超深水油气钻完井关键装备现状及技术展望

摘要:全球超深水油气资源主要集中在巴西桑托斯盆地、美国墨西哥湾、圭亚那盆地以及中国南海琼东南盆地等地区。近年来,中国海洋油气勘探开发实现了从浅水到深水、从深水到超深水的重大跨越,中国海洋油气钻探开发已迈入超深水行列。超深水油气资源开发是保障国家能源安全和实现能源转型的现实需要,目前南海琼东南盆地已成为中国最具潜力的超深水油气资源开发区域。为对标国内外深水关键装备的技术差距,明确技术发展方向,系统梳理了中国超深水钻井平台、精细控压钻井装备、旋转导向工具、水下生产系统和水下应急封井器的装备和技术现状,并与国际领先技术进行了对比分析,指出了中国超深水油气钻完井关键装备的发展方向。研究结果表明:①复杂的海洋环境、高风险作业条件和装备技术的进口依赖仍是制约超深水油气全面自主开发的重要瓶颈;②超深水油气开发面临复杂海洋环境、窄压力窗口及高温高压等多重挑战,核心钻完井装备的自主化、智能化和高效化发展是关键;③未来需加速关键装备国产化,构建智能化开发体系,创新适应极端环境的新型装备,并强化环保技术研发,积极构建自主、高效、绿色的开发能力,进而实现油气的绿色可持续发展。结论认为,通过技术创新和装备升级,可全面提升超深水油气资源的开发能力,以中国南海为核心的超深水油气区块开发取得了历史性突破,展现了中国在超深水钻完井领域的技术进步和实践能力,并为全球超深水油气开发提供了技术示范和实践经验。

钛合金在油气开采中的应用及研究现状

摘要:我国目前现有的油井管用钛合金都是在其他行业所用钛合金的基础上进行改进设计的,普遍存在抗腐蚀性能较差、成本较高等缺点,并且钛合金在我国油气开采领域还未得到大规模的生产与应用。总结了钛合金油井管在油气开采领域的应用以及油井管用钛合金抗腐蚀能力的研究成果,并且梳理了我国目前油井管用钛合金材料抗腐蚀性能的不足,为后续的研究提供参考。

中国海油海上智能钻井导航系统关键技术进展与发展思考

摘要: 智能钻井通过数字孪生、人工智能与智能钻机等技术与装备,实现钻井全程的自主决策与闭环控制,达到提质、增效、降本与保障安全的目标。智能钻井装备是实现智能钻井的关键,国内外石油公司在智能钻井关键装备、智能钻井平台建设方面取得了一定的进展。中国海油通过技术攻关,初步构建了基于实时数据的海上智能钻井导航系统,基本实现了地层−井筒三维可视化、岩石可钻性智能表征、卡钻风险智能预警、机械钻速智能预测和钻井参数实时优化等5 项功能,并在渤海某井深层钻井中获得很好的提速效果。分析表明,海上智能钻井导航系统仍面临着井下海量真实数据获取、数据高速传输、井下作业闭环调控3 个方面的技术挑战,需要开展近钻头参数测量装置、智能钻杆与智能钻机等关键工具及技术研发,以实现基于井筒数字孪生的钻井智能决策与动态调控,提高海上深水深层钻井效率与质量,推动海洋油气钻井智能化发展。

油气钻采工程中的人工智能方法研究进展

摘要:引入智能方法解决钻采过程中参数优化、状态识别等技术中的效率和可靠性等问题是目前的研究热点,并展现了广阔的发展前景。但在油气钻采智能化工程技术的研发过程中,智能优化算法和预测模型尚存在时效性和鲁棒性差、可靠性不足等问题,导致人工智能方法在油气钻采工程中的应用尚不理想。对国内外油气钻采领域内钻完井工程设计与施工参数优化、水力压裂改造效果评价与工艺参数优化、人工举升井故障诊断、油气藏物性和产能预测等方面的人工智能方法及智能化技术的发展现状进行了概述,并对人工智能模型的训练过程对标签数据依赖严重、可解释性不足以及小样本学习能力欠佳、工程适用性与可靠性验证不足,以及智能方法解决优化问题时效性差、多目标优化决策方法灵活性不足等主要问题进行了归纳分析。结合中国石油工业钻采技术研究现状及上述问题提出了油气钻采工程中人工智能方法发展建议:①建立标准化行业共享数据库体系,解决智能模型对比与验证难题;②加强学习范式研究,缓解标签数据依赖问题;③加强智能优化方法研究,提高决策精准性与时效性;④强化物理约束的数据驱动模型研究,增强物理—数据双驱动模型的可靠性;⑤推进样本均衡与增强技术研究,提升少数类识别准确性与模型稳定性;⑥加强多模态数据融合与处理方法研究,提升智能模型预测精度与工程鲁棒性;⑦发挥通用及行业大模型优势,提高油气钻采多场景智能优化决策可解释性与准确性。

基于激光传感器的变形套管内部形态三维重构

摘要:页岩气套管受工程因素及地质因素的影响会发生变形。套管内部结构改变会造成流体通过能力降低、堵塞等损害,而页岩气套管直径通常在139. 7 mm左右,一般的检测设备很难进入或直接检测内部变形过程及变形后的结构。为此,在试验条件下,通过模拟套管的受力情况得到变形套管,并设计了一种基于激光测距传感器的非接触式套管内变形自动测量装置;提出了与装置配套的小尺寸套管内剖面圆周遍历检测方法,对检测得到的大量样本点进行筛选,再利用三次样条插值算法对离散数据进行平滑处理,复构出清晰、直观的套管内部三维图。研究及试验结果表明:设计的装置可实现套管内部的直接检测且方便更换激光传感器以适用于不同尺寸管道的内部检测;所绘制的三维重构图可以清晰直观地表征出变形位置的内部具体数据及形貌,并实现对套管内任意处半径的自动精准检测,其测量精度小于±0. 1 mm。所得结论可为页岩气套管的检测提供参考。

液化天然气长距离低温管网运输与冷能梯级利用

摘要:液化天然气(LNG) 将成为中国天然气市场的主力军,对保障国家“碳达峰、碳中和”目标顺利实现起到重要作用。LNG长距离低温管网输送有助于实现LNG蕴含冷能的高效转移与梯级利用,并可与冷网、天然气管网深度耦合,有利于促进LNG、冷能、天然气等能源综合输送跨越式发展。文章系统总结了LNG长距离低温管网输送技术、长距离管网输送LNG冷能梯级利用技术、LNG长距离低温管网调控技术和LNG长距离低温管网与多网系统的融合技术发展现状,分析了相关技术在能源安全新战略驱动下面临的关键挑战,并对未来趋势进行展望,以期为后续中国LNG长距离低温输送与多网系统融合技术应用和提升提供科学思路和技术发展方向。

“双碳”驱动的地质储氢技术:潜力、瓶颈与创新

摘要:【目的】针对氢能大规模、长周期储能需求,聚焦地质储氢技术在全球能源转型背景下的技术潜力与发展路径,旨在构建覆盖技术评估、风险管控及产业化推进的全链条解决方案,为“双碳”目标下氢能产业链完善提供科学支撑。【方法】通过整合全球典型地质储氢工程数据,建立多维度技术评价指标体系,系统梳理国内外地质储氢构造空间类型,分析地质储氢技术的发展历程与现状,归纳总结当前地质储氢技术的潜力与瓶颈,并展望未来地质储氢技术的重点发展方向。【结果】①地质储氢技术在氢能产业链中具有显著的协同效应,能够有效平衡氢能供需波动,降低跨区域调配成本,并适配交通、工业、发电等多场景需求;②地质储氢在需求端、资源端、经济端及安全端都展现出极大潜力,有望实现大规模地质储氢;③地质储氢面临地质完整性评价、井筒完整性检测与评价、氢与储层介质化学反应、储氢库地面注采技术、储氢库安全监测体系、储氢库长期稳定性评估等多种技术挑战,应加快相关理论技术攻关。【结论】未来地质储氢可从技术创新、管理创新、商业模式及政策保障方面协同推进:①聚焦储层地质与工程体系优化,研发基于多物理场融合的井筒智能监测技术,建立数字孪生储气库系统以实现全生命周期预测预警;②促进氢能产业链上下游协同,构建标准化战略体系,制定分级标准与全生命周期质量控制规范,形成可复制推广的技术方案;③探索“氢储能收益权质押+区块链溯源”的金融创新,设计绿氢供应与储氢服务捆绑的一体化方案及“风光发电+地质储氢+调峰供电”的能源套餐;④构建技术创新支持体系,加速地质储氢设施及氢气管网建设,为氢能产业规模化发展奠定基础。

钛合金钻杆的研究现状及进展

摘要: 钛合金已被广泛应用在航空、航天、医疗、海洋工程等众多领域。因其具有密度低、 韧性好和耐腐性好等特点,在油气开发领域也得到了研发和应用。这些优点使其用作石油钻杆可大幅减轻设备重量、减少系统故障、降低能源损耗、 提高钻井延伸能力和钻探深度,占据着明显的优势,完全可替代现有的钢钻杆和镍基合金钻杆。但钛合金钻杆的生产和加工难度较大,制造成本相对较高,导致生产钛合金钻杆的成本也相应增大。同时,钛合金钻杆在生产中存在易磨损的问题,需要更高的维护成本。在未来的发展中,需要进一步研究和开发符合油气开发的新型钛合金,降低其制造成本,提高性能和稳定性,进一步推动其在油气勘探领域的应用。本文分析了钛合金钻杆在实际使用中的优势,并概述了国内外钛合金钻杆的研究现状、应用进展和存在的问题。最后展望了钛合金钻杆的研究方向和应用前景。

四川盆地深层—超深层油气钻井提高机械钻速关键技术进展与展望

摘要:四川盆地天然气资源总量居全国首位,其中超过70% 的天然气产量来自深层—超深层,但该盆地普遍具有高温、高压、高含硫及复杂地质构造(“三高一复杂”)特征,导致天然气钻井过程中面临钻具振动失效频发、高陡构造防斜与提速矛盾突出、难钻地层破岩效率低等世界级难题的挑战。为此,全面系统阐述了四川盆地深层—超深层油气钻井提速面临的关键技术挑战,以全井钻柱动力学理论为基础,综述了四川盆地深层—超深层天然气钻井提速关键技术进展,并针对特深层油气资源的安全高效勘探提出了应对策略。研究结果表明:①全井钻柱动力学评价与主被动减振技术融合,实现了振动与疲劳的协同控制,显著提升了钻具安全性;②通过钻具组合结构创新、垂直钻井调控与动力学仿真,缓解了高陡构造条件下防斜与提速的协同矛盾;③以定制化钻头和提速工具为核心,促进了岩石临界破碎能量的高效转化,提升了钻头破岩效率。结论认为,该技术体系不仅为四川盆地超深层油气资源的低成本高效钻探提供了理论依据与关键技术支撑,也为全球类似地质条件下的超深层油气钻井提供了可借鉴的技术路径,对推动中国深层—超深层油气资源规模效益开发、保障国家能源安全具有重要意义。

页岩气随钻导向钻井技术发展现状与趋势

摘要:页岩气资源对保障国家能源安全及实现“双碳”目标具有战略意义,而我国页岩气储层普遍具有低孔隙度、低渗透率、非均质性强等特点,钻井过程中面临井眼轨迹控制难、储层钻遇率低等挑战。通过攻关随钻导向钻井技术,实时获取伽马、电阻率等随钻参数,快速迭代更新地质模型,动态调整井眼轨迹,大幅提高了浅层页岩气优质储层钻遇率和单井产量,形成了页岩气高效开发的核心技术。对比分析了随钻测量/井、地质导向分析决策、定向轨迹高效控制三大导向钻井核心要素的国内外技术差距,针对深层页岩气给随钻导向钻井技术带来的新挑战,明确了要进一步攻关极限测传技术、开展多学科一体化协同作业、研发高效旋转导向工具和发挥智能化大数据优势四大方向。研究结果对推动随钻导向钻井技术发展具有重要借鉴意义。