超深油气 技术创新 跨界合作 共3800字｜建议阅读时间5分钟 文 ｜子竹 2019开年至今短短几个月，中国的石油行业已经破了一连串历史纪录。 1月，中国南海东方13-2气田一口开发井，成功开井放喷获高产气流，创我国海上高温高压水平井井深和水平段长度两项纪录。 2月，中石化在仅一周左右时间内，两次刷新了亚洲陆地最深井纪录。其中，位于新疆的顺北鹰1井，完钻井深达到8588米。 3月初，位于四川的磨溪022-H8井，又刷新了四川最大天然气产区的井深纪录，井深达到7200米。 3月底，塔里木油田也宣布，建成了全球最大超深层凝析油气生产基地。 …… 这不难看出，大自然对于人类的馈赠——油气，越来越难获取。 ◆◆◆ 油气开采进入深层时代 近些年，国内的西南油气田、塔里木油田等主要增储油气田，大量新探明油气资源的埋藏深度达到4000、5000米甚至7000米以上，并且相当一部分资源储存在致密的页岩或低渗岩石中。 这些资源的开采工艺复杂，对技术和装备要求更高，大大提高了开采成本。有数据显示，目前四川地区打一口页岩气井，平均钻井成本需要4000万元以上，有的甚至上亿元。而在大庆油田、胜利油田等老油区，打一口井的成本一般只要几百到1000多万元。 未来，四川页岩气开采将大规模面向埋深3500米以上的资源，钻井成本将成为更大考验 其实不仅在中国，全球油气的勘探开发都在向“深”蔓延。2018年，全球发现最大的10个油气田中，有9个来自海洋，且其中有8个是超深水油气田。相对陆地开采，超深水开采风险难度更大，具备作业能力的石油公司也屈指可数。 所以引入新技术，对油气行业而言变得越发紧迫。历史也曾反复表明，在油气行业发展的转型期，引入创新科技是行业成功渡过难关的关键。 例如让美国重新成为世界第一大油气生产国的页岩革命，就是创新科技力量的印证。 计算机、大功率泵制造等技术的持续突破，让美国科研人员最终制造出了更精准的定向钻井工具和更廉价的地层压裂装备，一举攻克了曾经被认为无法实现经济性开采的资源，使得页岩油气低成本开发成为现实。 而近年来，诸如3D打印、石墨烯材料、人工智能、量子计算、机器人等和传统油气行业不沾边的前沿科技，越来越多地向油气领域渗透，表明了油气行业对技术创新的旺盛需求。 ◆◆◆ 技术创新为油气行业赋能 当下油气行业的技术创新，比以往更加多元化。不仅仅各大石油公司、油服公司在加大创新投入，也有来自油气领域之外的各界科技领头羊的“跨界”。工业巨头西门子（Siemens）就是其中之一。 尽管在大多数人印象中，西门子似乎和油气行业无太多交集，但实际上这家公司在油气领域有超过100年行业经验，为众多颇具开创性的油气工程，提供了技术支持。 例如大家耳熟能详的南海高温高压气田开发、西气东输建设、恒力石化2000万吨/年炼化一体化项目、俄罗斯亚马尔LNG、可燃冰开采项目等工程中，都有西门子的身影。 西门子的解决方案可以全面覆盖油气产业链上、中、下游。尤其凭借在燃气轮机、蒸汽轮机、发电机和压缩机等关键动设备技术和制造能力方面的领先性，以及在电气化、自动化、数字化方面的独到解决方案，让西门子在油气行业一直拥有特殊的地位。 西门子的解决方案可以全面覆盖油气产业链上、中、下游 长久以来，作业的效率和稳定性，一直是制约海洋油气开发的瓶颈。因为海上平台的运营日费一般高达50万元以上，任何一点时间、效率上的损失，都会导致成本的大增。设备运转若不稳定出现突然故障等，更会造成作业费用成倍的增长。 燃气轮机发电设备作为海上油气平台上的“心脏”，提高其效率和稳定性更是降低油气开发成本的关键。 2012年我国发现的南海东方13-2气田，是一个高温高压气田，开采难度很大，其开发过程需要性能更优的燃气轮机设备以降低作业风险。针对这一挑战，西门子特别开发了效率和稳定性更高的燃气轮机解决方案，满足了东方13-2气田海上油气平台的特殊需求。 采用西门子的燃气轮机解决方案多年，东方13-2气田开发不断取得新进展。2019年1月，该气田的一口开发井，成功开井放喷获高产气流，其井深超4000米、水平段423米，创了我国海上高温高压水平井井深和水平段长度两项纪录。 西门子的SGT-600燃气轮机极大降低了中国南海油气开发的成本和风险 不仅仅在上游领域，西门子持续改进燃气轮机和压缩机技术，为油气中下游领域也带来了可观的收益。 近年来，中游的天然气管道建设、LNG工厂以及下游的炼化厂等都呈现出向大型化、规模化发展的趋势，而这些关键设备一旦出故障，将造成巨大的损失。而西气东输、俄罗斯亚马尔LNG项目等世界级大工程，无一例外的选择了西门子创新的压缩机解决方案。 在PDH（丙烷脱氢）领域，西门子为中国最大的丙烯酸产品制造商浙江卫星石化股份有限公司位于浙江平湖的PDH装置二期项目提供了可靠的压缩机组，包括由一台西门子SGT-750型工业燃气轮机驱动的两台西门子STC-SH单轴压缩机。这是SGT-750燃气轮机在下游的首次应用，项目预计于2019年初进行试车。 西门子单轴压缩机 西门子SGT-750型工业燃气轮机 在精对苯二甲酸（PTA）方面，西门子为浙江独山能源有限公司年产220万吨的PTA项目提供了两套空气压缩机组。这是目前中国单套规模最大的PTA装置之一，计划于2019年第三季度投产。 PTA项目压缩机产品示意图 近年来中国油气行业发展转型提速，西门子也加大了本土化投入。 位于中国辽宁省的西门子工业透平机械（葫芦岛）有限公司（SITH），成立于2005年7月，是西门子（中国）有限公司和葫芦岛市国有资产管理有限公司共同成立的合资公司，是西门子在亚洲的压缩机和汽轮机制造基地。随着成撬车间、试车车间和转子车间的陆续建成和投用，SITH已经成为一家扎根本地，服务中国乃至全球的现代化企业。 SITH作为西门子石油与天然气业务全球三大运营工厂之一，凭借其先进的生产设备、一流的技术解决方案、完善的本地化产品价值链，涵盖了市场策略，新机销售，工程设计，供应链管理，项目管理，生产运营，服务及财务支持等领域以及不断扩大的本地化产品系列，包括单轴压缩机，齿式压缩机，往复式压缩机，管线压缩机和蒸汽轮机等，助力中国能源转型的发展需求。 位于中国辽宁省的西门子工业透平机械（葫芦岛）有限公司 当然，如果要谈油气行业的技术创新话题，就不得不提最大作业水深3658米，最大钻井深度15240米，世界最大的半潜式油气钻井平台“蓝鲸1号”。而为这个重达4万多吨的海上“巨人”，惊涛骇浪中的“定海神针”带来澎湃能量的正是西门子DP3闭环动力解决方案。 点击视频了解“蓝鲸1号”上的黑科技——DP3闭环动力解决方案 ◆◆◆ 数字化缔造油气新时代 数字化正成为改变各行各业的核心因素，诚然，数字化也将改变石油与天然气产业的未来。 2018年，中国海油董事长杨华在一封给全体员工的内部信中，表达了面对数字化发展的焦灼和压力，并指出数字化正以指数规模爆发，颠覆着边界和规则。 信中提到：“整个油气行业对于数字化浪潮的冲击并不敏感…..从当下到今后相当长一段时间内，我们需要把用数字技术推动产业转型作为一个极其重要的发展命题。” 其实，中国海油的焦灼并不是个例，数字化技术将给传统油气行业带来颠覆，这已成为整个行业的共识。BP集团、壳牌石油、斯伦贝谢之类的业界领头羊，无不在加速探索数字化技术在油气领域应用的种种可能。 从当前已有的数字化技术情况看，数字化有望为油气行业带来三大转变：
但问题在于，并不擅长于物联网、大数据、人工智能等数字化相关技术的石油公司，该如何着手转型呢？既懂油气行业，又擅长于数字化技术的西门子，看到了策马扬鞭的机会。 在工业界内，不少人称西门子是最接近“工业4.0”的企业。截至目前，西门子已经帮助多个行业、不同规模的数百家中国工业企业实现了数字化转型。在油气领域，西门子推出了数字化解决方案——Topside 4.0和Pipeline 4.0，前者针对上游勘探开发领域，后者针对中游管道领域。 数字方案究竟能如何帮助传统油气行业转型呢？ 众所周知，海上油气工程项目的设计和建造极其复杂，且实际建造和运营中，总免不了要出现漏洞和缺陷，这往往会带来大量时间和费用的浪费，令石油公司头疼。西门子的Topside 4.0方案，则解决了石油公司这一烦恼。 该方案借助“数字双胞胎”理念和技术，可在工程项目实际投产前，在虚拟环境中优化、仿真、测试项目。在虚拟环境中发现项目的漏洞缺陷并及时优化，而不是将问题留到实际施工中，这带来了巨大的时间和成本节省。 不仅如此，海上油气项目在投运后，“数字双胞胎”还能够实时优化运营过程，降低昂贵的海上平台运营日费。据介绍，以建造一艘日产10万桶原油的中型浮式生产储油卸油装置（FPSO）为例。应用Topside 4.0解决方案可以缩短项目设计和建造周期3-9个月，节省项目资本性支出1000-1500万美元，在10年内降低项目运营支出超过1亿美元。 毫无疑问，如果油气行业的钻井工程、地面工程、炼化工程都以“数字双胞胎”的方式开展，其产生的价值将难以估量。钻井时突然卡钻、抽油机意外震动、油气管线莫名泄漏，这些令石油企业心惊胆战的问题，未来都有望在虚拟世界中被提前消灭。 目前，西门子已和Aker BP石油公司开启合作，将Topside 4.0成功应用于位于欧洲北海的Ivar海上平台。西门子和油气行业在数字化领域的未来合作，将令人期待。 在1821年，现代油气行业中诞生的第一口井只有8.2米深，科技水平的不断发展，让油气开采实现了从几十米到几千米、从陆地到海洋、从常规油气到页岩油气的数次跨越。 当下，中国开启了“加强国内油气勘探开发”的新战略。对于这新一轮“油气大会战”，中石油等主力企业也明确表示，打好勘探开发进攻战，需要不断提升科技含量。 油气行业技术创新的不断涌现，让我们有充足的理由相信，15000米并不是这个行业的终点。 |
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