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石油行业的黑科技有多牛?惠及航空航天、医疗、新能源……

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长久以来,石油行业利润丰富,科技人才及资本的涌入使这个行业沉淀了丰富的科研成果,这些成果除了帮助油田增储上产、降本增效外,还有很多机会在其他领域发光发热。

编译 | 风之谷 子衿

2018年,美国宇航局(NASA)公布其一项太空技术的创新——形状记忆合金岩石压裂系统(SMARS)。根据NASA的介绍,这项技术还可以应用在水力压裂、石油钻探等方面。

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事实上,说起吸收借鉴石油行业之外的技术,从油气行业上游到下游,油气行业的“拿来主义”实践数不胜数。例如,物探中利用卫星遥感技术、钻井液利用了纳米技术,三次采油中利用聚合物技术等。

伴随着石油行业对“舶来技术”的逐步深入研究及应用,这些技术又进一步“反哺”其他行业的潜力也逐步体现出来,实现技术引入和技术输出同步发展。当然这种技术输出不局限于“舶来技术”,也包括石油行业的“原生技术”。

01. 石油行业与医学

油藏建模技术在现代油气行业已经成功应用了30多年,理所当然的被认为是油气行业特有的一项技术。最近挪威政府资助的一项研究,尝试将这项技术引入到医学领域,以改善医生对核磁共振成像结果的理解,从而挽救生命

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虽然人类大脑和地下油藏看起来不是很像,但研究专家认为油藏建模技术可以提高我们对核磁共振成像结果的认识程度。这个想法是基于人类大脑和油藏之间的相似性,因为两者都是双重孔隙介质,研究人员认为石油行业的油藏建模技术可能会为医学界带来突破。该项目耗资110万美元,由斯塔万格国际研究所(International Research Institute of Stavanger)牵头,该研究所在油藏建模方面有20多年的经验。这种油气行业和医学的跨界应用源于“Pumps and Pipes”组织,这是一个成立于休斯敦的国际技术专家组织,其宗旨是探索油气行业和医疗产业之间的协同增效模式。

同样光纤技术也已经存在了数十年,并被认为是世界通信网络的核心。在相当长的一段时间内,油气行业使用光纤技术监测油井生产动态,例如压力变化等。

总部设在魁北克的Opsens公司是最早开展光纤技术研究的公司之一。最近该公司改进了光纤传感器从而可以运用于人体内部。目前医用版的光纤技术已经被批准在影响心脏功能的动脉内进行血压测量,可以帮助医生快速评估血管堵塞的严重性,从而判断是否需要血管成型术或小型的侵入性治疗。

02. 石油行业与地球科学

20世纪70年代,随着数字有线遥测地震仪的发展,无缆地震仪应运而生,大致分为自主式节点地震仪和无线地震仪两大类。而最初为开展油气勘探而开发的无缆地震仪,现在已经成为地震学家的新工具。其“无缆”特点简化了地震监测的后勤保障(不需要运输或埋设电缆),并且可以对大片地震活跃区域一次性开展数周的监测。

2014年的一项地震研究使用了900多个无缆地震节点,来监测美国最活跃的火山之一——华盛顿州的圣海伦斯火山的地震情况。研究人员表示,节点阵列将地震探测效率提高了两个数量级。

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在第二次世界大战期间,美国发明了航磁测量来搜索潜艇。事实上,其地球物理价值在二战结束之前就已经被科学家意识到了。1946年 ,航磁测量第一次应用于油气行业,用来评估阿拉斯加北坡的石油地质储量

随后,作为前沿的勘探工具,油气公司继续将这项技术进行升级,并由此取得了一些重大的发现,其中就包括一次对古生物学产生重大影响的发现。1978年,墨西哥国家石油公司在近海开展航磁测量时首次发现了著名的希克苏鲁伯陨石坑,这个陨石坑直径达93英里,是由直径50英里的小行星或彗星撞击形成的。基于这次发现,古生物学家首次提出6550万年前的恐龙大灭绝正是由于这次撞击而造成的

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遥控无人潜水器(ROV)的早期研究工作也是由富有想象力的军事学家提出来的,但真正达到作业级的ROV归功于石油行业。20世纪70年代,石油行业推动ROV真正实现作业应用,这些ROV配备了机械臂,也被称为操纵器。与以往的ROV相比,除了简单的观察海底环境之外,这些ROV已经可以开展很多工作了,如水下打捞、水下施工等。

随后,科研人员很快就看到了工作级ROV的潜力,多年来他们一直将其用于搜索沉船和新海洋物种的发现。SERPENT项目就是这种技术转移的最好例子之一。Serpent是海洋学家与包括BP、壳牌、雪佛龙以及Petrobras(巴西国家石油公司)在内的能源公司的一个合作项目。利用石油与天然气公司提供的ROV,科学家能够对深海进行更为细致的探测。自2002年以来,SERPENT项目已经开展了100多项深海海洋生物研究,其中许多研究工作都是在钻井船或海洋石油生产设施上开展的。

03. 石油行业与航空航天

鉴于潜入深海和太空探索都面临着高压等相似的环境因素,因而石油行业的深海技术也被应用于航空航天探索。

在ROV出现之前,油气行业只能通过人工深潜海底的方式来安装或修理水下设备,所以油气行业在人工深潜方面有着丰富的经验和技术。Oceaneering International——油气行业潜水作业的先驱之一,35年来一直向NASA的载人航天计划提供其专利技术。

两者之间的合作始于NASA借鉴Oceaneering International公司的高压潜水服原理,为载人航天计划制作航天服,而该公司最主要的贡献是为航天服开发了一套泄露检测系统。同时,该公司还为NASA位于休斯敦的中性浮力实验室(NBL)提供日常的运营和维护工作。这个实验室是用于模拟太空失重环境下的水下训练设施,宇航员可以在那里模拟太空舱外活动,该实验室目前是包括国际空间站舱段组装、太空行走等在内的所有美国现代太空任务的基石。

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远在3400万英里之外的火星,那里也有油气行业技术应用于太空探索的成功案例。2013年,好奇号火星探测器利用冲击钻井技术——中国汉代发明的一种古老的油气技术,在这颗红色行星上钻探了第一口井(或者挖了一个“坑”),尽管其总深度仅2.5英寸,但这次的钻探行动带来了一个重大发现:火星上的地化条件曾经能够维持生命。

为了更加深入的了解火星上是否真的有生命存在过,NASA可能需要在后续的载人任务中钻更深的井,而这就需要更加强大的钻井系统,将油气行业现有的商业技术进行改进或者小型化,可能用到的技术包括高压井下流体取样、井孔成像、现场流体分析、连续油管和防喷器等。

04. 石油行业与可再生和可持续能源

长期以来,地热资源的开发过程和油田的勘探开发生产过程是类似的,从最初的勘探、钻井、完井,一直到最终的生产。一般来说,目的层的水源或岩石的温度越高,地热井的热能也就越高,涉及到一些高温地热项目的开发利用时,普通的钻完井体系就难以达到施工要求,这时就需要借助于油气行业先进的高温高压钻完井工艺和技术体系。

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以地热王国冰岛的一个地热项目为例,由于目的层温度太高,传统穿透及泥浆体系经受不住高温而导致作业失败。2017年,项目组利用贝克休斯公司专门设计的钻头和泥浆体系成功钻探了第二口井,这种新的钻完井体系极限工作温度高达299摄氏度(小编也觉得不可思议,但SPE原文写的就是570华氏度,换算过来就是这个数字),这是普通井下设备额定值的2倍。项目组计划在今年实施第三口井,这次钻进将会测试随钻测量设备的适用性,如果成功,会将现有地热井的能效提高5-10倍。

本文最后讲的油气行业跨界融合的领域是二氧化碳捕获和应用领域。二氧化碳的捕获有利于减少全球碳排放量,但二氧化碳如何处置是个大问题?石油人很聪明的将二氧化碳注入几千米的地下以驱油来提高采收率。

国内外各大石油公司目前在持续投资,从注入系统到建模软件,工程师们研发出的二氧化碳捕获和存储所需的许多技术越来越成熟。深埋地下的油气资源曾经开创过一个丰沛而廉价的能源时代,但是伴随着老油田的逐渐枯竭,地下储层的储集空间可以被重新利用来存储二氧化碳,又为环保产业提供了新的思路和方案。

长久以来石油行业是全球利润最高的行业之一,这促进了资本的涌入和技术研发成果的涌现,目前石油勘探开发生产相关的技术输出已经涵盖了地球与生命科学、太空探索和可再生能源等,或许,未来大量石油公司、油田服务公司、油田装备制造企业依托过去积累的科技成果实现华丽转身进入惠及民生的各个领域。

本文涉及资料有限,但是石油人的智慧是无限的,如果您还想到有哪些石油行业的技术手段能在其他行业应用,请留言吧!

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评论 1

  1. #1

    应该是对的,按照高温高压钻井的定义是温度大于150度,压力大于68.9兆帕。 地温梯度一般是
    4度/100m,按温度算,299度算下来也有六、七千米了。

    匿名1周前 (07-12)回复