原创
2016-05-10
Danielle
石油圈
摘要 DNV-GL认为，随着信息物理系统的加速应用，我们进入了工业发展的一个新的“复兴”期。DNV-GL在对各领域未来十年先进技术进行了展望，那么对油气行业未来的技术蓝图又提出了哪些深刻见解呢？石油圈小编带您一起看一下~DNV-GL每五年出版一次《技术展望》，旨在为客户及利益相关方提供一个讨论的基础，以及技术在未来十年在特定行业发展的远见卓识。近日，DNV-GL《2025年技术展望》在上海作全球发布，指出未来十年将会发生很多变化，信息流的数字化发展将促进当前流程和功能的自动化并对安全和环境绩效产生积极的影响。关于油气行业DNV-GL也作出了以下几个方面的展望。
钻井作业是石油公司一项巨大支出，探井与评价井是高风险、高成本的活动。而钻井成本占整个油田开发成本的一半。除了成本支出，安全问题也是重要的关注点。钻井作业过程中如有人员伤亡或环境污染事故，将可能甚至一定会对公司造成巨大影响。全自动钻井操作具有提速和安全钻井操作的潜力，同时能够降低成本。先进的自动化技术可以从根本上改变钻井方式，但需要对钻井流程进行完整的重新设计，才能享受到自动化带来的利益。为实现持续的钻井作业，使生产过程不被打断，需要一些关键技术的支持，包括自动举送钻杆操作、控压钻井技术、套管钻井，以及监控和诊断。自动举送钻杆操作：钻台上可以不再需要人，明显降低了人员安全风险。钻杆全自动化操作方案可适合使用较长管具井段，减少了连接数量。从而减少所需时间，特别对起下钻和完井作业更有意义。控压钻井（MPD）：通过一个封闭的压力系统，持续、自动地调整控制井底压力。增强对压力的控制可提高对异常压力层的探测和响应。进而在复杂钻井作业中提高安全性，减少非生产时间。此外，MPD技术可以用于窄密度窗口钻井。钻井液保持循环可确保在所有作业阶段井内正确的压力，减少卡钻的几率。套管钻井/随钻完井：依赖于自动化和MPD技术，可进一步加快钻、完井过程。不需要多次重复入井，增强了安全性，特别适用于一些有挑战性的区域。钻井过程监控与诊断：联合井上和井下测量数据进行分析，并将其结果用于自动控制，是目前随钻测量技术发展的下一步目标。全自动钻井系统可以利用更多的大量数据，以做出正确决策——特别是有动态突发事件时，可以向操作负责人提供相关数据，使他们不至于陷入危急状态。自动钻井技术与常规钻井技术相比，预计将减少30~50%的钻井时间和成本。这将使更多的油井在经济上可行，使钻井目标更准确，增加大量的加密生产井。自动化带来的影响在整个钻井作业中都将能感受得到，自动化钻机将改变参与方的角色，包括：钻机所有者、油服公司和作业者。
为了能够高效地开采油层，防止过多的水窜和气窜，对那些有水窜和气窜的井，可能有必要靠近每个单独的生产层位生产。完井需要钻机，是耗时且成本高昂的作业。一旦完井后，如果要再改变，传统上来说是既昂贵又麻烦。智能完井包括监控和精确控制生产层位，提高采收率。该系统能够自动或采取远程控制的方式抑制高出水和气的地层。低成本智能完井可以不使用钻机即可轻松重新配置，对复杂油气田提高开采量有潜在优势，包括那些稀油区。智能完井可以选择更多的采收率较高的最佳采油点位置。智能完井使每口井具有多个采油点，可轻松开、关，能够在成本削减的情况下通过改善油藏管理而从根本上提高油井性能。此外，由于能够限制相关的水、气的产出，其他井的处理能力可相应提髙。
多相流技术的发展，已经能够把井内流体简单、有效、安全地从井口运送到处理设施。尽管海底生产系统需要通过先进的流体建模得以实现，但从控制和监测的角度来看却并不复杂，这也使得海底生产系统可以从全球5000口井进行可靠生产。海底生产系统的完整性和主要流程参数需要通过远程控制室全天候进行监测。到2025年，我们期待海底生产系统能够主动依靠监测和数据分析来达到稳定生产所需的流动状态。对流动相关问题更好的预测有助于更快采取措施确保流动的连续性，这样就可减少非生产时间，对油田经济产生重大影响。更重要的是，改进对流体和工艺条件的控制，可使操作更接近稳定的多相流的物理极限。这对于稠油或蜡质油、液体含量高的气体以及较大油砂开采有特殊意义。藉此有望简化油田开发方案，比如使用较长的连接和更简单的设计。随着监测水平的提高，海底生产系统的完整性和周围环境，包括对渗漏探测的改进，也将涵盖进来。从海底生产系统收集的数据也将进一步改进检查、维护和修理策略。总之。它将帮助设计者和作业者确保流体稳定不间断地流动，提高对系统完整性的信心。
由于对能源的需求不断增加，但又面临着一些挑战，比如犯罪活动（打孔盗油）、恐怖袭击、气候变化影响（山体滑坡等），因此对陆上及海底管道的监控预计将加强。执行定期管道检査的自主式水下机器人（AUV），比传统的远程搡作潜水器（ROV）提供的方法更高效。自主式水下机器人可以配备声纳、相机及可探测甲烷或石油泄漏的传感器。对于陆上管道检测，将使用无人机（UAV）。但目前无人机的使用，由于缺乏在民航领空营运的法规和程序受到了限制。一种方案是使用高空长续航无人机，在商用空中交通高度之上运行（>17公里），配备高度复杂的传感器系统，包括雷达、光学和红外成像仪。今天的无人机受到距离和续航的限制，但正在开发的太阳能无人驾驶飞机，可用于军事和商业。水下机器人和无人机开发之初。目的都是军用，但我们会看到越来越多的军用技术将转为民用和商用。
将水注入到常规油田，通过在整个油藏驱油提高采收率，同时保持油藏压力。由于油藏性能的多变性和水粘度低于石油，注入的水从注入井到开采井，走的是阻力最小的路径。结果就是驱油效果低于预期，大油量仍然位于注入水经过的主要路径之外。提高采收率（EOR）技术一般是指比单纯注水法获得较高石油采收率的措施。EOR通常的目标是增加驱油面积，或者使不流动的石油流动起来。使用聚合物就是增加驱油面积的一种方式。聚合物是长链分子，注入水中加入聚合物，可以提高粘度，就更接近于石油性能，从而增加驱油面积。此外，可通过添加其他聚合物，形成凝胶状堵塞，使水需要绕过堵塞而转向，迫使水在油藏中选择新路线。在注入水中使用添加剂，面临的一个挑战是随后会生产出带有添加剂的注入水。可降解的无毒生物聚合物可作为一种环境友好的替代品。这种聚合物通常是糖基的。到2025年会成为适合大规模使用的成熟产品。
油田寿命期结束时。所有油井必须永久坚固封堵，避免将来渗漏。目前的封井弃置（P&A）技术一般要求使用钻机进行永久封堵，这项工作比较耗时，当然费用较高。封堵和弃置目前占全部退役费用的40-50%。考虑到钻机会用于可以产生价值的钻井勘探、评价或开采，而封井与弃置只是纯粹的成本耗费，所以一般就推后了。仅在北海，就有8000口井没有充分封堵。以更经济的成本对油井永久封堵，需要新的封井弃置技术。为了实现这一目标，需要无钻机操作，这意味着下油管进行封井弃置。目前已有合适的技术应用于一些地区低风险的油井，但大部分油井目前还需要钻机的协助，才能进行封井弃置。无钻机封井弃置大大节省了成本。但需要采用基于风险的方法，并对相应法规进行修订，以考虑井特有的风险从而满足长周期完整性的要求。在对旧井进行临时封堵以尽可能减少未来溢油，以及加速应用低成本的封井弃置技术，各国政府和石油公司有着共同的利益。
运输业更多地使用天然气，是改善城市空气质量和减少排放置的一种方法。过去十年，对NOx排放量和空气颗粒物水平的监管限制已逐步实施，要求运输业使用更清洁的燃料，或安装清洁发动机废气的过滤器和设备。此外，天然气比柴油价格更低、更稳定。在欧洲，以LNG为燃料连接12个国家的基础设施（LNG蓝色走廊）建设正如火如荼进行。过去十年中，商船船队的船东们对以LNG为燃料的运输工具的兴趣大大增加，一直持续关注着排放量、长期的低价天然气和高价柴油状况，以及改进营运效率等问题。世界的铁路线中，只有四分之一是电气化的。欧洲有50%以上的铁路线已电气化，但北美地区却几乎为零。据美国能源情报署统计，液化天然气在2040年将占有美国铁路燃料市场份额的35%。美国目前天然气价格低廉，这将推动LNG燃料在美国市场的发展，之后也可能延伸到其他国家。美国的LNG燃料目前来自LNG调峰装置，但随着美国天然气液化生产能力的提高，使用LNG作燃料将更具吸引力。
增材制造，也称3D打印，是把材料以薄层形式层层叠加，直至物体最终成形的一种制造方法。过去十年3D打印技术获得重大进展，改变了产品设计、成型和制造的方式。它很少受到常规制造工艺那样的设计局限。能够显着缩短制造时间。一家大型飞机发动机制造商声称，3D打印把一些应用装置的制造时间缩短了近三分之一。这些进步为新颖设计和更多的轻型产品提供了可能性，而且生产时间更短，成本也降低。这项技术早已用于快速制作原型，但它现在逐渐被集成到某些行业已有的制造设施，比如汽车和飞机制造业。设计具有客户定制特色的产品时，这种灵活性极其有用。增材制造还可以提高对市场需求的响应能力，它一般只需使用制造部件所需的材料。从而减少了废物量和总原料使用量。虽然石油、天然气和海运业在整个增材制造市场的份额中，只占约5%，但预计增材制造在这些行业中的影响力将迅速增加。美国海军已经开始测试在船上使用增材制造，以评估制造所需备件和其他设备的可能性。然而，这需要有受过培训的人员上船，并且打印机要能够承受有可能影响产品质量的船舶运动。一个更有前景的方法是在生产阶段使用该技术，制造使用传统技术不易制造的轻质部件或复杂部件。这也可能会提高船舶的能效。另一项可能应用是在世界各地港口视情况就地生产所需的备件，从而减少交付时间和降低成本。尽管增材制造为未来制造技术的创新带来了许多可能性，但也有些风险需要考虑。由于制定的规格存在多样性，鉴定和认证就可能面临重大挑战。传统的鉴定方法是，对一个集中式设施生产的终端产品反复测试，而这一方法现在已不足够。增材制造的分布式特征，意味着产品根据制造地具有可变性，可能由于软件和硬件差异，或者其他原因，在另一个地方可能就完全不同了。在航运业，增材制造的额外或“二阶效应”不利的一面是，所制造产品的分布式生产可能会降低对货物运输的整体需求，这也是增材制造达到规模后，需要仔细分析的一个趋势。
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