[其他] 海洋油气资源的探测发展历程和技术手段

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在21世纪,“谁拥有海洋,谁就拥有未来”已成为全球共识。被称为“蓝色土地”的海洋是一座巨大的宝库。它不仅能提供丰富的渔业资源,而且蕴藏着极其丰富的石油、天然气、天然气水合物等能源矿产资源。全球海洋油气资源潜力巨大,勘探速度低,目前仍处于勘探的早期阶段。随着陆地油气资源的日益枯竭,富含油气资源的海洋已成为最现实的能源替代区,成为能源紧缺时代世界关注的焦点,也是保障国家能源安全的必然要求。

海洋油气何以形成

在墨西哥湾工作的潜水员和油气勘探人员偶然发现了一个黑色的油浸沉积物。经研究发现,这是海床上的油气泄漏,即海床上的油苗。中国的海底石油和天然气是在1954年夏天发现的。当一名海南渔民在莺歌海捕鱼时,他发现海面上冒着“小气泡”,这引发了中国石油的“海洋热”。为什么会形成小气泡?因为海洋石油和天然气生成后,它会沿着海床上的一些“水管”迁移到海床表面,形成连续或间歇的气泡团。那么海洋石油和天然气是如何形成的呢?海洋油气是一种埋藏在海底沉积岩和基岩中的化石能源。它主要生活在海洋的“大陆坡”和“大陆架”之下。数千万年前,甚至数亿年前,气候比现在更温暖、更湿润。海湾地区的海水中有充足的氧气和阳光。河流带来了大量的营养物质和有机物,为生物的生长和繁殖提供了丰富的“食物”,许多海洋生物能够快速大量繁殖。当海洋中的各种生物死亡时,它们的残骸会形成大量的有机碳。同时,陆地上的河流将沉积物和有机物冲入海洋,年复一年地层层掩埋大量生物遗迹。经过长时间的地质演化,埋藏的生物遗迹与空气隔离,处于缺氧环境中。在温度上升和细菌的作用下,它们开始慢慢分解。经过漫长的地质时期,这些生物遗迹逐渐成为天然气和石油。

海洋油气知多少

全球海域油气资源丰富,能源战略意义深远。海上油气储量约占全球油气资源总量的1/3。其中,约60%的海洋油气资源分布在浅海大陆架上,深水和超深水约占30%。目前,该海域已发现常规油气田4311个,在建常规油气田1175个,技术剩余可采储量1117亿吨油当量,占全球油气技术剩余可采储量的29%。海洋油气资源与陆地资源一样,分布不均。全球范围内,海上油气勘探开发已形成“三湾、两海、两湖”格局。"三湾"是波斯湾,墨西哥湾和几内亚湾,;“两海”是北海和南海;“两个湖”是里海和马拉开波湖。海上天然气储量居波斯湾第一,素有“石油海”之称;其次是北海;第三个在墨西哥湾。

我国油气资源分布

我国管辖海域约300万平方千米,包括内海、领海、毗连区、专属经济区和大陆架。我国四大海域为渤海、黄海、东海和南海(大部分),其上分布有30余个大小不等、形态各异的新生代沉积盆地,包括渤海盆地、南黄海盆地、东海陆架盆地、莺歌海盆地,等等。我国海域油气勘探工作主要集中在近海海域(共发育10多个中生代沉积盆地),海域总面积约70万平方千米,油气资源丰富,但是分布不均、探明程度相对较低。石油资源主要分布在渤海、珠江口、北部湾3个盆地,占总资源量的 91%。天然气资源主要集中在东海、珠江口、琼东南、莺歌海4个盆地,占总资源量的86%。截至目前,已发现锦州凝析油气田、绥中油田、春晓油气田、平湖油气田、涠洲油田、东方气田、崖城气田等200余个油气田,更为广阔的南海深水海域尚待开发之中。

海洋油气资源探测技术

海洋油气勘探开发是陆上石油勘探开发的延续,经历了从浅海到深海,从简单到复杂的发展过程。目前在海洋进行油气勘探的国家越来越多,海洋钻井遍布全球各个海区。同时,海洋油气开发的水深得到突飞猛进发展。

海洋油气探测技术主要包括海上地震勘探、海上电磁法勘探、海洋化学勘探及海洋钻井等勘探技术。地球物理勘探是通过定量的物理方法研究地球以及寻找地球内部矿藏资源的一门综合性学科,包括磁力、电法及地震等勘探方法,是针对有关海底地质特征的资料采集、分析和显示技术,是海底油气探测前期工作的重要技术手段。目前,在国际海洋油气勘探领域,三维地震、叠前深度偏移、多分量地震等技术,以及直接指示烃类的非地震勘探技术,引导着海上油气勘探的技术前沿。

海上地震勘探

海上地震勘探工作是把地震仪安装在船上,使用海上专门电缆和检波器,在观测船航行中连续进行地震波的激发和接收。震源激发方面包括气枪震源、电火花震源、可控震源,目前可控震源因对环境影响小而成为主要发展方向。采集方面包括拖缆、海底地震仪、海底电、海底节点;在地震数据处理方面,为了处理深水地震资料,我国形成了波动方程反馈迭代压制多次波技术、基于多次聚焦共反射面元叠加技术,研发了“梨式”宽频数据鬼波压制技术,以及宽频数据逆时偏移成像技术。

海上电磁法勘探

海洋电磁方法分为天然场源和人工场源(Marine CSEM),后者在油气直接检测中发挥了重要作用。CSEM 测量分为频率域和时间域两种,按照施工方式分为浅海拖拽施工和深海固定施工,这一方法受海流和海底地形因素影响较大。目前,中国石油天然气集团有限公司具备在 4000 米水深评价海底 3000 米以内目标储层含油气性能的能力。

海上化学勘探

海底烃类渗漏是海洋油气化学勘探的基础,代表着深部的烃类上升渗漏到海底的过程和产物,能够为油气勘探提供成熟生油岩和运移路径的关键信息。海底烃类渗漏直接显示包括海水表面油膜,海水渗漏气体羽,海底沉积物中油斑、团块,海水和沉积物中的烃类异常;间接显示包括“烟囱构造”,海底隆丘、泥火山、海底表面断裂和古河道,等等。

海洋钻井勘探

钻井勘探法是勘探与开采石油及天然气资源的一个重要环节,是寻找和证实含油气构造、含油气面积和储量、取得相关地质资料和开发数据的重要手段。

海底油气勘探与开采

海底石油的生产过程一般分为勘探和开发两个阶段。海底油气的开发必须首先进行海底油气普查和勘探。目前,海底油气勘探首先要通过地震、重磁等地球物理方法对海底进行“CT”,获取海底地质构造“CT图”,寻找含油气构造;在此基础上,利用“地球物理勘探”分析海底地下地层和构造特征、油气圈闭类型、含油面积和储量,从而确定探井位置;然后采用“钻探勘探法”获取地质资料进行分析评价,确定地质构造是否含油、含油量和开采价值。

海上石油和天然气生产比陆上石油和天然气生产复杂得多,陆上石油和天然气生产需要特定的设备来支持。最早的人用钻井船进行采矿。在船的中部开有一个孔,钻机安装在一个高的钻塔上,放在船上进行操作。这种钻井船缺点明显,受海况影响较大。风、浪、潮、流会使船舶不断摆动和移动,给运营带来很大困难。中国第一艘钻井船“勘探一号”由两艘货船组装而成。为了减少船舶的摆动,需要用六个锚固定。

后来,人们发明了一种更好的方法——钻井平台。“固定平台”是固定在海床上,作为钻井作业和生活场所的装置。一般情况下,工作水深约20m。自升式平台将数根钢柱插入海床,然后用机械设备将平台吊离大海,以防止波浪和海流的冲击,其运行基本不受海况的影响。该平台最大的缺点是工作水深非常有限。因为桩腿的长度不能太长,否则平台会不稳定。

还有一个“半潜式平台”,由几个大型浮式储罐支撑,浮式储罐位于海面以下约20米处。这是因为在海底的这个深度,风浪总是很小,沉入其中的浮罐非常稳定,海上的平台不会摆动太多。随着海底采油技术的飞速发展,人们甚至可以将原来安装在钻井平台上的井口直接放在海底,拆除复杂的海上平台设施,大大降低了海底油气的生产成本,提高了海底油气生产的安全性。

中国的海洋工程技术起步比发达国家晚20年。起初,没有更先进的海上钻井平台,海上石油和天然气被其他国家广泛开发。进入21世纪后,中国在短短十几年的时间里迅速缩小了与世界的差距。如今,世界上许多最高端的石油钻井平台都是在中国制造的,世界纪录在中国人手中一次又一次刷新。

20世纪60年代初,中国只能建造入门级浅水石油钻井平台。20世纪80年代初,建造了第一艘半潜式石油钻井船。2008年,世界上最大的陆基石油平台在秦皇岛下水;2011年,世界最先进的半潜式深水钻井平台“COOEC 981”在上海下水,这是中国第一个自主设计建造的深水钻井平台;2017年,世界上最大的半潜式钻井平台“蓝井1号”在烟台下水,这是世界上最先进的半潜式钻井平台;2019年,半潜式钻井平台“蓝井2号”建成并下水。可在水深3000米以上的海域作业,最大钻井深度15000米以上。这些“大国利器”使中国成为世界上第一批深水装备梯队之一。

随着油气勘探技术的进步和经济社会发展对能源需求的增长,海洋油气勘探开发进入深水领域已成为必然趋势。该海域深水盆地良好的油气前景已引起世界各国的关注。中国300多万平方公里的海域蕴藏着丰富的油气资源。深水油气是未来油气发现的重要领域。

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