沙特阿美的那些油服黑科技

科技進步始終是推動石油工業快速發展的強大動力。從歷史發展和長遠來看，開發和應用革命性、突破性的技術，大幅度提高油氣勘探和開發效率，是解決未來油氣供需矛盾的關鍵。沙特阿美石油公司確定的近期石油工程技術研發重點包括極大儲層接觸技術、智能油田控制、無源地震監測、儲層納米機器人、千兆網格數值模擬、智能流體、仿生井等前沿性創新技術，同時這些技術也是業界關注的焦點。

讓我們一起看看沙特阿美的那些油服黑科技：

1

極大儲層接觸技術

已經應用的最大儲層接觸技術（Maximum Reservoir Contact，簡稱MRC）是一種智能多分支井，可以在主井眼中鑽5km與儲層接觸的多分支水平井，擴大油藏泄油麵積，提高油氣產能。該技術對緻密、非均質儲層效果顯著。沙特阿美哈拉得III油田有32口MRC井，每天產油量高達42857t。然而，由於MRC井的每個分支需要安裝機械控制管線至井口，以實現地面對井下分支的控制，導致每口井的分支數量受到限制。未來，極大儲層接觸技術（Extreme Reservoir Contact，簡稱ERC）將採用無線控制技術，減小機械控制管線，增加井下分支數量，理論上分支井數量不受限制，在分支井中可安無限數量的控制閥（圖1）。

圖1 極大儲層接觸技術

2

智能油田控制技術

傳統智能油田是利用中央處理系統連接許多感測器，將所有相關油田的數據進行整合，包括油藏壓力、溫度、井口流體組分、管線流體和油氣聯合站信息，通過實時獲取的數據對油田進行管理。在哈拉得III油田，每口井中安裝一套井下永久監測系統，將油藏實時信息傳至地面，中央處理站對實時數據進行整合分析，實現對油田的實時監控。未來，智能油田將更加先進，從自我監控向全自動控制發展。油田將油藏數據、井口信息和管理進行整合，實現實時油藏數值模擬，得出最佳的注采比，並向井下控制閥發送指令來完成自我管理。

3

無源地震監測技術

油氣藏開發過程中，儲層不斷發生微地震事件，常規方法幾乎監測不到，而無源地震監測技術能夠監測這些微地震事件，通過獲取的地震信息分析井筒附近的斷層和裂縫分布，以此來描繪地層流體流入井筒的流動通道。無源地震技術能夠實時監控油藏，是分析和監控流體在儲層中流動的一種新方法，將油藏管理推向新的水平。該技術在斷層特徵描述、水力壓裂監測和水驅前緣監測方面得到了應用。該技術目前還處於起步階段，未來將會成為油藏監測與管理的主流技術。

4

儲層納米機器人

納米機器人的尺寸是人類頭髮直徑的1％，可以隨注入流體大批量進入儲層（圖2）。納米機器人在儲層中流動時，分析油藏壓力、溫度和流體類型，並存儲信息。在采出的流體中回收這些納米機器人，下載其存儲的油藏關鍵信息，以此來對油藏進行描述。沙特阿美已經研究了納米機器人在地下「旅行」時所必需的一些因素，包括尺寸、濃度、化學性質、與岩石表面的作用、在儲層孔隙中的運動速度等，並於2010年進行了尺寸為10nm、沒有主動探測能力的納米機器人注入與回收現場測試，驗證了納米感測器具有非常高的回收率和較好的穩定性、流動性。目前，正在嘗試利用納米機器人主動探測地下油藏，以實現其在儲層流動過程中實時讀取和傳輸數據。

圖2 納米機器人

5

千兆網格數值模擬技術

已經投入應用的三維地震技術和高級模擬演算法可建立描述油藏特性的高解析度地質模型。但當這些模型用於流動模擬時，由於現有處理器模擬網格的數量有限，使得地質模型在模擬之前必須先將信號放大，減少單元格數量，造成解析度大幅降低。未來的油藏模擬器不需要將信號放大，可以實現高解析度模擬巨型油田，如模擬油藏展布面積為280km×26km的加瓦爾油田。為了達到這一目的，油藏數值模擬器模擬網格數量必須從目前的兆級增加到千兆級以上（圖3）。沙特阿美目前的模擬模型採用300～400萬個網格，正在研發處理2580萬個網格的處理器，該模型1d能夠模擬油田開發60年的歷史數據，預測油田見水時間。未來將實現10億網格節點的模擬能力，將數值模擬技術推向新的高度。

圖3 千兆網格數值模擬技術

6

智能流體技術

智能流體在油藏中能夠根據環境自動調整性能，進入地層後以自己的方式自動工作（圖4）。如在油藏堵水作業中，智能流體利用相對滲透率改性劑和乳化凝膠，當水侵入井筒時，智能流體與水化合膨脹堵塞水淹層，阻止水流入井筒，遇油時智能流體脫水收縮，不進行層間封隔。由此不需要採用封隔器對油井進行封堵，減少了施工時間和作業成本。在現場應用中，智能流體先用於近井地帶，未來會深入儲層內部，在更大範圍內發揮作用。智能流體技術目前還在研究發展中，只能應用在特定的油藏條件下，但已在部分領域取得成功。

圖4 智能流體根據儲層特點自動改變性質

7

仿生井技術

仿生井如同樹一樣，主井眼像樹的主幹，井下分支像樹根。鑽完主井眼後，仿生井的智能分支可以自動向含油層延伸，當該層油氣開採完後可以關閉該分支，再向其他含油層延伸（圖5）。目前看實現仿生井似乎比較遙遠，但石油工程技術的不斷進步正在逐漸向這一目標靠近，如鑽井技術從直井到水平井，再到多分支井；智能井下控制閥後可以通過節流關閉分支；智能流體能夠改變自身流變性來控制油井分支的開啟和關閉；井下監測技術和地面控制技術可以分析儲層流體性質和預測見水時間。以此為基礎，又發展了極大儲層接觸技術（MRC）和最大儲層接觸技術（ERC）。仿生井的自動鑽進是目前研發難點，但連續管鑽井、高壓水射流鑽井、激光鑽井和獾式鑽探鑽井等技術的發展，可以逐步實現仿生井的自動鑽進。

圖5 仿生井技術

作者：光新軍 王敏生 閆娜 皮光林 思娜

單位：中國石化石油工程技術研究院

來源：《石油科技論壇》2017年第3期

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