美国页岩气的大规模开发,引发了公众对水力压裂技术在水资源利用及环境保护方面越来越多的不满和质疑,这一问题已经成为制约页岩气等非常规油气资源开发的瓶颈。为此,加拿大Casfrac能源服务公司推出一项无水压裂技术—液化石油气( LPG)压裂技术,以解决人们的疑虑。该技术在2011年世界页岩气大会上获得首次设立的年度“世界页岩气奖”之后,2012年又获得美国《勘探与生产》(E&P)杂志评选的增产技术创新奖。
自2006年开始,Gasfrae公司应用LPG进行压裂作业总计达1200多次,其中在加拿大有700多口井,在美国已相继在得克萨斯、宾夕法尼亚、科罗拉多、俄克拉荷马和新墨西哥等州开始试验井的应用。最近,在纽约泰奥加县,由200多户居民组成的土地拥有者小组同意在其546kmz的土地上实施LPG无水压裂技术。
作为一项发展中的新技术,LPG无水压裂技术的推广应用正茌逐渐由部分单井向大盆地或区块发展,并有可能成为众多石油公司的优选方案。即便不能完全主导压裂开发市场,它也将在有特定需求的油气区块发挥重要作用。正如油基压裂液成本高出水基压裂液20倍,但一直持续应用至今,该技术对特殊地层的应用效果是不可替代的。
在多级水力压裂中,当投球速度由44.7m/s突变为0时,尼龙等材料制成的压裂球会发生变形,卡在滑套中,造成产量下降;当水平井段长度达到1828.8m以上或压裂达到20级以上时,压裂球的取出或清除变得困难,如果不能快速清理,会降低井的生产能力。
井下气体压缩技术的工作流程与一般的人工举升泵基本相同,其不同之处是完井的时候就在井下放置了气体压缩机。这种办法尤其适用于海卜和深海环境的气井。该技术是由CoarCGroup提出,Geary、Tullio等人研制了适合高温高压环境的井下气体压缩机(图)。科廷大学的MDMofazzal Hossain等人提出了井下气体压缩技术的理论背景,并研究了影响该技术开发效果的主要影响因素。
研究发现,压缩比是影响井下压缩机运行的关键参数。气井生产能力提高值受压缩机压缩比和运行功率的影响。安装井下压缩机的气井,生产规律受气藏供应能力、气藏压力、油管直径、井深、井口压力、压缩比等参数的影响显著。井下压缩机的放置位置影响整个气井的开发特征,放置到较低深度或者靠近中间射位置有利于获得较高的生产速度。井下压缩机最优的放置位置需要同时考虑生产能力、操作需要、射孔限制条件及压缩比等参数的影响。
目前已有30多个国家和地区开展了天然气水合物的开发研究。2012年美国、日本等国合作在阿拉斯加北坡进行了水合物开采试验。2013年3月日本在其近海海域的水合物开采试验采用降压法和二氧化碳置换法取得成功。
降压法是利用储层与井筒之间的压力梯度驱动可动流体从储层流向井筒,赝力降迅速传遍整个储层,使天然气水合物在局部区域内失去稳定条件,导致天然气水合物分解为天然气和水;二氧化碳置换法是通过向天然气水合物沉积层中注入二氧化碳置换出天然气,在释放天然气的同时,以水合物的形式埋存二氧化碳。在日本爱知县和三重县近海海域的开采经过3个阶段的生产试验成功采出12×106m3天然气。试验取得成功,这意味着天然气水合物的开采迈出了重要的一步。
美国和日本分别计划在2015年和2018年实现商业化开采。美国国家石油委员会预测,美国将在2050年前实现墨西哥湾等海上天然气水合物的大规模开采。但是,与常规油气资源相比,天然气水合物的开发依然面临着技术、成本和环境等多方面的难题与挑战。
挪威北海Asgard油气田首次商业化部署了海底天然气压缩系统,包括气体冷却器、气液分离器、增压机和水下管汇等,可将油气田采出流体经相同管线输送至50km外的海洋平台,预期可大幅提高气藏最终采收率,新增产量约2.8×108bhl油当量。挪威国家石油公司的远程控制带压开孔封堵技术是在不停输情况下,通过遥控装置在管道上进行T型焊接,然后远程控制打孔机在输送管道上打孔,对管线压力和流量不产生任何影响。该技术获得了2013年OTC聚焦新技术奖。挪威国家石油公司的海底工厂计划将在2015年一季度竣工并投入使用。
海底工厂可以节约更多的能源,提高了能源效率,是深水和恶劣环境下油气田开发技术的一个重大突破,将成为北极等恶劣环境、深水卫星油田开发的有效手段。
要获得宽频谱的地震信息,可以在震源激发时尽可能产生较宽的频谱,还可以在接收和数据处理过程中尽量保持宽频信息。在陆上地震数据采集中,对于可控震源进行适当设计,定制扫描,激发低频信号,利用检波器能够记录低于2Hz的低频信息。在海上数据采集中,可通过对拖缆的不同布设方式,如变缆深采集、上缆与下缆采集方法获得宽频信息。
ION、TCS等公司开发了宽频数据处理技术,通过数据处理拓宽常规拖缆数据的频谱。采集技术的拖缆深度是一个变量,由浅到深,随着偏移距的增大而增加,通常缆深变化范围在5~ 50m内,以优化地震信号的带宽。变缆深采集的地震数据频谱范围为2.5 - 150Hz。比常规数据频谱宽很多。ION、TCS等公司开发了宽频数据处理技术,通过数据处理拓宽常规拖缆数据的频谱。
宽频地震技术从设备、采集设计、处理、反演各个方面进行研究,在各种情况下,低频端和高频端频谱的拓宽均显著提高了地震资料品质,尤其改进了对盐下、玄武岩下深部地质环境的穿透力和照明,为地震资料解释提供依据,提高了地震资料的解释水平。
尽管在陆上宽频信息激发与接收、海上变缆深宽频地震数据的处理方面仍面临重大挑战,但宽频地震技术能有效提高深部复杂目标的成像质量,改善反演结果,指示地下含油气属性,国外公司仍在不断对其完善,未来应用前景广阔。
Sercel公司在2013年SEC年会上发布了508XT地震采集系统。该系统具有实时百万道数据记录能力,能够实现超高分辨率的地震成像,508系统以X -Tec-h新一代交叉技术架构为基础,使用了智能网络技术,实时存取数据,实现零停工期。特有的局部数据存储、自动重选路由及质量控制等性能,使508系统能够实现不间断生产。
该系统使用新一代MEMS技术的高性能数字传感器,记录数据的噪声水平将降低3倍,系统重量大幅减少,能耗相对较低,对检波器的兼容性也更强,可兼容单分量或多分量模拟与数字榆波器,可进行电缆和无缆联合采集。
无论是常规资源还是非常规资源,无论是老油田还是复杂的勘探新领域,面对深层复杂地质目标成像、非常规资源甜点识别、陆上永久油藏监测等陆上地震数据采集面临的重大挑战,开发新一代百万道地震采集系统,可降低勘探成本,提高作业效率,解决深层地震资料反射能量弱、信噪比低、偏移成像难等一系列问题。
尽管百万道采集系统尚未实现商业化应用,但其记录能力是目前行业内所独有的,将成为推动陆上地震革命性进展的利器;同时,也在实现宽频、高密度、宽方位采集中发挥关键作用,能够优化油田开发方案,提高最终采收率。
近年来,随着计算机计算能力的不断提高,全波形反演技术应用也不断发展,多家公司都在进行全波形反演的研究与试验,特别是声波全波形反演在实际中得以应用。已经有许多实例证明全波形反演利用地震波场的全部信息,能够获得质量好的高分辨率速度模型,改进了成像质量,可用于精细地质解释。
目前全波形反演技术的研究主要集中在如何利用大偏移距数据全波形反演改善深部构造成像、如何利用低频数据进行全波形反演,如何进行弹性波和声波信号的全波形反演,如何去掉全波形反演中的多次波和绕射波,以及对于全波形反演的一阶近似如何快速收敛等方面。随着计算机计算能力的不断提高,该技术应用将不断拓展。
光纤地震传感系统的重要特征主要包括:在传感点无电子部件或无电力需求;通过遥感技术控制方向;长距离、多路解码技术令地震数据可以进行模拟传输;传感器性能极好、可靠性高。常规地震测量系统的电缆非常厚重,标准电缆的重量在水中时为3.0kg/m,而光缆的重量在水中时仅为0.3kg/m。光纤检波器及光缆重量减小,使得测量系统的安装方式更灵活,安装费用更低。
光纤传感和传输的固有优势促进了它在地震勘探领域的应用。光纤地震系统永久油藏监测是通过小型船只将光缆滚筒下到海床上,然后用水下机器人(ROV)将光缆铺设到挖好的电缆沟内,或用挖掘式ROV将光缆定位埋设到海床下。
光纤传感系统的采用象征着从数字传输到光学模拟传输的发展,光学高频载波将提供从传感点到导向仪器的极好模拟传输,更容易转换成供数据存储和处理的数据格式。光纤测量系统适用于恶劣作业环境,具有高可靠性和耐用性,是今后地震勘探的有力竞争产品,采用光纤系统进行永久油藏监测具有非常大的发展潜力,是一项有发展前景的技术。
一是获得高品质海底节点数据;
二是利用海底节点技术进行数据采集具有较高灵活性,可根据需求选择节点数量;
三是利用单船进行震源排列和节点布设,大大减少了采集脚印。
种方法大大缩短了作业周期,降低了勘探开发成本。
与前一代能谱仪器相比,岩性扫描仪器测量地层元素的精度更高,还能独立定量确定总有机碳含量(TOC),使得TOC测井成为现实,对非常规油气和常规油气的评价具有非常重要的作用。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。
仪器采用了新一代脉冲中子发生器(d-T PNG),每秒至少能产生3亿个中子,是放射性同位素源的8倍。如此高的中子产额利于仪器结合利用LaBr3:Ce闪烁器,提供非常高的计数率。为了优化非弹性和俘获伽马测量时序,使俘获测量不受非弹性伽马的影响,要求中子脉冲形状是可重复的,且边界清晰。为此,PNG利用热阴极微型中子管,产生脉冲的宽度为8μs,上升和下降时间不到400ns。这种脉冲的时序稳定、可预测,便于在非常靠近脉冲时开始采集俘获能谱,使计数率最大化。
早期现场测试说明,新仪器的测量结果及应用潜力是已有仪器或仪器组合无法实现的:镁和硫元素的测量精度使得仪器能够在标准电缆测井速度下求解碳酸盐岩的矿物成分;钠和钾等元素测量精度的提高及锰元素的定量测量,可以更全面和准确地解释矿物成分;提供连续的TOC测井曲线,避免了常规模型引入的偏差和等待实验室岩心分析结果的时间延误。在操作性方面,测速更高、更安全,可以用电缆、钻杆或牵引器传送仪器,在小井眼中使用,可以与多数电缆裸眼井仪器组合使用。
RESMAN技术利用合成化合物(智能示踪剂)识别各层段产出流体的类型,量化各层段产出的油和水量,从而获得产液剖面。RESMAN技术优势包括无需井下作业、成本低、风险低、只需对完井设备做很小的改动、示踪剂寿命长(数年)、对于特定的完井设备可获得产量剖面。RESMAN公司目前已生产出80个独特的RESMAN体系(40个油敏体系、40个水敏体系)。水敏示踪剂和油敏示踪剂一起使用,可以确定水突破的位置和时间。
钻井远程专家支持中心,即钻井远程作业中心,集成了一体化共享地学平台、实时地质建模、油井三维可视化、实时水力模拟、随钻测量、井眼轨迹控制、地质导向等地质方法和工程技术,借助虚拟容错计算机主机服务器、IP通信技术、视频监测和分析技术及图形化桌面共享等先进的信息技术,实现远程实时井场支持。
钻井远程专家支持中心将IT技术和通信技术配合,软硬件工具、自动化系统相互融合,实现地质、钻井等多学科统一规划、统一部署、各专业专家集中会诊。通过实施不间断的远程监控优化钻井决策,更加连贯协调的作业流程,减少非生产时间,降低作业风险和综合成本。
壳牌最早于2002年在美国新奥尔良建立第一个实时作业中心(RTOC),在深水和页岩气领域取得很好的应用效果,2011起将原有的实时作业中心升级为远程操作中心(DART),在全球布置了6家,以应对日益复杂、高成本和高技术挑战的钻井业务。远程专家支持中心是钻井信息化的产物,在现代复杂环境钻井作业中正发挥着越来越重要的作用,应用范围越来越广。
壳牌、斯伦贝谢、威德福、NOV等公司正在开发更加智能的下一代自动化钻井软件包,以更好地支持自动化钻井,进一步推动钻井智能化。
随着钻头、钻井液、旋转导向钻井等技术的不断发展,水平井二开“直井段+造斜段+水平段”一趟钻完钻将成为水平井钻井的一个重要发展方向。
声波遥测网络工具(图)由信号发生系统、传输系统和接收系统组成。
信号发生系统采用压电或电磁换能器作为声波发生器,其他组成部分还包括驱动电路、信号产生电路和电源等。
地面接收系统是利用安装在顶驱上的一个小型的加速度计收集和解码井下传输的声波数据流,采用无线方式传输至控制计算机,还可以通过互联网传输至远程客户。
XACT声波遥测网络技术已在北美400多口井中应用,在欠平衡钻井、空气锤钻井和长水平段水平井钻井作业中均获得良好的应用效果。
待续...


