科技創新助力化石能源高效開發

　　1949年，美國著名石油地質學家哈伯特發現了礦物資源“鐘形曲線”規律。他認為，作為不可再生資源，任何地區的石油產量都會達到最高點;達到峰值后該地區的石油產量將不可避免地開始下降。這就是著名的“石油峰值論”的核心。

　　用什么方法來削弱“石油峰值”問題的影響，美國頁巖革命的巨大成功給我們帶來了啟發。oilprice的編輯組對石油天然氣勘探和開采領域的六大科技進步進行了總結，并表示在這些先進技術的推動下，化石能源將再次迎來春天。

　　半潛式鉆井船與第6代鉆井船

　　伴隨著工業化發展，人類消耗了大量的化石能源，陸地儲量已經無法滿足日益增長的能源需求，人們便將目光投向了廣袤的海洋。

　　據了解，海洋油氣勘探開發通常按照水深劃分：300米以內為常規水深;300—1500米為深水;超過1500米為超深水。

　　數據顯示，2012年以來，全球近49%的油氣儲量勘探于超深水海域，近28%的儲量位于深水海域。這對水下勘探和開采技術提出了更高要求，半潛式鉆井船和超深水鉆井船應運而生。

　　半潛式鉆井船，又稱半潛式鉆井裝置，由于它像一艘水面船舶一樣漂浮在水面故而得名。它是一種小水線面雙體船，由上體、下體、支柱三部分組成。上體是工作平臺，有三角形、四邊形、十字形等幾種形狀，在工作平臺上安裝有鉆井裝置和各種附屬設備。下體潛入水中，一般半潛式鉆井裝置有2個下體，每個下體以用2—3個支柱與上體相連。

　　由于半潛式鉆井船下體潛入水中，與水面接觸的水線面積小。因此，受波浪影響小，抗風暴能力強，容易保持船位，穩性等安全性能良好，是一種理想的海上鉆井裝置。它可以在水深200—300米，甚至至更深的海域進行海上鉆井作業，鉆井深度可達3—4千米。

　　2013年6月，韓國現代三湖重工獲得訂單要建造世界最大規模的半潛式鉆井船。該船長、型寬分別為123米和78米，將嚴格按照挪威石油標準化組織(Norsok)的要求建造，預計2014年末交付。該船計劃安排在北海地區服務，其作業水深為80—3000米，最大鉆井深度為12.2千米。

　　鉆井船的發展隨著海洋油氣的勘探逐漸趨于深水化、大型化、設計更優化、配套先進化。當今最先進的第6代鉆井船的基本要求就是能夠在3000米以上的超深水海域作業。

　　目前，世界上最大的超深水鉆進船是2012年問世的“大連開拓者”號。該船全長約290米，型寬50米，儲量為100萬桶原油，它可在 3000米以上的深水作業，鉆井深度超過萬米，船上裝有世界最先進的DP—3全方位動力定位系統，可以保證船體在17級臺風等惡劣海況下平穩運行。該船詳細設計和生產設計由中國中遠船務承擔，按照世界頂級海工建造標準建造。

　　水下油氣生產系統

　　水下油氣生產系統包括油井、井口頭、采油樹、接入出油管系統和控制油井操縱設備等。該系統不像水上生產系統那樣易受海面風浪和水深影響，是深水海域作業的首選。但其不能直接進行操作，操控必須通過臍帶纜遠程控制。

　　采油樹是水下生產系統的基本構件，最初被開發用于傳統的鉆油工程，但當石油開采轉向深水海域,建立傳統鉆井平臺毫無經濟性可言時，采油樹技術開始被應用于大洋深處。采油樹主要有套管頭、油管頭、采油(氣)樹本體3部分組成，是用于承托油管柱重量，密封油套管的環形空間，控制和調節油井生產，保證作業、測試及清蠟等日常生產管理的一種井口控制裝置。采油樹要考慮建造材料、所承載的工作壓力和外載荷及泄露問題，還要嚴格控制環境溫度，一般情況可在2—120℃的環境下正常工作。

　　起初，水下油氣生產系統均為單井，因此沒有使用管匯。經過發展，從單一的油井系帶、菊鏈式管匯、叢式管匯到現在的集成基盤式管匯。水下管匯是包括閥門、管線接頭等配件由多根管道交匯而成的組合體，安裝于海底群井之間，將各個油井的油氣集中起來，通過輸油管線混合油流，輸送至上部采油平臺。水下管匯和油井在結構上是完全獨立的，油井和出油管線通過跨接管與管匯相連。

　　臍帶纜是電纜、光纜、液壓或化學藥劑管的組合。其主要作用是將水面電力、液壓液和信號以等傳輸給水下生產系統，是上部設施遙控水下生產的必要通道。目前最深的臍帶纜用于墨西哥灣殼牌公司開發的帕迪多(Perdido)油田，水深達2950米。

　　除這些主要結構外，整個水下油氣生產系統十分龐大，還包括許多復雜的部件。這也造成一定的弊端：遠程控制使得操作復雜化;系統控制受海底電網鋪設的限制。因此，目前還有一些輔助系統在逐步完善水下油氣生產系統的功能。

　　水下多相分離系統。對于進入開發中后期的油田來說，由于含水量越來越高，為保證合格外輸原油產量所需的處理工作量就會越來越大，分離設備的容積也隨之增大，占用了寶貴的平臺空間。應用水下分離系統則可以節約大量平臺空間，也可以應用在一些特殊海域油氣資源的開發中。例如北極水面的大塊浮冰將嚴重危害水面設施的安全生產。

　　水下電力系統。所有水下設備正常工作都離不開電力，但是為海上的各種設備合理分配并提供充足的電力是一件艱巨的任務，尤其是在距離較遠的深水海域，電力輸送成為制約大型深水油氣田開發的瓶頸。目前常用的做法是鋪設專用海底電纜供電，但費用昂貴。根據西門子公司水下電力系統部的統計，電纜輸電的經濟距離是13英里，最大輸電距離是30英里，可輸送6兆瓦電力。為了解決電力輸送難題，許多公司目前正在開發水下發電系統。

　　西門子公司的水下電力系統包括三個主要組件：水下變壓器，輸送電力到配電器，由配電器負責電力分配并輸送到不同的變速驅動器，從而驅動各個水下設備的動力系統工作;降壓變壓器，具備36kV/6.6kV變壓能力，利于長距離輸送，通過循環海水實現冷卻降溫;變速驅動器，功率5兆瓦，重55 噸，多個驅動器并行安裝，以獲得最大功率。整個系統密封嚴密，內部充滿壓力補償液，用于平衡外部的海水壓力，可以避免壓差過大而導致的漏水現象，并大大減少系統的尺寸和重量。

　　多井同鉆技術(Octopus技術)

　　多井同鉆技術(MULTI—WELL PAD DRILLING)的特點在于可以在同一時間，從一個站點對多個井進行鉆探工作，可以同時處理4—18口鉆井，并且可以極大優化開井區的使用面積。按照傳統開井技術——水平鉆井法，4塊區域僅可以開4口井，利用Octopus技術，1塊區域就可以開4—18口井。

　　目前，這項技術應用于美國科羅拉多州西北部的馬塞勒斯，戴文能源公司在該地區的頁巖層利用這項技術在1塊區域鉆井36口。加拿大能源公司在科羅拉多州1塊僅有4.6英畝的區域利用這項技術鉆探了51口井。

　　在中國也有類似技術，稱為叢式井。這種技術是指在一個井場或平臺上，鉆出若干口甚至上百口井，各井的井口相距不到數米，各井井底則伸向不同方位。

　　日前，從勝利油田海洋鉆井公司勝利九號平臺了解到，密集型叢式井組三維可視化系統在埕北4ED井組施工中得到了良好應用，有效解決井筒防碰難題，且已施工完成的12口井未發生地層井筒相碰及竄槽等事故。

　　據悉，埕北4ED井組是目前勝利海上布井口數最多的井組之一，該井組共布井20口，井間距為1.6米×1.8米，井網密集，其中定向井18口，水平井2口。

　　超級計算機

　　法國石油巨頭道達爾近日宣布，將啟用一款新的超級計算機助力旗下石油勘探業務。這款計算機將使道達爾探勘石油的速度比以往提高15倍，也使得該公司電腦運算能力排名躋身全球前十。

　　這款名為Pangea的超級計算機，主要功能是幫助道達爾公司更精確地判斷油井探鉆到石油的機率及石油蘊藏的規模。

　　這臺電腦的運算能力已經勝過競爭對手BP公司，后者的超級電腦能進行每秒2.3千兆次浮點運算。道達爾探勘部門資訊主管菲利普表示：“利用Pangea協助分析公司在安哥拉Kaombo計劃的地震數據僅需9天，之前的電腦則需花上4個半月。”

　　據悉，Pangea由總部位于加州的SGI公司制造。SGI產品營銷副總裁曼內爾稱，“全球高性能計算機市場以每年7%的速度增長，最高端的市場份額已上升至28%。”曼內爾表示，大型跨國企業如今在安裝的信息系統已與一些軍用設備功能相當。

　　據了解，道達爾公司的Pangea超級計算機在未來4年的系統使用費用就高達7755萬美元。當下，原油價格保持在100美元/桶以上，給全球石油公司帶來了對生產設備進行投資的極大興趣。在過去的兩年之中，越來越多的石油和天然氣公司加大投資在勘探和鉆探風險高且利潤豐厚的地區。道達爾在今年早些時候聲稱，公司已提高勘探預算至28億美元，該數字高于同期規模12%。

　　浮動LNG技術

　　得益于日新月異的科技，越來越多的液化天然氣(LNG)走進人們的生活。浮動LNG技術就是一項革新，它通過大型容器對小型離岸氣田的天然氣進行加工，并在氣田開采完后再移至下一處。

　　殼牌公司總裁曾表示，浮動LNG技術將是海洋天然氣工業的變革者。這種改變游戲規則的技術將顯著減少海洋天然氣田開發的成本和環境足跡。因為這種技術不需要太長的管線、不需要將天然氣輸送至岸上的平臺、不需要建設碼頭或陸上設施。所有這些都增加了天然氣項目的成本。

　　世界首座浮動LNG生產裝置已于2012年啟動，中國惠生集團旗下的惠生海洋工程有限公司與比利時埃克斯馬集團簽署了一份浮式LNG液化再氣化存儲裝置項目總承包合同。惠生海洋工程有限公司為比利時埃克斯馬集團提供該裝置從設計、采購、建造到安裝和調試的一站式服務。項目位于哥倫比亞加勒比海岸，計劃于2014年第四季度開始商業運營。

　　該項目為非自航駁船，位于主甲板上的凈化冷卻裝置每日可將6950萬標準立方英尺天然氣轉化為LNG。LNG可臨時儲存在船上容量達 14000立方米的儲罐中，這些液態天然氣隨后可被輸送至永久錨泊定位的浮式儲存裝置(FSU)或者LNG運輸船上。裝置還將配備一個能將LNG再氣化的設施，每日氣化量可達4億標準立方英尺。此裝置將通過樁腿永久固定在哥倫比亞圖魯附近海域，通過海底管線引入位于瑪格達河谷盆地低處的La Creciente陸上氣田的天然氣。

　　隨后，殼牌公司發表聲明，將建造全球首個采用新技術生產LNG的浮動設施。該公司計劃建造Prelude浮動式LNG設施，以開發距離澳大利亞海岸200公里處的天然氣田。殼牌項目與技術部主管馬蒂亞斯稱：“目前已為Prelude浮動式LNG設施切割了7.6噸鋼鐵，但要完成該設施，還需另外制造和組裝26萬噸鋼鐵。”殼牌稱，Prelude浮動式LNG設施長488米，寬74米，將成為全球最大海上浮動設施。它將在海上生產天然氣，并轉換為LNG，然后直接裝載到運輸船上。

　　M2M技術應用于開采流程

　　M2M是機器對機器(Machine-To-Machine)通信的簡稱。其所表達的是多種不同類型的通信技術有機的結合在一起：機器之間通信;機器控制通信;人機交互通信;移動互聯通信。M2M讓機器，設備，應用處理過程與后臺信息系統共享信息，并與操作者共享信息。

　　M2M技術提供了設備實時地在系統之間、遠程設備之間、或和個人之間建立無線連接，傳輸數據的手段。M2M技術綜合了數據采集、GPS，遠程監控、電信、信息技術，是計算機、網絡、設備、傳感器、人類等的生態系統，能夠使業務流程自動化，集成公司資訊科技(IT)系統和非IT設備的實時狀態，并創造增值服務。

　　這一平臺可在安全監測、自動抄表、機械服務和維修業務、自動售貨機、公共交通系統、車隊管理、工業流程自動化、電動機械、城市信息化等環境中運行并提供廣泛的應用和解決方案。 該技術是智能電網建設中不可或缺的一部分。

　　未來，M2M技術在石油天然氣生產中的使用率將遠遠高出其在智能電網中的應用。因為這些技術有利于運營效率，而這正是石油天然氣生產中關鍵的一環。同時，該技術也會大量用于勘探過程中的數據采集，以及衛星傳導。

　　采用M2M技術可以實現遠程監控，從坑口生產到運輸過程一并呈現在操作者眼底;便于運輸車隊的調度，并可有效降低工人事故幾率，對一些開采爆破進行更好的檢測。

　　對于生產者來說，這意味著降低成本和提高生產率。在新能源補貼政策越來越多的環境下，對于化石能源企業來說，該項技術不失為一個提高利潤的有效方法。