2023年國際石油十大科技進(jìn)展：天然氫認(rèn)識突破加速多國推行開發(fā)利用計劃、3000米深水鹽下勘探技術(shù)助推納米比亞深水重大發(fā)現(xiàn)、智能化油藏描述技術(shù)提高勘探開發(fā)的效率和精度、利用微生物發(fā)酵制取生物基己二酸技術(shù)取得重大進(jìn)展、基于生物轉(zhuǎn)化利用技術(shù)的二氧化碳制乙烯合成新工藝實現(xiàn)生物制造新的跨越、利用合成生物學(xué)技術(shù)開發(fā)的聚乳酸“負(fù)碳”生產(chǎn)工藝取得進(jìn)展、海洋低頻大容量氣槍震源研究取得突破、三維隨鉆測井技術(shù)助力提高復(fù)雜儲層精準(zhǔn)識別能力、內(nèi)部定向壓差工具開辟旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)新路線、環(huán)焊縫視覺檢測監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)管道焊接全過程監(jiān)控。

①天然氫認(rèn)識突破加速多國推行開發(fā)利用計劃

天然氫又稱“金氫”“白氫”“地質(zhì)氫”“天生氫”，是地質(zhì)過程中生成的氫，是真正意義上的零碳、可再生的一次能源，但天然氫具有賦存環(huán)境復(fù)雜、含量差異顯著、分布廣泛的特點。當(dāng)前，全球致力于實現(xiàn)能源脫碳、凈零排放，引發(fā)對天然氫研究和勘探的廣泛關(guān)注，多個國家制定了天然氫的開發(fā)和利用計劃。

主要技術(shù)進(jìn)展：(1)深化對天然氫的主要賦存地質(zhì)環(huán)境的認(rèn)識，包括蛇綠巖帶、裂谷環(huán)境、前寒武系富鐵地層等，其中蛇綠巖帶的天然氫含量較高，裂谷環(huán)境多數(shù)集中在大洋中脊區(qū)域，前寒武紀(jì)克拉通普遍代表一種缺氧富鐵的環(huán)境;(2)形成對天然氫形成機(jī)理的認(rèn)識，認(rèn)為在無機(jī)成因中深層巖漿、地幔深部脫氣、巖石破裂、蛇紋石化、水的輻解是天然氫在地質(zhì)形成過程的主要原因;(3)2020年估算，天然氫生成量為254±91億立方米/年;(4)建立與油氣成藏系統(tǒng)相類似的天然氫勘探方法，明確“生、儲、蓋、圈、運、保”等成藏要素，認(rèn)為相比于漫長的生烴過程，天然氫在人類時間尺度內(nèi)是可再生的。

澳大利亞、美國、法國、西班牙和俄羅斯等國家的油氣公司已在天然氫氣藏勘探研究上取得進(jìn)展。西非馬里成功地利用天然氫發(fā)電，盈虧平衡成本為0.5~0.7美元，為全球天然氫商業(yè)開發(fā)提供了參考范例。

②3000米深水鹽下勘探技術(shù)助推納米比亞深水重大發(fā)現(xiàn)

納米比亞位于非洲大陸最大的傳統(tǒng)產(chǎn)油國安哥拉和南非之間，其所處的大西洋兩岸被動陸緣是獲得油氣新發(fā)現(xiàn)的有利區(qū)域，但是經(jīng)過半個多世紀(jì)的勘探，未獲得大規(guī)模油氣發(fā)現(xiàn)，亟須加強(qiáng)深水區(qū)的地震識別技術(shù)攻關(guān)和成藏規(guī)律研究。

主要技術(shù)進(jìn)展：(1)創(chuàng)新被動大陸邊緣盆地上組合漂移層系相關(guān)油氣形成與成藏地質(zhì)理論，在下白堊統(tǒng)盆底扇砂巖和上白堊統(tǒng)深水濁積扇儲層中發(fā)現(xiàn)大規(guī)模輕質(zhì)原油，可采儲量達(dá)數(shù)十億桶;(2)形成深水區(qū)AVO三維地震的巖性和流體物性識別配套技術(shù)系列，實現(xiàn)水深超3000米區(qū)域的地層、巖性和流體的預(yù)測。

基于深水區(qū)AVO三維地震的巖性和流體物性識別技術(shù)，首次在非洲大陸西南部納米比亞境內(nèi)的奧蘭治次盆地深水-超深水區(qū)發(fā)現(xiàn)白堊系大規(guī)模輕質(zhì)油資源，可采儲量合計8億噸油當(dāng)量，有望在4年內(nèi)開展商業(yè)化開采工作。

③智能化油藏描述技術(shù)提高勘探開發(fā)的效率和精度

智能化油藏描述是石油行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型最重要的組成部分。2023年，SPE和IMAGE國際峰會分別推出新版智能化Petrel和PaleoScan軟件。近兩年，國際油公司的智能化油藏描述技術(shù)在構(gòu)造解釋、儲層預(yù)測和油藏表征等方面取得重大突破。

主要技術(shù)進(jìn)展：(1)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)應(yīng)用。CNN等深度學(xué)習(xí)模型在地震數(shù)據(jù)斷層構(gòu)造解釋、巖芯圖像和測井曲線等沉積學(xué)數(shù)據(jù)處理中取得顯著進(jìn)展，能夠自動學(xué)習(xí)和提取特征，從而有助于構(gòu)造和儲層描述;(2)多模態(tài)數(shù)據(jù)融合。AI技術(shù)能夠整合多種沉積學(xué)數(shù)據(jù)源，如地震、巖芯、測井?dāng)?shù)據(jù)和地層描述，提供更全面的沉積相分析，融合多模態(tài)數(shù)據(jù)可增加綜合地震地質(zhì)分析的準(zhǔn)確性;(3)智能化油藏屬性建模。深度學(xué)習(xí)可以用于預(yù)測油藏屬性，例如巖石孔隙度、滲透率、飽和度等。通過分析地質(zhì)和數(shù)據(jù)，深度學(xué)習(xí)模型可以提供更準(zhǔn)確的估計屬性，幫助決策者更好地理解地下油藏特征。

智能化油藏描述還在探索中，多項工作未形成明確的工作流程。智能化油藏描述技術(shù)在石油天然氣勘探和生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用前景，有望提高勘探開發(fā)的效率和精度。

④利用微生物發(fā)酵制取生物基己二酸技術(shù)取得重大進(jìn)展

以化石燃料為原料制備己二酸工藝存在設(shè)備腐蝕、環(huán)境污染等問題，國際大石油公司推出的以從農(nóng)作物秸稈等非食用生物質(zhì)中提取的糖制取生物基己二酸技術(shù)，不但實現(xiàn)了工藝原料綠色化，且無一氧化二氮氣體排放，在國際尚屬首創(chuàng)。

主要技術(shù)進(jìn)展：(1)結(jié)合微生物發(fā)酵技術(shù)和利用分離膜的化學(xué)純化技術(shù)，通過應(yīng)用基因工程技術(shù)重新“配置”微生物內(nèi)的代謝途徑，提高生產(chǎn)效率。采用生物信息學(xué)技術(shù)設(shè)計用于合成的最佳微生物發(fā)酵途徑，微生物合成的中間體數(shù)量自最初發(fā)現(xiàn)以來增加1000多倍，合成效率顯著提高;(2)采用反滲透分離膜濃縮提純中間體，分離和去除微生物發(fā)酵液中不需要的成分，相比傳統(tǒng)蒸發(fā)濃縮方法，能耗更低;(3)相比石油基己二酸生產(chǎn)，該過程不排放一氧化二氮。

該技術(shù)生產(chǎn)的生物基己二酸已用于尼龍66生產(chǎn)測試，計劃在2030年推動生物基己二酸的商業(yè)化應(yīng)用，有助于實現(xiàn)可持續(xù)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)。

⑤基于生物轉(zhuǎn)化利用技術(shù)的二氧化碳制乙烯合成新工藝實現(xiàn)生物制造新的跨越

傳統(tǒng)乙烯生產(chǎn)工藝是化學(xué)工業(yè)中二氧化碳排放的最大來源之一，也是最具挑戰(zhàn)性的脫碳工藝之一。在減碳壓力下，國際大石油公司利用捕集的二氧化碳，采用生物轉(zhuǎn)化技術(shù)生產(chǎn)乙烯的新工藝，低碳制備乙烯，實現(xiàn)傳統(tǒng)乙烯制備工藝的低碳化改造。

主要技術(shù)進(jìn)展：(1)從乙烯裂解爐的煙氣中捕集濃度達(dá)95%的二氧化碳并與氫氣混合，利用生物回收技術(shù)將捕集的廢碳轉(zhuǎn)化為乙醇，再由第二代、低成本的工藝將乙醇脫水為乙烯，該過程的乙烯選擇性超過99%，完全脫離化石能源，是目前最具挑戰(zhàn)性的脫碳工藝之一;(2)該技術(shù)中的二氧化碳制乙醇是一種基于微生物的碳回收技術(shù)，所用微生物能夠在沒有昂貴化學(xué)品和維生素的供養(yǎng)下吸收二氧化碳，并產(chǎn)生大量乙醇;(3)采用的乙醇脫水直接制取乙烯，與現(xiàn)有技術(shù)相比，成本低且工藝簡單，催化劑與傳統(tǒng)的氧化鋁基催化劑相比，可降低反應(yīng)溫度，提高選擇性。

該技術(shù)不僅沒有對糧食和水的供應(yīng)安全產(chǎn)生威脅，還可直接實現(xiàn)溫室氣體二氧化碳的消耗，且乙烯選擇性超99%，實現(xiàn)生物制造新的跨越。

⑥利用合成生物學(xué)技術(shù)開發(fā)的聚乳酸“負(fù)碳”生產(chǎn)工藝取得進(jìn)展

從源頭上生產(chǎn)可降解塑料代替?zhèn)鹘y(tǒng)塑料，被認(rèn)為是解決塑料污染問題的終極方案。聚乳酸(PLA)是目前最理想的代替?zhèn)鹘y(tǒng)塑料的可降解聚合物。PLA“負(fù)碳”生產(chǎn)工藝，為可降解塑料生產(chǎn)提供了可持續(xù)的發(fā)展策略。

主要技術(shù)進(jìn)展：(1)在光驅(qū)動藍(lán)細(xì)菌平臺上使用代謝工程和高密度培養(yǎng)的組合策略，首次建立自養(yǎng)微生物細(xì)胞工廠，在國際上首次以二氧化碳為原料，一步實現(xiàn)了PLA的生物合成;(2)與以往PLA的制造思路完全不同，該技術(shù)通過系統(tǒng)代謝工程，優(yōu)化關(guān)鍵酶的表達(dá)水平，解決了碳流重定向問題，在二氧化碳進(jìn)入細(xì)胞后，使碳最終流向PLA，同時突破了藍(lán)細(xì)菌本身生長密度和速度的局限，自主研發(fā)了一種新型光反應(yīng)器，對光譜做了系列優(yōu)化，并采用可控的漸變光強(qiáng)方式，使藍(lán)細(xì)菌細(xì)胞生長得更快、更密，將藍(lán)細(xì)菌的細(xì)胞密度提升了10倍，其產(chǎn)生的PLA濃度高達(dá)108毫克/升;(3)該技術(shù)下一步的研究重點是提高PLA的細(xì)胞干重占比，擬將細(xì)胞干重的比例進(jìn)一步提升到50%以上。

該技術(shù)開創(chuàng)了以非糧原料為基礎(chǔ)的新一代PLA工業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)思路，不僅可以解決塑料污染、生物制造的非糧原料替代問題，還在合成PLA的過程中直接捕集二氧化碳，助力“雙碳”目標(biāo)實現(xiàn)。

⑦海洋低頻大容量氣槍震源研究取得突破

隨著海洋油氣勘探目的層越來越深及全波形反演技術(shù)逐漸成熟，對低頻信號的需求推動低頻氣槍震源的發(fā)展。同時，隨著海洋環(huán)保要求提高，低頻震源成為減少海上作業(yè)對海洋生物影響的有效技術(shù)。近年來，海洋低頻大容量氣槍震源研究取得突破，部分震源已達(dá)到商業(yè)應(yīng)用水平。

主要技術(shù)進(jìn)展：(1)利用較長的激發(fā)氣室，在水中產(chǎn)生更大體積的氣泡，增加氣槍容量，有效提高震源信號的低頻成分，氣體容量可達(dá)幾千甚至幾萬立方英寸。調(diào)諧脈沖源(TPS)氣槍容量可達(dá)2.65萬立方英寸，能夠產(chǎn)生小于3赫茲的低頻信號;(2)采用特殊設(shè)計的槍口結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部激發(fā)運動結(jié)構(gòu)，降低大容量氣體的釋放速度，同時在較低的工作壓強(qiáng)下激發(fā)，進(jìn)一步減緩初始?xì)馀莸臄U(kuò)張速度，增加震源子波達(dá)到主脈沖峰值的時間，降低信號的中高頻成分，同時降低了聲壓級。

行業(yè)內(nèi)發(fā)展較快的TPS等大容量低頻氣槍震源進(jìn)行了多次采集試驗，與傳統(tǒng)氣槍震源相比獲得了更豐富的低頻信息。在全球海洋物探市場和全波形反演技術(shù)逐漸成熟的推動下，海洋低頻氣槍震源的研發(fā)優(yōu)化，將成為各大公司有力競爭的方向之一，具有較好的應(yīng)用前景。

⑧三維隨鉆測井技術(shù)助力提高復(fù)雜儲層精準(zhǔn)識別能力

隨鉆測井能夠及時獲得鉆遇地層特性。充分利用隨鉆測井資料，并結(jié)合地質(zhì)、地震等信息進(jìn)行復(fù)雜儲層的三維空間定量描述和表征預(yù)測，對油氣勘探開發(fā)具有重要意義。國際油服公司推出的三維隨鉆測井技術(shù)，在復(fù)雜儲層描述和精準(zhǔn)地質(zhì)導(dǎo)向等方面取得重要進(jìn)展。

主要技術(shù)進(jìn)展：(1)通過采集360°電磁張量數(shù)據(jù)并傳送至地面，利用云計算算法等數(shù)字化技術(shù)對大型數(shù)據(jù)集進(jìn)行反演，獲取實時的儲層三維電阻率剖面信息，并利用該信息校準(zhǔn)地震數(shù)據(jù)助力儲層建模;(2)能夠預(yù)測在井筒尺度上無法描述的地層形態(tài)，提供油藏尺度的流體體積、儲層和斷層信息，實現(xiàn)儲層空間的構(gòu)造描述，從而更好地認(rèn)識非均質(zhì)儲層和復(fù)雜油藏;(3)實時、高分辨率的儲層表征和預(yù)測，提供三維空間下更精準(zhǔn)的地質(zhì)導(dǎo)向決策，優(yōu)化完井和生產(chǎn)設(shè)計，既減少了總的鉆探時間，助力提速降本，又降低了碳排放。

三維隨鉆測井技術(shù)在中東、北美、北海等地區(qū)的不同地質(zhì)環(huán)境中進(jìn)行了廣泛的現(xiàn)場測試，取得顯著應(yīng)用效果：對砂道體進(jìn)行實時描述，實現(xiàn)最佳井眼軌跡和最大儲層接觸;通過描述儲層結(jié)構(gòu)和地層特征，提供油藏尺度認(rèn)識，優(yōu)化油田開發(fā)方案;通過整合多尺度測量數(shù)據(jù)，優(yōu)化井位設(shè)計，實現(xiàn)更精準(zhǔn)的地質(zhì)導(dǎo)向決策。

⑨內(nèi)部定向壓差工具開辟旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)新路線

應(yīng)用推靠式、指向式、混合式導(dǎo)向原理的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)均存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)及使用成本高等問題。國外公司推出一種全新的內(nèi)部定向壓差導(dǎo)向原理的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具。

主要技術(shù)進(jìn)展：(1)全新的導(dǎo)向原理，導(dǎo)向能力強(qiáng)。利用伯努利原理在鉆頭工作面產(chǎn)生液壓差，直接給鉆頭施加側(cè)向力，將鉆頭推向指定方向，實現(xiàn)鉆頭導(dǎo)向，導(dǎo)向能力強(qiáng)。在旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)模式、滑動鉆進(jìn)模式下，最大造斜能力分別達(dá)到15°/30米、30°/30米。(2)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，故障率低。工具長度極短，僅有1.52米、1.83米。它不像推靠式導(dǎo)向原理那樣需要使用活塞和推靠塊，也就不存在活塞和推靠塊容易出現(xiàn)的磨損與失效等問題。因結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，又沒有外部活動部件，可顯著降低故障率，耐溫能力提升至177攝氏度。

目前，這種利用伯努利原理開發(fā)完成的導(dǎo)向工具(SBER)已經(jīng)完成試驗場試驗，結(jié)果證明，能夠產(chǎn)生有效的導(dǎo)向力和高造斜率，為旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)開辟了一條新的技術(shù)路線。該工具因結(jié)構(gòu)簡單、可靠耐用、經(jīng)濟(jì)有效，有望得到推廣應(yīng)用。

⑩環(huán)焊縫視覺檢測監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)管道焊接全過程監(jiān)控

傳統(tǒng)焊接施工中使用焊機(jī)機(jī)械觸角/輪子或非接觸式激光三角測量系統(tǒng)定位焊縫，無法實現(xiàn)鎢極氬弧焊焊槍尖端與焊縫位置的動態(tài)監(jiān)測，不能實時測量焊縫與焊槍的動態(tài)偏移。國外公司2022年研發(fā)出焊接音頻處理工具監(jiān)控焊接參數(shù)，2023年開發(fā)出天然氣管道環(huán)焊縫視覺檢測監(jiān)測系統(tǒng)，利用攝像頭實時監(jiān)測，有效解決了鎢極氬弧焊焊槍尖端與焊縫動態(tài)偏移監(jiān)控問題。

主要技術(shù)進(jìn)展：(1)天然氣管道環(huán)焊縫視覺檢測監(jiān)測系統(tǒng)將高動態(tài)范圍焊縫攝像機(jī)與先進(jìn)的機(jī)器視覺測量軟件相結(jié)合，用以捕獲鎢極氬弧焊焊槍尖端、焊接電弧和焊縫特征;(2)在焊接過程中，天然氣管道環(huán)焊縫視覺檢測監(jiān)測系統(tǒng)可以實時監(jiān)測焊槍尖端位置，測量焊槍尖端與焊縫之間的相對偏移量，實時測量焊縫尺寸;(3)天然氣管道環(huán)焊縫視覺檢測監(jiān)測系統(tǒng)可以作為一個獨立的視覺解決方案，向操作人員提供實時圖像反饋，也可通過連接工廠控制器集成進(jìn)行閉環(huán)反饋控制。

天然氣管道環(huán)焊縫視覺檢測監(jiān)測系統(tǒng)為管道制造商提供全面的過程監(jiān)控解決方案，提高其焊接過程的質(zhì)量和可靠性，目前已用于歐洲部分管道建設(shè)項目，取得良好效果。

(關(guān)鍵字：國際 石油 進(jìn)展)