油气田开发新技术分类介绍

油气田开发科学与技术进展一、摘要油气田开发科学与技术随着油田开发的进行，不断地发展。近些年，世界各大石油公司对油气田开发的基础研究不断深化，对关键技术的创新也取得了许多原创性成果，这些新技术新成果主要有以下几个方面：油藏数值模拟技术、井建技术、采收率技术、稠油开采技术、天然气开采技术海上油气田开发技术及数字油田技术。二、报告内容2.1油藏数值模拟技术油藏数值模拟技术可用来对油气藏特征进行研究、对油气田的开发方案进行编制、对油气田开采中的生产措施进行调整优化，可以提高油气藏的采收率。油藏数值模拟技术发展现状与趋势：（1）油藏数值模拟技术发展现状油藏数值模拟技术从20世纪50年代开始研究至今，已发展成为一项较为成熟的技术，在油气藏特征研究、油气田开发方案的编制和确定、油气田开采中生产措施的调整和优化以及提高油气藏采收率方面，已逐渐成为一种不可欠缺的主要研究手段。油藏数值模拟技术经过几十年的研究有了大的改进，越来越接近油气田开发和生产的实际情况。油藏数值模拟技术随着在油气田开发和生产中的不断应用，并根据油藏工程研究和油藏工程师的需求，不断向高层次和多学科结合发展，将得到不断的发展和完善。目前，油藏数值模拟的主流软件系统一般均提供了一整套一体化的油藏模拟模型，包括黑油模型、组分模型、热采模型（SURE没有）等，还包括了用于辅助粗化、网格化和数据输入的综合前处理软件；模型结果分析和3D可视化的后处理应用软件。因此它能单独用来作数值模拟研究。主要包含以下五个：ECLIPSE、VIP、CMG、WORKBENCH及SURE，其中，前四项为老牌软件公司，技术较成熟，特别是ECLIPSE和VIP，占据了世界80%以上的应用市场份额；SURE软件相对较新，但由于在技术上有较大的创新，故发展很快。（2）油藏数值模拟技术发展趋势很多国外的巨型石油公司都自行开发和维护自己的数值模拟工具，以满足他们及其巨大的需求。由于油藏本身的复杂性和工业界对开发方案的更高的要求，高性能的油藏模拟器一直是业界不断努力追求的目标。国外的很多大学和公司都在这一方面投入的巨大的人力物力，也取得了非常显著的进展。现代的油藏模拟器向着高速，多功能集成，系统耦合模拟的方向发展。1）在模拟速度方面，新型线性求解器，如限制压力留数法多级求解器；新的数值格式，如使用IMPES，IMPSAT，FIM的多级自适应隐式格式；新的相平衡算法,可以把对于组分模型至关重要的相平衡计算速度提高一个数量级；并行计算方法，程序可以运行在多个CPU机器，或PC集群上，并随着CPU数目的增加，运行速度有显著的提高。2）多功能集成方面，现代数值模拟器集成了越来越多的功能，并且倾向于使用统一的版本，便于维护和再开发。例如在一个模拟器中整合黑油，组分，热采模型；整合全隐式，压力隐式和自适应隐式等不同格式；整合结构化和非结构化网格系统，整合传统井模型和智能井模型。3）在系统耦合模拟方面，现在油藏模拟器的模拟对象已经超出了油藏，而是对整个油藏系统（包含油藏，井，地面管网、设备）进行全隐式的模拟。而以前的各种努力通常是分部模拟，使用简单的曲线显式地链接起来。全系统的耦合模拟可以达到更精准的效果，只有依赖于这样的模拟器，才能实现真正的全局优化。2.2井建技术井建技术主要包括水平井、多分支井和智能井等多种井的井建技术。其中水平井经过多年的研究发展，已经有了十分成熟的技术水平；而在多分支井方面，近年出现了鱼骨型水平多分支井钻井技术、智能多分支井钻井技术和膨胀管定位多分支井钻井技术等新技术;而对于智能井技术，是一种将油藏动态实时监测与实时控制结合在一起的技术，它可以有效提高油气田开发过程中的经营管理水平，而我国在这方面的研究还处于相对的空白阶段，与国际大石油公司有着较大皇轰距。水平井、多分枝井、智能井等建井技术发展现状与趋势：（1）水平井、多分枝井、智能井等建井技术发展现状世界上最早的水平井于1937年诞生在前苏联，1939年美国也开始钻水平井，但是在20世纪80年代以前，水平井技术仍处于研究与开发阶段。20世纪80年代，国外水平井技术已得到很大的发展，并在低渗、稠油、裂缝等油藏中获得了成功的应用，但是，在80年代，水平井仍处于单井采油阶段。20世纪90年代以来，由于钻井技术的不断发展，水平井在油田开发中得到了成功的应用，不但提高了单井产量，而且提高了油田的采收率。随着钻井技术的发展，水平井和大位移井的水平位移已经超过10000米，这使得水平井和大位移井的泄油面积明显增大，因此，在油田开发中的应用越来越广泛。水平井在天然裂缝油田、稠油油田和海上油田都获得了成功大规模的应用，并获得了明显的经济效益。目前水平井钻井成本平均为直井的1.5～2倍，甚至有的水平井成本只是直井的1.2倍；水平井产量平均是直井的4～8倍。多分枝井是上世纪90年代在水平井技术上发展起来技术。多分枝井可以在主井筒的基础上，对一个以上油层钻接多个分枝水平井眼，达到一口多分枝井开采多个油层的目的，其效果是一井高产，在提高油藏采收率的同时，还可以有效地降低吨油成本。据2003年2月10日《油气杂志》统计，全世界共钻（一至六级）分枝井2481口，主要分布在美国Austin白垩纪地层、加拿大、委内瑞拉的重油及北海等复杂地层中。据北美和北海油田的2000年统计，直井、水平井和多分枝井的吨油成本比分别为1:0.48:0.39和1:0.77:0.86。上世纪90年代中后期，世界大量油气发现从陆地转向深水、高温高压地区，大斜度井、水平井、大位移井和多分枝井应用越来越多，由于生产难以控制，常规完井方式受到挑战，随着水下控制系统、光纤传感系统和各种井下仪表、滑套和安全阀等技术的日臻完善，智能完井技术应运而生，其发展正在使油藏管理水平和生产经营模式产生飞跃性的变革。智能井可以减少或完全消除对井的传统干扰，为降低成本提供了很大潜力。在智能井中作业者可以通过地面遥控能够“随意”实现单井多层选择性生产和注入，而不必采用钢丝绳、连续油管或油管修井方法来完成这些转换。通过永久传感器，可对井下参数（各井段的压力、温度、流量、流体性质和地震监测情况等）进行实时测量、传输、分析与优化，避免了生产测试和作业的干扰，实现了油藏“闭环”的经营管理。智能井与分枝井的结合使其发展前景更加广阔，截止到2003年，世界上能够实现分支控制的智能井达到了152口。（2）水平井、多分枝井、智能井技术发展趋势目前国外水平井、多分枝井、智能井技术发展趋势表现为：1）油气井设计向集成系统发展：即以提高成功率和综合经济效益为目的，结合地质、地球物理、油层物理和各工程技术，对油气藏进行地质评价和筛选，综合优化设计井型与井眼轨迹；2）油气井控制从地面控制、干扰作业向井下智能控制、无干扰作业发展；3）数据采集、处理、解释与生产优化向实时化的闭环方向发展；4）应用范围逐步扩大。2.3采收率技术所谓采收率，是指在某一经济极限内从油气藏原始地质储量中可以采出的石油(气)量的百分数，也就是可采储量与原始地质储量的比值。显然这一指标明确反应出了油气田的开发效果，是石油天然气资源是否得到有效利用的关键指标。通常提高采收率技术在国外指EOR和IOR技术。EOR最初的基本概念是针对水驱后剩余油和重油，通过各种新技术、迫使其流动，从而提高原油采收率的过程。IOR的基本思路就是因地制宜、因时制宜，综合应用各种技术手段，造成有利的地下水动力条件，增加波及体积，使原本处于封闭状态的油流动起来，继而被采出。所以IOR技术是所有成熟技术或新技术的集成应用，核心是确定剩余油的分布、增加波及体积和增加驱油效率。提高采收率技术发展现状与趋势：（1）提高采收率技术发展历程在上世纪七十年代和八十年代早期，受油价和税收政策的激励，EOR项目迅速增加，特别是在美国和加拿大。但八十年代中期油价下跌以后EOR项目由于经济性欠佳，开始萎缩，特别是化学驱项目，例如美国EOR项目总数从1988年的266个下降到2004年的143个,其中化学驱项目从124个下降到4个（其中3个仍在试验中，仅有1个有经济效益），为适应新的形势，八十年代后期到九十年代早期，提高采收率在概念上有了一个明显的转变，既从单纯强调水驱后EOR发展到强调改善二次采油为主的IOR，报道中经常出现的是EOR/IOR技术。随着油价的攀升和技术的进步，在世界能源需求日益增长的情况下，对提高采收率技术又提出了新的需求。许多作业者将最终采收率的目标提高到了70%以上，这决不意味着去开展一些特别复杂的、难以实施的提高采收率项目，而是要集成应用现有的各种成熟技术和新技术，包括低成本的建井技术、低成本设施、改善流体分布技术、油藏成像技术等等。在此基础上还要求研发各种目前还没有的创新性技术。（2）提高采收率技术发展现状目前提高采收率的主要技术以热采和注气为主，化学驱主要集中在我国，微生物提高采收率技术目前尚不成熟，但未来20年会有较大进展。据《油气杂志》2006年统计，世界EOR产量8716万吨/年，占世界总产量的2.23%，其中热采产量5770万吨/年，占66%；气驱产量3233万吨/年，占37%；化学驱产量占0.88%。热采是世界第一大EOR方法，产量最大，占66%。主要分布在美国、加拿大、委内瑞拉、中国、印尼等国；气驱是世界第二大EOR方法，当今世界发展最快的方法。其中CO2提高采收率又是气驱中发展最快、前景最为看好的方法。注气技术应用有日益上升趋势。在美国和加拿大，注气技术已成为一项成熟技术，它不仅可作为一次采油手段用于新油藏的开发，也可作为三次采油手段用于水驱后油藏提高采收率。当用于水驱后油藏时，其开采对象主要是水淹带内被束缚在地层中的残余油，采收率可提高10％。化学驱主要集中在我国。化学驱提高采收率的幅度较大，但最大的问题是成本和环境问题。微生物驱尚在探索试验阶段，还没有大规模的应用。（3）提高采收率技术的发展趋势提高采收率技术的发展有四大主要趋势：一是以提高剩余油预测精度为基础；二是以加密井提高波及体积和效率为首选；三是注重发展以替代气源为主的低成本注剂，强调环境效益，发展环保、驱油联产技术；四是发展数字油田提高采收率。因此提高采收率新技术发展集中在：集成应用4维地震、井间地震、成像测井、油藏工程等油藏精细表征技术准确确定剩余油的分布；利用水平井、多分枝井、多目标井、智能井、过油管旋转钻井(TTRD)侧钻等技术直接开采相对富集的剩余油区；利用各种交联液、泡沫、智能液等进行调堵和深部液流转向驱替，提高波及体积和驱油效率；发展注天然气、水气交注、空气低温氧化、火烧油层等技术降低注剂成本；发展注烟道气、CO2注入、CO2捕获（特别是发电厂、炼厂等下游项目）驱油联产、产出水处理、微生物采油等技术提高驱油、环境综合效益；同时注重发展新工艺（如TOE-TO-HEEL、水驱后降压开采等）进一步提高采收率。数字油田可以实现实时监测、实时数据采集、实时解释、实施决策与优化的闭环管理，可以将油井、油田及相关资产相互联系起来统筹经营与管理，因此是提高采收率的有效途径和发展方向，特别是在注剂比较昂贵的情况下。目前随着油藏动态监测技术（微震技术、3D、4D地震技术、井下永久监测技术、测井、油藏模拟等多学科综合监测）和水平井油井管理（水平井段分段封割技术和分段生产控制技术等）和油藏管理技术的进步与成熟，数字油田提高采收率已经前景十分明亮。2.4稠油开采技术稠油占我国石油储量比重较大，我国针对稠油特稠油难采储量的有效利用问课题进行了相关研究。近些年来我国也在进行稠油蒸汽驱、蒸汽驱水汽交替驱和水平井开采稠油等方面的试验。但是目前我国采用的热采稠油技术面临着相应的生态环境问题，所以在稠油溶剂开采和热开采方面的复合方面还有很大的发展潜力。全球石油资源约有一万多亿吨，常规原油只占其中的大约30%，其余都是稠油、超稠油和沥青。在石油需求强劲、油价高企、常规原油产量下降的背景下，石油工业在全球许多地方的重点正在转向稠油开采。稠油开采技术发展现状与趋势：（1）世界稠油开采关键技术发展历程及现状世界稠油开采技术发展历程：稠油开发在流体分析和提高采收方面