El primer período de revolución tecnológica en la exploración y el desarrollo del petróleo se produjo en las décadas de 1920 y 1930. En ese momento, aparecieron plataformas de perforación de alta potencia, nuevas brocas giratorias y agentes de tratamiento químico mejoraron el rendimiento de los fluidos de perforación y el cemento de cementación, y se mejoró la calidad de la cementación. En términos de extracción de petróleo y gas, en lugar de continuar con la perforación intensiva y la explotación ciega en la etapa inicial, comenzamos a darnos cuenta de que los yacimientos subterráneos de petróleo son un sistema hidrodinámico unificado y propusimos el concepto de producción máxima efectiva como indicador para medir. la calidad de la producción.
El segundo período de revolución tecnológica en la exploración y desarrollo petrolero fue después de la Segunda Guerra Mundial, especialmente en las décadas de 1960 y 1970. La continua aparición de nuevas tecnologías hizo de este período una época dorada para el descubrimiento de reservas de petróleo. En términos de tecnología de exploración, para el procesamiento de datos se utiliza una gran cantidad de sismómetros digitales, tecnología multicanal y de cobertura múltiple y computadoras de alta velocidad y gran capacidad, lo que ha llevado la tecnología de exploración de petróleo y gas a un nuevo nivel. las reservas de antiguas áreas de exploración con altos niveles de exploración están en constante expansión en términos de tecnología de perforación. Se han desarrollado tecnologías de perforación de "perforación científica", perforación por chorro, perforación equilibrada, perforación direccional y optimización de parámetros en la minería de yacimientos petrolíferos, inyección de agua; para aumentar la presión del yacimiento y la tecnología de fracturación hidráulica a gran escala se han utilizado ampliamente, y la tecnología de recuperación terciaria de petróleo (EOR) se ha probado en interiores y en el campo, los métodos térmicos se han promovido industrialmente y la producción de petróleo en alta mar también ha logrado grandes avances.
La tercera revolución tecnológica en la exploración y desarrollo del petróleo ha continuado desde la década de 1980. Esta revolución tecnológica se caracteriza por la tecnología de la información [37]. En términos de tecnología de exploración, la resolución sísmica continúa mejorando y los métodos no sísmicos reaparecen en términos de tecnología de perforación, la tecnología de pozos horizontales y ramales continúa desarrollándose en el desarrollo de campos petroleros y la tecnología de recuperación de petróleo terciario continúa desarrollándose.
2.3.2.1 Tecnología sísmica y exploración de petróleo y gas en EE. UU.
Desde 65438 hasta 0923, comenzaron a aparecer en Estados Unidos escalas de torsión experimentales y sismómetros de refracción, que se utilizaron con éxito en petróleo. Acumulación y sal gema Sobre el Golfo de México. La diferencia de tiempo en la propagación de la onda elástica entre el cuerpo de sal y la roca circundante da como resultado diferentes características de propagación de las ondas sísmicas. La diferencia de densidad entre el cuerpo de sal, la capa de roca suprayacente y la roca circundante es una característica medida mediante una escala de torsión. La aplicación de estos dos métodos geofísicos ha llevado al descubrimiento de muchos campos de domos de sal.
Desde 1925, los dos métodos de exploración anteriores se han promovido rápidamente en la exploración petrolera estadounidense. La Compañía de Investigación Geofísica establecida por E.L DeGolyer y Karcher mejoró el sismómetro mecánico, reemplazándolo con un método electromagnético y utilizando un método preciso de medición de señales de radio en lugar del método de ondas acústicas para determinar el tiempo y la distancia de la explosión, lo que aumentó la velocidad de la exploración sísmica de refracción y redujo. costos de exploración. Después de aplicar sismómetros de refracción en el Golfo de Texas y Luisiana, se descubrieron cerca de 40 domos de sal en cuatro años. De 1924 a 1929, la tecnología de exploración sísmica de refracción jugó un papel destacado en la exploración del Golfo de México.
Desde finales de los años 1920 hasta los años 1930, los métodos de reflexión sísmica se utilizaron con éxito en Oklahoma, el Golfo de México, Texas y California. El campo petrolero Seminole, descubierto en Oklahoma en 1928, fue el primer campo petrolero descubierto utilizando enteramente tecnología sísmica. En 1934, se descubrieron antiguos campos petroleros marinos utilizando métodos geofísicos en la costa norte del Golfo de México, y se descubrieron una serie de campos petroleros utilizando métodos geofísicos en esta área. El campo petrolífero de Salem fue descubierto geofísicamente en Illinois en 1937. ——El primer campo petrolero marino, Creole Oil Field, fue descubierto en el Golfo de México en 1938. Estos importantes descubrimientos establecieron el valor de aplicación de la tecnología sísmica de reflexión en la exploración de petróleo y gas.
Después de 1940, las innovaciones en la tecnología sísmica han llevado a muchos cambios en los instrumentos sísmicos y en las técnicas de interpretación, como el uso de instrumentos multicanal con control automático de ganancia, la aplicación de la tecnología de ondas mixtas y el método de perfil continuo. , presión magnetorresistiva Se utilizó una combinación de geófonos eléctricos y una gran cantidad de geófonos hasta principios de la década de 1950, cuando se empezaron a utilizar sistemas de grabación en cinta analógica. El desarrollo de instrumentos sísmicos y tecnología de exploración ha facilitado la exploración de yacimientos de petróleo y gas más profundos y de trampas de petróleo y gas más complejas.
Con la mejora continua de la tecnología sísmica se han mejorado las capacidades de exploración en áreas complejas y capas profundas. Después de la década de 1940, se descubrieron muchos yacimientos de petróleo y gas de tamaño pequeño y mediano en Estados Unidos, mientras que el número de yacimientos de petróleo y gas grandes disminuyó drásticamente. De 1950 a 1953, se descubrieron a lo largo del año casi 1,8 millones de toneladas de yacimientos de petróleo y gas de tamaño pequeño y mediano.
A principios de la década de 1960, la transformación digital de la tecnología sísmica supuso un gran avance en el desarrollo de la tecnología de exploración, marcando el comienzo de una nueva era de registro y procesamiento digital sísmico. La aplicación de algunas tecnologías nuevas (incluidas vibroseis y cobertura de puntos profundos) ha aumentado la densidad de la cobertura subterránea y ha mejorado la precisión de la exploración sísmica.
La superioridad y el potencial de la tecnología de procesamiento y grabación digital sísmica no tienen comparación con la tecnología de cinta analógica, y las operaciones de datos sísmicos que puede completar son difíciles de lograr con instrumentos analógicos. A mediados de la década de 1960, la tecnología sísmica digital reemplazó gradualmente los métodos de exploración sísmica convencionales, mejorando significativamente la eficiencia y las capacidades de exploración de la exploración sísmica, expandiendo así el campo y la profundidad de la exploración, y mejorando la tasa de éxito de la exploración.
Desde la década de 1970, los nuevos avances en la tecnología sísmica han llevado la exploración de petróleo y gas de Estados Unidos a una nueva era. Con el desarrollo de la tecnología electrónica e informática, la geofísica de exploración continúa beneficiándose y se ha convertido en una base importante para el avance de la tecnología de exploración geofísica. El desarrollo y la aplicación de sistemas de adquisición sísmica multicanal, varias fuentes sísmicas controlables por ondas longitudinales y mejoras en otras fuentes sísmicas no explosivas han mejorado enormemente las capacidades de exploración sísmica. La tecnología sísmica tridimensional mejora la obtención de imágenes de formaciones y estructuras subterráneas complejas, aumentando así las tasas de éxito de la exploración. La tecnología sísmica tridimensional se ha utilizado en todas las etapas de la exploración y el desarrollo de petróleo y gas, especialmente para proporcionar estructuras subterráneas detalladas e imágenes estratigráficas antes del desarrollo del campo petrolero, así como la evaluación y el monitoreo dinámico del yacimiento después del desarrollo del campo petrolero. En la actualidad, la exploración sísmica tridimensional se ha convertido en un medio técnico importante para la exploración en áreas maduras de Estados Unidos.
Desde la perspectiva de la tecnología de procesamiento de datos sísmicos, el progreso más importante en el procesamiento de datos sísmicos debería ser el desarrollo y la aplicación de tecnología de imágenes e inversión basada en ecuaciones de ondas, incluida la migración previa y posterior al apilamiento. Supresión de ondas múltiples, corrección estática de datum y desplazamiento, estimación de velocidad, etc. La aplicación del sistema de interpretación interactiva persona-computadora ha mejorado aún más la eficiencia y precisión de la interpretación de datos sísmicos y ha mejorado el nivel de interpretación de estructuras complejas y trampas estratigráficas.
Desde la publicación de "Estratigrafía sísmica" por la Asociación Estadounidense de Geólogos del Petróleo (AAPG) en 1977, la interpretación geológica sísmica se ha expandido desde la sismología estructural al campo de la interpretación estratigráfica sísmica, promoviendo el desarrollo de la interpretación sísmica. tecnología.
En la década de 1990, la recuperación mejorada de petróleo se ha convertido en un área importante de actividad geofísica en Estados Unidos. Se ha seguido desarrollando y aplicando la tecnología sísmica tridimensional. La sísmica de alta resolución y la tomografía de pozos cruzados se han convertido en tecnologías clave en la investigación y el desarrollo (Tabla 2.3).
Tabla 2.3 Tecnología de exploración sísmica en Estados Unidos desde los años 1960 a 1990 [36]
2.3.2.2 Tecnología de registro de pozos y exploración de petróleo y gas en Estados Unidos
La tecnología de registro de pozos de EE. UU. ocupa una posición de liderazgo en el mundo. La tecnología de registro ha desempeñado un papel muy importante en el descubrimiento de nuevas reservas de petróleo y gas en los Estados Unidos y en la mejora de los beneficios de exploración y desarrollo. Desde principios de la década de 1920, la tecnología de tala se puede dividir a grandes rasgos en las siguientes cuatro etapas [38]:
(1) Etapa de tala simulada. En esta etapa, debido a los limitados medios de registro, se obtienen pocos parámetros físicos de las rocas subterráneas. Por lo tanto, los datos de registro se utilizan principalmente para la correlación estratigráfica, la división de las capas permeables y el juicio cualitativo de las capas de petróleo y agua. A principios de la década de 1940, el ingeniero petrolero Archie derivó la fórmula de saturación de agua adecuada para formaciones puras basándose en datos de laboratorio de areniscas de la Costa del Golfo, la famosa fórmula de Archie, que marcó el desarrollo y la formación de la tecnología de registro moderna, que puede evaluar cuantitativamente parámetros como. porosidad, saturación de fluidos y contenido de lodo en yacimientos con litología relativamente simple.
(2) Desde la década de 1960, la tecnología de registro ha entrado en su segunda etapa de desarrollo. Los métodos de registro y las series de registro se han mejorado. La tecnología electrónica y la tecnología informática se han utilizado ampliamente. La promoción ha mejorado enormemente la precisión de la interpretación de los registros de pozos. Los datos de registros de pozos combinados con otros datos se pueden utilizar para describir el yacimiento en detalle. Los datos de registro de pozos se pueden utilizar para evaluar la porosidad, la permeabilidad, la saturación de petróleo y gas, la movilidad del petróleo y el gas, el tipo de petróleo y gas, la litología, el buzamiento y la estructura de la formación, el ambiente de depósito, las constantes elásticas de la roca de la formación, etc.
(3) Desde la década de 1970, la tecnología informática y la tecnología microelectrónica se han integrado completamente en la tecnología de adquisición y procesamiento de datos de registro. Esta es la tercera etapa de la tecnología de registro. Las capacidades de combinación de múltiples instrumentos de medición y la combinación de series de proyectos de medición se están volviendo cada vez más maduras, lo que ayuda a mejorar la eficiencia de la perforación y evaluar las formaciones de manera efectiva.
(4) Desde la década de 1990, Estados Unidos ha comenzado a aplicar tecnología de registro de imágenes para mejorar la eficiencia de la exploración de petróleo y gas y el desarrollo de campos de petróleo y gas, convirtiéndose en el representante de la tecnología de registro moderna y la tala. La tecnología ha entrado en la cuarta etapa. La tecnología moderna de registro se ha desarrollado plenamente en los campos de la estructura geológica, la investigación de la sedimentación, las pruebas rápidas de yacimientos de petróleo y gas, la estimulación de la fractura de yacimientos, la mecánica de rocas, la predicción de la productividad y nuevas evaluaciones de la calidad de la cementación. , desempeñando un papel importante en la expansión de la exploración de petróleo y gas a yacimientos profundos y ocultos de petróleo y gas, yacimientos heterogéneos de petróleo y gas y otros campos, y manteniendo un crecimiento continuo de las reservas.
Tabla 2.4 Tecnología de explotación maderera en los Estados Unidos desde los años 1950 a los años 1990 [36]
2.3.2.3 y la historia del desarrollo de la tecnología de perforación en los Estados Unidos
< En 1859, E. Drake perforó el primer pozo de petróleo de la industria petrolera estadounidense con un taladro percutor en Pensilvania. Durante los siguientes 140 años, la tecnología de perforación continuó desarrollándose y mejorando. En términos generales, el desarrollo de la tecnología de perforación en el siglo XX se puede dividir en cuatro períodos [39]:(1) Período conceptual (1901 ~ 1919). Se combinó la perforación con la limpieza de pozos y se comenzaron a utilizar barrenas cónicas y técnicas de cementación.
(2) Período de desarrollo (1920 ~ 1948). Con el mayor desarrollo de las brocas cónicas de rodillos, la tecnología de cementación y la tecnología de fluidos de perforación, han surgido equipos de perforación de alta potencia.
(3) Período de perforación científica (1949 ~ 1969). Mecánica de la sarta de perforación y tecnología de control de desviación de pozos; perforación con chorro dentado; tecnología de detección de presión de formación de bajo contenido de sólidos, sin fase sólida, y control de sólidos; Equilibrio Perforación a presión, etc.
(4) Periodo de perforación automática (1970 a la actualidad). Brocas PDC; aplicaciones informáticas; tecnología de perforación de procesos especiales; registro integral durante la perforación y desarrollo automatizado de herramientas y equipos de perforación; En la década de 1970, la introducción de la tecnología informática y el desarrollo de la tecnología inalámbrica de medición durante la perforación supuso un nuevo hito en el desarrollo de la tecnología de perforación y aceleró el desarrollo de la perforación científica. La década de 1980 fue el período pico de perforación de pozos profundos. Estados Unidos ha completado 1.982 pozos profundos y ultraprofundos (por encima de los 4.500 metros). En la década de 1990, la investigación y el desarrollo de tecnologías especiales y la perforación eficiente atrajeron mucha atención, y en esta etapa maduraron gradualmente una serie de tecnologías de alta tecnología, como pozos de alcance extendido, pozos de múltiples ramas, perforación de pozos pequeños y perforación bajo balance. .
A principios de la década de 1980, Estados Unidos comenzó a estudiar la tecnología de pozos horizontales y logró avances iniciales. La tecnología en sí se remonta a 1891, cuando la primera técnica patentada fue perforar un pozo horizontal a partir de un pozo vertical; en 1929, se perforó el primer pozo verdaderamente horizontal en Texas, EE. UU.; En las décadas de 1970 y 1980, con los bajos precios del petróleo, la necesidad de reducir los costos de exploración y el desarrollo de equipos de perforación, la tecnología de perforación horizontal volvió a ser ampliamente estudiada y aplicada. Aunque el costo de perforar pozos horizontales es mayor que el de perforar pozos verticales, un pozo horizontal puede funcionar como varios pozos verticales, por lo que perforar pozos horizontales es económicamente viable. En algunos casos, la extracción con pozos convencionales no es factible, pero los pozos horizontales pueden hacer que los proyectos de desarrollo sean económicamente viables. En la década de 1990, la tecnología de pozos horizontales comenzó a utilizarse ampliamente y ahora se ha utilizado como tecnología de perforación convencional en casi todos los tipos de yacimientos. Estados Unidos ha perforado con diferencia la mayor cantidad de pozos horizontales del mundo.
En la actualidad, la aplicación de la tecnología de perforación de pozos horizontales se está desarrollando en una dirección integral. En los últimos años, las tecnologías de perforación y terminación, como los pozos horizontales de alcance extendido, los pozos horizontales de pequeño diámetro y los pozos horizontales de múltiples ramas, se han desarrollado rápidamente en los Estados Unidos y se han puesto en aplicación práctica en grandes cantidades (Cuadro 2.5).
Estados Unidos comenzó a utilizar pozos de alcance extendido en la década de 1980 y la tecnología se desarrolló rápidamente en la década de 1990. Actualmente se utiliza principalmente en alta mar de California. Desde la década de 1990, la tecnología de perforación de agujeros pequeños se ha desarrollado rápidamente. En la actualidad, esta tecnología también se ha aplicado a pozos horizontales y pozos profundos, como pozos horizontales de múltiples ramas con desviación de pozos pequeños, y se ha utilizado tubería flexible para perforar pozos pequeños. Gracias a la tecnología punta, se perforan el mayor número de pequeños pozos.
Tabla 2.5 El desarrollo de las principales tecnologías de perforación en los Estados Unidos desde los años 1960 a los años 1990 [36]
La tecnología de perforación desequilibrada comenzó en los años 1950. En los últimos años, con la continua aparición de nuevos equipos de perforación, la tecnología de perforación bajo balance ha vuelto a recibir gran atención y ha ido madurando gradualmente. Las principales ventajas de la tecnología de perforación bajo balance son reducir el daño a la formación, mejorar la productividad de un solo pozo y la eficiencia de la perforación, reducir los costos de perforación, descubrir anomalías geológicas oportunamente e identificar capas de producción.
En 2003, se perforaron más de 2.200 pozos utilizando el método de bajo balance en Estados Unidos, lo que representa aproximadamente el 20% del número de pozos perforados ese año.