的。當時是用的是93號鋼制成的異形管。當鉆遇水層或破碎帶而無法正常鉆進時，將其下入井內，用擴管器將異型管擴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，美國研制出割縫膨脹管，這種割縫膨脹管比異型管更容易擴徑，因此其封堵破碎帶的效果更好。據稱，如果連續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。
未來的鉆井技術發展將繼續以降低勘探開發總成本和鉆井直接成本為主要目標，以實現自動化鉆井為核心的研究內容帶動整個鉆井技術的進步。鉆井技術將更好地與地質、地震、測井和錄井等專業技術緊密結合，形成一套高效的鉆井系統，不斷提高油氣勘探成功率和單井產量，縮短鉆井時間，降低“噸油成本”。21世紀初的重要鉆井技術發展方向包括以下幾個方面：
(1)多分支井。多分支井的鉆井與完井技術將進一步得到完善和發展，并將廣泛應用于老油田和海上油田。
(2)大位移井。大位移井鉆井技術將進一步圍繞降低成本、減少風險和提高成功率的目標而發展，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。欠平衡鉆井技術將進一步朝安全、簡便和適用的方向發展。這項技術對于保護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，包括隨鉆測量、隨鉆測井、隨鉆地震和實時三維井眼軌跡監測(與地質模型結合)等技術。各種井下傳感器的位置將進一步朝鉆頭附近移動，能夠探測鉆頭前方的地層信息，更好地實時監測地下情況，修改地質模型，實現地面與地下的雙向通信，進行地質導向鉆井。
(5)連續管鉆井技術。連續管、連續管鉆機和連續管鉆井配套的工具(如小直徑井下馬達、鉆頭和測量工具等)將會得到進一步的發展。連續管鉆井技術在分支井和小井眼鉆井方面有著廣泛的應用前景。
(6)可膨脹套管技術。常規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，有可能因為井眼尺寸而限制某一深度的井下作業，甚至不能達到目的層。殼牌研究中心最近開發了膨脹式割縫管和實體套管，其中膨脹式割縫管的直徑可膨脹至原有的2倍。這項技術具有重要的意義，一是可以簡便有效地解決復雜井段的井壁穩定問題，二是可以減少上部井眼的尺寸和套管層數，甚至在幾年內實現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，三是可以修復老井被損壞的套管,四是可以大大降低鉆井成本。
(7)自動化鉆井。繼續開發研究井下鉆井、地質信息采集與處理技術，可遙控井下工具及井下自動執行裝置等。
(8)深水鉆井。在過去的十多年里，人類的石油鉆井活動已經從1983年的300m水深擴展到了1998年的2300m水深左右。為有效地開發深水油氣資源，深水鉆井技術必將得到進一步的發展。