經(jīng)研院石油科技研究所研究團隊認為，全球油氣資源潛力依然巨大，但面臨著一系列新形勢和新挑戰(zhàn)。第一，超級盆地有望引領(lǐng)老油區(qū)重新崛起。在含油氣盆地累積產(chǎn)量和可采儲量都超過50億桶油當量，產(chǎn)量進入平臺期或下
降期時，通過轉(zhuǎn)變勘探開發(fā)思路，重新認識盆地，可使其產(chǎn)量保持平穩(wěn)或不降反升。美國頁巖革命就是一個很好的例子，使百年超級盆地“煥發(fā)青春”。據(jù)統(tǒng)計，全球有25個超級盆地(2017年其石油產(chǎn)量占全球35%)，包括中國的渤海灣和松遼盆地。第二，非常規(guī)油氣正在有效接替常規(guī)油氣。除北美之外，中國成為非常規(guī)油氣資源大規(guī)模商業(yè)化開發(fā)的領(lǐng)先者。第三，新區(qū)新領(lǐng)域面臨更深、更遠、更極端環(huán)境等挑戰(zhàn)。深水、深層、天然氣水合物和極地是滿足未來油氣需求的儲備力量，也是未來上游技術(shù)攻關(guān)的重點和難點。深水正在成為儲量發(fā)現(xiàn)爆發(fā)的新熱點。第四，天然氣發(fā)展進入黃金期。天然氣作為資源可靠、價格可承受、發(fā)展可持續(xù)的優(yōu)質(zhì)能源，迎來黃金發(fā)展期，需求量和在一次能源中的占比持續(xù)增長，被石油公司視作未來業(yè)務(wù)發(fā)展的戰(zhàn)略重點。第五，以智能化為代表的油氣技術(shù)革命拉開序幕。智能鉆井、納米驅(qū)油、原位改質(zhì)等新一代勘探開發(fā)智能化技術(shù)體系正在形成，新一輪技術(shù)革命蓄勢待發(fā)。
技術(shù)創(chuàng)新始終是世界石油工業(yè)發(fā)展進步的動力源泉。正如經(jīng)研院副院長呂建中所說，石油工業(yè)歷史上的每一次跨越，幾乎都得益于技術(shù)革命的推動，技術(shù)必將主導(dǎo)未來。那么，影響油氣未來的潛力技術(shù)到底有哪些呢?
1
智慧地質(zhì)
大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)與地質(zhì)勘探的融合發(fā)展，不斷提升地質(zhì)勘探的數(shù)字化水平，“地質(zhì)云”平臺的建立就是這一進程中的一個重要里程碑。借助“地質(zhì)云”平臺可實現(xiàn)地質(zhì)調(diào)查信息高效共享和精準服務(wù)，地質(zhì)調(diào)查管理業(yè)務(wù)一體化和協(xié)同化，國內(nèi)外地學(xué)科研信息的交流與多方協(xié)同。展望未來，人工智能與地質(zhì)研究的深度融合，將催生出智慧地質(zhì)，實現(xiàn)由地質(zhì)大數(shù)據(jù)向智慧地質(zhì)的升級。智慧地質(zhì)涉及地球的各個圈層，涉及地球形成與演化的歷史，地球的物質(zhì)組成及其變化，礦產(chǎn)資源的形成、勘查與開發(fā)利用，人類環(huán)境的破壞、修復(fù)和保護等。智慧地質(zhì)為礦物學(xué)提供關(guān)于去哪里尋找和尋找什么的可視化線索，開創(chuàng)礦物學(xué)的全新方向。智慧地質(zhì)在油氣行業(yè)中，將更高效地圈定最具潛力的區(qū)域、儲層和井位，提高探井成功率，促進增儲上產(chǎn)。
2
智能油田
數(shù)字油田經(jīng)過20多年的發(fā)展，油氣田開發(fā)已初步實現(xiàn)了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、自動化，并開始向著智能化的目標邁進，也就是從最開始的油田歷史數(shù)據(jù)歸檔管理以及生產(chǎn)、管理、經(jīng)營數(shù)據(jù)的實時采集及存儲，到將油田員工、油井、設(shè)備等信息加以集成，實現(xiàn)互通互聯(lián)、統(tǒng)一管理，再到生產(chǎn)數(shù)據(jù)的自動采集、傳輸和儲存，油井及設(shè)備的遠程控制、自動優(yōu)化，自動報警、自動關(guān)停，最終實現(xiàn)利用已有的大量知識及經(jīng)驗對油田進行智能化開發(fā)的目的。相應(yīng)地，數(shù)字油田技術(shù)的應(yīng)用范圍也逐漸從井筒、油井擴展到油氣藏、油氣田，并將最終實現(xiàn)全資產(chǎn)的覆蓋。智能油田是數(shù)字油田未來的發(fā)展方向，未來將以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)智能分析控制平臺為中心，無論固定資產(chǎn)、移動設(shè)備還是工作人員都將成為數(shù)據(jù)的收集者和接受者并直接同控制中心建立聯(lián)系。智能控制中心結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)，通過分析海量的數(shù)據(jù)實時完成資源的合理調(diào)配、生產(chǎn)優(yōu)化運行、故障判斷、風險預(yù)警等，最終實現(xiàn)全部油田資產(chǎn)的智能化開發(fā)運營。
3
納米智能驅(qū)油技術(shù)
納米技術(shù)與提高采收率技術(shù)(EOR)融合集成，可解決傳統(tǒng)EOR技術(shù)不能解決或難以解決的問題，如波及效率低、費用昂貴、苛刻環(huán)境下的不適應(yīng)性及潛在的儲層傷害等。納米智能驅(qū)油技術(shù)的研發(fā)思路是：納米驅(qū)油劑“尺寸足夠小”，能夠基本實現(xiàn)全油藏波及;“強憎水強親油”，遇水排斥，遇油親和，具有自驅(qū)動力，能夠?qū)崿F(xiàn)智能找油;“分散油聚并”，能夠捕集分散油，形成油墻或富油帶并被驅(qū)出。納米智能驅(qū)油技術(shù)有望成為提高采收率的戰(zhàn)略接替技術(shù)，預(yù)期將大幅度提高最終采收率，具有廣闊的應(yīng)用前景。
未來油田開發(fā)將以納米材料為基礎(chǔ)，以化學(xué)改性為手段，在同一納米材料上集成多種功能，真正賦予納米材料“目標性”與“智能性”，將“一劑多能”“一劑多用”變?yōu)楝F(xiàn)實。
4
井下油水分離技術(shù)
高含水是成熟油田面臨的重大挑戰(zhàn)之一，高含水油井開采過程中產(chǎn)液量高、含水率高，而且產(chǎn)液量與產(chǎn)油量成正比。為了增加產(chǎn)油量，一般采取大泵抽汲開采方式。這種方式所面臨問題是巨大的油水日處理量導(dǎo)致開采成本上升，而污水處理也會帶來潛在的環(huán)境問題。井下油水分離技術(shù)是將油水混合物在井下直接分離，石油、天然氣和剩余水被開采出地面，地面產(chǎn)出液大幅降低，含水率大幅下降，可極大緩解地面處理站油水處理壓力，降低潛在的環(huán)境風險，是實現(xiàn)高含水油田經(jīng)濟穩(wěn)定開發(fā)的有效措施之一。該技術(shù)正朝著結(jié)構(gòu)小型化、功能集約化、管理智能化的方向發(fā)展，將開辟“井下工廠”開發(fā)新模式。
5
地下原位改質(zhì)技術(shù)
地下原位改質(zhì)是指通過對地下儲層進行高溫加熱，將固體干酪根轉(zhuǎn)換為輕質(zhì)液態(tài)烴，再通過傳統(tǒng)工藝將液態(tài)烴從地下開采出來的方法。地下原位改質(zhì)技術(shù)具有不受地質(zhì)條件限制、地下轉(zhuǎn)化輕質(zhì)油、高采出程度、低污染等優(yōu)點。殼牌公司地下原位改質(zhì)技術(shù)采用小間距井下電加熱器循序均勻地將地層加熱到轉(zhuǎn)化溫度。該技術(shù)通過緩慢加熱提升產(chǎn)出油氣的質(zhì)量，相對于其他工藝可以回收極深巖層中的頁巖油，并減少地表污染，同時省去地下燃燒過程，減少對環(huán)境的危害。為了避免對地下水的污染，殼牌公司開發(fā)了獨有的冷凍墻技術(shù)，可以避免生產(chǎn)區(qū)域在頁巖加熱、油氣采出和后期清理過程中地下水的侵入。根據(jù)加熱器間距和加熱速度，對于一個商業(yè)開采項目，將地層加熱到轉(zhuǎn)化溫度的時間估計為2～4年。根據(jù)試驗結(jié)果，該電加熱原位改質(zhì)工藝所生產(chǎn)油氣的能量值是所消耗能量的3倍。地下原位改質(zhì)技術(shù)一旦規(guī)?；瘧?yīng)用，將對重質(zhì)油、頁巖油和油頁巖開采具有革命性意義。
6
高精準智能壓裂
近年來，水平井分段壓裂呈現(xiàn)壓裂段數(shù)越來越多、支撐劑和壓裂液用量越來越大的發(fā)展趨勢。從長遠看，實現(xiàn)壓裂段數(shù)少、精、準，才是水力壓裂技術(shù)的理想目標。目前業(yè)界在探索大數(shù)據(jù)、人工智能指導(dǎo)下的高精準壓裂技術(shù)和布縫優(yōu)化技術(shù)，但是真正能夠“聞著氣味”走的壓裂技術(shù)還有待研究和突破。美國Quantico能源公司利用人工智能技術(shù)，將靜態(tài)模型與地球物理解釋緊密耦合，對不良數(shù)據(jù)進行質(zhì)量控制，形成高精度預(yù)測模型，用于壓裂設(shè)計，在二疊紀盆地和巴肯的100多口油井中使用了該項技術(shù)。與鄰井對比結(jié)果表明，優(yōu)化后的完井方案不僅可以使產(chǎn)量提高10%—40%，還可以降低整體壓裂作業(yè)成本。
隨著“甜點”識別、壓裂監(jiān)測技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，未來的高精準智能壓裂技術(shù)有望使每一級壓裂都壓在油氣“甜點”上，對降本增效意義重大。
7
浮式LNG裝置(FLNG)
當前主流的浮式生產(chǎn)裝置有四大類：FPSO、半潛式平臺(Semi)、張力腿平臺(TLP)和Spar(深吃水立柱式平臺)。FPSO是應(yīng)用最廣泛的一種浮式生產(chǎn)裝置，2018年全球大約有180艘FPSO在役。經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展，浮式生產(chǎn)裝置的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)成熟，并持續(xù)升級換代，TLP平臺已發(fā)展到第3代，Spar平臺已發(fā)展到第4代。這些浮式生產(chǎn)裝置適合的油氣生產(chǎn)模式是：海底生產(chǎn)系統(tǒng)+浮式生產(chǎn)裝置+油氣管道;海底生產(chǎn)系統(tǒng)+浮式生產(chǎn)裝置+穿梭油輪。在缺乏海底管道設(shè)施的海域，為高效開發(fā)邊際氣田、遠海氣田和深水氣田，國外正大力發(fā)展浮式LNG裝置(FLNG)，它集天然氣生產(chǎn)、處理、液化、儲存、卸載功能于一體，開創(chuàng)了一種新的海上天然氣開采方式。目前全球已有兩艘浮式LNG裝置投入使用(其中一艘FLNG裝置位于馬來西亞沙撈越海上;另一艘位于澳大利亞Browse盆地，離岸200公里，實際作業(yè)水深250米，其長度488米，寬度74米，年生產(chǎn)能力LNG360萬噸，LPG40萬噸，儲存能力43.75萬立方米)。未來有越來越多的FLNG裝置投入運營，推動海上邊際氣田、遠海氣田和深水氣田的高效開發(fā)。
8
海域天然氣水合物安全高效低成本開發(fā)技術(shù)
全球海域天然氣水合物資源量巨大，經(jīng)過長期的技術(shù)研發(fā)，中國、日本等國已成功試采，未來十年將有越來越多的國家進行試采。中國、美國、日本、印度、加拿大、德國、法國、英國等30多個國家都在大力開展技術(shù)攻關(guān)，以期實現(xiàn)天然氣水合物的商業(yè)開采。商業(yè)開采海域天然氣水合物面臨的最大挑戰(zhàn)一是成本問題，二是安全環(huán)保問題。為解決這些問題，需要應(yīng)用一系列的顛覆性技術(shù)裝備。淺表層天然氣水合物將主要應(yīng)用鉸吸法進行開采，埋藏較深的天然氣水合物將應(yīng)用鉆井法進行開采。
開采天然氣水合物的井在海底以下的深度不會超過1000米，如用當今的大型浮式鉆井裝置(鉆井船或半潛式鉆井平臺)及大型鉆機，則實屬大材小用，極不經(jīng)濟。因此，為降低鉆井成本，必須應(yīng)用成套的安全高效低成本技術(shù)裝備，比如定制的小型浮式平臺、復(fù)合連續(xù)管鉆機、連續(xù)管鉆井、復(fù)合材料隔水管等，甚至實施無隔水管鉆井。
天然氣水合物的商業(yè)開采將開啟一個嶄新的時代——天然氣水合物時代，屆時天然氣水合物將成為全球天然氣產(chǎn)量的重要接替資源。
9
壓縮感知地震勘探技術(shù)
油氣勘探目標日益復(fù)雜化，對地震數(shù)據(jù)精細化要求不斷增加。高密度地震數(shù)據(jù)采集可滿足地震信號的采樣需求，但生產(chǎn)成本過高?；趬嚎s感知理論的地震數(shù)據(jù)高效采集方法，突破了奈奎斯特采樣定理的限制，是地震采集實現(xiàn)降本增效的一個重要方法，將推動同步震源混采技術(shù)的快速發(fā)展，同時帶動相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理、成像技術(shù)的發(fā)展。
陸上、海上同步震源混合采集快速發(fā)展，為地震采集降本增效奠定了基礎(chǔ)，BP、斯倫貝謝、東方地球物理公司在同步震源混合采集方面取得了重大技術(shù)進展?？捣乒驹趬嚎s感知地震采集、處理和成像方面進行了多項研究，并開發(fā)出了一套關(guān)鍵的集成技術(shù)系列，即壓縮地震成像(CSI)技術(shù)，其中主要包括非規(guī)則優(yōu)化采樣(NUOS)技術(shù)、混源采集技術(shù)、數(shù)據(jù)重建技術(shù)等，并完成了商業(yè)應(yīng)用。應(yīng)用結(jié)果證明，CSI技術(shù)在滿足處理、成像、AVO分析的基礎(chǔ)上，大大提高了采集效率，縮短了施工周期。在阿拉斯加陸上可控震源地震勘探項目中，利用NUOS采樣方法，克服了季節(jié)、環(huán)境的限制，大幅提高了采集效率，經(jīng)過數(shù)據(jù)重建與數(shù)據(jù)處理，獲得了高分辨率圖像。
10
人工智能地震解釋技術(shù)
地震解釋的速度和精度在勘探工作流程中至關(guān)重要。傳統(tǒng)的地震解釋方法越來越難以應(yīng)對海量的地震勘探數(shù)據(jù)。為此，國外已經(jīng)有公司開始將機器學(xué)習應(yīng)用于地震解釋。例如，Geophysical Insights公司利用機器學(xué)習與大數(shù)據(jù)分析進行地震屬性分析，將地震多屬性分析機器學(xué)習技術(shù)應(yīng)用于薄層解釋等方面，減少地震解釋的不確定性，推動定量解釋的發(fā)展。2017年，帕拉代姆公司開始了基于機器學(xué)習的地震解釋技術(shù)的應(yīng)用，用多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)做巖相預(yù)測。該公司開發(fā)了用于巖相分類的機器學(xué)習算法，并嵌入SeisEarth解釋平臺，通過概率的方法得到巖相數(shù)據(jù)體來描述巖相類型和分布。這種方法運行速度快，減少人力，能夠在量化不確定性分析時減少猜測，提供更加穩(wěn)定的油藏描述結(jié)果。應(yīng)用巖相分類的機器學(xué)習算法對美國以外地區(qū)二疊紀地層數(shù)據(jù)進行分析，獲得了由各類巖性組成的3D地質(zhì)體?；谌斯ぶ悄芗夹g(shù)的地震解釋，充分利用海量數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析，大大縮短模型處理的時間，改善地震道屬性的實時計算以及復(fù)雜地區(qū)盆地的視覺分析，獲得更精確的地下信息，提高鉆探成功率。
11
彈性波成像技術(shù)
使用彈性波方程延拓后得到的多分量波場包含縱波信息。彈性波成像技術(shù)作為基于彈性波理論的地震勘探技術(shù)的重要分支，是近些年地球物理領(lǐng)域研究重點。彈性波成像技術(shù)可以分為兩類，一類以標量波場理論為基礎(chǔ);另一類以矢量波場理論為基礎(chǔ)，矢量輸入、輸出，可以更好地保證地震資料的原始信息。彈性波成像技術(shù)目前仍處于理論研究階段，近幾年彈性波逆時偏移等研究不斷深入。
彈性波成像技術(shù)是改進彈性波全波形反演及成像的效果，為儲層預(yù)測提供更加翔實的資料，并將推動基于彈性波理論的矢量地震勘探技術(shù)的發(fā)展。研發(fā)矢量信號處理、矢量噪聲壓制、縱橫波聯(lián)合初始速度建模等關(guān)鍵技術(shù)，改進彈性波全波形反演及成像的效果，實現(xiàn)九分量地震資料處理能力是今后研究重點。以三維彈性波正演為突破口，與高性能計算技術(shù)深度結(jié)合，可以大幅提升彈性波全波形反演和成像的效率與精度。
12
隨鉆前探/遠探技術(shù)
隨鉆前探/遠探技術(shù)有利于隨鉆油藏描述和隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向，有利于及時識別前方的“甜點”及儲層邊界，有利于及時調(diào)整井眼軌跡和鉆井工程參數(shù)，更好地引導(dǎo)鉆頭鉆達“甜點”，提高儲層鉆遇率和單井產(chǎn)量。隨鉆前探技術(shù)主要包括隨地震前探技術(shù)和隨鉆方位電磁波前探技術(shù)兩類，隨鉆聲波前探技術(shù)尚處于研究階段。2016年斯倫貝謝推出的EMLA樣機前探距離達到30米。隨鉆遠探技術(shù)可以探測井筒周圍數(shù)十米距離內(nèi)的流體、油藏邊界，提供隨鉆油藏描繪、地質(zhì)導(dǎo)向功能。2015年斯倫貝謝推出GeoSphere服務(wù)，探測深度達30米，與包括SpectraSphere井下流體分析服務(wù)在內(nèi)的整套隨鉆測井技術(shù)以及地表測井技術(shù)結(jié)合使用，可產(chǎn)生了一個真正的油藏結(jié)構(gòu)與流體測繪圖，有利于優(yōu)化井位，最大化油藏接觸，改善油田開發(fā)方案。2018年哈里伯頓推出的EarthStar服務(wù)，將探測距離提高到了61米。展望未來，隨鉆前探/遠探技術(shù)將探測得更多、更準、更遠、更快，在隨鉆油藏描述和隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向方面將發(fā)揮更大的作用，并成為未來智能鉆井、智能油田的重要組成部分，進一步提高單井產(chǎn)量，降低噸油成本。
13
光纖測井技術(shù)
光纖材料具有抗電磁干擾、抗環(huán)境噪聲、電氣絕緣性及自身安全性等特點，廣泛應(yīng)用于井下惡劣環(huán)境中的儲層參數(shù)測量。用于油氣井監(jiān)測的光纖傳感技術(shù)主要有：分布式溫度傳感、分布式應(yīng)力傳感和分布式聲波傳感，它們處于不同的發(fā)展階段。其中，分布式溫度傳感器最成熟，已經(jīng)有近20年的井下應(yīng)用歷史。
除分布式傳感器，單點光纖溫度和壓力測量已經(jīng)商業(yè)化應(yīng)用，分布式壓力傳感器還處于開發(fā)階段。
未來的油氣井檢測將因光纖技術(shù)的進步而發(fā)生重大改變：在井的全生產(chǎn)周期內(nèi)沿井筒進行連續(xù)測量，實現(xiàn)永久性監(jiān)測;即使在惡劣環(huán)境下，也可以提供全面的井下生產(chǎn)數(shù)據(jù);在不影響油氣生產(chǎn)的前提下，降低探測氣、水突破，識別套后竄流，探測泄漏，檢測各種管柱及完井設(shè)備的完整性。
光纖測井技術(shù)的應(yīng)用有利于促進智能完井、數(shù)字油田的發(fā)展。
14
耐超高溫井下儀器及工具
為應(yīng)對井下高溫高壓，需要使用耐高溫高壓的井下儀器、工具和材料，比如MWD、LWD、近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向儀、井下電池、鉆頭、鉆井液、導(dǎo)向工具、固井水泥、井下管材、完井工具等等。隨著技術(shù)的進步，井下工具、儀器、材料的耐溫耐壓能力持續(xù)提升。例如，國外MWD/LWD、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)、 螺桿鉆具的最高耐溫能力已分別達到200攝氏度、200攝氏度、230攝氏度，鉆井液的最高耐溫能力已達260攝氏度左右。
未來十年，隨著石墨烯等新材料的引入以及封裝、冷卻、絕緣等技術(shù)的發(fā)展，井下儀器、工具的耐溫能力將整體超過230攝氏度，甚至有望達到300攝氏度，將有力推動深層超深層油氣勘探開發(fā)和高溫地熱開發(fā)利用。
15
智能鉆井
未來的智能鉆井主要由智能鉆機、井下智能導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)、現(xiàn)場智能控制平臺、遠程智能控制中心組成，它們構(gòu)成一個有機的整體，實現(xiàn)閉環(huán)控制。具有機器學(xué)習能力的智能鉆臺機器人和智能排管機器人將取代鉆臺工和井架工，實現(xiàn)鉆井作業(yè)的少人化。司機也能從復(fù)雜的操作中解放出來，現(xiàn)場智能控制平臺將代替司機完成所有操控，司機不必長時間坐在操作椅上，只是在一些特殊情況下才接管現(xiàn)場操作。地質(zhì)導(dǎo)向、井下事故處理等關(guān)鍵作業(yè)，可由遠程智能控制中心的智能控制平臺完成，從而實現(xiàn)操作的遠程化。
在未來超級鉆頭的配合下，未來的智能鉆井將推行水平井超級一趟鉆，即表層井段一趟鉆，余下井段一趟鉆，有望大幅度降低鉆井成本。國外已有油服公司和科創(chuàng)公司陸續(xù)推出鉆井相關(guān)智能產(chǎn)品。預(yù)計2025年鉆井進入智能鉆井初級階段，開啟智能鉆井新時代。未來的智能鉆井不是現(xiàn)有技術(shù)的簡單升級，而是鉆井技術(shù)的一次全方位深刻革命。對鉆井業(yè)和鉆井人產(chǎn)生深刻影響，大幅度提升鉆井效率、質(zhì)量和安全性。
