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8種將要走紅的勘探開發(fā)新技術(shù)

[加入收藏][字號: ] [時間:2009-05-20 石油與裝備 關(guān)注度:0]
摘要:  沙特阿莫科公司勘探與開發(fā)工程高級最近撰文介紹了8種今后20年最有希望和影響力的技術(shù)。目前,這些技術(shù)在很大程度上還只是個設(shè)想,作者多以沙特阿拉伯為例闡述了如何實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)。 油藏最大接觸井   油藏最大接觸井(MRC)指的...
  沙特阿莫科公司勘探與開發(fā)工程高級最近撰文介紹了8種今后20年最有希望和影響力的技術(shù)。目前,這些技術(shù)在很大程度上還只是個設(shè)想,作者多以沙特阿拉伯為例闡述了如何實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)。

油藏最大接觸井

  油藏最大接觸井(MRC)指的是分支穿過油藏超過3英里的智能多分支井。這種井越來越受重視,且驅(qū)油效率高。因?yàn)樵诜种У玫阶顑?yōu)設(shè)計(jì)的前提下,分支數(shù)目的增加就意味著產(chǎn)量的顯著增加,這對致密且非均質(zhì)性較強(qiáng)的油藏來講是相當(dāng)重要的。例如,沙特阿拉伯HaradhIII油田完全采用油藏最大接觸井進(jìn)行開采,目前32口智能油藏最大接觸井日產(chǎn)油300,000桶。但是,由于油藏最大接觸井的每個分支都需要安裝到井口的機(jī)械控制管線,因此每口井的智能分支數(shù)有限。將來,智能井將有大量的分支使得驅(qū)油最大化,并且進(jìn)入難采的薄層段,F(xiàn)在的目標(biāo)是,用無線遙測技術(shù)代替液壓管路控制井下閥門,解除對機(jī)械控制管線的依賴。

  井下控制組件向每個控制閥發(fā)送無線指令,因此就無需配備機(jī)械管線,而且理論上,每口井可以擁有無數(shù)個分支,每個分支也可以安裝無數(shù)個控制閥。利用充電蓄電池向閥門充電,流體流動產(chǎn)生的能量可為蓄電池補(bǔ)充電。隨著井下設(shè)備的增加,井下管線的安裝也變得越來越困難,因此,無線遙測技術(shù)將得到廣泛的應(yīng)用,如永久井下監(jiān)測。另外,還可以應(yīng)用電控閥,這種方法無需無線遙測,但仍需向主井眼與每個智能分支的連接處短距離的發(fā)送電流和信號(也就是說在井口控制所有的智能分支),該方法可以通過電感耦合技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

智能流量控制設(shè)備

  流量控制設(shè)備通過在流量豐富的井段產(chǎn)生附加壓差(流體在設(shè)備內(nèi)螺旋狀運(yùn)動形成附加壓差),使得整個井的水平段流量均勻分布。這樣就阻止了氣錐和水錐的發(fā)生,平衡了生產(chǎn)剖面,提高了經(jīng)濟(jì)采收率。然而,現(xiàn)有的傳統(tǒng)流量控制設(shè)備一旦下入井中就無法進(jìn)行調(diào)解,因此就無法反映井下條件的變化。智能流量控制設(shè)備或者增添了可根據(jù)原油含氣量或含水量自動調(diào)節(jié)流量的裝置,或者在每個設(shè)備部分安裝電動的或無線的井下控制閥。這兩種方法正在研究中,而且都能夠使流量控制設(shè)備隨時有效地反應(yīng)井條件的變化,并且能夠在調(diào)節(jié)設(shè)備前反映出井生產(chǎn)剖面的預(yù)測誤差。

智能自控油田

  通常情況下,智能油田集合了所有與油田相關(guān)的信息,如油藏壓力、油藏溫度、井口流體組分、管流,以及工廠信息化等,利用實(shí)況資料來實(shí)時管理油田。因此,自井下安裝的檢測儀器到集中處理涉及的設(shè)備多種多樣。例如,在HaradhIII油田,每口井都配有一個永久井下監(jiān)測系統(tǒng),目的是向地表傳輸動態(tài)油藏資料,以便實(shí)時監(jiān)控整個油田。但是,未來智能油田將更加先進(jìn),將由自監(jiān)控變?yōu)橥耆钥兀赐耆詣踊?br />
  未來智能油田將自動收集井下油藏資料,綜合井口信息并進(jìn)行處理,對油藏進(jìn)行實(shí)時模擬,得出最佳的生產(chǎn)注入方案,而后向每口井的井下控制閥發(fā)送指令,從而完成自生生產(chǎn)。這種油田還將經(jīng)常的對資料進(jìn)行實(shí)時分析以便有效的采集處理數(shù)據(jù)。如可以通過對比井底和地表的壓力、溫度值來檢測趨勢異常,識別水竄、確定驅(qū)替前緣。油藏工程師在自控油田的任務(wù)就是監(jiān)督管理,而不是操作控制。

無源地震監(jiān)測

  成千上萬頻繁出現(xiàn)的地震都是微震,震級不到1、2級,甚至更低,并且沒有造成實(shí)質(zhì)性破壞。這些地震的信號很難用常規(guī)方法記錄下來。無源地震監(jiān)測能夠在油藏位置記錄這種微地震的地震強(qiáng)度(通常稱為微震活動性),從而識別井筒周圍斷層和裂縫的分布,勘測遠(yuǎn)離井位的流體通道。這項(xiàng)技術(shù)無需振蕩器或炸藥等震源即可完成監(jiān)測。

  無源地震監(jiān)測技術(shù)不會像四維地震一樣發(fā)生延時,能夠?qū)崟r監(jiān)測油藏,且為分析和監(jiān)測油藏流體運(yùn)移引入了一種潛在的新方法(Dasgupta,2005),將油藏管理效率推向了一個新臺階。近期無源監(jiān)測研討會座無虛席,來自50多個國家的與會人員從事不同的研究,從斷層描述、監(jiān)測增產(chǎn)到預(yù)測生產(chǎn)和注入效果等。該項(xiàng)技術(shù)還處于發(fā)展初期,但卻爆速發(fā)展,而且有望徹底改變地震資料的采集和利用。

巨格模擬

  三維地震資料和精細(xì)建模算法的廣泛應(yīng)用導(dǎo)致了精細(xì)地質(zhì)模型的形成,該模型能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率描述油藏特征。然而,當(dāng)這些模型用于流量模擬時,多數(shù)的細(xì)節(jié)被忽視了,因?yàn)槟壳暗哪M器無法控制大量的單元。這些高分辨率模型在模擬之前首先被放大,為了減少單元數(shù)分散和平均數(shù)據(jù)使得分辨率嚴(yán)重降低。未來油藏模擬器將無需放大模型,可以直接利用地質(zhì)模型高分辨率模擬巨型油田(即便是延伸超過280×26km的Ghawar巨型油田)。為了達(dá)到這一目標(biāo),油藏模擬器所控制的單元應(yīng)比現(xiàn)行模擬器控制的多,自兆元模型(千萬單元到億單元)擴(kuò)大到千兆元模型(十億單元)。
  
  為了達(dá)到這一目標(biāo),一直在進(jìn)行多種實(shí)踐。例如,沙特阿拉伯國家石油公司一貫采用的室內(nèi)開發(fā)模擬器可以控制3千萬~4千萬個單元(Dogru等,2002)。然而,下一代模擬器將控制更多的單元,沙特阿拉伯國家石油公司最近采用的原型成功實(shí)現(xiàn)了在整個Ghawar油田25,800萬單元模型的算法測試。這一模型在日常用的計(jì)算機(jī)集群上用近1天的時間模擬了Ghawar油田60年的開采歷史,最初的結(jié)果表明,與100萬單元的舊模型模擬結(jié)果相比,較為精細(xì)的25,800萬單元模型顯示的含水率與物理性質(zhì)及油田資料比較吻合。較高分辨率模擬油藏的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。在建立了千萬單元模型記錄的基礎(chǔ)上,十億單元模型也將很快實(shí)現(xiàn)。

  模擬器能力的提高源自于算法的新穎和硬件的改善,但僅僅具備硬件條件是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。新的計(jì)算機(jī)集群上需要實(shí)現(xiàn)近似線性的縮放。同時還需要創(chuàng)新可視化技術(shù),因?yàn)閿?shù)據(jù)容量太大,用常規(guī)的方法不能有效可視化。這種正在測試的新方法不僅僅能使用戶用肉眼看,而且能夠用手摸(通過帶有力覺反饋的三維觸摸控制器來定位油藏)、用耳聽(通過智能語音警報器將特殊事件傳遞到模擬器)。

智能液

  智能液是指那些被注入到油藏中用于完成特殊預(yù)期行為的流體(如,完全封堵水淹層卻允許油流向其他層)。起初,這些流體用于改變近井地帶,但最終將流向了油藏深部,在更大程度上改變油藏性質(zhì)。這些流體將按需研制,并在油藏中自動發(fā)生預(yù)計(jì)的變化。換言之,他們被強(qiáng)制性注入油藏,按自己的方式自動完成他們的任務(wù),無需任何先進(jìn)的配備工藝,如層位分隔和撓性油管。雖然智能液從相對滲透率改良劑發(fā)展到智能乳化劑,還在不斷進(jìn)步,但目前僅僅適用于有限的油藏條件,成功率不高。例如,這種智能液遇到水時形成水合物發(fā)生膨脹,堵塞孔道,阻止水運(yùn)移;而遇到油時發(fā)生脫水收縮,允許油通過。因此,這種智能液不用修井機(jī)僅僅利用化學(xué)制劑就能降低水的相對滲透率,阻止水淹帶內(nèi)水的流動,保護(hù)油流,實(shí)現(xiàn)堵水。

仿生井

  未來的油井會像植物一樣,無需鉆井,應(yīng)當(dāng)“種植”。樹根需要一個濕潤的土壤,在一定區(qū)域內(nèi)伸展枝節(jié),當(dāng)土壤干涸時切斷枝節(jié),并在其它區(qū)域生成另外的枝節(jié),如此反反復(fù)復(fù)。仿生井與此相似(只是分支尋找的是油不是水),一旦井的垂直井段鉆探完畢(種植油井),就“放任自流”。智能分支將朝著無排水含油層伸展,一旦水浸就切斷分支,并向其他層延伸另一個分支,以此類推。

  盡管這個構(gòu)想似乎太理想化,但石油工業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一部分。開始時鉆直井(如同簡單的樹根),鉆完后鉆水平段(較復(fù)雜的根),然后鉆多個分支(如同有許多枝節(jié)的樹根)。隨后,下入智能井下控制閥,能夠封堵特定的分支以便有效地切斷分支(如同切斷樹根的一個枝節(jié)),然后連接井下檢測器和地表控制器,用以分析油藏流體性質(zhì)、預(yù)測水的出現(xiàn)(類似于根部判斷區(qū)域何時干涸)。所有這些如今都已成為實(shí)現(xiàn)。同時,非常復(fù)雜井(當(dāng)然像樹根)正在研究當(dāng)中,如前文所描述的油藏最大接觸井。

  其余方面就是鉆井技術(shù)的改進(jìn),實(shí)現(xiàn)油井自動鉆進(jìn)。不可否認(rèn),這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)并非易事,但是部分工藝已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了,如撓性油管鉆井和膠液噴射鉆井,還有一些工藝,如激光鉆井,也正在研究。這些井可能是裸眼井完井,帶有黏彈性的井下閥而非機(jī)械式井下閥,如此一來,一旦其碰到為控制特殊閥門帶有特殊信號的化學(xué)劑,它們將通過改變其流變力開啟或關(guān)閉閥門。

油藏納米機(jī)器人

  這些小機(jī)器人僅為人頭發(fā)直徑的1/100,將大量地隨注入液進(jìn)入到油藏中。在運(yùn)行過程中,會分析出油藏壓力、溫度、流體類型,并將這些信息存入存儲器中,然后從采出液中將它們收回(至少部分收回),采集下載這些數(shù)據(jù)以提供它們在運(yùn)行過程中采集到的一些關(guān)鍵數(shù)據(jù),由此繪制出油藏圖。根據(jù)油田的規(guī)模大小,機(jī)器人可能會運(yùn)行幾個月。最后也可以追加實(shí)時通訊(有可能通過短彈跳進(jìn)入井下遙測站)和流動性參數(shù)(有可能從流體間的摩擦力產(chǎn)生的電荷或井下電荷站中提供能量)。

  設(shè)想在鉆頭前把這些機(jī)器人送進(jìn)去,以取代地質(zhì)導(dǎo)向,或者把他們從發(fā)現(xiàn)井送出以發(fā)現(xiàn)油水界面,省去邊界程序。可能性是無限的,這也許有些牽強(qiáng)。其實(shí)不然。納米型探測器的發(fā)展是迅速的。納米技術(shù)已經(jīng)在材料加工和醫(yī)藥應(yīng)用方面取得很大進(jìn)展,但在石油工業(yè)還沒有突破。人們正努力將這些先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于該行業(yè)。2008年2月3日~6日舉行了一次SPE先進(jìn)技術(shù)學(xué)術(shù)交流,題目是“上游勘探開發(fā)納米型技術(shù)應(yīng)用:納米尺度對巨型尺度的挑戰(zhàn)”。

  實(shí)現(xiàn)功能性納米機(jī)器人的漫長之路始自于回答這樣一個簡單問題:對于機(jī)器人無阻礙通過孔喉的最大尺寸是多少?如果微型機(jī)器人(現(xiàn)在已經(jīng)可以制作)可以做各項(xiàng)工作,就沒有必要浪費(fèi)時間和金錢研究制作納米型機(jī)器人。然而,即使是近井地帶使用這些機(jī)器人,一旦被孔喉捕捉,會突然停止移動,很可能破壞油藏。

  沙特阿莫科分析了Ghawar Arab-D油藏的850塊巖心,繪制了孔喉大小分布圖?缀沓孰p峰分布,觀察到很重要的一點(diǎn)是大多孔喉大于500納米。這樣,我們建立的初始目標(biāo)應(yīng)該小型化。實(shí)際上,為了避免橋接,機(jī)器人的尺寸必須接近于孔喉尺寸的1/4。接下來是進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn),將特定尺寸和濃度的納米微粒注入到有代表性的Ghawar巖心柱中。這樣可以計(jì)算出從頭到尾流出巖心柱的微粒的數(shù)目,就可以從經(jīng)驗(yàn)角度回答關(guān)于尺寸大小的問題。納米機(jī)器人通過孔隙結(jié)構(gòu)的行程還可以用軟件模型進(jìn)行模擬。也就是說,實(shí)現(xiàn)納米機(jī)器人夢想的第一個里程碑將以3個方式解決尺寸問題:(1)觀察孔喉大小分布;(2)進(jìn)行納米微粒注入經(jīng)驗(yàn)試驗(yàn);(3)進(jìn)行軟件模擬。
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