我國(guó)石油天然氣開(kāi)發(fā)技術(shù)的現(xiàn)狀及難點(diǎn)分析

趙軒，周志祥

西安石油大學(xué)，陜西西安，710065

0 引言

由于我國(guó)油氣資源分布在山區(qū)和緯度較高的區(qū)域，油氣資源的開(kāi)發(fā)難度較大。為此，應(yīng)加強(qiáng)油氣開(kāi)發(fā)技術(shù)，以達(dá)到降低開(kāi)發(fā)困難、節(jié)約人力物力的耗費(fèi)、實(shí)現(xiàn)資源化和循環(huán)再用的目的。同時(shí)，要健全法制，強(qiáng)化行政管理，規(guī)范發(fā)展；簡(jiǎn)化開(kāi)采技術(shù)，防范油氣開(kāi)采中的非法行為。2022年全球供應(yīng)鏈和產(chǎn)業(yè)鏈都受到了沖擊，石油與化工行業(yè)也在這種形勢(shì)下積極推進(jìn)復(fù)工復(fù)產(chǎn)，使行業(yè)經(jīng)濟(jì)下滑情況得到了控制。油氣資源是國(guó)家的主要資源，是國(guó)家發(fā)展的主要支柱。但目前我國(guó)石油資源開(kāi)發(fā)利用效果并不理想，且石油的對(duì)外依賴性依然很大。在這樣的大背景下，必須不斷地提高國(guó)內(nèi)的油氣資源產(chǎn)出，并不斷地改善對(duì)環(huán)境的影響，從而提高油氣資源開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展[1]。

1 石油天然氣概況

在人類社會(huì)的發(fā)展中，天然氣和石油工業(yè)的興起使人類的生存環(huán)境得到了極大的改善。尤其是最近十多年來(lái)，天然氣和石油工業(yè)發(fā)展迅速。但目前油氣資源的開(kāi)采過(guò)程中仍有不少難題，例如如何有效地改善油氣資源的開(kāi)采過(guò)程，提高油氣資源的利用效率。

原油是一種具有燃燒性質(zhì)的、以含烴為基本成分的可燃性的油類礦物。這是一種由油脂組成的混合液，其形成工藝既繁瑣又漫長(zhǎng)。石油焦、蠟、石油化工產(chǎn)品、溶劑和石油中的石油類產(chǎn)品也可以作為石油產(chǎn)品和潤(rùn)滑油使用[2]。

天然氣是一種含有多種氣體的碳?xì)浠衔?，它?jīng)常出現(xiàn)于地層中，具有可燃性、無(wú)味、無(wú)色等特點(diǎn)，包括甲烷、丁烷、乙烷、乙烷、丙烷、異烷烴類、二氧化碳、惰性氣體、硫化氫和蒸汽。在實(shí)際使用中，要結(jié)合油田的實(shí)際情況和油氣開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行有效評(píng)價(jià)，并采用科學(xué)、合理的方式來(lái)提高我國(guó)油氣的開(kāi)發(fā)利用效率。

2 我國(guó)石油天然氣開(kāi)發(fā)技術(shù)的現(xiàn)狀

2.1 我國(guó)油氣資源探勘技術(shù)的現(xiàn)狀

常規(guī)的油氣資源勘探技術(shù)只能有效地尋找淺層資源，對(duì)于深層資源和海洋資源的勘探效果卻不明顯。隨著我國(guó)對(duì)油氣勘探技術(shù)的投入逐漸增大，學(xué)者們研發(fā)出了尋找深層資源和海洋資源更為有效的方式。在全球范圍內(nèi)，各國(guó)對(duì)淺層油氣資源的開(kāi)發(fā)已經(jīng)趨于飽和，研究的重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)移到了深層資源和海洋資源上。而我國(guó)技術(shù)的領(lǐng)先，卻多數(shù)是在淺層油氣資源上。盡管我國(guó)在勘探技術(shù)上的進(jìn)步明顯，但是對(duì)于海洋資源中深海地區(qū)的油氣勘探技術(shù)的相關(guān)研發(fā)卻沒(méi)有取得明顯突破。

2.2 我國(guó)油氣資源勘探開(kāi)發(fā)裝備的現(xiàn)狀

技術(shù)的進(jìn)步是油氣資源開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，但是勘探開(kāi)發(fā)裝備的發(fā)展對(duì)于油氣資源的開(kāi)發(fā)同樣重要。裝備的進(jìn)步能夠保障技術(shù)的實(shí)施，促進(jìn)油氣資源產(chǎn)量的提高。隨著我國(guó)科技的不斷發(fā)展進(jìn)步，油氣開(kāi)發(fā)裝備也取得了較為明顯的改變。例如，12000米鉆、X100級(jí)管線鋼等一系列裝備的出現(xiàn)，在很大程度上提高了石油的開(kāi)采量[3]。許多裝備較為先進(jìn)，走在了國(guó)際前列。正是這些裝備的出現(xiàn)為我國(guó)石油天然氣開(kāi)發(fā)技術(shù)的實(shí)施提供了可能性。

3 石油天然氣開(kāi)發(fā)工藝難點(diǎn)

3.1 稠油開(kāi)采難點(diǎn)

由于稠油具有較高的黏性，其流動(dòng)性較低，給其加工、運(yùn)輸和開(kāi)采造成困難。此外，由于原油中含有大量的瀝青、顆粒和膠質(zhì)化合物，因此易于形成網(wǎng)絡(luò)，從而導(dǎo)致黏度較低的原油凝固。重質(zhì)原油的上述特性，使其在采出時(shí)存在吸氣力差、回鍋不適等問(wèn)題[4]。

針對(duì)稠油的上述特性，國(guó)內(nèi)目前普遍采取冷采、熱采、鉆探等方法進(jìn)行開(kāi)發(fā)。熱開(kāi)采技術(shù)就是為了提高原油的流動(dòng)性，通過(guò)加熱來(lái)制造出高溫度的水蒸汽，通過(guò)熱分解和重整稠油，最后將其重新引入蒸汽，增加采油波及體，使其與油層中的油重新凝結(jié)、與油藏中的油充分結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)重油的稀化。但是，這樣的加熱器很可能會(huì)造成套管的損傷和破裂。低溫開(kāi)采技術(shù)采用了不加防沙、不加熱的方法，利用推進(jìn)器進(jìn)行開(kāi)采，其優(yōu)勢(shì)在于生成的泡沫油較為平穩(wěn)，可以增加石油產(chǎn)量。雙中空同軸棒熱采技術(shù)是目前油田開(kāi)發(fā)中的一項(xiàng)新技術(shù)，其工作原理是在中空棒內(nèi)部設(shè)置一個(gè)獨(dú)立的中空槽，在中空棒的末端各安裝一個(gè)接線柱。

前面提到的兩條路中，空鋼管的內(nèi)側(cè)導(dǎo)管由兩種不同材質(zhì)的材料組成，外側(cè)導(dǎo)管由優(yōu)質(zhì)的合金材料制成，中間用的是一種不超過(guò)2%的中空材料，構(gòu)成了一個(gè)完整的循環(huán)體系。通過(guò)對(duì)雙中空同軸連桿中的軟化水進(jìn)行加熱，從而改善了井下原油的溫度，從而減小了原油的黏性[5]。雙中空同軸連桿技術(shù)維修簡(jiǎn)單，熱效率高，綜合使用費(fèi)用低，值得大力推廣。

3.2 開(kāi)采煤層氣工藝難點(diǎn)

與傳統(tǒng)的天然氣儲(chǔ)藏方式相比，煤炭采掘具有明顯的差異。一般來(lái)說(shuō)，煤中的氣體主要有溶解狀態(tài)、吸附狀態(tài)和游離狀態(tài)。其中一部分自由氣體在煤體表面上附著，隨著煤體壓強(qiáng)的增加，從孔隙分移出來(lái)，并在煤體中向下擴(kuò)展，最后通過(guò)裂紋柵格到達(dá)了井下。

煤層瓦斯壓裂的支撐劑、液壓液、煤粉等都會(huì)對(duì)煤層氣體的壓裂產(chǎn)生一定的作用。采用支撐物可以確保高的滲透性，但在實(shí)際的采掘作業(yè)中，支架很可能會(huì)埋藏于基層，減少了損傷的范圍、逆向的容量。煤中的底板具有較大的吸附性，不易回復(fù)擴(kuò)張，而與煤的化學(xué)液體相接觸，則會(huì)對(duì)煤體的孔隙度和滲透性能產(chǎn)生不利影響。由于是低氣壓、低溫度的油藏，因此，煤層的反排會(huì)增加水力流動(dòng)的困難，妨礙了煤層氣的開(kāi)發(fā)。煤體與CO2的反應(yīng)很小，所以該技術(shù)不會(huì)對(duì)瓦斯開(kāi)采造成任何不利的后果。采用脈沖法對(duì)壓裂井筒和周邊徑向裂縫進(jìn)行加載，以提高儲(chǔ)氣區(qū)滲透性能，進(jìn)而提高采收率。

水壓噴射技術(shù)是一種新型的煤層氣開(kāi)采技術(shù)，將液壓密封技術(shù)、水壓破碎技術(shù)和油壓噴射技術(shù)相融合，使其在煤層中產(chǎn)生大量的空洞，從而使煤層的開(kāi)發(fā)工作更加高效。該技術(shù)既不會(huì)對(duì)地面產(chǎn)生較大的破壞，還能促進(jìn)裂縫的擴(kuò)展和生成，施工簡(jiǎn)便、工期短，安全系數(shù)要高得多。

3.3 原油處理工藝難點(diǎn)

3.3.1 原油的脫水處理

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)石油的脫水技術(shù)研究較多，但最常見(jiàn)的是采用沉淀法將石油從特殊設(shè)備中提取出來(lái)。該法采用水重油輕的原則，逐步將水沉淀，將油與水分離，從而實(shí)現(xiàn)原油的脫水。第二個(gè)辦法是熱的化學(xué)破乳，把破乳加入油里，一起加熱，使油的黏性下降，增加油與水稠度的差異。該法降低了含在水中的乳化劑的影響，可以更好地將油和水分開(kāi)。第三種方法為電除鹽破乳技術(shù)，通過(guò)高電壓的電場(chǎng)，使得小顆粒相互粘連，形成更大的液珠，在引力的影響下，加快沉降速度?；蛘咄ㄟ^(guò)直流電場(chǎng)力，將水凝聚到電極上，在引力的影響下，共同流下。此種方法被更多地采用。

3.3.2 原油電脫水器的使用和應(yīng)用

為了達(dá)到真正的脫水作用，還必須有相應(yīng)的原油脫水裝置。由于石油的脫水法是通過(guò)石油和水的沉淀來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此開(kāi)發(fā)出了許多具有高度抗壓性的高科技設(shè)備。在此基礎(chǔ)上，電干法是目前國(guó)內(nèi)使用效率最高、處理能力最強(qiáng)的一種原油脫水裝置。采用石油電解脫水機(jī)對(duì)輸油的含水率有很大的影響。目前國(guó)內(nèi)石油電解脫水機(jī)應(yīng)用最多的是水平型和橫向電動(dòng)機(jī)。原油進(jìn)入管道后，再通過(guò)噴射管道進(jìn)入電脫水機(jī)，在脫水機(jī)內(nèi)形成乳化液。其通過(guò)自重沉降后，通過(guò)靜電干燥機(jī)的內(nèi)電場(chǎng)，使乳化液發(fā)生凝聚，使其體積增大，從而達(dá)到了沉淀的目的，達(dá)到了脫水目的。

3.4 污水處理

當(dāng)前對(duì)已開(kāi)發(fā)的石油進(jìn)行了脫水處理，并對(duì)其進(jìn)行了特殊的處理。在處理工藝上，傳統(tǒng)的做法是將原油排出，并將廢水置于貯存箱內(nèi)，以排除沉渣的影響。在除去了這些乳化油脂以后，廢水再次被注射到一個(gè)緩沖器里，然后利用聚合物來(lái)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。大量的微粒和污油就會(huì)產(chǎn)生，這些淤渣會(huì)被混入水中，從而將淤泥排除，然后用來(lái)進(jìn)行過(guò)濾。把這些懸浮物除去，然后利用抽水機(jī)把經(jīng)過(guò)過(guò)濾的水再次灌進(jìn)管道進(jìn)行循環(huán)，最后獲得無(wú)雜質(zhì)、無(wú)油的廢水，從而實(shí)現(xiàn)廢水的回收。這不僅可以節(jié)省能量，還可以利用油氣資源。在油氣生產(chǎn)中，要通過(guò)抽提、脫油、廢水等工序，實(shí)現(xiàn)油氣資源的開(kāi)采和使用。在此流程中，各個(gè)環(huán)節(jié)都是重中之重，各個(gè)環(huán)節(jié)都需要不斷完善，以使油田的整體發(fā)展達(dá)到最佳狀態(tài)。通過(guò)對(duì)油田的脫水和廢水的優(yōu)化改造，可以有效地減少油田的開(kāi)采費(fèi)用，增加油田的產(chǎn)量，增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。而減少?gòu)U水對(duì)生態(tài)的影響，對(duì)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)保都有重大意義。

4 我國(guó)石油天然氣開(kāi)發(fā)技術(shù)取得的進(jìn)展

油氣管線的安全運(yùn)行是我國(guó)油氣管線安全的重要保證。這一技術(shù)在西氣東輸中起到了很好的效果，它可以通過(guò)調(diào)整管道的直徑來(lái)達(dá)到遠(yuǎn)距離運(yùn)輸?shù)哪康?，?jié)約了人力物力，并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)利益，為國(guó)家作出了巨大的貢獻(xiàn)。它對(duì)改善我國(guó)居民的生存環(huán)境、促進(jìn)社會(huì)的協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。

目前，國(guó)內(nèi)已著手制定較為完備的油氣資源開(kāi)采法律和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。我們必須建立一個(gè)符合時(shí)代演進(jìn)規(guī)律的新法規(guī)，對(duì)油氣開(kāi)采技術(shù)進(jìn)行規(guī)范，以保證油氣的高效使用。在此基礎(chǔ)上，更好地利用油氣資源，從而推動(dòng)我國(guó)油氣資源的發(fā)展，改變當(dāng)前油氣資源開(kāi)發(fā)狀況，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。

5 未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

虛擬技術(shù)在油氣勘探中的應(yīng)用包括虛擬顯示技術(shù)、儲(chǔ)層建模與解析、鉆探曲線的設(shè)計(jì)等。這些系統(tǒng)以虛擬技術(shù)和可視化技術(shù)為基礎(chǔ)，為油氣數(shù)字開(kāi)發(fā)、集成、網(wǎng)絡(luò)虛擬化以及協(xié)作開(kāi)發(fā)等方面的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。其可在一定程度上降低油氣資源開(kāi)采的不利影響，加速我國(guó)油氣資源的開(kāi)采與發(fā)展，緩解世界范圍內(nèi)的能源緊缺。航天遙感技術(shù)利用新的地震源、探測(cè)器和相關(guān)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)量。該天線陣構(gòu)成一個(gè)傳送網(wǎng)路，可為資料及管制信號(hào)傳送多條通路，結(jié)合無(wú)線電通信，方便偵查。航測(cè)技術(shù)對(duì)油氣勘探技術(shù)的發(fā)展起到了很好的推動(dòng)作用，與陸地勘探相比，有著特殊的優(yōu)越性，可以克服地表障礙的干擾，從而大大地改善了勘探工作的質(zhì)量和工作效率。在不同的操作系統(tǒng)上，利用SEG-Y的資料，將地震檢測(cè)的軟件導(dǎo)入一個(gè)服務(wù)器上，以生成二維和三維可視化的圖形。

根據(jù)石油和天然氣的特性，開(kāi)展了較為系統(tǒng)的油氣勘探地質(zhì)技術(shù)的研究和建設(shè)。利用地下地層的反射性資料，對(duì)油氣資源的分布及儲(chǔ)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，為油氣開(kāi)發(fā)利用提供充分的資料支持，提高國(guó)內(nèi)油氣開(kāi)發(fā)利用的效益。通過(guò)物探技術(shù)可以有效地開(kāi)展油氣資源的開(kāi)發(fā)，并在今后大規(guī)模推廣，從而推動(dòng)我國(guó)油氣資源的發(fā)展。

在國(guó)內(nèi)，可以采用GPS技術(shù)將有關(guān)油氣數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)中，可以根據(jù)GPS的基本原則來(lái)判斷出油井的具體方位，從而節(jié)約了很多人工。同時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)的推廣，大大提高了油田的開(kāi)發(fā)利用效果，可以對(duì)油氣的位置、形態(tài)、儲(chǔ)量等進(jìn)行精確的判斷，使國(guó)內(nèi)的油氣資源開(kāi)發(fā)技術(shù)得到了大幅度的提高，從而達(dá)到了保護(hù)油氣資源的目標(biāo)。

同時(shí)，海洋油氣資源的利用也有很大的發(fā)展空間。我國(guó)大多數(shù)的能源都集中于海洋。海洋鉆探技術(shù)可以有效地克服國(guó)內(nèi)高頻地震波的反射，從而探測(cè)到油層的位置。利用海上開(kāi)采技術(shù)，使我國(guó)油氣資源變得豐富，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。

6 結(jié)語(yǔ)

由于高質(zhì)量傳統(tǒng)油氣資源的儲(chǔ)備減少，油氣勘探開(kāi)發(fā)逐步向頁(yè)巖、超深水油氣、煤層氣、深水油氣等方向轉(zhuǎn)化，這些資源因成本高、工藝技術(shù)難度大，因而需對(duì)相關(guān)技術(shù)與流程進(jìn)行創(chuàng)新改造，實(shí)現(xiàn)油氣勘探開(kāi)發(fā)力度的穩(wěn)定增長(zhǎng)。本文針對(duì)上述問(wèn)題提出了一些有效的對(duì)策，并在以后的工作中不斷地進(jìn)行探討，以期找到更多的切實(shí)可行的途徑，促進(jìn)我國(guó)的石油開(kāi)采事業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。近年來(lái)，油氣勘探工作獲得了較好的效果。同時(shí)，我國(guó)將制定較為完備的法律法規(guī)，適應(yīng)和規(guī)范我國(guó)油氣開(kāi)發(fā)技術(shù)，維護(hù)我國(guó)的生態(tài)安全。