我國石油天然氣開發(fā)技術的現(xiàn)狀及難點分析

趙軒，周志祥

西安石油大學，陜西西安，710065

0 引言

由于我國油氣資源分布在山區(qū)和緯度較高的區(qū)域，油氣資源的開發(fā)難度較大。為此，應加強油氣開發(fā)技術，以達到降低開發(fā)困難、節(jié)約人力物力的耗費、實現(xiàn)資源化和循環(huán)再用的目的。同時，要健全法制，強化行政管理，規(guī)范發(fā)展；簡化開采技術，防范油氣開采中的非法行為。2022年全球供應鏈和產(chǎn)業(yè)鏈都受到了沖擊，石油與化工行業(yè)也在這種形勢下積極推進復工復產(chǎn)，使行業(yè)經(jīng)濟下滑情況得到了控制。油氣資源是國家的主要資源，是國家發(fā)展的主要支柱。但目前我國石油資源開發(fā)利用效果并不理想，且石油的對外依賴性依然很大。在這樣的大背景下，必須不斷地提高國內(nèi)的油氣資源產(chǎn)出，并不斷地改善對環(huán)境的影響，從而提高油氣資源開發(fā)的經(jīng)濟效益，促進國民經(jīng)濟的快速發(fā)展[1]。

1 石油天然氣概況

在人類社會的發(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，天然氣和石油工業(yè)發(fā)展迅速。但目前油氣資源的開采過程中仍有不少難題，例如如何有效地改善油氣資源的開采過程，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。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)品和潤滑油使用[2]。

天然氣是一種含有多種氣體的碳氫化合物，它經(jīng)常出現(xiàn)于地層中，具有可燃性、無味、無色等特點，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。在實際使用中，要結(jié)合油田的實際情況和油氣開發(fā)的特點，對其進行有效評價，并采用科學、合理的方式來提高我國油氣的開發(fā)利用效率。

2 我國石油天然氣開發(fā)技術的現(xiàn)狀

2.1 我國油氣資源探勘技術的現(xiàn)狀

常規(guī)的油氣資源勘探技術只能有效地尋找淺層資源，對于深層資源和海洋資源的勘探效果卻不明顯。隨著我國對油氣勘探技術的投入逐漸增大，學者們研發(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)，各國對淺層油氣資源的開發(fā)已經(jīng)趨于飽和，研究的重點逐漸轉(zhuǎn)移到了深層資源和海洋資源上。而我國技術的領先，卻多數(shù)是在淺層油氣資源上。盡管我國在勘探技術上的進步明顯，但是對于海洋資源中深海地區(qū)的油氣勘探技術的相關研發(fā)卻沒有取得明顯突破。

2.2 我國油氣資源勘探開發(fā)裝備的現(xiàn)狀

技術的進步是油氣資源開發(fā)的基礎，但是勘探開發(fā)裝備的發(fā)展對于油氣資源的開發(fā)同樣重要。裝備的進步能夠保障技術的實施，促進油氣資源產(chǎn)量的提高。隨著我國科技的不斷發(fā)展進步，油氣開發(fā)裝備也取得了較為明顯的改變。例如，12000米鉆、X100級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采量[3]。許多裝備較為先進，走在了國際前列。正是這些裝備的出現(xiàn)為我國石油天然氣開發(fā)技術的實施提供了可能性。

3 石油天然氣開發(fā)工藝難點

3.1 稠油開采難點

由于稠油具有較高的黏性，其流動性較低，給其加工、運輸和開采造成困難。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，從而導致黏度較低的原油凝固。重質(zhì)原油的上述特性，使其在采出時存在吸氣力差、回鍋不適等問題[4]。

針對稠油的上述特性，國內(nèi)目前普遍采取冷采、熱采、鉆探等方法進行開發(fā)。熱開采技術就是為了提高原油的流動性，通過加熱來制造出高溫度的水蒸汽，通過熱分解和重整稠油，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，以實現(xiàn)對重油的稀化。但是，這樣的加熱器很可能會造成套管的損傷和破裂。低溫開采技術采用了不加防沙、不加熱的方法，利用推進器進行開采，其優(yōu)勢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是目前油田開發(fā)中的一項新技術，其工作原理是在中空棒內(nèi)部設置一個獨立的中空槽，在中空棒的末端各安裝一個接線柱。

前面提到的兩條路中，空鋼管的內(nèi)側(cè)導管由兩種不同材質(zhì)的材料組成，外側(cè)導管由優(yōu)質(zhì)的合金材料制成，中間用的是一種不超過2%的中空材料，構(gòu)成了一個完整的循環(huán)體系。通過對雙中空同軸連桿中的軟化水進行加熱，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維修簡單，熱效率高，綜合使用費用低，值得大力推廣。

3.2 開采煤層氣工藝難點

與傳統(tǒng)的天然氣儲藏方式相比，煤炭采掘具有明顯的差異。一般來說，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，隨著煤體壓強的增加，從孔隙分移出來，并在煤體中向下擴展，最后通過裂紋柵格到達了井下。

煤層瓦斯壓裂的支撐劑、液壓液、煤粉等都會對煤層氣體的壓裂產(chǎn)生一定的作用。采用支撐物可以確保高的滲透性，但在實際的采掘作業(yè)中，支架很可能會埋藏于基層，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，不易回復擴張，而與煤的化學液體相接觸，則會對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，煤層的反排會增加水力流動的困難，妨礙了煤層氣的開發(fā)。煤體與CO2的反應很小，所以該技術不會對瓦斯開采造成任何不利的后果。采用脈沖法對壓裂井筒和周邊徑向裂縫進行加載，以提高儲氣區(qū)滲透性能，進而提高采收率。

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

3.3 原油處理工藝難點

3.3.1 原油的脫水處理

目前，國內(nèi)外對石油的脫水技術研究較多，但最常見的是采用沉淀法將石油從特殊設備中提取出來。該法采用水重油輕的原則，逐步將水沉淀，將油與水分離，從而實現(xiàn)原油的脫水。第二個辦法是熱的化學破乳，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。第三種方法為電除鹽破乳技術，通過高電壓的電場，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。或者通過直流電場力，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用

為了達到真正的脫水作用，還必須有相應的原油脫水裝置。由于石油的脫水法是通過石油和水的沉淀來實現(xiàn)的，因此開發(fā)出了許多具有高度抗壓性的高科技設備。在此基礎上，電干法是目前國內(nèi)使用效率最高、處理能力最強的一種原油脫水裝置。采用石油電解脫水機對輸油的含水率有很大的影響。目前國內(nèi)石油電解脫水機應用最多的是水平型和橫向電動機。原油進入管道后，再通過噴射管道進入電脫水機，在脫水機內(nèi)形成乳化液。其通過自重沉降后，通過靜電干燥機的內(nèi)電場，使乳化液發(fā)生凝聚，使其體積增大，從而達到了沉淀的目的，達到了脫水目的。

3.4 污水處理

當前對已開發(fā)的石油進行了脫水處理，并對其進行了特殊的處理。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緩沖器里，然后利用聚合物來發(fā)生化學反應。大量的微粒和污油就會產(chǎn)生，這些淤渣會被混入水中，從而將淤泥排除，然后用來進行過濾。把這些懸浮物除去，然后利用抽水機把經(jīng)過過濾的水再次灌進管道進行循環(huán)，最后獲得無雜質(zhì)、無油的廢水，從而實現(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，要通過抽提、脫油、廢水等工序，實現(xiàn)油氣資源的開采和使用。在此流程中，各個環(huán)節(jié)都是重中之重，各個環(huán)節(jié)都需要不斷完善，以使油田的整體發(fā)展達到最佳狀態(tài)。通過對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采費用，增加油田的產(chǎn)量，增加企業(yè)的經(jīng)濟效益。而減少廢水對生態(tài)的影響，對經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)保都有重大意義。

4 我國石油天然氣開發(fā)技術取得的進展

油氣管線的安全運行是我國油氣管線安全的重要保證。這一技術在西氣東輸中起到了很好的效果，它可以通過調(diào)整管道的直徑來達到遠距離運輸?shù)哪康?，?jié)約了人力物力，并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟利益，為國家作出了巨大的貢獻。它對改善我國居民的生存環(huán)境、促進社會的協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。

目前，國內(nèi)已著手制定較為完備的油氣資源開采法律和技術標準。我們必須建立一個符合時代演進規(guī)律的新法規(guī)，對油氣開采技術進行規(guī)范，以保證油氣的高效使用。在此基礎上，更好地利用油氣資源，從而推動我國油氣資源的發(fā)展，改變當前油氣資源開發(fā)狀況，促進可持續(xù)發(fā)展。

5 未來發(fā)展趨勢

虛擬技術在油氣勘探中的應用包括虛擬顯示技術、儲層建模與解析、鉆探曲線的設計等。這些系統(tǒng)以虛擬技術和可視化技術為基礎，為油氣數(shù)字開發(fā)、集成、網(wǎng)絡虛擬化以及協(xié)作開發(fā)等方面的應用奠定了基礎。其可在一定程度上降低油氣資源開采的不利影響，加速我國油氣資源的開采與發(fā)展，緩解世界范圍內(nèi)的能源緊缺。航天遙感技術利用新的地震源、探測器和相關軟件來實現(xiàn)遠距離測量。該天線陣構(gòu)成一個傳送網(wǎng)路，可為資料及管制信號傳送多條通路，結(jié)合無線電通信，方便偵查。航測技術對油氣勘探技術的發(fā)展起到了很好的推動作用，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，將地震檢測的軟件導入一個服務器上，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，開展了較為系統(tǒng)的油氣勘探地質(zhì)技術的研究和建設。利用地下地層的反射性資料，對油氣資源的分布及儲量進行評價，為油氣開發(fā)利用提供充分的資料支持，提高國內(nèi)油氣開發(fā)利用的效益。通過物探技術可以有效地開展油氣資源的開發(fā)，并在今后大規(guī)模推廣，從而推動我國油氣資源的發(fā)展。

在國內(nèi)，可以采用GPS技術將有關油氣數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)中，可以根據(jù)GPS的基本原則來判斷出油井的具體方位，從而節(jié)約了很多人工。同時，這項技術的推廣，大大提高了油田的開發(fā)利用效果，可以對油氣的位置、形態(tài)、儲量等進行精確的判斷，使國內(nèi)的油氣資源開發(fā)技術得到了大幅度的提高，從而達到了保護油氣資源的目標。

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

6 結(jié)語

由于高質(zhì)量傳統(tǒng)油氣資源的儲備減少，油氣勘探開發(fā)逐步向頁巖、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、工藝技術難度大，因而需對相關技術與流程進行創(chuàng)新改造，實現(xiàn)油氣勘探開發(fā)力度的穩(wěn)定增長。本文針對上述問題提出了一些有效的對策，并在以后的工作中不斷地進行探討，以期找到更多的切實可行的途徑，促進我國的石油開采事業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。近年來，油氣勘探工作獲得了較好的效果。同時，我國將制定較為完備的法律法規(guī)，適應和規(guī)范我國油氣開發(fā)技術，維護我國的生態(tài)安全。