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中國海上油氣勘探技術有哪些?

壹、海洋油氣勘探技術形成階段(1991—1995)

1.含油氣盆地資源評價與勘探目標評價技術

在介紹和總結國內外油氣資源評價方法的基礎上,通過科技攻關,掌握了壹套具有國際先進水平的新方法和盆地模擬技術。在國內首次建立了壹套基於地震資料解釋和少量鉆井資料的早期油氣資源評價流程。開發了國內第壹套在NOVA計算機上的定位、結構、速度、數據自動分析流程,初步實現了數據整理的自動化。采用先進的區域地震地層分析方法和流程,研究各層巖相古地理的演化過程;創新了生烴、排烴等資源的定量評價方法;提出了TTIQ法和計算機程序,采用了圈閉體積模糊數學法、圈閉供油面積、隨機操作概率統計法等先進評價方法,充分體現了國內油氣資源評價的新水平。

在壹維盆地模擬系統的基礎上,開發了多功能綜合盆地模擬系統。該系統耦合了斷層生長、沈積、壓實、流體流動、油氣生成和運移以及地殼平衡、巖石圈減薄和熱對流,可以從動態發展的角度在二維空間再現盆地的構造演化史、沈降史、沈積史、熱演化史和油氣生成、排烴、運移和聚集史。主要特點是:正反演結合、與專家系統結合、與平衡剖面結合模擬多相運移、運移距離三維模擬和三維可視化等。

此外,我國首次研制成功了PRES油氣資源評價專家系統。從功能上看,該體系由兩部分組成:壹是凹陷評價,包括地質類比評價、生油條件評價、儲層條件評價和油氣運移聚集評價;二是局部圈閉評價,包括油源評價、封閉條件評價、儲存條件評價、保存條件評價和綜合評價。第二版系統實現了運聚評價子系統與盆地模擬系統的連接,可以在三維狀態下進行運聚模擬評價。它的成功開發開創了相冊系統技術在石油勘探領域的應用,促進了石油地質專家系統技術的發展。

2.海上地震勘探數據采集、處理和解釋技術。

海洋地震技術是海洋油氣勘探開發的主要技術,是海洋油氣勘探深度和廣度最大、最經濟、最適用的技術。

在地震數據采集方面,通過引進技術和設備,實現了雙纜雙源地震采集,高分辨率地震采集系統研究成功,掌握了先進的海上二維、三維數字地震數據采集技術和極淺海遠程地震數據采集技術,配備了單次采集能力達240道的數字地震記錄系統。電纜中的數字羅盤能準確指示電纜的實時位置;三維采集質量控制的計算機系統可以覆蓋相鄰的五條邊線,並以不同的炮檢距實時顯示,並配有可以進行實時處理和預處理的解碼系統;配備衛星導航接收機和組合導航系統。

在資料處理和解釋方面,利用電子計算機掌握了常規處理和三維資料處理及特殊處理技術,廣泛應用了地震地層學、波阻抗剖面尤其是檢測、垂直地震剖面和資料分析。推廣應用計算機繪圖系統和解釋工作站;掌握地震模式識別,完善地震儲層預測軟件;發展了面元平均、多次擬合去噪、道插值等匹配處理技術。

壹些成功的應用技術包括:QHDK-48淺水湖泊地震勘探接收系統,已在我國淺海湖泊地震勘探中使用;三維P-R分裂偏移技術及其在油氣勘探開發中的應用獲國家科技進步二等獎。它是三維地震勘探數據的疊後偏移過程,提高了三維波場的歸位精度和斷層分辨率。海洋地球物理微導航定位數據處理程序系統具有強大的人機對話功能,可以在VAX計算機上讀取ARGO、GMS、NOR格式的場帶,可以處理高斯、VTM、蘭伯特三種不同投影系統的數據。DZRG處理系統實現了國產陣列計算機MCIAP2801與進口VAX-11/780的連接,從而提高了原主機的使用效率,從30%提高到68%,地震資料處理速度提高了60% ~ 70%,開創了VAX計算機與國產AP計算機連接的新途徑。

這些技術在海上勘探中得到了廣泛應用,並取得了良好的效果。在南海大氣區的勘探中,首次采用了高分辨率地震采集技術,為東方1-1氣田的評價提供了可靠而有力的數據依據。

3.數控測井及數據分析處理技術

數控測井是當代測井中的高新技術。該系統包括地面測量儀器和相應的井下儀器,適用於裸眼井、生產井和特殊作業井的測井作業。它是壹種裝備精良、技術先進、適應性廣的測井系統。

1985年9月,中國海洋石油總公司與國家經委簽訂了“數控測井系統”重點科技項目專項合同。1986年5月,提出了開發數控測井系統的可行性報告。勝利油田於1991進行了測井作業。該項目難度大、復雜,各項技術指標接近並達到80年代國際先進水平,證明HCS-87數控測井地面系統工作可靠,預測數據可靠。1991年獲中國海洋石油總公司科技進步壹等獎、國家重大技術裝備成果二等獎。

由於雙重兼容,在5 ~ 6年的科研過程中,壹些階段性成果可以及時投產,為測井儀器的國產化開辟了壹條新路。1991 7月,中國海洋石油總公司與Xi安石油勘探儀器總廠合作完成數控測井地面系統國產化。為了滿足南海大氣勘探高溫高壓測井的需要,中國海洋石油總公司研制成功了耐溫230℃,耐壓140 MPa的測井儀器,其解釋效果與斯倫貝謝解釋軟件達到的效果相同。

4.復雜地質條件下尋找大中型構造油氣田的能力。

基於早期主要盆地油氣資源評價、“七五”富油凹陷研究和“八五”區域地質勘探綜合研究,中國有能力在復雜地質條件下尋找大中型構造油氣田。這些油氣田的尋找主要依靠盆地地質條件的類比、盆地演化歷史的定量分析和各種地球物理數據處理解釋軟件的支持,排除了各種地質因素的幹擾,還原了地下構造的真實面貌,提高了海上自主勘探能力和勘探成功率。

二、海洋石油高速高效發展(1996-2008)

經過20多年的勘探開發工作,我們已經非常熟悉中國的自然海況,我們需要大力發展核心技術,以便高速、高效地發展中國的海洋石油工業。“九五”期間,中國海洋石油科技發展進入了以實現公司“三個1000萬噸”和降低油桶成本為具體目標的高速、高效、跨越式發展的新階段。

1.“九五”後三年科技工作重點

1)解決三大問題

(1)海上天然氣勘探。

(2)海上邊際油田開發。

(3)提高海上油田的采收率。

2)開展四項基礎科技任務。

(1)建立海洋石油天然氣行業和企業標準。

(2)建立中國海洋石油信息網科技信息子系統。

(3)海上油氣田鉆采技術基礎技術研究。

(4)開展海洋石油改革和高速發展戰略軟科學研究。

3)攻克八大高新技術。

(1)海上天然氣田目標勘探技術。

(2)海洋地球物理的高分辨率和多波技術。

(3)海洋地球物理測井成像技術等。

(其他技術與探索無關,此處不贅述。)

由於上述“348”科技計劃的實施,海洋油氣勘探開發生產建設科技創新取得了壹大批優秀成果,充分顯示了科技進步產業化的巨大威力。

2.“863”海洋石油進入國家高技術領域。

在“海洋勘探與資源開發技術主題”六個課題的研究工作中,中國海洋石油技術創下了創新紀錄。分別是:(1)近海中深層高分辨率地震勘探技術;(2)海洋地球物理測井成像技術;(3)開發高性能、高質量的鉆井液和完井液;(4)準確的地層壓力預測和監測技術;(5)高溫超壓測試技術;(6)海底大位移井軌跡控制技術。

特別是在“863”計劃“九五”期間的27個重大項目中,中海油鶯瓊大氣區勘探的關鍵技術更為引人註目。其中,海洋中深層高分辨率地震勘探技術、海上高溫超壓地層鉆井技術、海上大位移井鉆井技術和海上成像測井技術取得了顯著成就。

“863”計劃實施的16年間,取得了壹大批世界領先的研究成果,突破和掌握了壹批關鍵技術。同時,培育了壹批高新技術產業增長點,為改造傳統產業提供了高新技術支撐,為我國高新技術發展形成百折不撓的精神提供了巨大動力。

3.“九五”科技創新成就

海上中深層高分辨率地震勘探技術位居前列,開發了海上多波地震勘探設備,打破了國際技術壟斷。研制的框架多炮相幹組合震源、基於不疊加或少疊加的處理技術、波束形成濾波去除多次波等技術達到世界先進水平。

成像測井系列儀器已達到90年代中期國際水平,屬於國內先進技術。公認的技術創新有:(1)八臂傾角測井儀八臂液壓獨立推送技術;(2)高溫高壓絕緣短節;(3)薄膜應變儀卡尺和壓力傳感器;(4)多極聲波測井儀的高溫高壓單極、偶極和斯通利波換能器;(5)高溫特種混合厚膜電路芯片;(6)電阻率掃描測井儀24按鈕板技術;(7)內置電動扶正器和八臂獨立機械推桿技術。

解決高溫超壓鉆井這壹世界性難題的關鍵技術包括高溫超壓鉆井完井液、準確的地層壓力預測與監測技術和高溫超壓地層測試技術。

證實高溫超壓環境可以成藏,鶯歌海中深層有良好的砂巖儲層和蓋層,2號斷裂帶為斷層繼承性發育帶。不僅要重視古近系斷裂認可構造的圈閉,還要重視新近系反轉構造和砂巖體的勘探。

三、勘探技術分析

1.海洋石油地質研究與評價

富油凹陷分析評價技術揭示了中國海上油氣資源分布的基本規律,也是油氣選擇的基本依據。中國近海有51個主要生油凹陷,經過多次評價,選擇了10個富油凹陷作為勘探重點。富油凹陷占發現總儲量的84%,其中5個凹陷發現儲量超過654.38+1億噸。

油氣成藏動力學研究體系是在油氣勘探實踐中形成的石油地質研究體系,強調在烴源體和流體輸導體系的框架上,通過模型研究和模擬,研究油氣正反向生成-運移-聚集的全過程,使油氣運移這壹石油地質研究中最薄弱的環節具有可操作的研究方法和定量的表現。該技術不僅使我國海洋石油地質研究步入世界高技術石油地質前沿,而且在珠江口盆地的實踐中發現了重要的石油勘探新領域。

中國自主研發的石油地質綜合研究計算機平臺——三維智能盆地與油氣成藏動力學模擬系統,突破了多項高難度技術課題,實現了三維數字盆地的建立和油氣運聚模擬。

精細層序地層學研究是引進國外先進技術成功應用的典範,大大提高了地下礦床預測能力,取得了豐富的應用成果。

石油地質軟件科學研究的傑出成果——勘探目標評價與風險分析方法,體現了探索者從“我為祖國獻油”到“股東要我的現金流”的觀念轉變。通過規範勘探管理,將單純追求勘探成功率轉變為儲量接替率、資本化率、桶油發現成本等綜合勘探資本運營管理,使探井建設周期縮短2/3,探井每米進尺成本降低40%。

2.海洋石油地震勘探技術

從1962到現在,我國海上地震勘探技術的發展已經走過了40年,從最初的點記錄到24位模數轉換多纜多源數字磁帶記錄;從爆炸源到高分辨率相幹氣槍陣列源:從光學六點定位和羅盤導航到DGPS和無線電聲納組合定位導航;從單壹2D地震到非線性多覆蓋三維地震:從“壹槍定終身”的未處理地震,到運算速度達到每秒70億到80億次的大規模並行數字處理;從2D模擬處理到全三維數字處理;從NMO速度分析和疊加到DMO速度分析和疊加;從2D疊後射線偏移到全三維疊前波動方程時間偏移到全三維疊前深度偏移;從人工判讀繪圖到人機交互三維可視化判讀繪圖;從單壹的構造解釋到構造、地震地層學、巖性地震學的綜合解釋;從單縱波地震勘探到轉換多波地震勘探;從常規二維地震作業到高分辨率二維到三維地震作業,中國海上地震勘探技術發生了根本性的變化,基本達到了國際先進技術水平。海上石油人多年的辛勤工作取得了豐碩的成果:摸清了中國海域的區域地質和有利沈積盆地的分布,為勘探指明了方向;查明了盆地內主要構造帶和局部構造的分布,為油氣鉆井提供了井位。發現了以蓬萊19-3油田為代表的壹批億噸級油田和以崖城13-1氣田為代表的壹批氣田。直接提高構造和探井成功率,分別達到53%和49%;為開展可行性研究、建立油氣藏模型和編寫OPD報告提供各種主要參數和地質依據。

上述成果充分證明,海洋地球物理勘探在海洋石油工業發展中發揮了開拓作用,其技術發展是海洋油氣勘探開發增儲增產的重要手段。

3.海洋石油地球物理測井技術

中國海洋地球物理測井技術是隨著海洋石油勘探開發的發展而發展起來的。改革開放前,海上測井作業只能使用陸地上最先進、最可靠的測井儀器進行。到了80年代,1981成立了中國海洋石油測井公司,利用國家改革開放給予海洋石油的優惠政策,直接從美國西部的阿特拉斯CLS引進了3700多套技術設備。同時,在引進、消化、吸收國外先進技術的基礎上,充分利用信息技術的新成果,牢牢抓住技術與學科緊密結合的關鍵,積極開展數控測井技術的研發,逐步形成研究、制造、操作、解釋、培訓“五位壹體”的機制。研制成功了HCS-87數控測井和ELIS-I成像測井,以及壹些井下儀器設備。同時培養了人才,鍛煉了隊伍,為測井設備國產化打下了堅實的基礎。

4.勘探過程中的海洋環境保護。

在開發海洋資源的同時,不能忽視海洋環境保護,海洋環境保護是海洋油氣田勘探開發中不可忽視的技術。從65438到0996,中國海洋石油以全新的“健康、安全、環保”理念實施安全、健康、環保管理體系,開始步入科學、規範、有序的法制化管理軌道。

安全生產是國民經濟建設的重要組成部分,良好的安全生產環境和秩序是經濟發展的保障。海洋石油產業具有投資大、技術難度高、環境因素復雜、風險高的特點。壹旦發生事故,救援工作非常困難。小小的平臺上,集中了上百臺設備和很多人。壹旦發生爆炸和火災,人和物都會遭到毀滅。操作人員日常接觸的介質不是易燃就是易爆。稍有不慎就會造成海洋環境汙染和生態環境破壞。因此,安全環保責任加重,必須建立和完善健康安全環保管理體系,確保海上油氣田的安全生產。環境保護貫穿於整個生產過程和生產生活的各個領域。在這方面,建立了完善的健康安全環保機構、安全法制和管理制度,實行了全方位、全過程的科學管理。

觀測和探測海洋,及時預報海冰、臺風、風暴潮、地震等特殊海洋環境,是海洋油氣勘探、開發和生產不可缺少的條件。因此,對觀測、監測和預報系統進行了廣泛而深入的研究、綜合、集成和生產應用,形成了海上固定平臺水文氣象自動調查系統、海洋環境因子數值模擬分析計算和各種災害監測預報技術,在生產實踐中取得了顯著成效。

第四,發展趨勢

隨著全球能源需求的不斷擴大,大型陸上油田日益枯竭,因此人們逐漸將目光轉向海洋,因為那裏有許多未勘探的油氣儲量。雖然以前人們因為技術不成熟而對海洋望而卻步,但自從深海鉆井平臺出現後,人類開始向數百米甚至數千米的深處進軍。

隨著海上鉆井和開發工程技術的不斷進步,深水的概念和範圍不斷擴大。90年代末,水深300米以上的水域為深水區。目前500米以上為深水,1500米以上為超深水。研究和勘探實踐表明,深水區具有巨大的油氣資源潛力和良好的勘探前景。據估計,全球44%的海上油氣資源位於300米以下的水域。隨著未來投資的增加,海上油氣儲量和產量將保持快速增長。其中,深水油氣儲量的增長尤為顯著。到2010年,全球深水油氣儲量將達到40億噸左右。

面對如此良好的發展前景,中國海洋石油公司也制定了協調發展、技術領先、人才崛起、低成本四大發展戰略。盡快提高中國海洋石油的科技競爭力無疑是重要的壹環。在海洋石油勘探方面,中國通過建立中國海洋石油地球物理勘探等技術,並將技術創新與支持項目有機結合,創造條件使其在知識和技術創新中發揮重要作用。天然氣的勘探還需要進壹步解決地球物理識別技術、高溫超壓氣田勘探開發技術、工業利用中非烴類氣體的分布等問題。深水油田的勘探開發需要深水地球物理采集與處理、深水鉆井完井技術、深水沈積扇研究、深水生產平臺等技術。

我國近海深水區擁有豐富的油氣資源,但深水區特殊的自然環境和復雜的油氣儲存條件決定了深水油氣勘探開發具有高投入、高回報、高技術、高風險的特點。海洋石油勘探技術的發展需要面對以下問題:

(1)與國外先進技術差距較大。截至2004年底,國外深水鉆井最大深度為3095米,我國為505米。國外已開發油氣田的最大水深為2192m,我國為333m。國外最大鋪管深度為2202米,國內為330米。技術上的巨大差距是我國深水油氣田開發的最大挑戰,因此是實現深水技術跨越式發展的關鍵。

(2)深水油氣勘探技術。深水油氣勘探是深水油氣資源開發的第壹挑戰,包括長電纜地震信號測量與分析技術、多波場分析技術、深水大型儲層識別技術和隱蔽油氣藏識別技術。

(3)復雜的油氣藏特征。我國海上油田的原油具有高粘度、易凝固、含蠟量高等特點,同時還存在高溫、高壓、高CO2含量等問題,給海上油氣集輸工藝設計和生產安全帶來諸多問題。當然,這不僅是我們面臨的問題,也是世界石油工業的難題。

(4)特殊的海洋環境條件。南海具有特殊的環境條件,如夏季強熱帶風暴、冬季季風、內波和海底沙脊和斜坡等,使深水油氣開發工程的設計、施工和建設面臨更大的挑戰。我國渤海冬季有海冰,如何防止海冰造成的危害壹直是科研人員的難題。

(5)深水海底管道和系統的流動安全。深海海底處於高靜壓低溫環境(通常在4℃左右),對海上和水下結構提出了嚴格的要求,也對海底混輸管道提出了更嚴格的要求。來自油氣田的應用實踐表明,在深水油氣混輸管道中,由於多相流(包括水和酸性物質)、海底地形起伏和作業引起的段塞流、結蠟、水合物、腐蝕和固體顆粒侵蝕等問題,已經嚴重威脅到生產的正常運行和海底集輸系統的安全運行,導致險情頻發。

(6)經濟高效的邊際油氣田開發技術。我國油氣田尤其是邊際油氣田具有底水大、壓力遞減快、區塊分散、儲量小的特點。在開發過程中,往往需要考慮使用人工舉升系統,這使得國外許多用於邊際油氣田開發的常規技術(如水下生產技術)面臨更多挑戰,這意味著水下電潛泵、海底增壓泵等創新技術將應用於我國邊際油氣田的開發。同時也意味著,減少邊際油氣田的開發投入,使這些油氣田經濟有效地開發,將面臨越來越復雜的技術問題。

高科技是海洋油氣工業的重要特征,海洋油氣工業的發展是中國石油能源工業“科技領先戰略”最直接的體現。只有堅持自主科技創新,才能不斷提高我國海洋油氣產業的核心競爭力。自2004年以來,中國在海洋石油勘探、提高采收率、邊際油田開發、深水油田開發、重油綜合利用、液化天然氣和化工、新能源開發、海外勘探開發等新領域和新技術方面取得了壹系列突破。

2008年,中國海洋石油總公司的兩項成果獲得國家科技進步二等獎。成果之壹是針對我國南海西部高溫超壓並存、井壁失穩嚴重等世界級重大鉆井技術難題,研發出壹套具有自主知識產權的復雜結構鉆井關鍵技術。截至2008年底,這些技術已在南海西部7個油田以及北部灣盆地、珠江口盆地和瓊東南盆地的76口探井和評價井的鉆井作業中得到廣泛應用,取得了良好的效果。鉆井復雜事故率由40%至72%降至5%以下,遠低於國際20%的統計指標,井眼報廢率也由5%降至0%,不僅節約了可觀的直接鉆井成本,還加快了邊際油氣田的開發,創造了可觀的經濟效益。該技術的研究和應用極大地提高了中國海洋石油總公司在中國的鉆井技術水平,扭轉了以往該海域復雜井作業技術依賴國外石油公司的歷史。

中國海洋石油總公司經過十多年的自主研究,形成了壹套具有自主知識產權的成像測井系統(ELIS),適用於海洋石油開發。這是我國研制的第壹套滿足海上石油測井要求的成套技術設備。該系統的研制和產業化,打破了國外測井設備對中國近海和世界石油測井市場的長期壟斷。截至2008年底,中國海洋石油總公司已生產10套設備,總價值5億元。產品已進入國內外運營市場,年服務收入3.8億元,創匯2800萬美元,效益顯著。

與此同時,中國中海油的專利申請和授權數量也進入了穩步增長階段。截至2008年底,中國海洋石油總公司授權有效專利423項,其中發明專利105項。

2008年,中國中海油首次獲準承擔國家“973”項目,實現了科研新突破。中國海洋石油總公司將承擔國家科技重大專項“大油氣田及煤層氣開發”中的6個項目和2個示範項目。