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  1.磁性增强识别技术有效划分油气藏烃流体界面

  碳氢化合物流体界面作为划分不同烃类物质以及地层水的重要依据,对于刻画油气藏特征、确定油气储量以及生产都具有重大意义。通常碳氢化合物电阻率明显高于水的电阻率,因此可以通过电阻率快速识别油水界面和气水界面;但油气之间具有相近的电阻,因此传统电阻率快速方法不再适用。

  主要技术进展:英国伦敦帝国理工学院研究团队针对北海中部的砂岩储层岩芯样本,通过磁化率测定和磁滞测量,成功检测到烃流体界面存在磁性增强现象。在不考虑气水接触前提下,使用非磁性方法进行独立鉴定,气油和油水界面仍能观察到这种磁性增强。通过研究得知,这种磁性增强具有两种机制,一是由纳米氧化铁(磁铁矿)和硫化铁的沉积交换作用引起的,二是由早期充填和油水接触时油柱顶部的成岩变化和生物降解引起的。

  磁性增强识别方法优势在于可对整段岩芯进行快速高效的磁性测量。该方法可用于有效识别油藏和故障井中的烃流体界面,还可用于推断盆地的演化历史和校准石油系统模。

  2.纳米颗粒循环注气技术提高页岩油采收率

  页岩油通常采用大规模水力压裂开发,产量递减很快,初始采出程度低。纳米颗粒循环注气提高采收率技术已在美国主要页岩油产区开展了规模试验,取得了突破性进展,为页岩油的规模效益开发提供了新的技术方法。

  主要技术进展:(1)利用纳米活性烃回收技术配合交替注入二氧化碳或氮气,形成了最新的NAG-HnP技术,验证了致密储层注气吞吐提高采收率技术现场应用的可行性。(2)采用了缝网注气循环吞吐工艺,通过多轮次大批量循环井网注入的方法,能够有效激发天然裂缝,提高原油流度,补充地层能量,有效动用剩余油。(3)采用EDFM(离散裂缝嵌入)数值模拟技术,建立裂缝精细模型进行数值模拟与历史拟合,进一步优化注气方案。(4)利用纳米颗粒和气体交替注入的协同效应,持久改变岩石表面润湿性,同时降低界面张力,通过汽化、降黏、气驱、补充能量和诱发压裂等多种机理实现提采。

  页岩油注气提高采收率技术在Eagle Ford油田应用150口井,单井最高日产油为注气前的2—7倍,3年累产油平均提高约39%,采收率从8%提高到12%。据美国先进资源国际咨询公司(ARI)评估,目前巴肯、鹰滩、二叠纪盆地的页岩油采收率平均仅为6.5%,该技术可将页岩油采收率提高至10%左右。

  3.同步压裂技术进一步提升非常规油气作业效率

  针对非常规油气开发面临的如何进一步提高压裂效率的难题,同步压裂技术通过一套压裂机组同时对两口及以上的邻近平行井进行压裂,来提高效益和效率,减少作业天数,快速投产,提高投资回报率。

  主要技术进展:(1)研发了Kinetix增产软件,配合Petrel软件平台对增产设计进行审查和优化。(2)创新研究了多套同步压裂装置:StimCommander自动混合水化装置和POD可编程最佳密度混合器,可以单台设备为每口井执行不同的泵送计划;StimCommander智能化速率和压力监控泵,能够从单个控制中心进行独立井的泵送;ExpressKinect井口连接单元大幅缩短钻机安装时间和复杂性,操作更高效安全,消除了歧管拖车和井口之间的高达85%的高压。(3)设计了单线钻机可到达多个油井,在1.5万磅/平方英寸下以120转/分钟的速度运转,可在5分钟内完成井口切换。(4)配套研究了ExpressSand交付系统,可提供更快的卸载速度,减少井场交通拥堵,提供更高的现场存储能力。

  作业数据显示,与拉链式压裂作业相比,采用同步压裂增产技术每天压裂的段数提高了60%,每天泵进砂量增加35%。整体作业周期缩短了10天,作业成本节约了50万美元(具体包括租金、服务和顾问费用),并提前10天交付生产。

  4.海底自动化节点地震勘探取得新进展

  海底节点地震采集可在深水油气勘探中提供更宽方位、更高品质的地震数据,从而提供更高精度的地下图像。但由于采集成本较高,且利用水下机器人(ROV)进行布设回收,效率较低,致使海底节点地震勘探没得到广泛使用。

  主要技术进展:(1)在仪器方面,自主水下机器人(AUV)技术实现了海底节点系统布设与回收的自动化,大幅提高了海底节点采集效率。(2)在采集技术方面实现了同步震源混和高效采集全方位大偏移距数据,并在质量控制方面实现了快速数据分割、时钟漂移校正、初至定位等核心功能。(3)在数据处理方面,全波形反演和最小二乘偏移技术的不断进步,以及基于反演的稀疏节点数据处理技术不断完善,改善了深水复杂构造成像质量。

  全球海底节点地震勘探快速发展,多家公司研发的自主海底节点地震仪已经完成了测试,具备了商业化应用的能力,包括英国ARL公司的自动推进式“飞行”节点地震仪、沙特阿美公司的SpiceRack自主节点地震仪、挪威iDROP公司基于自由落体的单传感器节点地震仪等。未来,基于自主水下机器人的自动化海底节点采集将日趋成熟,大幅度提高节点布设与回收效率,推动海底节点采集迈上新台阶,成为海洋地震勘探的重要手段。

  5.高精度随钻核磁共振测井提升复杂储层评价能力

  核磁共振测井测量的T1谱和T2谱适用范围不同,传统核磁共振测井更注重T2谱的测量,限制了核磁共振测井技术的应用。斯伦贝谢公司推出的MagniSphere高精度随钻核磁共振测井技术可同时测量T1和T2,适用于更复杂的井下环境。

  主要技术进展:MagniSphere随钻核磁共振测井技术可同时测量T1和T2,确定地层流体中的氢核在受到磁场组合刺激后极化和弛豫所需时间,有效扩大了传统核磁共振测井的适用范围(一次下井便可完成对地层中重流体和轻流体的表征),具有处理速度快、测量结果精度高的优点。另外,MagniSphere随钻核磁共振测井采用了先进的人工智能技术,具有智能化数据处理能力,可在数据采集时,快速完成数据筛选、处理流程并及时传输给钻井作业决策者,有利于优化钻井轨迹,增大油藏接触面积,进而达到提高采收率的目的。

  目前,MagniSphere随钻测井技术已在多个国家和地区进行了现场试验,包括黑海地区和中东地区等。试验结果表明,该技术可更好地表征储层孔隙度、渗透率以及地层流体特性,能有效改进钻井决策,优化井位,提高油田产量。

  6.有缆供电钻杆的成功研制推动钻井向井下电动化迈进

  向井下安全可靠地供电,是长期困扰钻井界的一大技术瓶颈。一旦攻克了向井下供电技术,也就同步解决了数据的实时、高速、大容量、双向传输问题,从而推动钻井井下电动化、智能化和实时地层评价。挪威一家公司研制成功了可向井下供电的有缆供电钻杆。

  主要技术进展:(1)用铜线编织层取代传统电缆。在普通钻杆内壁加一层经绝缘处理的铜线编织层,由816股独立的铜线编织而成。(2)通过湿连接实现向井下供电和数据高速传输。在编织层的两端各装一个可自清洁的连接头,钻杆完成紧扣后,相邻两连接头实现“硬连接”(湿连续),从而实现电力和信号在两钻杆之间输送。信号传输速率不低于5.6万比特/秒,输电功率为500瓦,未来有潜力提高到3000瓦。(3)沿钻柱不需要安装信号中继器,从而简化信号传输通道,降低信号传输中断的风险。

  现场试验表明,有缆供电钻杆具有可靠的供电和信号双向高速传输能力,其操作与普通钻杆相同。2021年3月,美国一家大型钻井公司采购了两套有缆供电钻杆。有缆供电钻杆代表钻杆技术和井下信息传输技术一个重要发展方向。基于向井下供电技术,未来将发展井下电动智能导向钻井系统。

  7.大型低温液化氢运输船引领大容量液化氢运输趋势

  氢是未来燃料的首选材料,是燃料排放引发环境问题的主要解决方案。随着用氢量的扩大,建立液氢安全供应链的需求日益提升。船舶运输是液氢运输的最有效方式,当前以小型运输船为主,缺乏大型运输工具。川崎重工设计了一种万立方米级的大型液化氢运输船。

  主要技术进展:(1)研发了一种大型货物密封系统,采用独立的、自支撑的设计,其结构能够灵活应对装载低温液化氢时发生的热收缩。(2)采用新开发的高性能隔热系统,缓解因热而产生的蒸发气体。(3)有效利用蒸发气体作为燃料为船舶提供动力,有助于减少液化氢运输作业中的二氧化碳排放。(4)货物密封系统直径约43米,容量4万立方米级,与大型液化天然气运输船的储罐相当,能够大量运输低温液化氢。(5)货物密封系统可容纳-253摄氏度低温液化氢,液化体积降至初始体积的1/8。

  该液化氢运输船已获得日本ClassNK颁发的AIP证书,其可靠性与安全性得到认证。

  8.高收率烯烃催化裂解技术取得新进展

  中国石化自主开发的高收率烯烃催化裂解技术(OCC)获得2021年度美国《烃加工》杂志最佳石油化工技术奖。这是我国石化技术首次获得这一国际奖项,标志着这项技术受到全球石油化工领域的高度关注和充分认可,对我国石化产业转型升级、助力“双碳”目标实现具有重要意义。

  主要技术进展:(1)将石油炼制、煤化工等过程中副产的C4/C5烯烃高效转化,大幅增加乙烯、丙烯等高价值化学品产量,同时显著降低能耗和碳排放,是增产烯烃的重要途径。(2)该技术每加工100万吨副产低价值烯烃,可产出乙烯、丙烯等高价值化学品81.3万吨,整体技术处于世界领先水平,经济价值巨大。

  高收率烯烃催化裂解技术于2009年在中原石化实现首次工业化应用。近年来,研究团队开发了新一代催化剂,创新了反应工艺,双烯(乙烯、丙烯)收率显著提高。2020年10月,新一代OCC技术成功实现工业转化。目前,该技术已许可国内外7家企业使用,其中4家已经工业化应用。该技术可为油品升级、提升乙烯装置烯烃收率等方面提供有效解决方案,对缓解行业供需矛盾、助力企业转型升级具有积极意义。

  9.中国首次在实验室实现人工合成淀粉

  自然界的淀粉由植物通过光合作用,利用来自阳光的能量和空气中的二氧化碳合成。由中国科学院完成的国际上首次利用二氧化碳人工合成淀粉,为淀粉的工业生产和人类获取能量的方式提供了新的可能性,该成果发表在2021年9月的《科学》杂志。

  主要技术进展:该技术提出将化学和生物催化相耦合,利用计算辅助方法,从约7000个生化反应中,设计出一条有4个模块、11个主要步骤的全新淀粉合成路径,将高浓度二氧化碳和氢气还原成C1化合物,然后通过设计构建C1聚合新酶,依据化学聚糖反应原理将C1化合物聚合成C3化合物,最后通过生化反应途径优化,将C3化合物聚合为C6化合物,再进一步合成直链和支链淀粉(Cn化合物)。此项技术的创新性主要体现在C3和C6模块的8个反应步骤中,即提出了从甲醛到葡萄糖的合成途径。实验室测试显示,人工合成淀粉的效率约为传统农业生产淀粉的8.5倍。在充足能量供给的条件下,按照目前技术参数,理论上1立方米大小的生物反应器年产淀粉量相当于我国5亩玉米地的年产淀粉量。

  中国首次利用二氧化碳人工合成淀粉,是重大颠覆性、原创性成果。该过程成本与农业种植相比具有经济可行性,将会节约90%以上的耕地和淡水资源,对全球生物制造产业的发展具有里程碑意义。

  10.一项具有革命性的塑料回收工艺成功实现商业化

  2021年11月,霍尼韦尔宣布了一项具有革命性的塑料回收工艺(UpCycle)。该工艺拓宽了可回收塑料的种类,并将废旧塑料转化成用于生产新塑料的原料,有助于减少制造原生塑料过程中的化石燃料消耗,从而降低碳足迹并实现成百上千次的回收循环利用,促进实现塑料循环经济。

  主要技术进展:该工艺采用行业领先的分子转化、热解和污染物管理技术,大幅拓宽了可回收塑料的种类,包括原本无法回收的彩色、柔性、多层包装或聚苯乙烯等。与其他化学和机械回收工艺结合使用,并改进收集和分类方法时,该工艺有可能将全球可回收的塑料废物量增加到90%。相比于使用化石原料生产同等重量的原生塑料,采用UpCycle工艺技术生产的再生塑料能减少57%的二氧化碳当量排放。相比于传统的废塑料处理方式(如焚烧和填埋),该工艺还可以减少77%的二氧化碳当量排放。

  Sacyr公司将率先使用UpCycle工艺,开设并运营一家回收工厂,预计2023年投产,每年可处理3万吨混合废塑料。UpCycle工艺将有效解决废弃塑料回收再利用的问题,在提高人们日常用品的可持续性方面发挥关键作用。

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