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展望油气田的开发新技术

展望油气田的开发新技术

油气田开发专业从开发地质到油田地面工程涉及基础学科较多,可谓点多面广。从油气发现到开采,这个专业已有百余年的历史。通常被人们称为“活页夹”专业。换句话说,就是当今世界上有什么,油气田开发专业就包括了什么。学科交错,是油气能源领域中综合性最强的一门专业。近年来,随着技术的发展,已经使得水驱原油采收率提高到70%以上将成为现实。我带着浓厚的兴趣,从多角度采访了中国石油勘探开发研究院窦宏恩博士,窦博士是该院研究生部硕士研究生导师。长期从事油气藏工程、采油工程、石油机械、油气田科技发展规划等研究。在国内外著名杂志《SPE油藏工程》、《SPE采油工程》、《JPT》及《石油勘探与开发》等学术刊物发表学术论文达70余篇。他也是国内外著名行业杂志《石油工程师杂志(SPEJ)》及《石油科学与工程杂志(JPS&E)》等杂志的技术编辑。2009年被美国出版的《世界名人录(who’swhointheworld)》收录,2012年获SPE颁发的杰出技术编辑奖,也曾多次获得省部级科技奖励。

问:您在油气开发领域中从事过钻完井、油藏、采油等研究工作,并于2010年在美国做过访问学者,也曾经研究了美国油气法规及政策,您有什么样的思考?

答:是的,我曾经在长庆油田、辽河油田、中油国际委内瑞拉油田等单位从事过您提到的几项与油气开发相关的研究工作和现场工作。从表面看,这几项工作虽然有较大的不同,其实它们有着千丝万缕的联系,都通过提高油气采收率这条主线将它们贯穿起来了。钻完井是提高采收率的最关键环节,钻完井全过程保护油层,就要求了解储层岩石、流体和耦合流动等特性,研制出污染最小的钻完井液,达到保护油层的目的,从而从油田开发一开始就将提高油气采收率放在第一位。油藏工程研究要求选择一种合理的开发方式、井型等,这个环节虽然是一种设计,但这个设计质量的好与坏是油田开发成败的关键,同样会影响到油气最终采收率。采油过程的各类技术措施的应用及油井维护都与提高油气采收率有极强的关联性,常常使用的油水井堵水和调剖,其目的改变了注入介质的波及和流向,从本质而言,也都影响提高油气采收率。不论钻完井、油藏还是采油它们针对的目标都是“油藏”这个共同目标,每个环节的研究最终都直接影响到油气采收率的大小。全球所有与油气开发相联系的人们提高原油采收率的梦想都是一致,可谓“ONEWORLD,ONEDREAM”。

2010年,我在美国塔尔萨大学做了近1年的访问学者,主要针对美国油气法规做了一些相关的研究。100年以前,美国就已经制订了较为完整的油气法,目的是力图通过一种权力机构,使矿权所有人都能公平地分享油气资源,从而保护矿产所有人的相关权益。美国油气法主要由油气保护法、油气产权法、油气租赁法和油气税法4大部分组成。整个法律不仅强调油气资源节约,还鼓励油气合理开发,防止油气浪费,使油气最终采收率最大化。油气法每个部分的主要条款都是建立在保护公众利益及合理的资源开发,平衡公众利益与私人权利条款基础上的。在美国联邦政府的油气法之下,各州又建立了州油气法。另外,在国家和州政府层面还具有完备的、详细的油气开发规则和法规,主要体现在五个方面:一是油气勘探开发规则;二是油气供应控制法规;三是污染控制法规;四是安全法规;五是油气业务决策控制法规。美国油气法及上述五个方面的内容对我国未来建立油气法,都具有参考和借鉴意义。

问:您能谈谈您自己的科研工作和体会吗?

答:好的。就说科技发展规划研究吧,这项研究工作涉及面相对较广,从油田开发地质到油田地面工程,覆盖了油气田开发的所有专业。在开展此项研究过程中,吸收了国外科技发展规划的规划方法和第三代研发理念,并将这些方法成功应用于公司“十二五”科技发展规划,改变了以前科技发展规划无方法和流程的局面,使“十二五”科技发展规划在研发项目部署注重技术超前储备、重大科技问题的攻关及主体技术的推广应用三个层面,不再具有盲目性。科技立项的产生经历了从生产问题——生产需求——科技需求——科技课题——科研项目的五个环节,每个环节都研究得出了具体的方法和步骤。规划做到了大力推广的主体技术,刻苦攻关的生产急需难题,积极准备的超前技术层次分明,目标明确。规划的研究成果符合公司长远的业务战略目标,得到了公司管理层的采纳。我的主要体会是:科技发展规划是公司科技创新的重要纲领性文件,要想使科技规划具有一定的前瞻性、科学性和继承性就要深入油田一线,掌握一线一手资料,了解油气开发各领域的生产问题、生产难题及面临的挑战,准确把握生产需求,正确提炼科技需求,才能真正做好科技发展规划研究。

国家重大专项的研究是国家科技部下达的攻关性课题,要求理论有创新、技术有发展、应用有实效。我负责的国家重大专项43个项目中的其中一个专题——油气开发理论及技术研究,突出的是理论技术研究,这个研究定位在总结、集成与提升其它油气重大专项的理论成果和技术成果,在总结的基础上,我个人还针对目前低渗透油藏开发中存在的几个理论问题做了一些深入研究,主要研究了低渗透油藏应力敏感性问题,厘清了“地层压缩系数”及“压实系数”几种常用岩石压缩系数的概念,及其在储量估算、试井分析和油藏模拟中正确使用问题,从理论和实验两个方面证明了低渗透储层在渗流过程中存在较强的应力敏感性。通过几年的理论探索与研究,我的主要体会是:创新的动力是兴趣,多数创新不是发生在专业环境下,是自觉意识下的产物;研究的灵感进入人们脑子的时间与及时抓住灵感不分“上下班”时间。如果压制科研灵感,可能就会错失创新时机;科技创新绝不是一蹴而就的事情,做科研要脚踏实地,实事求是,力戒浮躁、浮浅及浮夸的3浮(3F)现象,淡化追名逐利的功利意识,只有这样,在科技田园中的常年耕耘才会有一点收获。

问:你认为近期或未来一个时期,我国油气开发的发展方向是哪些?

答:我国常规油气田开发(老油田)基本已进入深度开发阶段,而非常规油气开发才刚刚开始。常规油气开发依然是我国较长一段时期内油气开发的重点领域,而非常规油气开发是我国未来油气的主要增长点。针对我国油田开发实际,我个人认为我国未来大型油气田开发理论及技术发展方向是:

一是解决高含水/特高含水油田后期水驱油高效驱替,科学开采问题,揭示高/特高含水油田水驱规律,建立新的高/特高含水油田有效水驱油理论,形成特高含水油田同井采注技术;高含水油田解决化学驱过程中的复杂渗流问题,正确认识聚驱、复合驱、泡沫驱和CO2驱过程中物理化学作用下的相变及非牛顿流体的渗流规律,创立不同驱替介质大幅度提高原油采收率的渗流理论,发展形成适合各种驱替介质的井筒及地面注采工艺技术。

二是解决低渗/特低储层,裂缝、基质多重介质条件的三维三相渗流问题,揭示低渗透/特低渗透油藏不同驱替介质注入后的储层流体渗流规律,发展低/特低渗透油藏开发的高效/有效渗流理论,形成适合低渗透油藏开发的高效能量补充、压裂和举升技术。

三是解决稠油/超稠油开发中不同热力作用(蒸汽驱、火烧油层、SAGD等)下岩石、流体固液耦合的复杂流动问题,揭示稠油/超稠油高温下注蒸汽储层岩石、流体耦合流动的渗流规律,准确认识稠油/超稠油残余油和剩余油的分布形态,形成稠油油藏开发的系统理论,形成耐高温、耐腐蚀的井下各种工具及高效举升泵。

四是针对高压气藏/酸性/低(特低)渗透等复杂气藏的渗流问题,建立合理的实验流程,通过物理模拟实验,开展复杂气藏的流体物性及相态变化,揭示复杂气藏在开发过程中相态变化规律及多重介质气藏非线性渗流规律,创立复杂天然气藏开发理论,形成适合复杂气田开发的天然气开发技术。

五是借鉴美国非常规油气开发经验及技术,建立我国非常规油气的资源评价体系,加大勘探投入,有效、有量的部署探井,真正找到经济可采储量,较短时间内将资源量落实到储量上,将非常规资源的开发利用落到实处。

问:您认为未来一段时间全球油气开发技术的发展趋势是什么?

答:好的。近年来,石油科学理论创新层出不穷,技术发展日新月异,新产品琳琅满目。石油理论的发展使页岩气、致密油和页岩油的开发在北美已经进入工业化开采;虚拟现实技术的发展将相距万里之遥的世界不同地区的石油科学家们聚集在网络空间里,共同研究和讨论同一个技术问题;深海机器人施工技术等海工技术的发展使深海油气、深海水合物和北极等复杂地区的油气开发等已经成为现实。

未来的主要理论发展包括:非常规油气识别、评价方法和理论,非常规储层的岩石破裂机理,非常规油气的储层流体流动机理,非常规油气的产能评价方法及理论等。

简要地说,未来的主要技术发展内容包括数字岩心及储层原位参数测量技术、纳米孔喉结构参数测量及描述技术、纳米CT扫描岩心动态驱替及分析技术、共享地模及虚拟现实技术、亿级网格数值模拟技术、多尺度动态地质建模及闭环油藏管理技术、纳米机器人油藏检测技术、智能流体提高采收率技术、致密储层及页岩油气储层水平井多段无水压裂技术、智能井技术、极大油藏接触技术、新一代的二氧化碳驱油技术等。

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