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SPE主席Nathan Meehan:关于被遗忘的钻完井技术 我有话说

SPE主席Nathan Meehan:关于被遗忘的钻完井技术 我有话说

悬赏奖励对促进科学技术发展起到了极大的推动作用,无论是大航海时代的航海技术还是拿破仑战争时期食品保存技术。因此,为促进油气技术的发展,SPE研发委员会为油气行业鉴定出了5个巨大挑战,具体是哪些挑战呢?这份挑战清单还存在哪些瑕疵呢?一起来看一下!

本文作者是国际石油工程师协会(SPE)2016年全球主席、美国贝克休斯公司高级顾问Meehan Nathan博士。

1903年在北卡罗来纳州Kitty Hawk上演的首次短暂飞行并没有使莱特兄弟一夜爆红;然而,在接下来的5年内,人们对新技术的狂热开始蔓延至全球每个角落。1909年,Louis Blériot因驾驶密度比空气大的飞行器飞跃英吉利海峡而获奖;1927年,Charles Lindbergh首次完成从纽约到巴黎的不间断飞行,因此获得了25000美元奖金的Orteig奖。

许多飞行队为夺得Orteig奖争得头破血流并花费了数以千计的美元。竞争对手研发出的先进技术使得航空事业获得了长足的发展,从而彻底颠覆了旧世界的运行方式。

△1927年,Charles Lindberg在巴黎降落后与Louis Blériot会晤时的场景

激励与技术革新

科技悬赏奖(与认证奖励相对,如诺贝尔奖)设立的目的是寻求社会重大问题的解决方法。早在1567年,英国、西班牙和荷兰政府就为那些能够确定海上船舶航行经度的突出贡献者设立了金钱悬赏奖励。当时许多科学家和工程师都致力于解决上述问题,从而使报时、望远镜、以及其他技术取得了实质性的进步。

同样,法国政府在拿破仑战争时期重金悬赏,寻求能够保存大量食物既安全又廉价方法,从而促进了巴氏消毒法的进步。

安萨里X大奖(Ansari X Prize)由X大奖基金(X Prize Foundation)主办。1996年5月,X大奖基金会的创始人Peter Diamandis从林德伯格的书《圣路易斯精神》中受到启发,为了激励新的私人载人航天技术的创新,设立了总额为1,000万美元的航天大奖。安萨里X大奖的竞赛规则是:第一个用自制的飞行器将3名乘客送到100公里外的太空,安全将其接返地球,并能够在两周内使用同一架飞行器重复上述载人飞行的公司或组织最终获得这笔奖金。

2004年10月4日,由Burt Rutan设计制造,微软合伙人Paul Allen投资的价值2500万美元的私人飞船“太空船一号”(SpaceShipOne),赢得了这项奖额1000万美元的安萨里X大奖。同样,该奖项也促进了其他例如原油泄漏清理技术、提高成人识字率、医药、以及各种相关技术方面的进步。上述案例说明:那些大胆的目标一旦取得了重大突破,必将造福整个人类。

油气行业的“重大挑战”

美国国家工程院根据主导技术思想鉴定出了21世纪工程领域存在的14个“重大挑战”。其中几个“重大挑战”与能源相关,包括使太阳能应用更加商业化、从核聚变中获取能量、以及碳的捕捉与封存。

SPE研发委员会为油气行业鉴定出了以下5个重大挑战:
1、高分辨率地下成像
2、油气井采出水的循环利用
3、原位分子操纵技术
4、提高油气采收率
5、碳的捕集和封存

另外一个应该关注的焦点是环境保护问题,包括将油气生产活动对环境的影响降至最小、引入油气泄漏预防和应急机制,因此上述内容也通常被称作“5+1”挑战。

以往有很多在石油技术杂志和SPE上发表的文章,大多数都是围绕上述挑战进行讨论的。2014年,SPE推出了研发竞争机制,以鼓励石油工程以外行业的人才和新理念来解决石油行业所面临的技术挑战。2014年,在阿姆斯特丹召开的SPE年度技术大会(ATCE)上成功举办了首轮竞争的决赛,进入决赛的6位选手针对“5+1”挑战中的5个挑战提出了项目方案。

本次比赛收到的参赛作品有:参赛者Vaibhav Bahadur的电法缓解烃类结垢以减少化学抑制剂的使用量; Mustafa Akbulut和Cenk Temizel的在提高采收率中用作驱替流体的刺激-响应超分子系统;Omar Laghrouche的用于地下高效成像的多级波长有限元技术;接下来的决赛(奖金待定)将在2017年10月9日—11日圣安东尼奥举行的SPE年度技术大会(ATCE)上举行。本次竞赛设有奖金的目的并不是资助研究,而是作为加速研究进程的催化剂。

SPE还为那些石油工程学科的青年人才提供了研究经费,以支持他们的创新性研究。上述奖金的竞争非常激烈且必须用于解决一个以上SPE研发委员会鉴定的“5+1”挑战。

我曾仔细研究过‘5+1挑战’的内容,发现该挑战还存在并不完善的地方。从某种意义上说,上述挑战有助于发现、开发并更好的利用油气资源,但还存在一定局限。因为上述挑战并不包含如何促进高效率低成本的钻完井技术和工艺发展。这是为什么呢?

原因在于“5+1”挑战的焦点在于那些能够带来丰厚利润的领域。但即使这样,研究人员也应该关注那些没有获得巨大资助或获得的资助尚不足以使技术取得长足进步的领域。例如,大多数人认为钻完井效率问题是很容易解决的,钻完井技术方面也确实获得了一些关注,但即使这样,新的钻完井技术想要获得更长足的进步仍然面临巨大挑战,应该引起行业的关注。

从历史上看,卡钻事故往往是产生非生产作业时间的主要原因。但在水平井钻井发展的初期,泥浆泵和随钻测量事故却超过卡钻事故成为我所在公司的头号难题。当时,我们与技术供应商共享了上述事故的相关数据,这些技术供应商的反应速度快得惊人。在钻遇更深的地层时,我们又遇到了超高温的挑战,这就要求服务商继续提高其技术和服务水平,钻井技术就这样在困难和挑战中不断进步,使得如今在低温条件下的钻速惊人。最终,水平井钻井技术才会取得今天的成就。

水平井技术影响深远,下面我举个栗子,记得最近我访问一所石油工程院校时,我叫一位学生在黑板上画出一条井眼轨迹,她自然而然地画出了一条水平井轨迹。还有一件事,我的一位朋友也是业内资深人士曾说过:“我甚至不记得我钻的最后一口直井是在什么时候了,估计我永远不会再钻直井了。

关于这件事,我还需强调一点,即使我认为应当大力发展钻完井技术和装备,但这并不包括无隔水管钻井、智能井、多分支井、井工厂钻井等技术,因为这些技术经济回报丰厚,并不用通过设立诸如安萨里X大奖等奖项来激励,商人逐利的特性也会拼命推动其发展。这就好比一架飞机、一艘宇宙飞船、亦或是一台清理原油泄漏的机器设备,这些技术会自然而然的发展并推动科技的进步。

目前,“5+1”挑战备受关注且广泛传播,吸引了众多服务商的眼球。但它没有像安萨里X大奖那样的特定的、可量化的目标,而我也并不确定它是否需要这样的目标。所有技术都需要持续不断的发展,因此需要对“5+1”挑战进行重新审视。

基于上述原因,我曾与研发技术板块的董事会探讨过重新审视这些挑战事宜,考虑这些挑战是否需要更新和完善,以及钻完井技术挑战是否应该归在其他重要的科研领域。我十分期待其最终结果。

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