【专题　技术】未来石油勘探开发技术展望

编辑部整理

摘要：在油田二次开发的背景下，一些前缘技术或新兴技术开始出现。介绍了未来20年可能最有效的10项石油勘探开发技术，包括极大的储层接触井技术、流入量灵巧控制技术、无源地震监测技术、千兆级网格模拟技术、全自控油田技术、智能流体变性技术、仿生井技术、纳米级侦探技术、微孔钻井技术和数字油田技术。10项技术中，有的已经发展了数十年，有的还刚刚起步，但它们都还处于发展的初级阶段，远远没有达到人们预期的效果。未来这些技术的发展、成熟及完善，必将使石油工业的勘探开发进入一个崭新的阶段。

关键词：油气勘探；油气开采；工程技术；展望

　　科技进步始终是推动石油工业快速发展的强大动力。在高油价时期，大量资金的投入推动了技术的更新换代；在油价低迷时期，石油企业不断推出新的适用技术来降低勘探开发成本，保持持续盈利。在当前国际经济低迷时期，我国的老油田正在掀起二次开发的热潮。但是实现科学合理的二次开发，必须使用前缘技术并不断研发新的技术。为此，笔者介绍了10项在未来20a可能很有影响的石油勘探开发技术。尽管它们许多才刚刚起步，有的甚至还处于设想阶段，但是对它们的研究目标明确，技术路线清晰，很有发展前景。

1 极大储层接触井技术

　　增加井眼与储层的接触面积可以增加泄油面积、提高波及系数、延迟水侵或气侵的发生，从而最终提高油井产量及油气采收率。最大储层接触井（maximum reservoir contact wells,MRC）可以实现这样的目的。MRC是一种智能多分支井，通过主井筒的许多分支井实现与油藏超过4.827km的接触。这种井在油藏驱替方面非常有效，特别是由于增加了分支井眼的数量（在分支井眼是按驱替最优化条件设计的前提下）而使产能获得极大的提高，对致密、非均质油藏产能的提高更为明显。例如，沙特石油公司的哈拉得Ⅲ油田32口智能MRC井共获得了47696.1³的产能。

　　然而，这些井有其不足。不足之处在于对每口井而言只能有有限的智能分支井眼，因为每口分支井眼都需要机械式控制管线与井口相连。而极大储层接触井(extreme reservoir contact wells,ERC)将会利用无限多的分支井眼来对复杂的隔离油层进行优化采油和连通。最近已经实现了用无线通信代替水利管线来控制井下阀门，利用一个井下控制模块向每一个控制阀发射无线指令，这样就可以分支井眼数量以及每口分支井眼中阀的数量在理论上不受限制（如图一所示，图一右侧：无线通信将使分支井眼的数量以及每口分支中阀的数量不受限制）。这些阀的能量由可充电电池提供，电池靠流体的流动进行充电。

　　无线通信技术将会使包括井下永久监测在内的许多应用增强，因为随着井下仪器数量的增加，井下“线路”的布置变得越来越困难。作为选择，也可以使用由电线控制的阀。这种方法不需要无线通信，但仍然需要发射能量和信号穿过主井筒和分支井眼的接头，（这样的话所有分支井眼都是由井口供能），由感应耦合技术实现接头之间信号的传递。

　　ERC井“无限”增大储层接触面积的同时，也会遇到一些问题。常规井的产量一般是通过调节地面井口节流阀来控制，通过减少高含水情况下的产量来提高油的总产量，而且容易受水锥的影响。但对于一口ERC井来说，这些简单的措施并不奏效，因为井与储层的“无限大”接触面积必将会带来储层产油的不均一性，过早的水侵或气侵会由于下面的原因而出现；1）储层渗透率的不均一性；2）井壁与流体面接触距离的变化；3）井眼多分支进入储层的不同区域，造成储层压力的不同。解决这些问题，要利用传统的只能油田是将油田所有的相关信息（包括储层压力、温度、井口流体组分、管线流体及工厂信息）进行综合，根据实时信息对油田进行管理。这些理念的应用通过与中央处理系统相连的井下测控装置来实现。例如，在哈拉得Ⅲ油田，每口井都安装可一套井下永久监测系统，将油藏实时信息传至地面，在地面将该信息综合实现对整个油田的实时监控。

　　然而，未来的只能油田将更为复杂，从各井的自我监测到朝着完全自控的方向发展（就是最终实现油田完全自动化）。全自控油田能够将井下储层资料、井口信息与管理结合起来进行实时的油藏模拟，得出最优化的注采比，并向每一口井的井底控制阀发送指令，实现自生成的生产策略。油田还会时常对这些资料进行实时分析，进行有效的数据开发和控制。例如，通过对比井下和地面的压力、温度测量数据，监测反常现象，确定已经发生水侵的井，并确定水驱前缘。在这些全自控油田工作的油藏工程师其职责是监测和维护，而不是干涉和控制。

　　气藏开发中，拓宽了地球物理技术的应用范围。无源地震技术在水力压裂监测、水驱前缘监测和油藏描述中的应用已取得了较好的效果。虽然无源地地震技术现在还没有成为油藏开发中的常规技术，但已经越来越多地被油藏地球物理学家用到油藏资源管理中，并成为地球物理界的热门技术之一。尽管存在着诸多挑战，但无源地震监测技术已经证实了它的价值，随着对震源机制和辐射方式的深入研究以及井下仪器的快速发展，无源地震监测技术的应用范围将会不断壮大，监测精度将会不断提高，并将在未来几年内逐渐成为油藏监测与管理的主流技术。
 

2 仿生井

　　未来的井会像植物一样，自己“生长”。这些井不是钻出来的，而是“种”出来的。一棵树的树根会寻找土壤中湿润的地方，在那个地方长出一个分支来，然后去掉那些在干枯土壤中的分支，在另一个地方长出新的分支，如此下去。仿生井就是如此工作的（只是寻找油而不是水）。一旦钻好垂直井（种植井）后，井将会“按自己的方式生长”。一个智能的分支会延伸到一块含油区域，一旦该区域水淹后，就将这个分支“砍掉”，并在另一个含油区域“长出”另一个分支，如此下去。

　　尽管这一技术看上去不容易实现，但已经取得一些成就。从直井开始（就像一棵普通树的主根），到水平井（一个更复杂的树根），再到多分支井（跟有很多分支的树根一样）。这之后，加装上智能井下控制阀，就能够堵住某些分支，将它们有选择地去掉（就像一个树根砍掉了自己的分支一样），然后，再加入井下监测和地面控制装置，来分析油藏流体的性质，预测水侵（就像树根探测到某一区域干枯一样）。所有这些已经成为现实，并且正在研发更为复杂的井（当然是树根状的），如ERC。

　　接下来在钻井方面要提高的技术是“自动钻井”。当然，这个目标也不容易实现，但像连续油管钻井技术、 水射流钻井技术都已经存在，而且其他的如激光钻井技术正在研究中。值得一提的是，挪威正在研制和实验的罐式钻探器（badger explorer）将能够实现真正的自动钻探，虽然现在还处于全尺寸样机试验场试验阶段，但是有望在未来5年内投入商业应用。如此，必将带来仿生井技术的飞跃。

3 数字油田技术

　　数字油田（digital oil field,DOF）是发展比较早的一项技术，其概念来源于“数字地球”。“数字地球”最初起源于1997年下半年的科技界，1998年的1月31日，当时的美国副总统戈尔在加利福尼亚科学中心做了题为“数字地球——认识21世纪我们的这个星球”的讲话，比较系统地阐述了数字地球的概念，引起了世界的关注。

　　数字油田技术作为一种综合信息学、地质学、石油勘探开发学和管理学等众多领域于一身的新技术，正被越来越多的石油公司所重视。但由于该技术比较新，而且涉及领域广，目前还没有一家公司、一个油田能够真正地、完整地实现数字化。

　　数字油田可分为广义数字油田与侠义数字油田。广义数字油田包括油田科研、设计/生产和经营全过程多环节多领域的数字化，包括从业务总部层、能力规划层、操作计划层、生产调度层、监督控制层、调节控制层以及设备层各级各层的数字化，又包括地面工程、井筒和地下地质油藏各种生产要素的多维、全生命周期的数字化，而不关心油田企业的经营活动。笔者所说的数字油田指狭义数字油田。

　　数字油田目前主要涉及的特殊技术有空间地理信息系统技术、虚拟现实技术、数据仓库与数据挖掘技术、信息集成共享管理技术或集成平台技术、高性能计算机、并行计算和网络计算技术以及油田勘探开发专用的测量、分析、解释、判断、优化、转化和控制等勘探数据地质资料处理与管理技术，实时钻井、智能完井、三维可视化、遥感遥测遥控技术，实施生产优化、集成资产等一系列数字化技术。

结束语

　　石油工业的未来充满了挑战，也充满了机遇。一些新技术，不管是千兆级网格模拟技术、仿生井、纳米机器人还是其他一些技术，都将为油气资源的勘探与开发带来新的机遇。不过，尽管每项技术都已经起步，但还是很多技术难题没有解决。但可以肯定的是，未来的勘探开发必将在这些技术的带动下进入新的阶段。