国际石油2023年度十大科技进展

国际能源网获悉，2023年国际石油十大科技进展：天然氢认识突破加速多国推行开发利用计划、3000米深水盐下勘探技术助推纳米比亚深水重大发现、智能化油藏描述技术提高勘探开发的效率和精度、利用微生物发酵制取生物基己二酸技术取得重大进展、基于生物转化利用技术的二氧化碳制乙烯合成新工艺实现生物制造新的跨越、利用合成生物学技术开发的聚乳酸“负碳”生产工艺取得进展、海洋低频大容量气枪震源研究取得突破、三维随钻测井技术助力提高复杂储层精准识别能力、内部定向压差工具开辟旋转导向钻井技术新路线、环焊缝视觉检测监测系统实现管道焊接全过程监控。

①天然氢认识突破加速多国推行开发利用计划

天然氢又称“金氢”“白氢”“地质氢”“天生氢”，是地质过程中生成的氢，是真正意义上的零碳、可再生的一次能源，但天然氢具有赋存环境复杂、含量差异显著、分布广泛的特点。当前，全球致力于实现能源脱碳、净零排放，引发对天然氢研究和勘探的广泛关注，多个国家制定了天然氢的开发和利用计划。

主要技术进展：（1）深化对天然氢的主要赋存地质环境的认识，包括蛇绿岩带、裂谷环境、前寒武系富铁地层等，其中蛇绿岩带的天然氢含量较高，裂谷环境多数集中在大洋中脊区域，前寒武纪克拉通普遍代表一种缺氧富铁的环境；（2）形成对天然氢形成机理的认识，认为在无机成因中深层岩浆、地幔深部脱气、岩石破裂、蛇纹石化、水的辐解是天然氢在地质形成过程的主要原因；（3）2020年估算，天然氢生成量为254±91亿立方米/年；（4）建立与油气成藏系统相类似的天然氢勘探方法，明确“生、储、盖、圈、运、保”等成藏要素，认为相比于漫长的生烃过程，天然氢在人类时间尺度内是可再生的。

澳大利亚、美国、法国、西班牙和俄罗斯等国家的油气公司已在天然氢气藏勘探研究上取得进展。西非马里成功地利用天然氢发电，盈亏平衡成本为0.5~0.7美元，为全球天然氢商业开发提供了参考范例。

②3000米深水盐下勘探技术助推纳米比亚深水重大发现

纳米比亚位于非洲大陆最大的传统产油国安哥拉和南非之间，其所处的大西洋两岸被动陆缘是获得油气新发现的有利区域，但是经过半个多世纪的勘探，未获得大规模油气发现，亟须加强深水区的地震识别技术攻关和成藏规律研究。

主要技术进展：（1）创新被动大陆边缘盆地上组合漂移层系相关油气形成与成藏地质理论，在下白垩统盆底扇砂岩和上白垩统深水浊积扇储层中发现大规模轻质原油，可采储量达数十亿桶；（2）形成深水区AVO三维地震的岩性和流体物性识别配套技术系列，实现水深超3000米区域的地层、岩性和流体的预测。

基于深水区AVO三维地震的岩性和流体物性识别技术，首次在非洲大陆西南部纳米比亚境内的奥兰治次盆地深水-超深水区发现白垩系大规模轻质油资源，可采储量合计8亿吨油当量，有望在4年内开展商业化开采工作。

③智能化油藏描述技术提高勘探开发的效率和精度

智能化油藏描述是石油行业数字化转型最重要的组成部分。2023年，SPE和IMAGE国际峰会分别推出新版智能化Petrel和PaleoScan软件。近两年，国际油公司的智能化油藏描述技术在构造解释、储层预测和油藏表征等方面取得重大突破。

主要技术进展：（1）卷积神经网络（CNN）应用。CNN等深度学习模型在地震数据断层构造解释、岩芯图像和测井曲线等沉积学数据处理中取得显著进展，能够自动学习和提取特征，从而有助于构造和储层描述；（2）多模态数据融合。AI技术能够整合多种沉积学数据源，如地震、岩芯、测井数据和地层描述，提供更全面的沉积相分析，融合多模态数据可增加综合地震地质分析的准确性；（3）智能化油藏属性建模。深度学习可以用于预测油藏属性，例如岩石孔隙度、渗透率、饱和度等。通过分析地质和数据，深度学习模型可以提供更准确的估计属性，帮助决策者更好地理解地下油藏特征。

智能化油藏描述还在探索中，多项工作未形成明确的工作流程。智能化油藏描述技术在石油天然气勘探和生产中具有广泛的应用前景，有望提高勘探开发的效率和精度。

④利用微生物发酵制取生物基己二酸技术取得重大进展

以化石燃料为原料制备己二酸工艺存在设备腐蚀、环境污染等问题，国际大石油公司推出的以从农作物秸秆等非食用生物质中提取的糖制取生物基己二酸技术，不但实现了工艺原料绿色化，且无一氧化二氮气体排放，在国际尚属首创。

主要技术进展：（1）结合微生物发酵技术和利用分离膜的化学纯化技术，通过应用基因工程技术重新“配置”微生物内的代谢途径，提高生产效率。采用生物信息学技术设计用于合成的最佳微生物发酵途径，微生物合成的中间体数量自最初发现以来增加1000多倍，合成效率显著提高；（2）采用反渗透分离膜浓缩提纯中间体，分离和去除微生物发酵液中不需要的成分，相比传统蒸发浓缩方法，能耗更低；（3）相比石油基己二酸生产，该过程不排放一氧化二氮。

该技术生产的生物基己二酸已用于尼龙66生产测试，计划在2030年推动生物基己二酸的商业化应用，有助于实现可持续的循环经济。

⑤基于生物转化利用技术的二氧化碳制乙烯合成新工艺实现生物制造新的跨越

传统乙烯生产工艺是化学工业中二氧化碳排放的最大来源之一，也是最具挑战性的脱碳工艺之一。在减碳压力下，国际大石油公司利用捕集的二氧化碳，采用生物转化技术生产乙烯的新工艺，低碳制备乙烯，实现传统乙烯制备工艺的低碳化改造。

主要技术进展：（1）从乙烯裂解炉的烟气中捕集浓度达95%的二氧化碳并与氢气混合，利用生物回收技术将捕集的废碳转化为乙醇，再由第二代、低成本的工艺将乙醇脱水为乙烯，该过程的乙烯选择性超过99%，完全脱离化石能源，是目前最具挑战性的脱碳工艺之一；（2）该技术中的二氧化碳制乙醇是一种基于微生物的碳回收技术，所用微生物能够在没有昂贵化学品和维生素的供养下吸收二氧化碳，并产生大量乙醇；（3）采用的乙醇脱水直接制取乙烯，与现有技术相比，成本低且工艺简单，催化剂与传统的氧化铝基催化剂相比，可降低反应温度，提高选择性。

该技术不仅没有对粮食和水的供应安全产生威胁，还可直接实现温室气体二氧化碳的消耗，且乙烯选择性超99%，实现生物制造新的跨越。

⑥利用合成生物学技术开发的聚乳酸“负碳”生产工艺取得进展

从源头上生产可降解塑料代替传统塑料，被认为是解决塑料污染问题的终极方案。聚乳酸（PLA）是目前最理想的代替传统塑料的可降解聚合物。PLA“负碳”生产工艺，为可降解塑料生产提供了可持续的发展策略。

主要技术进展：（1）在光驱动蓝细菌平台上使用代谢工程和高密度培养的组合策略，首次建立自养微生物细胞工厂，在国际上首次以二氧化碳为原料，一步实现了PLA的生物合成；（2）与以往PLA的制造思路完全不同，该技术通过系统代谢工程，优化关键酶的表达水平，解决了碳流重定向问题，在二氧化碳进入细胞后，使碳最终流向PLA，同时突破了蓝细菌本身生长密度和速度的局限，自主研发了一种新型光反应器，对光谱做了系列优化，并采用可控的渐变光强方式，使蓝细菌细胞生长得更快、更密，将蓝细菌的细胞密度提升了10倍，其产生的PLA浓度高达108毫克/升；（3）该技术下一步的研究重点是提高PLA的细胞干重占比，拟将细胞干重的比例进一步提升到50%以上。

该技术开创了以非粮原料为基础的新一代PLA工业生产的技术思路，不仅可以解决塑料污染、生物制造的非粮原料替代问题，还在合成PLA的过程中直接捕集二氧化碳，助力“双碳”目标实现。

⑦海洋低频大容量气枪震源研究取得突破

随着海洋油气勘探目的层越来越深及全波形反演技术逐渐成熟，对低频信号的需求推动低频气枪震源的发展。同时，随着海洋环保要求提高，低频震源成为减少海上作业对海洋生物影响的有效技术。近年来，海洋低频大容量气枪震源研究取得突破，部分震源已达到商业应用水平。

主要技术进展：（1）利用较长的激发气室，在水中产生更大体积的气泡，增加气枪容量，有效提高震源信号的低频成分，气体容量可达几千甚至几万立方英寸。调谐脉冲源（TPS）气枪容量可达2.65万立方英寸，能够产生小于3赫兹的低频信号；（2）采用特殊设计的枪口结构以及内部激发运动结构，降低大容量气体的释放速度，同时在较低的工作压强下激发，进一步减缓初始气泡的扩张速度，增加震源子波达到主脉冲峰值的时间，降低信号的中高频成分，同时降低了声压级。

行业内发展较快的TPS等大容量低频气枪震源进行了多次采集试验，与传统气枪震源相比获得了更丰富的低频信息。在全球海洋物探市场和全波形反演技术逐渐成熟的推动下，海洋低频气枪震源的研发优化，将成为各大公司有力竞争的方向之一，具有较好的应用前景。

⑧三维随钻测井技术助力提高复杂储层精准识别能力

随钻测井能够及时获得钻遇地层特性。充分利用随钻测井资料，并结合地质、地震等信息进行复杂储层的三维空间定量描述和表征预测，对油气勘探开发具有重要意义。国际油服公司推出的三维随钻测井技术，在复杂储层描述和精准地质导向等方面取得重要进展。

主要技术进展：（1）通过采集360°电磁张量数据并传送至地面，利用云计算算法等数字化技术对大型数据集进行反演，获取实时的储层三维电阻率剖面信息，并利用该信息校准地震数据助力储层建模；（2）能够预测在井筒尺度上无法描述的地层形态，提供油藏尺度的流体体积、储层和断层信息，实现储层空间的构造描述，从而更好地认识非均质储层和复杂油藏；（3）实时、高分辨率的储层表征和预测，提供三维空间下更精准的地质导向决策，优化完井和生产设计，既减少了总的钻探时间，助力提速降本，又降低了碳排放。

三维随钻测井技术在中东、北美、北海等地区的不同地质环境中进行了广泛的现场测试，取得显著应用效果：对砂道体进行实时描述，实现最佳井眼轨迹和最大储层接触；通过描述储层结构和地层特征，提供油藏尺度认识，优化油田开发方案；通过整合多尺度测量数据，优化井位设计，实现更精准的地质导向决策。

⑨内部定向压差工具开辟旋转导向钻井技术新路线

应用推靠式、指向式、混合式导向原理的旋转导向钻井技术均存在结构复杂、生产及使用成本高等问题。国外公司推出一种全新的内部定向压差导向原理的旋转导向工具。

主要技术进展：（1）全新的导向原理，导向能力强。利用伯努利原理在钻头工作面产生液压差，直接给钻头施加侧向力，将钻头推向指定方向，实现钻头导向，导向能力强。在旋转钻进模式、滑动钻进模式下，最大造斜能力分别达到15°/30米、30°/30米。（2）结构简单、紧凑，故障率低。工具长度极短，仅有1.52米、1.83米。它不像推靠式导向原理那样需要使用活塞和推靠块，也就不存在活塞和推靠块容易出现的磨损与失效等问题。因结构简单、紧凑，又没有外部活动部件，可显著降低故障率，耐温能力提升至177摄氏度。

目前，这种利用伯努利原理开发完成的导向工具（SBER）已经完成试验场试验，结果证明，能够产生有效的导向力和高造斜率，为旋转导向钻井系统开辟了一条新的技术路线。该工具因结构简单、可靠耐用、经济有效，有望得到推广应用。

⑩环焊缝视觉检测监测系统实现管道焊接全过程监控

传统焊接施工中使用焊机机械触角/轮子或非接触式激光三角测量系统定位焊缝，无法实现钨极氩弧焊焊枪尖端与焊缝位置的动态监测，不能实时测量焊缝与焊枪的动态偏移。国外公司2022年研发出焊接音频处理工具监控焊接参数，2023年开发出天然气管道环焊缝视觉检测监测系统，利用摄像头实时监测，有效解决了钨极氩弧焊焊枪尖端与焊缝动态偏移监控问题。

主要技术进展：（1）天然气管道环焊缝视觉检测监测系统将高动态范围焊缝摄像机与先进的机器视觉测量软件相结合，用以捕获钨极氩弧焊焊枪尖端、焊接电弧和焊缝特征；（2）在焊接过程中，天然气管道环焊缝视觉检测监测系统可以实时监测焊枪尖端位置，测量焊枪尖端与焊缝之间的相对偏移量，实时测量焊缝尺寸；（3）天然气管道环焊缝视觉检测监测系统可以作为一个独立的视觉解决方案，向操作人员提供实时图像反馈，也可通过连接工厂控制器集成进行闭环反馈控制。

天然气管道环焊缝视觉检测监测系统为管道制造商提供全面的过程监控解决方案，提高其焊接过程的质量和可靠性，目前已用于欧洲部分管道建设项目，取得良好效果。