目前石油行業海底勘探手段有哪些?

[加入收藏][字號: ] [時間:2014-06-30  來源:知乎 CNODC石昊棟  關注度:0]
摘要:   世界能源發展的趨勢表明,儲量在1000億噸至2000億噸的海洋石油和天然氣將是各大石油公司未來能源領域爭奪的重點,其資源量約占全球石油資源總量的34%,探明率30%左右,尚處于勘探早期階段。全球深海石油生產能...



  世界能源發展的趨勢表明,儲量在1000億噸至2000億噸的海洋石油和天然氣將是各大石油公司未來能源領域爭奪的重點,其資源量約占全球石油資源總量的34%,探明率30%左右,尚處于勘探早期階段。全球深海石油生產能力自2000年以來增長三倍多,根據劍橋能源的統計,全球深海(超過2000英尺,即610米)石油生產能力2000年為150萬桶/日,2009年超過500萬桶/日,2015年可能增至1000萬桶/日。

 

  各大有實力的石油公司競相加大海上投資,用資金和技術實力爭奪海洋資源。加上海洋中最重要的替代能源--天然氣水合物儲量中的甲烷總量達到1.8×1016立方米,也十分驚人。由此可以斷定:掌握了尖端深?碧胶蜕a技術的石油公司將會在未來能源市場中占據主導地位;谏鲜稣J識,中國石油正在加快進軍深海石油勘探,或在2015年后開始相關深海油氣田的勘探開發,計劃未來形成海上300萬噸以上產能規模。

 

  但是,目前我國三大石油公司深海石油勘探和生產的能力有限,中國海洋勘探技術還局限于水深200米以內的淺海,而水深900米到1200米甚至更深的深海石油勘探和開發則仍處于探討階段。我國的海上地震勘探技術起步晚,技術力量薄弱,加上這種技術自身的局限性,決定了即使我國石油公司慢慢掌握了海洋地震勘探技術,也注定遠遠落后于西方油公司。

 

  正如電信行業目前正在大力發展3G技術的應用,但是同時4G技術的標準也正在制定和開發中。中國移動公司在3G這一市場中的技術遠遠處在一個劣勢地位,因此也就不難理解為何要跳過3G技術開發而轉向大力推進4G技術的發展和應用。同樣,如果說海洋地震勘探是目前的3G技術,那么,電磁波勘探將會是未來流行的4G技術。

 

  海洋地震是目前海洋石油勘探的主流技術,它可以精細地描繪可能的油氣構造,但是這項技術也有自身的局限和技術上無法逾越的瓶頸。因此,地震勘探固有的弱點驅動著科學家們探尋更好的勘探方法。隨著科學理論的發展和人類對電磁波認識的深入,人們正在逐漸地掌握利用電磁波進行勘探的技術。

 

  20世紀80年代,電磁波在液體中的傳導還被看做是天方夜譚,但在如今,已有使用超低頻電磁波而非傳統的地震機械波的勘探技術出現。與傳統方式相比,電磁波勘探具有天然的技術優勢,代表了海洋石油勘探技術的潮流。

 

  使用瞬變電磁場進行海洋石油勘探的研究與應用已經流行了一段時間。瞬變電磁場法是利用敷設在地面的不接地回線通以脈沖電流發射一次脈沖磁場,使地下低阻介質在此脈沖磁場激勵下產生感應渦流,感應渦流產生二次磁場。當一次磁場切斷后,感應二次場將持續一段時間,用靈敏度極高的接收機可以接收到這一隨斷電時間而衰減的二次磁場。

 

  瞬變電磁場方法開創了利用電磁波進行勘探的先河,但是這種技術的局限性決定它在深海石油勘探中前景并不光明。因為它只能通過發射一個很短暫的電磁脈沖來進行探測,發射的電磁能量有限,在液體中探測信號按照探測距離6次方的倒數迅速衰減,所以這種技術只能在很近的距離上進行探測,對水深500米以下的勘探則鞭長莫及。在石油儲量豐富的2000米以下的深海,這種技術就無能為力了。另外,這種技術會在海水里產生很強的蝸旋電流,其幅度超過了目標產生的信號的幅度。雖然可以采用一些信號處理技術降低噪聲,但是測量精度還是受到很大限制。

 

  為解決瞬變電磁場的弱點,英國的科學家發明了基于超低頻有源電磁波技術(Extremely Low Frequency Continuous Wave Detection by Submerged Electromagnetic Source)的新技術,在海洋電磁波應用方面處于世界領先地位。其工作原理是:由于石油和天然氣電阻率和周圍海床的差異,通過對反射的電磁波信號的反演處理,就能判斷是否存在石油和大概的存在范圍,這種技術又叫做電阻率探測法(Resistivity Sounding),本文稱其為電磁勘探。

 

  電磁勘探采用超低頻有源連續電磁波為工具,因此在磁場的強度、探測的精度方面都要遠遠優于瞬變電磁場技術。其核心在于對電磁波在液態介質中傳播的數學建模和對不同介質的物理解釋。與有限元等數值方法不同,其數學建模用了最少的假設,但是數學推導過程極為復雜。

 

  以此理論為根基,應用者可以嚴格求解水下電磁天線與海底埋藏物體、各種介質之間的復雜電磁反應和現象,可以嚴格求解電磁波在空氣一海水一海床多層介質中的復雜傳播、反射、折射現象,還可以嚴格求解水下絕緣天線的電流分布、有效負載等電磁輻射問題。這一系列理論上的重大突破,對電磁波在各種介質中產生的現象都可進行精確描述,對探測目標參數的設置可隨機控制。

 

  與傳統地震勘探比較而言,電磁勘探在以下4個方面具有天然優勢。

 

  1.地震勘探不能區分構造中含的是油還是水,因為構造中含油飽和度的變化對地震波的波速影響不明顯。

 

  另外,地震對天然氣水合物勘查的一個主要識別標志是似海底反射層(BSR),而有BSR標識的區域并不一定對應著天然氣水合物。如果通過探井去識別,則可能面臨著巨額投資浪費的風險。

 

  而電磁勘探技術利用特別設計的水下天線發射頻率可變的電磁波,電磁波在經過多次反射與折射后到達探測目標。由于探測目標具有導電性,到達的電磁波會在目標體內激勵產生渦旋電流和軸向電流。這些電流會發射2級電磁波,發射的2級電磁波被水下機器人攜帶的電磁傳感器接收產生探測信號。

 

  探測信號經過一系列的信號處理算法將1級電磁波分量去除,并準確給出由目標產生的2級電磁波的幅值和相位。由于不同發射頻率下最后給出的幅值和相位不同,通過掃描一個頻率范圍可以得出一組不同頻率下的探測信號。這一組信號取決于目標相對于傳感器的位置。經過一個反演算法,目標的2維坐標就可以求得了。由于不同介質、液體中不同含油飽和度的物理特性都有所不同,用電磁勘探技術可以清晰地分辨出來。

 

  2.海上地震采集需要專業的地震船,成本極其高昂。

 

  二維地震采集費用大約在8000美元/千米,三維地震采集費用在10000美元/平方千米以上。因為戰略發展需要,歐美跨國石油公司在金融危機的沖擊下,寧愿減少陸上勘探和生產的投資,也要保障海洋勘探生產。因此,無論原油價格如何波動,海洋勘探和鉆井費用都處在上行軌道之中。

 

  電磁勘探系統采用雷達天線作為發射源,以電子接收器作為采集體,體積大大減少,因此可將民用船只稍加改造即可實施海洋勘探數據采集工作,極大地節省了數據采集成本。

 

  3.通過地震采集到的數據要經過大型計算機處理,成本十分高昂。

 

  自20世紀70年代起,我國的超級計算機就在軍事領域和石油勘探等領域使用。目前能進行海洋地震數據處理的專業公司必須擁有幾十套以上的先進的大、中型計算機,上千個節點的PC-Cluster機群系統和多套SUN服務器等,以及必需的計算機保障設備和專業場地設施。另外,還必須投入巨資安裝先進的地震數據處理、解釋和油藏描述一體化軟件系統,如PG、CGG、VSS、ITA等,才有可能為海上石油勘探開發提供專業的技術服務。

 

  電磁波的傳導雖然更加復雜,但是由于計算系統采用了新的數學算法,數據演算大大優化,可在小型服務器上運行。處理數據成本可控,且精度有質的提高。

 

  4.海上地震采集要求的設備復雜,種類繁多,準備期長,動遷費高,設備使用壽命短,且海上地震隊伍供不應求。

 

  因此在國際海上勘探區塊作業常常面臨著勘探期即將結束卻無法找到勘探船隊的尷尬局面,通常會給資源國政府造成負面印象。

 

  電磁勘探系統不使用機械方法產生震源,所以設備的使用壽命較長;整套設備體積明顯減少,動遷時間可忽略不計;再加上可在作業區域附近租用民船,因此,節省的時間成本邊際效益可被最大化。



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關鍵字: 海底勘探 
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