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惊艳!2019年“国际石油十大科技进展”出炉!

来源:ETRI 石油商报 发布时间:2020-01-13
5G时代
硬核石油黑科技为石油行业
带来怎样的改变与惊喜?
2019年国际石油十大科技进展已出炉
快来get!



项目简介


1
机器学习大幅优化河流沉积模式综合解释

在不同环境和气候变化条件下,河流体系的形态可能会进一步分化。如果从整个地质历史时期的角度考虑,其形态变化则更大,会导致河流沉积具有多种沉积模式,其模式决定了沉积物的岩石物理特性、沉积体的个性化特征等重要属性。

利用机器学习技术对沉积物岩心数据进行了分类,岩心取自世界上最大的河流之一——阿根廷巴拉那河。将自组织图应用于岩心沉积构造的无监督聚类。该方法适用于分析不同类型的数据,包括岩心、井眼地球物理以及不同规模和品质的露头等。通过机器学习技术初步实现:(1)自动区分沉积环境;(2)量化沉积物沉积的垂向和横向变化趋势;(3)改善引起河流沉积的一般和独特动力学特征的解释。结果表明,机器学习技术可以通过岩心识别重要的沉积模式,揭示需要进一步系统研究的区域沉积模式。

这种半自动-自动化的方式对沉积物信息进行分类,为分析地质体超大数据域开辟了新的途径,节省了大量人力和时间,有效解决了大数据域的解释需要专业人员消耗大量时间的问题。机器学习还为传统沉积学研究提供了一条严谨的途径,即将不确定性信息整合到数据驱动的预测模型中,从数据中自动检测沉积学特征和量化数据域内的不确定性程度。




2
火箭推进剂无水压裂技术实现航天和油气行业跨界融合
将航天科技中的固体火箭推进剂跨界引入到油气压裂中,研发出PSI-Clone推进剂无水压裂技术,不需要使用任何压裂液和支撑剂,节约水资源,环保效果显著,减少作业人员数量和作业时间。

技术创新点包括:(1)压裂过程可控。可以控制适合每个地层和油气井的最佳压力和时间,在0.1~0.5秒内可以产生30000 磅/平方英寸的高压,释放大量高压气体压开地层,改善裂缝的形成和生长。(2)产生多条径向裂缝。推进剂爆燃产生巨大压力,形成含4~8条径向裂缝的椭圆形压裂带,有效裂缝面积更大,平均裂缝半长是常规水力压裂的2倍。(3)“自支撑”机制。产生的裂缝通过应力波扩散,从岩石边界反弹并将裂缝与目标层隔离,岩石破碎之后“自支撑”。(4)实现压裂层段有效隔离。可以实现最佳压力分布,还可将目标区域单独隔离出来,防止高压气体沿井筒逸散,能更好地穿透储层,延长裂缝。

与LPG压裂和水力压裂技术相比,推进剂压裂更经济、更环保、适应性更强,具有明显的创新性、突破性和颠覆性,压裂级数不受限制,压裂装备少,占地小。目前传统水力压裂的施工成本相对便宜,但如果加上后期处理费用,火箭推进剂则更具有成本、环保优势。该新技术已经成功应用于1000多口直井,增产幅度在一倍以上。




3
基于物联网和云计算的油气生产平台实现数字化转型
油服公司和互联网公司合作,将业内领先的ForeSite技术和CygNet物联网平台强强联合,成功研发出ForeSite Edge系统,成为全球首个将人工举升、生产优化与物联网基础设施相结合的技术系统。

ForeSite平台通过参照历史数据、实时监测数据和物理模型,形成直观可视化界面,借助数据分析提高生产效率。其主要功能包括:(1)实时监控数据,在监测到关键参数变化时发出智能预警,通过移动设备传输;(2)通过将客户油井示功图特征与示功图库数据对比,进而诊断每口油井的性能问题;(3)采用任何频率收集数据,满足数据分析需要,诊断分析油井性能随时间的变化情况;(4)借助物理模型有效预测油井生产面临的故障,模型以油井大数据为支撑,通过实时数据自动调整优化,提供智能优化方案;(5)通过整合优化Everitt-Jennings算法与Gibbs方法,提供抽油杆负载情况分析,估算抽油杆受力情况,识别井下故障情况。

利用ForeSite平台已经完成了15万口井的人工举升优化,大大提高油井生产效率,降低开采成本。可以通过实时数据和建模,调整举升参数,自主管理机械采油系统,同时运用预测技术防范风险,减少故障停机时间,实现持续的自主生产优化。用户可以通过该平台快速评估每口油气井的生产状况、跟踪历史趋势,预判发生故障的可能性。



4
海洋可控震源样机研制成功
随着环保要求越来越严格,海洋地震勘探对气枪震源的限制也越来越多,海洋可控震源由于能够控制信号输出脉冲,降低对海洋生物的影响,成为推动海洋地震勘探绿色化发展的重要途径。

相比常规的气枪震源,海洋可控震源具有以下优势:一是减少峰值脉冲,对海洋生态环境影响小;二是能够精确控制输出声波波形,有效进行震源信号分离,保证数据品质;三是用分布式震源组合和展布频谱扫描技术方案,提高海洋数据采集的作业效率。近年来,多家公司成功开发了积木式及模块化的海洋可控震源系统样机,并在美国Seneca湖完成水下测试,取得良好的效果。测试结果表明,海洋可控震源系统能够输出10~100赫兹信号,具有较高水平的振幅和相位控制能力,信号稳定性好,倍频和带宽完全满足环保要求,具有潜在推广价值。

海洋可控震源具有的环保优势,以及数据质量和采集效率方面的优势,将成为海洋地震勘探的一种重要手段和有效途径。尽管海洋可控震源在生产应用中无法全面替代气枪震源,但它已成为未来海洋油气勘探装备的重要发展方向,推动海洋地震勘探向环保化和绿色化发展。



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智能电缆地层测试技术大幅提高测试效率与效益
2019年斯伦贝谢推出Ora智能电缆地层测试技术,采用新型数字化架构有效实现软件与硬件结合,能够在多种复杂条件下获得高质量的油藏描述结果。

仪器额定温度为200摄氏度,额定压力为240兆帕,可在井下实现实验室级测量,并配有同类仪器中排量最高的泵。利用人工智能技术,仪器可以自动完成复杂的工作流程,将作业时间减少50%以上,并提供高精度的流体分析和零污染样品。在作业过程中,可根据用户需求调整数据的采集,并及时提供具有可操作性的决策意见。

该技术目前已在北海、墨西哥湾、西非、中东、北非和中美洲成功完成了30多次现场试验。在墨西哥,Ora平台在具有挑战性的碳酸盐岩地层中(压力138兆帕、温度182摄氏度、渗透率低于0.03毫达西)获得高质量凝析气样品,帮助墨西哥国家石油公司将25年前发现的该国陆上最大油气藏的预估储量增加了三倍。Talos能源公司利用Ora平台在墨西哥湾深水区的不规则井眼中获取了井下流体分析数据,实现了油藏模型的及时更新,大幅缩短了完井决策时间。



6
自主学习的智能定向钻井系统有效提速降本
具有自主学习能力的智能定向钻井系统,利用历史钻井数据模拟钻井作业,应用自主学习算法生成钻井指令,实现高效定向钻进。该智能系统能够增强工具面控制能力,提高实钻井眼轨迹与预设值的吻合度,减少后期纠正井眼轨迹工作量,同时降低钻井成本。

为了保证该智能系统控制工具面的准确性和高效性,须收集定向钻井作业的相关历史数据,并对这些参数进行筛选、过滤、归一化,选择适当的参数用于构建和训练人工神经网络。人工神经网络通过自主学习模拟施工人员日常操作,经训练后可以最大限度地减少井眼轨迹偏差,减小井眼弯曲度,提高机械钻速。成熟的神经网络可以媲美一个定向钻井专家的决策能力,并控制决策失误率在3%以内。

先导实验中,利用美国东部二叠纪盆地的14口水平井定向钻井中包括钻头、大钩载荷、工具面、井斜、钻压与转速、立管压力、机械钻速在内的数据,让人工神经网络进行自主学习,通过基于当前工具面的钻压、排量、机械钻速、压差、旋转扭矩预测未来的压差和旋转扭矩,经过180万步的训练后,将预测数据与实钻数据对比,压差预测误差为0.21%,旋转扭矩预测误差为2.72%,有力证明了该系统的预测能力,证实该系统作为定向钻井辅助系统,可以集成到钻井系统中,最终实现全自动定向钻井。




7
全球最大浮式液化天然气装置投产
浮式液化天然气(FLNG)项目相比于常见的岸基液化天然气(LNG)项目,具有建设难度大、技术要求高、占用陆域资源少、建设周期短等特点,适合于深海边际气田和小气田的开发,在调峰灵活性和投资成本方面有较大优势。

澳大利亚Prelude项目是世界上最大的FLNG生产项目,配备有史以来最大的FLNG装置,它于2012年开工建造,其外形类似一艘巨型轮船,总长490米,宽度为74米,满载吨位达60万吨,设计年产能:LNG 360万吨、凝析油130万吨和液化石油气40万吨。Prelude FLNG装置的液化气体储存能力达32.6万立方米,设有10个储存舱,其中6个用于LNG,4个用于液化石油气(LPG)。Prelude FLNG装置能够通过并排式系泊和输油臂输出LNG/LPG,通过串联系泊和浮式软管系统输出凝析油。Prelude FLNG装置通过16根锚桩系泊在海床上,通过柔性立管经由转塔直接连接至气井。2019年6月,Prelude项目的第一船液化天然气已从Prelude FLNG装置发运,首批货物将由Valencia Knutsen号LNG船运往亚洲。

Prelude FLNG装置的投产标志着澳大利亚成为FLNG技术的全球领先者。












8
复合离子液体碳四烷基化工艺技术成功实现工业应用
中国石油大学(北京)自主研发的复合离子液体碳四烷基化工艺技术突破了传统工艺技术壁垒,在中国石油哈尔滨石化公司15万吨/年和中国石化九江石化公司30万吨/年的复合离子液体碳四烷基化装置成功实现工业应用,产品各项指标达到设计标准,装置运行状态良好,整体工艺技术达到国际领先水平。

该技术的主要创新包括:原创设计合成了兼具高活性和高选择性的复合离子液体催化剂;开发了离子液体活性的定量检测方法,以及分步协控补充B酸/L酸活性组分的再生技术;研制开发了新型离子液体烷基化专用反应器和分离设备,并集成了原料预处理—催化反应—离子液体再生—分离回收等过程,形成了具有完全自主知识产权的复合离子液体碳四烷基化工艺技术。中国石油哈尔滨石化15万吨/年的复合离子液体碳四烷基化工业装置数据显示:RON辛烷值95~97.5,氯含量3.17微克/克,烯烃含量0毫克/千克,能耗132.41公斤标准油/吨。

环境友好的碳四烷基化工艺技术一直是世界炼油工业烷基化技术开发的目标。目前,应用该工艺技术的企业“三废”排放显著降低,与国外浓硫酸烷基化技术相比,可节约投资40%。中国石化工程建设有限公司和中国寰球工程有限公司已签署了该工艺技术的合作推广协议,具有良好的工业应用前景。



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离子液体催化乙烯合成气制甲基丙烯酸甲酯技术取得突破

中国科学院研发了“离子液体催化乙烯合成气制甲基丙烯酸甲酯(MMA)成套技术”,并于2019年3月通过了中国石油和化学工业联合会组织的科技成果鉴定。该技术开辟了煤基原料合成MMA的新路线,形成了具有自主知识产权的成套技术。

该技术采用煤化工下游产品为原料,突破了氢甲酰化、轻醛缩合、醛氧化、酯化四步反应的催化剂及工艺开发中存在的难题。技术创新点为:(1)开发了离子液体络合铑的新型催化体系和新型管式反应器,解决了乙烯氢甲酰化合成丙醛工艺中铑催化剂聚集和夹带难题,提高了催化剂活性和稳定性,降低了催化剂消耗;(2)开发出离子液体温和催化的丙醛和甲醛合成甲基丙烯醛(MAL)清洁工艺,离子液体催化剂稳定,选择性和转化率高;(3)开发出多级结构杂多酸MAL氧化催化剂,提高了反应转化率和选择性,提出了催化剂梯级装填方法,解决了氧化反应强放热温升的难题;(4)开发了甲基丙烯酸(MAA)新型酯化反应-精馏耦合强化新技术,具有能耗低,经济性好的特点。

该技术的成功为我国现代煤化工产业实现高端化、差异化、绿色化发展提供了科技支撑。离子液体在该技术中的成功应用,将进一步推动离子液体绿色技术的产业化进程。



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区块链成为油气行业发展的创新增长点
区块链是一种由多方共同维护,使用密码学保证传输和访问安全,能够实现数据一致存储、难以篡改、防止抵赖的分布式记账技术;具有去中心、去信任等核心优点,能解决互联网中的信息不对称、交易成本高、陌生人信任等难题,被认为是继大型计算机、个人电脑、互联网之后的颠覆式创新。

国内外石油公司对于区块链技术的应用目前主要体现在油气生产核算、能源交易、数字提单、数字货币及行业联盟等方面。多家石油公司开展了尝试并建立了相关的能源交易平台,如BP、壳牌等大型石油公司与大型银行和贸易公司联合推出的油气大宗商品商贸Vakt平台,以及Interbit平台、PONTON P2P平台、美国原油贸易金融平台等等。埃克森美孚、雪佛龙等多家大型油气公司在美国成立第一个行业区块链财团——海上运营商协会油气区块链联盟,旨在通过搭建业内的合作网络、建设区块链应用生态,推动该技术在油气勘探、生产、财务、IT、矿权管理及供应链等领域的应用,为整个行业发挥示范作用。

未来,区块链在油气行业有着广阔的应用前景。在勘探开发领域可以通过私有链进行油气勘探开发招投标管理,增强合同双方的互信。通过与数字油田结合,对井场的生产信息进行实时采集,为决策层提供第一手的真实有效信息;在炼油化工领域可以结合物联网,将数据和设备上网上链,实现数据共享,提高各环节之间协作效率;在装备制造及工程技术领域,可以实现放射源追踪、大型设备的核心部件运输、安装、维修等环节的追溯。
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