《石油钻探技术》：海上油气勘探开发主题双语文章精选

根据《中国海洋能源发展报告》，2022年中国海洋石油产量达5862万吨，同比增长6.9%，增产量占全国石油增产量一半以上；海洋天然气产量达216亿立方米，同比增长8.6%，约占全国天然气产量增量的13%。海上油气生产已经成为我国重要的能源增长极。本期精选《石油钻探技术》期刊有关海上油气勘探开发研究的5篇双语文章，欢迎阅读！

一、精选文章

1、中国海油油气井工程数字化和智能化新进展与展望Progress and Prospects of Digitization and Intelligentization of CNOOC’s Oil and Gas Well Engineering

【摘要】油气井工程数字化和智能化对于增加油气井产能、降低操作成本、降低钻井成本和提高HSE管理水平等具有重要作用。“十三五”期间，中国海油通过理论创新和科研攻关，完成了油气井工程数字化和智能化总体布局，并取得阶段性成果，基本实现了作业智能化、设计协同化和管理精细化。详细介绍了中国海油油气井工程数字化和智能化成果，包括eDrilling钻井系统、钻井参数大数据分析系统、井下钻井参数测量及信号短传系统、深水钻井早期溢流监测系统、井下光纤监测系统、钻完井一体化设计平台、钻完井数据报送系统、信息展示系统和数据分析系统等，并针对存在的信息孤岛、复合型信息化人才紧缺等问题，指出要坚持数字化技术“不为我所有、但为我所用”的理念，积极探索与国内外先进互联网、智能化专业公司在油气井工程领域的深化战略合作，提升自主创新能力，推进“产学研用”结合，扎实推动中国海油油气井工程数字化和智能化研究与应用，助力中国海洋石油工业的高质量发展。

【Abstract】The digitization and intelligentization of oil and gas well engineering are of great significance for increasing the productivity of oil and gas wells, reducing operation and drilling costs, as well as improving the health, safety, and environment (HSE) management level. During the Thirteenth Five-Year Plan period, CNOOC has completed its overall layout for the digitization and intelligentization of oil and gas well engineering through theoretical innovation and scientific research. As a result, preliminary achievements have been made in intelligentized operation, collaborative design, and refined management. This paper presents the achievements regarding the digitization and intelligentization of CNOOC’s oil and gas well engineering in detail, including eDrilling system, big data analysis system of drilling parameters, downhole drilling parameter measurement and short signal transmission system, early overflow monitoring system for deepwater drilling, downhole fiber optic monitoring system, drilling and completion integrated design platform, drilling and completion data submission system, information display system, and data analysis system, etc. To address information islands and the shortage of inter-disciplinary talents in intelligentization, the paper points out the necessity of adhering to the philosophy of “making them work for us instead of just being owned by us” while dealing with technologies in digitization, and actively seeks for deep strategic cooperation in the field of oil and gas well engineering with corporations specialized in advanced internet and intelligentization in China and other countries. In addition, it emphasizes independent innovation capabilities and bringing together “enterprises, universities, research institutes, and end-users” to promote the steady improvement of the research and application in regard to the digitization and intelligentization of CNOOC’s oil and gas well engineering so as to boost the high-quality development of the offshore oil industry in China.

2、中国石化极地冷海钻井技术研究进展与发展建议Achievements and Developing Suggestions of Sinopec’s Drilling Technologies in Arctic Sea

【摘要】北极油气资源丰富，但其低温、浅层灾害、冻土层、井筒处于大温变条件等地质、环境因素给钻井作业带来诸多挑战，为此，在“十三五”期间，中国石化以钻井安全环保高效为总目标，以解决钻井装备及工具、钻井工艺及措施、井筒工作流体的“冷”适应性问题为核心，进行了钻井灾害风险评价控制与环保、钻井关键装备及工具、钻井工艺与井筒工作液等关键技术研究，在浅层气、天然气水合物灾害地层的定量风险评价方法、–50℃低温轨道钻机及钻井工具、冻土层井壁稳定性评价与控制技术、低温钻井液与固井水泥浆等工程技术方面取得了重要进展，初步形成了极地冷海钻井关键技术体系。随着北极油气开发，陆地上将进入更高纬度、更厚永冻层区域，海洋上将向更深水域、常年冰或更厚浮冰海域进军，极地冷海钻井将面临更大的挑战，需要进一步完善极地冷海钻井完井技术理论与方法，研制新型钻井完井关键装备与工具，形成较为完善的极地冷海钻井完井技术体系，以满足北极地区油气藏高效勘探开发的需求，提升我国石油公司在极地油气合作项目中的经济效益和核心竞争力。

【Abstract】The Arctic is rich in oil and gas resources. However, its geological and environmental factors such as low temperature, shallow hazards, permafrost, and great temperature variations in the wellbore pose many challenges to the drilling operation. For this reason, during the 13th Five-Year Plan period, Sinopec has taken the safety, environmental friendliness, and efficiency of drilling as its overall goals and focused on solving the “cold” adaptability issue of drilling equipment and tools, drilling processes and measures, and wellbore working fluids. Researches were conducted on key technologies of drilling hazard assessment and control, environmental protection, key drilling equipment and tools, and drilling processes, and wellbore working fluids. Impressive progress was made in engineering technologies such as quantitative risk assessment methods of hazards to shallow gas and gas hydrate formations, the rail drilling rigs and tools utilized at −50 °C, stability evaluation and control of borehole walls in the permafrost, and low-temperature drilling fluids and cement slurries. As a result, a key technology system of drilling in the Arctic sea has taken shape. As Arctic oil and gas development enters higher latitudes and thicker permafrost regions on land and advances to deeper waters, perennial ice, or thicker ice floes in the sea, drilling in the Arctic sea faces greater challenges and requires further progress. Therefore, it is necessary to build a complete drilling and completion technology system of drilling in the Arctic sea by improving the theories and methods and developing new key equipment and tools. This system is expected to meet the demands of efficient exploration and development of oil and gas reservoirs in the Arctic and ultimately to enhance the economic benefits and core competitiveness of China’s oil companies in international cooperation projects of oil and gas development in this area.

3、极地冷海钻井技术挑战及关键技术The Challenges and Key Technologies of Drilling in the Cold Water Area of the Arctic

【摘要】北极冷海地区油气资源丰富, 是目前国际石油公司关注的热点, 了解极地冷海钻井技术挑战和关键技术现状, 对推进极地冷海钻井技术进步、实现极地冷海油气资源的高效开发具有重要意义。为此, 通过大量文献调研和实地考察, 分析了国内外极地冷海钻井装备及关键技术的现状和主要研究进展, 得到了以下认识：恶劣的作业环境、长距离的后勤保障和苛刻的环保要求, 是极地冷海油气勘探开发面临的首要难题；坐底式平台、人工岛、抗冰自升式平台和浮式平台等是目前极地冷海钻井作业采用的关键装备, 低温钻机、全封闭抗冰平台及耐低温新型材料等是极地冷海钻井亟待突破的关键装备及材料。调研分析认为：冻土层钻井技术、低温钻井液和固井技术、万米大位移井钻井技术、极地灾害风险评价及控制技术和钻井废弃物环保排放技术是未来极地冷海钻井技术的主要攻关方向, 是实现极地冷海油气资源高效开发的关键。

【Abstract】The cold water area of the Arctic is rich in oil and gas resources, which has been the focus of international petroleum companies presently. Understanding the challenges and key technologies of drilling in this area is of great importance for promoting the technological breakthroughs and making high efficient development of oil and gas resources. Through a large amount of literature research and field investigation, Arctic cold water drilling equipment and key technologies as well as main research progress have been analyzed in domestic waters and abroad, and arrived at the following conclusions: the primary challenges for oil and gas exploration and development in cold water area of the Arctic include harsh operating environment, long distance logistic support, stringent environmental requirements. The key equipment for drilling in the area includes bottom-supported platform, artificial island, ice resistant jack-up platforms and floating drilling rigs. Meanwhile, low-temperature drilling rigs, fully enclosed ice resistant platforms and new low temperature resistant materials are the key drilling equipment and materials urgently require a technical breakthrough in the near future. The investigation results indicate that the main research directions for cold water area of the Arctic drilling should include permafrost drilling technology, low temperature drilling fluid and cementing technology, the extended reach drilling with displacement more than ten thousands of meters, the assessment and control of the disaster or risk, drilling waste emission, environmental protection, which are the key technologies for the high efficiency development of oil and gas resources in cold water area of the Arctic.

4、海上油田爆燃压裂技术研究与现场试验Research and Field Test of Deflagration Fracturing Technology in Offshore Oilfields

【摘要】为了解决海上油田应用爆燃压裂技术的安全性问题和压裂后高效增产的技术难点，研发了耐高温、低火药力和低燃速火药，建立了爆燃压裂模拟模型，采用安全管柱组件并进行安全校核，形成了海上油田井口泄压方法，并采取强化软件模拟和与酸化技术联作等措施增强技术安全性、提高压裂后的增产效果，形成了海上油田爆燃压裂技术。该技术在海上油田8口井进行了现场试验，试验井峰值压力为22.4～71.3 MPa，管柱均无安全问题，平均单井增油量43.1 m3/d。研究表明，爆燃压裂技术在海上油田具有较好的适应性，适用于多种井况条件，形成的海上油田爆燃压裂安全控制和高效增产配套技术具有安全、高效的优点，能够提高爆燃压裂的安全性和压裂后的增产效果。

【Abstract】In order to solve the safety problems of the application of deflagration fracturing technology in offshore oil fields and the technical difficulties of high efficiency stimulation after fracturing,a high-temperature resistant, low-impetus- and low burning rate propellant was developed, and a deflagration fracturing simulation model was established. The safety string components after check were used to form a wellhead pressure relief method for the offshore oilfields. A deflagration fracturing technology for offshore oilfields was researched through the enhanced software simulation combined with acidizing operation, thus improving the technical safety and enhancing the stimulation effect. This technology was tested in eight wells in offshore oilfields. In those offshore fields, the peak pressure of the test well was 22.4–71.3 MPa. There was no safety problem in the string, and the average daily oil increment per well was up to 43.1 m3/d. The research showed that this deflagration fracturing technology had good adaptability in offshore oilfields, which was suitable for a variety of well conditions. With the advantages of safety control and high-efficiency stimulation technology after deflagration fracturing in offshore oilfield, this technology can improve the application safety and stimulation effect after fracturing.

5、海上油田全寿命控水完井技术研究及现场试验Research and Field Test on Life-Long Water Control Completion Technology in Offshore Oilfields

【摘要】为了解决海上油田砂岩底水油藏水平井开发过程中底水快速锥进的问题，在分析流入控制装置（ICD）和自动流入控制装置（AICD）控水完井技术的优势与不足的基础上，研究了海上油田全寿命控水完井技术。该技术结合ICD和AICD控水完井技术的优势，在油井投产初期通过抑制高渗段来均衡水平井水平段供液剖面，投产中后期通过“自动控制流量”来抑制水平段高含水段出液，实现自动控水，起到延缓油井含水率上升的作用。海上油田全寿命控水完井技术在X油田H油藏W1井进行了现场试验，与同油藏生产井对比发现，该技术对水平井开发过程中的含水率上升有抑制作用，值得扩大规模试验。

【Abstract】Aiming at solving the problem of rapid coning of bottom water during the development by horizontal wells in the sandstone reservoirs with bottom water in offshore oilfields, a life-long water control completion technology for offshore oilfields was studied based on the analysis of the advantages and disadvantages of the inflow control device (ICD) and the autonomous inflow control device (AICD). The technology combined the advantages of ICD and AICD. During the early production period, the high-permeability section was constrained to balance the fluid supply profile in the horizontal section of the horizontal wells. In the later periods, the “autonomous flow rate control” was used to constrain the fluid output of the horizontal high water cut section, which could slow down the increase in water cut by autonomous water control. The technology was tested on-site in Well W1 in Reservoir H of Oilfield X. By comparing with production wells in the same reservoir, it is shown that the life-long water control completion technology can restrain the increase in water cut in the development by horizontal wells and is worthy of expanding the test scale.

二、期刊推荐

《石油钻探技术》创刊于1973年，由中国石油化工集团有限公司主管、中国石化集团石油工程技术研究院有限公司主办，是我国石油钻井方面历史最长的专业期刊，也是中国石化唯一以报道石油工程技术发展与进步为特色的科技期刊。主要报道国内外石油工程(包括钻井、完井、钻井液、固井、测井、录井、开采等专业)、 信息技术（人工智能、大数据、云计算、边缘计算、数字孪生、数字现实和物联网等技术在石油工程中的应用）、“双碳”目标（地热、干热岩、CCS/CCUS等技术研究进展，新能源技术在石油工程中的应用）、战略规划（能源政策方针、石油工程战略规划等）以及钻探机械设备与自动化方面的科技进展和现场经验。

三、联系我们

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时移地震叠前反演约束的油藏动静态表征理论与方法研究

叠前反演基本原理及影响因素时移地震油藏动态检测技术中，通常是将地球物理反演的结果作为油藏静态及动态地 质模型建立的重要依据。

而振幅作为地震波重要的组成元素，不仅受到波前扩散、吸收衰减等地震波传播机制的作用.

同时也受到地下介质参数的影响，这也使得利用地震振幅信息获取地下介质参数成为了可能。

相较于叠后地震数据而言，未进行叠加处理的叠前数据则保留了更多地下介质的岩性信息，这也使得AVO/AVA技术得到了飞速发展。

基于因岩性差异或流体分布所产生的振幅随着偏移距（角度）变化的特征，逐渐发展出了叠前AVO/AVA反演技术的储层参数预测以及结合岩石物理手段的物性参数估计方法。

而随着勘探技术的不断推进，以及正演方法的不断 完善，反演问题也不再仅限于利用振幅信息.

而是充分考虑走时、振幅、频率、波形等，提出了基于波动方程的AVO/AVA反演，以及波形反演（包括叠前波形反演及全波形反演）。

不失一般性，由于受到噪声等因素的影响，叠前反演在解决实际问题过程中常常是病态的、不适定的。为降低反演结果的多解性并增强反演结果的稳定性，通常需引入先验信息到目标函数当中，这种方法通常被称为正则化方法。

本章主要介绍了叠前AVO/AVA反演方法基本原理以及分析了影响反演结果质量的几个重要因素正演算子通常.

一个物理模型根据其物理机制模拟相应的物理响应的过程称之为正演问题，而相反，利用观测数据去估计相应的物理模型的过程则称之为 反演问题。

在地球物理学研究中，研究目标即一个物理系统，其本身固有存在着一些物理性质（如密度、电阻率、磁导率、地震波传播速度、温度等）。而正演问题则实现了对研究目标由模型空间向数据空间的映射。

模型空间与数据空间

在地球物理研究中，物理系统中大部分参数都是连续的，即无限维空间问题。

为了对研究目标进行定量表征，需首先对物理系统进行参数化处理，使无限维空间问题用有限维空间表示。而物理系统中可以不依 赖任何特定参数化方法而引进一个抽象的空间集合，该集合则称之为模型空间S。

因模型空间中的点均为物理系统中固有存在的物理性质，其相互之间并不存在线性运算（如加法、数乘），因此模型空间通常是一个非线性流形。

当参数化方法选定以后，即抽取了模型空间中的一个子集M，此时子集中每个点将与一组数值对应。

而针对特定的参数化方法而言，特定子集M即相应的模型空间，这个模型空间即为实际数值计算中对应的模型空 间。

为了得到研究模型参数的相关信息，则需要针对模型进行物理实现，得到相应的观测数据。与模型空间相似.

数据系统中可以不依赖任何特定的物理实现方法而引进一个数据集合，这个集合称之为数据空间 。

而当物理实现选定以后，则有从数据空间中选定了特定图D 。这个特定图D即实际数值计算中所谓的数据空间。

而这个特定的物理实现过程则称之为正演算子。在研究正演问题中，需保证数值正演模拟过程尽可能逼近观测数据真实的物理实现过程。

这样在利用正演算子进行反演研究时，才会避免因正演算法不精确而导致的反演误差。接下来，本文介绍几种常见的正演算子，并对其模拟效果进行对比和分析。

在此以Aki-Richard近似式为例，对四类AVO进行模拟，当入射角小于30度时，Aki-Richard公式可以较好的逼近Zoeppritz方程；而当入射角大于30度时，近似式模拟的结果与Zoeppritz模拟结果存在着较大的误差。

而大角度地震数据中包含有更多关于密度、各向异性参数在内的弹性参数信息，因此基于近似式的反演算法受到了很大的限制 。

Zoeppritz近似式Bortfeld（1961）最早给出了物理意义相对明确的反射系数近似公式；后来.

Koefoed（1962）通过调整介质的弹性参数，研究了泊松比对反射系数的影响，并建立了泊松比与反射系数相互关系的Zoeppritz线性近似式；

而随着多次覆盖和数学技术的发展，AVO/AVA反演得到了快速发展，并应用于实际勘探应用当中。

Aki和Richard（1980）在弱反射的假设前提下 ，推导了反射系数与纵横波速度以及密度之间的线性关系，提出了Aki-Richard近似公式；

Shuey（1985）随后提出了泊松比和纵波速度与反射系数之间的线性关系，被广泛的应用于AVO属性分析中;Fatti（1994）则在此基础上推导了纵横波阻抗和密度的线性近似表达式 .

Smith和Gidlow则在此基础上，引入了“流体因子”的概念，建立了用于烃类检测的Smith-Gidlow近似式。后来还有很多学者相继提出了各种线性近似式表达形式，以满足不同岩性的勘探需求。

在以上提及的线性近似式中，以Aki-Richard近似式最为经典，也是目前商业软件中应用最为广泛的线性近似式。

其表达形式如下：（3）基于波动方程的正演方法前面已经提到Zoeppritz方程是在半空间无限介质的单界面的前提下提出的， 因此Zoeppritz方程只能用来求取单层界面的反射、透射系数。

通常建立在高频近似假设前提下，基于射线追踪理论之上的。首先通过射线追踪算法，将深度域地质参数模型转换至时间域。

然后再利用Zoeppritz方程或其近似式沿着时间方向逐个时间、逐个角度的求取相应的反射系数，显然,这样计算得到的反射系数均假设每层的入射能量一致，即不考虑因能量部分反射所造成的能量损失；

同时不考虑层与层之间的相互作用关系，如层间多次波、薄层的调谐效应等。除此之外，由于每次运算得到的反射系数是相对独立，即每一个反射系数即为一个脉冲信号（对应频率域的白谱）。

然后利用子波与反射系数进行褶积得到合成地震记录，并不考虑地震数据的频率及相位变化。

因此，逐渐有学者提出了基于波动方程的正演模拟算法 ，如利用Born近似的散射理论、反射率法、传播矩阵方法求解波动方程解析解算法。

以及利用有限差分、有限元等算法的波动方程数值解算法。相较于前面提到的算法，基于波动方程的正演模拟方法具有更好的模拟地震波在地下的真实传播情况的能力。

基于射线追踪方法的正演算法失配函数的定义在线性赋范空间中，为了定量合成数据与观测数据之间的相似程度，通常利用范数定义观测数据与合成数据的误差。

而由这样的范数构成的函数被称为失配函数，也称残差函数、损失函数、损耗函数等，而在基于贝叶斯框架下，则又被称为似然函数。

在模型绝对准确，且正演算子可以完美拟合地下真实正演问题的情况下，失配函数实质上描述的是噪音的分布情况和噪声的大小。

因此，在假设噪音服从高斯分布的情况下，失配函数可定义为合成数据与观测数据残差的范数。

因此，最小二乘准则是工程应用中最为广泛的一种准则。但当噪音的分布规律不符合高斯分布情况下，传统的L2范数反演出现了一些不稳定情况。

因此，其它范数作为定量残差逐渐被提出并予以应用，如最小绝对值准则（L1残差范数）[120-125]、Huber准则[126,127]以及混合L1/L2准则[128,129]等。

正则化约束项前面提到了目标函数重要的组成部分—失配函数，而在解决实际问题过程中，通常需要在最小化经验误差函数的基础上加上一定的约束。

这样的约束在一定程度上起到了引导作用，在优化失配函数的同时有倾向的侧重满足约束的梯度方向，最终使得结果尽可能符合先验认知。此外，在目标函数中引入正则化约束项也克服了反问题不适定性。

选择合适的先验（正则化），则可以降低噪声的对不适定的影响，使反问题的解不会过拟合，降低多解性、增强稳定性，从而使得反问题的解 更趋向于真实情况。

列举了一些常用的正则化约束范数及其相应的梯度。在工程应用中，其中应用最为广泛的是L2范数和L1范数。

从概率角度分析，基于贝叶斯框架理论，正则化约束项赋予了明确的物理意义，即待求模型的先验分布信息。

范数相当于参数服从Gauss先验分布，而L1范数则对应Laplace先验分布。在L2范数约束下的最小化失配函数的问题通常被称作Tikhonov正则化问题；

而L1范数约束下的最小化失配函数问题则被称为基追踪问题在地球物理反问题中，除了采用L2和L1范数作为正则化约束项以外，还常常利用Cauchy范数作为约束项。 根据3种分布的表达式，可以得到相应的概率密度函数（PDF）。

对比三种分布结果可以发现：3种分布中大部分数据基本都分布于均值的一定范围内.

Gauss先验分布中，数据基本都集中在均值附近的一定范围，而在尾部（对应红框中的数据）则基本概率为零，即杜绝小概率事件发生；

Laplace先验分布中，数据则更加聚集在均值处，但尾部则具有一定的重尾现象，故Laplace分布属于重尾分布,

即允许小概率事件发生；Cauchy先验分布，则介于两种分布之间，在保证数据分布在均值一定范围内的同时，保证了一定小概率事件发生的可能。

从以上分析可以表明，Laplace约束由于数据分布最为集中，但允许小概率事件发生，是稀疏分布的重要特征.

Gauss约束数据则分布在均值的一定范围内，但基本杜绝小概率事件，是光滑约束的特征；而Cauchy分布则介于两者之间，适合作为相对稀疏问题的正则化约束条件。

最优化方法在完成以上参数的选定以后，目标函数基本被唯一的确定下来，接下来就是求解目标函数的最值问题。

与许多工程应用中相似，很多问题最终都被归结函数的最优化问题。而最优化方法则是最终实现反问题求解中必不可少的重要工具。

在常用的最优化算法中，应用最为广泛的算法可分为两大类：梯度类算法和启发式优化算法 。

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【名称】:氮气在油田生产中的应用【原创】:【页数】:4【格式】:pdf【数量】:1【简介】: