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油气行业技术与多领域协同增效

日期:2019-10-18    来源:中国石化报

国际石油网

2019
10/18
10:59
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关键词: 油气 钻井 石油

  挪威政府近期资助了一项研究,尝试将油藏建模技术引入医学领域,以改善医生对核磁共振成像结果的理解;最初为开展油气勘探而开发的无缆地震仪现已成为地震学家的新工具;国际海洋工程公司是油气行业潜水作业的先驱,35年来一直向美国国家航空航天局的载人航天计划提供专利技术;2013年,好奇号火星探测器利用冲击钻井技术在火星上钻了第一口井,带来一个重大发现,即火星上的地化条件曾经能维持生命……油气行业的技术输出所做的贡献令人叹为观止。
  说起吸收借鉴行业外的技术,油气行业从上游到下游,“拿来主义”实践数不胜数。如物探中利用卫星遥感技术、钻井液利用纳米技术、三次采油利用聚合物技术等。然而,伴随着石油行业对“舶来技术”的逐步深入研究及应用,这些技术进一步“反哺”其他行业的潜力也逐步体现,实现技术引入和技术输出同步发展。
  当然,这种技术输出不局限于“舶来技术”,也包括石油行业的“原生技术”。
  石油行业与医学
  油藏建模技术在现代油气行业已成功应用了30多年,理所当然被认为是油气行业特有的一项技术。挪威政府近期资助了一项研究,尝试将该技术引入医学领域,以改善医生对核磁共振成像结果的理解,从而挽救生命。
  研究专家认为,油藏建模技术可以增强我们对核磁共振成像结果的认识。这个想法是基于人类大脑和油藏之间的相似性,因为两者都是双重孔隙介质,研究人员认为,石油行业的油藏建模技术可能为医学界带来突破。该项目耗资110万美元,由斯塔万格国际研究所牵头,其在油藏建模方面有20多年的经验。这种油气行业和医学的跨界应用源于“Pumps and Pipes”组织,这是一个成立于美国休斯敦的国际技术专家组织,宗旨是探索油气行业和医疗行业之间的协同增效模式。
  光纤技术也已存在数十年,并被认为是世界通信网络的核心。在相当长一段时间内,油气行业使用光纤技术监测油井生产动态,如压力变化等。
  总部设在加拿大魁北克的Opsens公司是最早进行光纤技术研究的公司之一,最近其改进了光纤传感器,可运用于人体内部。目前医用版的光纤技术已被批准在影响心脏功能的动脉内进行血压测量,可帮助医生快速评估血管堵塞的严重程度,从而判断是否需要血管成型术或小型的侵入性治疗。
  石油行业与地球科学
  20世纪70年代,随着数字有线遥测地震仪的发展,无缆地震仪应运而生,大致分为自主式节点地震仪和无线地震仪两类。而最初为开展油气勘探而开发的无缆地震仪现已成为地震学家的新工具。其“无缆”特点简化了地震监测的后勤保障(不需要运输或埋设电缆),并且可以对大片地震活跃区域一次性开展数周的监测。
  2014年的一项地震研究使用了900多个无缆地震节点,监测美国华盛顿的圣海伦斯火山的地震情况。研究人员表示,节点阵列将地震监测效率提高了两个数量级。
  二战期间,美国发明了航磁测量来搜索潜艇。事实上,科学家在二战结束前就已意识到其地球物理价值。1946年 ,航磁测量首次应用于油气行业,用来评估阿拉斯加北坡的石油地质储量。随后,作为前沿的勘探工具,油气公司将这项技术进行升级,并由此取得一些重大发现,其中包括一次对古生物学产生重大影响的发现。1978年,墨西哥国家石油公司在近海开展航磁测量时首次发现了著名的希克苏鲁伯陨石坑,直径达93英里,是由直径50英里的小行星或彗星撞击形成的。基于这次发现,古生物学家首次提出6550万年前的恐龙大灭绝正是由于这次撞击造成的。
  遥控潜水器(ROV)的早期研究工作也是由富有想象力的军事学家提出的,但真正达到作业级的遥控潜水器还应归功于石油行业。20世纪70年代,石油行业推动遥控潜水器真正实现作业应用,为其配备了机械臂,也被称为操纵器。与以往的遥控潜水器相比,除了简单的观察海底环境,还可以开展很多工作,如水下打捞、水下施工等。
  科研人员随后看到工作级遥控潜水器的潜力,多年来他们一直将其用于搜索沉船和发现新海洋物种。SERPENT项目就是该技术转移的最好例子。SERPENT是海洋学家与包括BP、壳牌、雪佛龙和巴西国家石油公司在内的能源公司的一个合作项目。利用油气公司提供的遥控潜水器,科学家能对深海进行更细致的探测。2002年以来,SERPENT项目已开展了100多项深海海洋生物研究工作,其中大部分是在钻井船或海洋石油生产设施上进行的。
  石油行业与航空航天
  鉴于潜入深海和太空探索都面临高压等相似的环境因素,石油行业的深海技术也被应用于航空航天探索。
  在遥控潜水器出现前,油气行业只能通过人工深潜海底的方式来安装或修理水下设备,所以油气行业在人工深潜方面有丰富的经验和技术。国际海洋工程公司是油气行业潜水作业的先驱,35年来一直向美国国家航空航天局的载人航天计划提供专利技术。
  两者之间的合作始于美国国家航空航天局借鉴国际海洋工程公司的高压潜水服原理,为载人航天计划制作航天服,而该公司最主要的贡献是为航天服开发了一套泄漏检测系统。另外,该公司还为美国国家航空航天局位于休斯敦的中性浮力实验室提供日常运营和维护工作。这个实验室是用于模拟太空失重环境下的水下训练设施,宇航员可以在那里模拟太空舱外活动,其目前是包括国际空间站舱段组装、太空行走等在内的所有美国现代太空任务的基石。
  远在3400万英里之外的火星也有油气行业技术应用于太空探索的成功案例。2013年,好奇号火星探测器利用冲击钻井技术在这颗红色行星上钻了第一口井,虽然总深度仅2.5英寸,但这次钻探行动带来一个重大发现,即火星上的地化条件曾经能维持生命。
  为了更深入了解火星上是否真有生命存在过,美国国家航空航天局可能需要在后续的载人任务中钻更深的井,而这就需要更强大的钻井系统,将油气行业现有的商业技术进行改进或小型化,可能用到的技术还包括高压井下流体取样、井孔成像、现场流体分析、连续油管和防喷器等。
  石油行业与可再生和可持续能源
  长期以来,地热资源的开发过程和油田的勘探开发生产过程是类似的,从最初的勘探、钻井、完井,一直到最终的生产。一般来说,目的层的水源或岩石的温度越高,地热井的热能也就越高,涉及一些高温地热项目的开发利用时,普通的钻完井体系难以达到施工要求,需要借助油气行业先进的高温高压钻完井工艺和技术体系。
  以地热王国冰岛的一个地热项目为例,由于目的层温度太高,传统穿透及泥浆体系经受不住高温而导致作业失败。2017年,项目组利用油服公司贝克休斯专门设计的钻头和泥浆体系成功钻探第二口井,这种新的钻完井体系极限工作温度高达299摄氏度,这是普通井下设备额定值的两倍。项目组计划今年钻第三口井,这次钻井将测试随钻测量设备的适用性,如果成功可将现有地热井的能效提高5~10倍。
  油气行业跨界融合的还有二氧化碳捕集和应用领域。二氧化碳的捕集有利于减少全球碳排放量,但如何处置二氧化碳是个大问题。石油人的做法是,将二氧化碳注入几千米的地下驱油来提高采收率。国内外各大石油公司目前在该领域持续投资,从注入系统到建模软件,工程师研发出的二氧化碳捕集和存储所需的许多技术越来越成熟。深埋地下的油气资源曾开创过一个丰沛而廉价的能源时代,但伴随着老油田的逐渐枯竭,地下储层的空间可被重新利用来存储二氧化碳,又为环保产业提供了新的思路和方案。
  目前,石油勘探开发生产相关的技术输出已涵盖地球与生命科学、太空探索和可再生能源等,或许未来大量石油公司、油服公司、油田装备制造企业依托过去积累的科技成果会实现华丽转身,进入惠及民生的各个领域。
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