海洋油气勘探新技术

海洋油气勘探新技术摘要：近些年来，陆地油气资源逐渐面临枯竭，大家都将目光转向海洋。而海洋油气资源的开发的第一步就是海洋油气资源的勘探，本文通过对几种海洋油气资源勘探技术的描述，介绍一下海洋油气资源勘探技术的发展历程，以及目前的技术水平。关键词：海洋油气勘探技术新发展1.引言我国是海洋大国，传统海域辖区总面积近3×106km2[3,4]。以300m水深为界，浅水区面积约1.46×106km2、深水区面积约1.54×106km2{2]。南海我国传统疆界内石油地质储量为1.6439×1010t、天然气地质资源量为1.4029×1013m3，油当量资源量约占我国总资源量的23%，油气资源潜力巨大；其中300m以下深水区盆地面积为5.818×105km2，石油地质储量为8.304×109t、天然气地质资源量为7.493×1012m3。目前我国在南海的油气勘探主要集中在北部4个盆地，面积约3.64×105km2[3,4]。陆地油田经过长期的勘探开发，大部分已进入勘探开发的后期，受勘探资源枯竭以及油田开发规律的影响，陆地油田产量增长难度较大，不仅如此，大庆油田、胜利油田等陆地典型老油田的产量已进入递减阶段。图1给出了1971年到2013年全国石油产量构成柱状图，全国石油产量整体上呈稳步增长的趋势，但中国石油天然气股份有限公司、中国石油化工集团公司等以陆地油田为主的公司年产油增长缓慢，自1990年以来，全国石油增长总量的60%来自中国海洋石油总公司。我国近海油气资源丰富，勘探开发的程度远低于陆地，尚处于蓬勃发展期，近海油气田将是我国油气产量主要的增长点。当前中国海洋石油总公司年产油气当量规模在5×107t，根据中国海洋石油总公司的发展规划，到2030年国内海上将建成1×108t油气当量年产规模，未来17年将增加一倍的产能，届时近海油气产量在我国石油产量构成中的比重将更加突出，近海油气对我国国民经济的支撑作用将更加凸显[1]。图1全国石油产量构成柱状图[1]中国共产党第十八次全国代表大会也作出的“海洋大开发”的重大决策，我国必须拓展经济发展的战略空间，“大力发展深海技术，努力提高深海资源勘探和开发技术的能力，维护我国在国际海底的权益”[1]。因此，加大对海洋油气资源的开发是我国石油与天然气资源开发的主要方向。通过对海洋油气资源的开发，弥补我国陆地油气资源储备不足，地层条件恶劣，开采困难的短板；降低我国石油对外依存程度；缓解我国石油天然气过度依赖进口的尴尬局面；保证我国能源安全。然而，海洋油气勘探是保证我国海洋石油开发的前提，是进行海洋油气开采的第一步。因此，我们需要通过对海洋油气勘探新技术的研究，提升我国海洋油气资源勘探水平，为下一步开发奠定结实的基础。2.海洋油气资源勘探技术发展历程2.1国外海洋油气资源勘探技术发展历程[5,6]1887年,在美国加利福尼亚海岸数米深的海域钻探了世界上第一口海上探井,拉开了海洋石油工业序幕。20世纪30～40年代的海洋油气勘探首先集中在墨西哥湾、马拉开波湖等地区;20世纪50～60年代油气勘探则在波斯湾、里海等海区初具规模;20世纪70年代是海洋油气勘探最为活跃的时期,成果最显著的地区是北海含油气区,陆续发现了一系列油气田,其中有许多都属于大型油气田,如格罗宁根气田。目前在海洋进行油气勘探的国家越来越多,海洋钻井遍布世界各个海区。2.2国内海洋油气资源勘探技术发展历程[7]2.2.1引进国外先进技术装备消化吸收阶段(20世纪70年代初—80年代初)1973年4月，原国务院燃料化学工业部海洋石油勘探指挥部经中央政府的批准，从日本引进自升式钻进平台“渤海2号”(富士丸)，从而打开了我国海洋石油技术引进的大门。从20世纪70年代初到80年代初，我国先后共花费了14亿美元引进一批海上石油装备，包括9座海上钻进平台、21艘三用工作船、10艘工程船、10台数字地震仪、6套地震数据处理计算机、10套可控震源成套和数字测井仪等。这些先进技术装备的引进奠定了我国海洋石油工业的技术基础。在这一时期，中国海洋石油工业主要通过引进国外先进技术装备，在应用中消化吸收并逐步掌握操作工艺。2.2.2合资合作，集成创新(20世纪80年代初—20世纪末)早在20世纪80年代中期，时任国务院副总理的康世恩就先后4次到中国海油湛江的南海西部公司进行调研并明确指出：“你们不仅要对外合作，也要考虑自己干。只搞对外合作是单线吊葫芦——不保险。必须是对外合作与自营勘探同时并举，两腿齐步走。”中国海油的历届决策者们始终不移地贯彻了这一战略思想。1984年，中国海油的渤海石油公司开始进行自营勘探。为此成立了战略组，对海上非合作区的石油地质进行系统研究，对一批有利构造展开钻探，发现了一批油气田，并由自己担当作业者组织开发，从而拉开了自营与合作并举的帷幕。在一些自营勘探、开发项目陆续取得成功的基础上，中国海油于1997年明确提出要实现海洋石油的跨越式发展科技工作必须先行的战略指导思想。在引进、消化、吸收国外适用的先进技术的同时更要依靠自身的技术力量，进行勘探、开发下游技术和管理技术等方面的研究和创新。中国海油提出，要努力实现“三新(新思想、新技术、新方法)三化(标准化、简易化、国产化)”技术创新发展战略。这一战略的提出和实施极大地调动了广大科技人员的积极性，有力地推进了生产建设中的技术创新。在自营油气田开发过程中进行的技术攻关和创新有效地锻炼了中国海油的科技队伍，极大地提高了公司的技术研发水平，实现了装备的现代化，积累了油气田开发和执行作业者的宝贵经验，形成了一支能自主完成研究、设计、开发、建造和生产的专业配套队伍和一套常规油气田开发的配套技术。2.2.3自主高速高效发展，形成自主创新技术体系(21世纪初至今)2004年，中国海油提出“建设国际一流的综合型能源公司”的发展目标，并将科技领先作为发展战略之一。中国海油深深地意识到，科技是第一生产力，是对公司长远发展起长效作用的基础性因素。因此在抓生产建设的同时更要抓科技进步，要保证有足够的科技投入，不断夯实公司的科技基础，提高科研水平，要使科技成为公司发展的核心竞争力。在这一阶段，总公司及所属单位通过建立健全科技管理机构，完善了科技管理体系，强化了科技管理职能。通过修订完善一系列的规章制度，加强了制度化建设，保证了科技工作的规范运行。建立新的科技创新平台，建设了中国海洋石油天然气勘探开发科技创新体系。3.海洋油气资源勘探技术的新发展3.1海上地震勘探3.1.1海上地震勘探的特点[8]海上地震工作是把地震仪器安装在船上，使用海上专用的电缆和检波器，在观测船航行中连续进行地震波的激发和接收。海上地震工作方法发展到现阶段，具有几方面的特点：一是成本低，海上三维地震每平方千米约5000～8000美元；二是速度快，一天可采集80km的地震记录；广泛使用非炸药震源，炸药震源已很少用；使用等浮组合电缆；三是单船作业，记录仪器和震源在同一条船上，不需要采用松放电缆的措施就能保证连续工作；四是全部采用多次覆盖技术，并且覆盖次数较高，为了适应高覆盖次数的需要，等浮电缆的道数不断增加；五是由于采集量大，而且速度快，所以许多船上都配备了功能很强的处理设备和人员，还有的是通过卫星及时向陆地传输数据。这些措施保证了大量数据的及时处理，并及时提交用户进行解释。由于海上地震具有这些特点，所以一般情况下海上地震勘探一次施工的面积都比较大，而且主要以三维资料采集为主，一次施工面积大部分都在1000km2以上。二维资料采集量比较少。3.1.2海上地震勘探的新技术（1）四维地震（4D地震）技术它已经成为海上油气田开发的一种成熟方法。四维地震勘探技术的成功应用，对优化开发方案，提高采收率和油气产量，获得更好的经济效益具有重要价值，因而已经在生产中广泛应用[8,9]。（2）海上多分量勘探（4C）技术海上多分量(又称海上多波)地震勘探(multicomponentsea-bottomseismics)早期称为海底地震记录法(SUMIC——SUbseaseisMICs)。最初是挪威国家石油公司于20世纪80年代开发的技术专利，它利用置于海底的4分量检波器(压力检波器及3分量速度检波器)，通过数传电缆，将由海水中激发、海底接收的纵波和转换波等传输到海面接收船的记录仪上。目前，正使用的一些方法包括使用一种电缆和把检波器放置在海底的拖运器。另一种方法是使用机器人以一种特定的方式来安装的海底检波器。对海上数据来说，除了用检波器记录三个方向的波动外，再加上传统的压力检波器所记录的波动，就得到了第四个分量[8,9]。（3）等离子体震源技术[10,11]等离子体震源是一种水下短脉冲声源，其基本过程是电容储能通过水中高压脉冲放电的机械效应产生强脉冲声波。其系统一般由3部分组成：脉冲电源、传输线、发射电极（阵）。脉冲电源是其中最为关键的部分，其工作原理是采用电容储能，通过触发放电开关瞬间释放能量，输出高功率电脉冲从而实现在水体中进行等离子体放电。（4）立体与多层气枪阵震源技术立体震源是将不同的枪阵组合或每一个子阵列沉放到不同的深度，使之所有的气枪不在同一水平面内，使得立体阵列的排列形式变化多样。李绪宣等[12]，通过对不同组合方式的立体震源模型子波数值模拟效果对比分析，证明了立体震源可行性和优越性2000年，Moldovneau[12]提出了垂直震源的概念，将两个枪阵分别沉放在同一垂直平面内的和的深度上，两个枪阵以炮间距的距离沿测线水平布置，采集中两个枪阵交互激发这样就会在同一激发位置上产生两个不同激发深度的单炮记录处理中采用波场分离方法，剔除两个连续炮点记录的上行震源波场，这样就减弱了地震震源附近产生的虚反射和混波，提高地震分辨率（5）海底双检电缆、双检波器拖缆采集技术[14,15]双检电缆除常规的压力检波器之外，还配置了速度检波器，得到的数据包括压力分量和垂直分量的信息、垂直分量是由速度检波器接收到铅垂方向上的质点振动速度息，压力分量是由压力检波器接收到由质点振动引起的水压变化由于全方位的压力检波器和垂直方向的速度检波器产生相同极性的上行波（有效反射信号）和相反极性的下行波（海水鸣震信号），因此可以综合利用垂直分量与压力分量数据特征差异来消除水层鸣震和多次波反射，避免了海面虚反射等因素引起的陷波作用，提高了信号的信噪比。特别指出的是，由于海底双检电缆（OBC）是放置在海底接收地震反射数据，与常规拖缆地震相比，减少了海底与海水界面对地震波的反射作用，可以有效地提高深层弱反射地震信号能量，是改善原始数据品质的有效手段。3.2海上电磁法勘探海洋电磁方法可以分为天然场源(MarineMT———海洋大地电磁法)和人工场源(MarineCSEM———海洋可控源电磁法)两类,在油气直接检测中发挥关键作用而进入勘探阶段的是后者。海洋可控源电磁法,根据施工方法差异又可以分为浅海拖曳施工和深海固定施工。3.2.1浅海拖曳施工方法这种施工方法发源于俄罗斯,在欧洲也开展过不少类似的工作[16,17],在国内,桂林冶金学院和长春地质学院都开展过试验工作,不过主要是针对水底或浅层目标,以用于工程勘探。其施工方法一般采用回线-回线方式[18]。近年来,俄罗斯深入研究了该方法,其形式类似于地震拖缆施工,激发场源采用长导线源和铠装电缆,接收电极铠装在拖缆中,拖缆具有一定的浮力被牵引在定深器的后面,电极出露端与海水直接接触,每个电极通过无线电定位与定深器的信号源联系。3.2.2深海固定施工方法这是目前西方列入油气勘探阶段的海洋可控源电磁施工方法[19],它的发射偶极由两个沉放于靠近海底位置的电极组成,水平发射偶极由两个独立的电缆分别置于靠近海底的位置,如果是垂直发射偶极则一个置于靠近海底的位置,另一个置于水面。发射极的移动需要拖曳,使之在一定深度匀速移动,激发频率一般在0.1～10Hz之间,每次激发的时间相对于发射极的移动速度来说很短,可以认为它是固定的,实际工作中拖曳50～200m激发一次,对于缓慢移动的激发系统来说,每次激发3～4个频率可以看作是连续激发。而接收系统则为独立的四分量、五分量