中国海上油气勘探技术有哪些?

一、海洋油气勘探技术形成阶段(1991—1995)

1.含油气盆地资源评价与勘探目标评价技术

在介绍和总结国内外油气资源评价方法的基础上,通过科技攻关,掌握了一套具有国际先进水平的新方法和盆地模拟技术。在国内首次建立了一套基于地震资料解释和少量钻井资料的早期油气资源评价流程。开发了国内第一套在NOVA计算机上的定位、结构、速度、数据自动分析流程,初步实现了数据整理的自动化。采用先进的区域地震地层分析方法和流程,研究各层岩相古地理的演化过程;创新了生烃、排烃等资源的定量评价方法;提出了TTIQ法和计算机程序,采用了圈闭体积模糊数学法、圈闭供油面积、随机操作概率统计法等先进评价方法,充分体现了国内油气资源评价的新水平。

在一维盆地模拟系统的基础上,开发了多功能综合盆地模拟系统。该系统耦合了断层生长、沉积、压实、流体流动、油气生成和运移以及地壳平衡、岩石圈减薄和热对流,可以从动态发展的角度在二维空间再现盆地的构造演化史、沉降史、沉积史、热演化史和油气生成、排烃、运移和聚集史。主要特点是:正反演结合、与专家系统结合、与平衡剖面结合模拟多相运移、运移距离三维模拟和三维可视化等。

此外,我国首次研制成功了PRES油气资源评价专家系统。从功能上看,该体系由两部分组成:一是凹陷评价,包括地质类比评价、生油条件评价、储层条件评价和油气运移聚集评价;二是局部圈闭评价,包括油源评价、封闭条件评价、储存条件评价、保存条件评价和综合评价。第二版系统实现了运聚评价子系统与盆地模拟系统的连接,可以在三维状态下进行运聚模拟评价。它的成功开发开创了相册系统技术在石油勘探领域的应用,促进了石油地质专家系统技术的发展。

2.海上地震勘探数据采集、处理和解释技术。

海洋地震技术是海洋油气勘探开发的主要技术,是海洋油气勘探深度和广度最大、最经济、最适用的技术。

在地震数据采集方面,通过引进技术和设备,实现了双缆双源地震采集,高分辨率地震采集系统研究成功,掌握了先进的海上二维、三维数字地震数据采集技术和极浅海远程地震数据采集技术,配备了单次采集能力达240道的数字地震记录系统。电缆中的数字罗盘能准确指示电缆的实时位置;三维采集质量控制的计算机系统可以覆盖相邻的五条边线,并以不同的炮检距实时显示,并配有可以进行实时处理和预处理的解码系统;配备卫星导航接收机和组合导航系统。

在资料处理和解释方面,利用电子计算机掌握了常规处理和三维资料处理及特殊处理技术,广泛应用了地震地层学、波阻抗剖面尤其是检测、垂直地震剖面和资料分析。推广应用计算机绘图系统和解释工作站;掌握地震模式识别,完善地震储层预测软件;发展了面元平均、多次拟合去噪、道插值等匹配处理技术。

一些成功的应用技术包括:QHDK-48浅水湖泊地震勘探接收系统,已在我国浅海湖泊地震勘探中使用;三维P-R分裂偏移技术及其在油气勘探开发中的应用获国家科技进步二等奖。它是三维地震勘探数据的叠后偏移过程,提高了三维波场的归位精度和断层分辨率。海洋地球物理微导航定位数据处理程序系统具有强大的人机对话功能,可以在VAX计算机上读取ARGO、GMS、NOR格式的场带,可以处理高斯、VTM、兰伯特三种不同投影系统的数据。DZRG处理系统实现了国产阵列计算机MCIAP2801与进口VAX-11/780的连接,从而提高了原主机的使用效率,从30%提高到68%,地震资料处理速度提高了60% ~ 70%,开创了VAX计算机与国产AP计算机连接的新途径。

这些技术在海上勘探中得到了广泛应用,并取得了良好的效果。在南海大气区的勘探中,首次采用了高分辨率地震采集技术,为东方1-1气田的评价提供了可靠而有力的数据依据。

3.数控测井及数据分析处理技术

数控测井是当代测井中的高新技术。该系统包括地面测量仪器和相应的井下仪器,适用于裸眼井、生产井和特殊作业井的测井作业。它是一种装备精良、技术先进、适应性广的测井系统。

1985年9月,中国海洋石油总公司与国家经委签订了“数控测井系统”重点科技项目专项合同。1986年5月,提出了开发数控测井系统的可行性报告。胜利油田于1991进行了测井作业。该项目难度大、复杂,各项技术指标接近并达到80年代国际先进水平,证明HCS-87数控测井地面系统工作可靠,预测数据可靠。1991年获中国海洋石油总公司科技进步一等奖、国家重大技术装备成果二等奖。

由于双重兼容,在5 ~ 6年的科研过程中,一些阶段性成果可以及时投产,为测井仪器的国产化开辟了一条新路。1991 7月,中国海洋石油总公司与Xi安石油勘探仪器总厂合作完成数控测井地面系统国产化。为了满足南海大气勘探高温高压测井的需要,中国海洋石油总公司研制成功了耐温230℃,耐压140 MPa的测井仪器,其解释效果与斯伦贝谢解释软件达到的效果相同。

4.复杂地质条件下寻找大中型构造油气田的能力。

基于早期主要盆地油气资源评价、“七五”富油凹陷研究和“八五”区域地质勘探综合研究,中国有能力在复杂地质条件下寻找大中型构造油气田。这些油气田的寻找主要依靠盆地地质条件的类比、盆地演化历史的定量分析和各种地球物理数据处理解释软件的支持,排除了各种地质因素的干扰,还原了地下构造的真实面貌,提高了海上自主勘探能力和勘探成功率。

二、海洋石油高速高效发展(1996-2008)

经过20多年的勘探开发工作,我们已经非常熟悉中国的自然海况,我们需要大力发展核心技术,以便高速、高效地发展中国的海洋石油工业。“九五”期间,中国海洋石油科技发展进入了以实现公司“三个1000万吨”和降低油桶成本为具体目标的高速、高效、跨越式发展的新阶段。

1.“九五”后三年科技工作重点

1)解决三大问题

(1)海上天然气勘探。

(2)海上边际油田开发。

(3)提高海上油田的采收率。

2)开展四项基础科技任务。

(1)建立海洋石油天然气行业和企业标准。

(2)建立中国海洋石油信息网科技信息子系统。

(3)海上油气田钻采技术基础技术研究。

(4)开展海洋石油改革和高速发展战略软科学研究。

3)攻克八大高新技术。

(1)海上天然气田目标勘探技术。

(2)海洋地球物理的高分辨率和多波技术。

(3)海洋地球物理测井成像技术等。

(其他技术与探索无关,此处不赘述。)

由于上述“348”科技计划的实施,海洋油气勘探开发生产建设科技创新取得了一大批优秀成果,充分显示了科技进步产业化的巨大威力。

2.“863”海洋石油进入国家高技术领域。

在“海洋勘探与资源开发技术主题”六个课题的研究工作中,中国海洋石油技术创下了创新纪录。分别是:(1)近海中深层高分辨率地震勘探技术;(2)海洋地球物理测井成像技术;(3)开发高性能、高质量的钻井液和完井液;(4)准确的地层压力预测和监测技术;(5)高温超压测试技术;(6)海底大位移井轨迹控制技术。

特别是在“863”计划“九五”期间的27个重大项目中,中海油莺琼大气区勘探的关键技术更为引人注目。其中,海洋中深层高分辨率地震勘探技术、海上高温超压地层钻井技术、海上大位移井钻井技术和海上成像测井技术取得了显著成就。

“863”计划实施的16年间,取得了一大批世界领先的研究成果,突破和掌握了一批关键技术。同时,培育了一批高新技术产业增长点,为改造传统产业提供了高新技术支撑,为我国高新技术发展形成百折不挠的精神提供了巨大动力。

3.“九五”科技创新成就

海上中深层高分辨率地震勘探技术位居前列,开发了海上多波地震勘探设备,打破了国际技术垄断。研制的框架多炮相干组合震源、基于不叠加或少叠加的处理技术、波束形成滤波去除多次波等技术达到世界先进水平。

成像测井系列仪器已达到90年代中期国际水平,属于国内先进技术。公认的技术创新有:(1)八臂倾角测井仪八臂液压独立推送技术;(2)高温高压绝缘短节;(3)薄膜应变仪卡尺和压力传感器;(4)多极声波测井仪的高温高压单极、偶极和斯通利波换能器;(5)高温特种混合厚膜电路芯片;(6)电阻率扫描测井仪24按钮板技术;(7)内置电动扶正器和八臂独立机械推杆技术。

解决高温超压钻井这一世界性难题的关键技术包括高温超压钻井完井液、准确的地层压力预测与监测技术和高温超压地层测试技术。

证实高温超压环境可以成藏,莺歌海中深层有良好的砂岩储层和盖层,2号断裂带为断层继承性发育带。不仅要重视古近系断裂认可构造的圈闭,还要重视新近系反转构造和砂岩体的勘探。

三、勘探技术分析

1.海洋石油地质研究与评价

富油凹陷分析评价技术揭示了中国海上油气资源分布的基本规律,也是油气选择的基本依据。中国近海有51个主要生油凹陷,经过多次评价,选择了10个富油凹陷作为勘探重点。富油凹陷占发现总储量的84%,其中5个凹陷发现储量超过654.38+1亿吨。

油气成藏动力学研究体系是在油气勘探实践中形成的石油地质研究体系,强调在烃源体和流体输导体系的框架上,通过模型研究和模拟,研究油气正反向生成-运移-聚集的全过程,使油气运移这一石油地质研究中最薄弱的环节具有可操作的研究方法和定量的表现。该技术不仅使我国海洋石油地质研究步入世界高技术石油地质前沿,而且在珠江口盆地的实践中发现了重要的石油勘探新领域。

中国自主研发的石油地质综合研究计算机平台——三维智能盆地与油气成藏动力学模拟系统,突破了多项高难度技术课题,实现了三维数字盆地的建立和油气运聚模拟。

精细层序地层学研究是引进国外先进技术成功应用的典范,大大提高了地下矿床预测能力,取得了丰富的应用成果。

石油地质软件科学研究的杰出成果——勘探目标评价与风险分析方法,体现了探索者从“我为祖国献油”到“股东要我的现金流”的观念转变。通过规范勘探管理,将单纯追求勘探成功率转变为储量接替率、资本化率、桶油发现成本等综合勘探资本运营管理,使探井建设周期缩短2/3,探井每米进尺成本降低40%。

2.海洋石油地震勘探技术

从1962到现在,我国海上地震勘探技术的发展已经走过了40年,从最初的点记录到24位模数转换多缆多源数字磁带记录;从爆炸源到高分辨率相干气枪阵列源:从光学六点定位和罗盘导航到DGPS和无线电声纳组合定位导航;从单一2D地震到非线性多覆盖三维地震:从“一枪定终身”的未处理地震,到运算速度达到每秒70亿到80亿次的大规模并行数字处理;从2D模拟处理到全三维数字处理;从NMO速度分析和叠加到DMO速度分析和叠加;从2D叠后射线偏移到全三维叠前波动方程时间偏移到全三维叠前深度偏移;从人工判读绘图到人机交互三维可视化判读绘图;从单一的构造解释到构造、地震地层学、岩性地震学的综合解释;从单纵波地震勘探到转换多波地震勘探;从常规二维地震作业到高分辨率二维到三维地震作业,中国海上地震勘探技术发生了根本性的变化,基本达到了国际先进技术水平。海上石油人多年的辛勤工作取得了丰硕的成果:摸清了中国海域的区域地质和有利沉积盆地的分布,为勘探指明了方向;查明了盆地内主要构造带和局部构造的分布,为油气钻井提供了井位。发现了以蓬莱19-3油田为代表的一批亿吨级油田和以崖城13-1气田为代表的一批气田。直接提高构造和探井成功率,分别达到53%和49%;为开展可行性研究、建立油气藏模型和编写OPD报告提供各种主要参数和地质依据。

上述成果充分证明,海洋地球物理勘探在海洋石油工业发展中发挥了开拓作用,其技术发展是海洋油气勘探开发增储增产的重要手段。

3.海洋石油地球物理测井技术

中国海洋地球物理测井技术是随着海洋石油勘探开发的发展而发展起来的。改革开放前,海上测井作业只能使用陆地上最先进、最可靠的测井仪器进行。到了80年代,1981成立了中国海洋石油测井公司,利用国家改革开放给予海洋石油的优惠政策,直接从美国西部的阿特拉斯CLS引进了3700多套技术设备。同时,在引进、消化、吸收国外先进技术的基础上,充分利用信息技术的新成果,牢牢抓住技术与学科紧密结合的关键,积极开展数控测井技术的研发,逐步形成研究、制造、操作、解释、培训“五位一体”的机制。研制成功了HCS-87数控测井和ELIS-I成像测井,以及一些井下仪器设备。同时培养了人才,锻炼了队伍,为测井设备国产化打下了坚实的基础。

4.勘探过程中的海洋环境保护。

在开发海洋资源的同时,不能忽视海洋环境保护,海洋环境保护是海洋油气田勘探开发中不可忽视的技术。从65438到0996,中国海洋石油以全新的“健康、安全、环保”理念实施安全、健康、环保管理体系,开始步入科学、规范、有序的法制化管理轨道。

安全生产是国民经济建设的重要组成部分,良好的安全生产环境和秩序是经济发展的保障。海洋石油产业具有投资大、技术难度高、环境因素复杂、风险高的特点。一旦发生事故,救援工作非常困难。小小的平台上,集中了上百台设备和很多人。一旦发生爆炸和火灾,人和物都会遭到毁灭。操作人员日常接触的介质不是易燃就是易爆。稍有不慎就会造成海洋环境污染和生态环境破坏。因此,安全环保责任加重,必须建立和完善健康安全环保管理体系,确保海上油气田的安全生产。环境保护贯穿于整个生产过程和生产生活的各个领域。在这方面,建立了完善的健康安全环保机构、安全法制和管理制度,实行了全方位、全过程的科学管理。

观测和探测海洋,及时预报海冰、台风、风暴潮、地震等特殊海洋环境,是海洋油气勘探、开发和生产不可缺少的条件。因此,对观测、监测和预报系统进行了广泛而深入的研究、综合、集成和生产应用,形成了海上固定平台水文气象自动调查系统、海洋环境因子数值模拟分析计算和各种灾害监测预报技术,在生产实践中取得了显著成效。

第四,发展趋势

随着全球能源需求的不断扩大,大型陆上油田日益枯竭,因此人们逐渐将目光转向海洋,因为那里有许多未勘探的油气储量。虽然以前人们因为技术不成熟而对海洋望而却步,但自从深海钻井平台出现后,人类开始向数百米甚至数千米的深处进军。

随着海上钻井和开发工程技术的不断进步,深水的概念和范围不断扩大。90年代末,水深300米以上的水域为深水区。目前500米以上为深水,1500米以上为超深水。研究和勘探实践表明,深水区具有巨大的油气资源潜力和良好的勘探前景。据估计,全球44%的海上油气资源位于300米以下的水域。随着未来投资的增加,海上油气储量和产量将保持快速增长。其中,深水油气储量的增长尤为显著。到2010年,全球深水油气储量将达到40亿吨左右。

面对如此良好的发展前景,中国海洋石油公司也制定了协调发展、技术领先、人才崛起、低成本四大发展战略。尽快提高中国海洋石油的科技竞争力无疑是重要的一环。在海洋石油勘探方面,中国通过建立中国海洋石油地球物理勘探等技术,并将技术创新与支持项目有机结合,创造条件使其在知识和技术创新中发挥重要作用。天然气的勘探还需要进一步解决地球物理识别技术、高温超压气田勘探开发技术、工业利用中非烃类气体的分布等问题。深水油田的勘探开发需要深水地球物理采集与处理、深水钻井完井技术、深水沉积扇研究、深水生产平台等技术。

我国近海深水区拥有丰富的油气资源,但深水区特殊的自然环境和复杂的油气储存条件决定了深水油气勘探开发具有高投入、高回报、高技术、高风险的特点。海洋石油勘探技术的发展需要面对以下问题:

(1)与国外先进技术差距较大。截至2004年底,国外深水钻井最大深度为3095米,我国为505米。国外已开发油气田的最大水深为2192m,我国为333m。国外最大铺管深度为2202米,国内为330米。技术上的巨大差距是我国深水油气田开发的最大挑战,因此是实现深水技术跨越式发展的关键。

(2)深水油气勘探技术。深水油气勘探是深水油气资源开发的第一挑战,包括长电缆地震信号测量与分析技术、多波场分析技术、深水大型储层识别技术和隐蔽油气藏识别技术。

(3)复杂的油气藏特征。我国海上油田的原油具有高粘度、易凝固、含蜡量高等特点,同时还存在高温、高压、高CO2含量等问题,给海上油气集输工艺设计和生产安全带来诸多问题。当然,这不仅是我们面临的问题,也是世界石油工业的难题。

(4)特殊的海洋环境条件。南海具有特殊的环境条件,如夏季强热带风暴、冬季季风、内波和海底沙脊和斜坡等,使深水油气开发工程的设计、施工和建设面临更大的挑战。我国渤海冬季有海冰,如何防止海冰造成的危害一直是科研人员的难题。

(5)深水海底管道和系统的流动安全。深海海底处于高静压低温环境(通常在4℃左右),对海上和水下结构提出了严格的要求,也对海底混输管道提出了更严格的要求。来自油气田的应用实践表明,在深水油气混输管道中,由于多相流(包括水和酸性物质)、海底地形起伏和作业引起的段塞流、结蜡、水合物、腐蚀和固体颗粒侵蚀等问题,已经严重威胁到生产的正常运行和海底集输系统的安全运行,导致险情频发。

(6)经济高效的边际油气田开发技术。我国油气田尤其是边际油气田具有底水大、压力递减快、区块分散、储量小的特点。在开发过程中,往往需要考虑使用人工举升系统,这使得国外许多用于边际油气田开发的常规技术(如水下生产技术)面临更多挑战,这意味着水下电潜泵、海底增压泵等创新技术将应用于我国边际油气田的开发。同时也意味着,减少边际油气田的开发投入,使这些油气田经济有效地开发,将面临越来越复杂的技术问题。

高科技是海洋油气工业的重要特征,海洋油气工业的发展是中国石油能源工业“科技领先战略”最直接的体现。只有坚持自主科技创新,才能不断提高我国海洋油气产业的核心竞争力。自2004年以来,中国在海洋石油勘探、提高采收率、边际油田开发、深水油田开发、重油综合利用、液化天然气和化工、新能源开发、海外勘探开发等新领域和新技术方面取得了一系列突破。

2008年,中国海洋石油总公司的两项成果获得国家科技进步二等奖。成果之一是针对我国南海西部高温超压并存、井壁失稳严重等世界级重大钻井技术难题,研发出一套具有自主知识产权的复杂结构钻井关键技术。截至2008年底,这些技术已在南海西部7个油田以及北部湾盆地、珠江口盆地和琼东南盆地的76口探井和评价井的钻井作业中得到广泛应用,取得了良好的效果。钻井复杂事故率由40%至72%降至5%以下,远低于国际20%的统计指标,井眼报废率也由5%降至0%,不仅节约了可观的直接钻井成本,还加快了边际油气田的开发,创造了可观的经济效益。该技术的研究和应用极大地提高了中国海洋石油总公司在中国的钻井技术水平,扭转了以往该海域复杂井作业技术依赖国外石油公司的历史。

中国海洋石油总公司经过十多年的自主研究,形成了一套具有自主知识产权的成像测井系统(ELIS),适用于海洋石油开发。这是我国研制的第一套满足海上石油测井要求的成套技术设备。该系统的研制和产业化,打破了国外测井设备对中国近海和世界石油测井市场的长期垄断。截至2008年底,中国海洋石油总公司已生产10套设备,总价值5亿元。产品已进入国内外运营市场,年服务收入3.8亿元,创汇2800万美元,效益显著。

与此同时,中国中海油的专利申请和授权数量也进入了稳步增长阶段。截至2008年底,中国海洋石油总公司授权有效专利423项,其中发明专利105项。

2008年,中国中海油首次获准承担国家“973”项目,实现了科研新突破。中国海洋石油总公司将承担国家科技重大专项“大油气田及煤层气开发”中的6个项目和2个示范项目。