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SPE主席Nathan Meehan:關于被遺忘的鉆完井技術 我有話說

SPE主席Nathan Meehan:關于被遺忘的鉆完井技術 我有話說

懸賞獎勵對促進科學技術發展起到了極大的推動作用,無論是大航海時代的航海技術還是拿破侖戰爭時期食品保存技術。因此,為促進油氣技術的發展,SPE研發委員會為油氣行業鑒定出了5個巨大挑戰,具體是哪些挑戰呢?這份挑戰清單還存在哪些瑕疵呢?一起來看一下!

本文作者是國際石油工程師協會(SPE)2016年全球主席、美國貝克休斯公司高級顧問Meehan Nathan博士。

1903年在北卡羅來納州Kitty Hawk上演的首次短暫飛行并沒有使萊特兄弟一夜爆紅;然而,在接下來的5年內,人們對新技術的狂熱開始蔓延至全球每個角落。1909年,Louis Blériot因駕駛密度比空氣大的飛行器飛躍英吉利海峽而獲獎;1927年,Charles Lindbergh首次完成從紐約到巴黎的不間斷飛行,因此獲得了25000美元獎金的Orteig獎。

許多飛行隊為奪得Orteig獎爭得頭破血流并花費了數以千計的美元。競爭對手研發出的先進技術使得航空事業獲得了長足的發展,從而徹底顛覆了舊世界的運行方式。

△1927年,Charles Lindberg在巴黎降落后與Louis Blériot會晤時的場景

激勵與技術革新

科技懸賞獎(與認證獎勵相對,如諾貝爾獎)設立的目的是尋求社會重大問題的解決方法。早在1567年,英國、西班牙和荷蘭政府就為那些能夠確定海上船舶航行經度的突出貢獻者設立了金錢懸賞獎勵。當時許多科學家和工程師都致力于解決上述問題,從而使報時、望遠鏡、以及其他技術取得了實質性的進步。

同樣,法國政府在拿破侖戰爭時期重金懸賞,尋求能夠保存大量食物既安全又廉價方法,從而促進了巴氏消毒法的進步。

安薩里X大獎(Ansari X Prize)由X大獎基金(X Prize Foundation)主辦。1996年5月,X大獎基金會的創始人Peter Diamandis從林德伯格的書《圣路易斯精神》中受到啟發,為了激勵新的私人載人航天技術的創新,設立了總額為1,000萬美元的航天大獎。安薩里X大獎的競賽規則是:第一個用自制的飛行器將3名乘客送到100公里外的太空,安全將其接返地球,并能夠在兩周內使用同一架飛行器重復上述載人飛行的公司或組織最終獲得這筆獎金。

2004年10月4日,由Burt Rutan設計制造,微軟合伙人Paul Allen投資的價值2500萬美元的私人飛船“太空船一號”(SpaceShipOne),贏得了這項獎額1000萬美元的安薩里X大獎。同樣,該獎項也促進了其他例如原油泄漏清理技術、提高成人識字率、醫藥、以及各種相關技術方面的進步。上述案例說明:那些大膽的目標一旦取得了重大突破,必將造福整個人類。

油氣行業的“重大挑戰”

美國國家工程院根據主導技術思想鑒定出了21世紀工程領域存在的14個“重大挑戰”。其中幾個“重大挑戰”與能源相關,包括使太陽能應用更加商業化、從核聚變中獲取能量、以及碳的捕捉與封存。

SPE研發委員會為油氣行業鑒定出了以下5個重大挑戰:
1、高分辨率地下成像
2、油氣井采出水的循環利用
3、原位分子操縱技術
4、提高油氣采收率
5、碳的捕集和封存

另外一個應該關注的焦點是環境保護問題,包括將油氣生產活動對環境的影響降至最小、引入油氣泄漏預防和應急機制,因此上述內容也通常被稱作“5+1”挑戰。

以往有很多在石油技術雜志和SPE上發表的文章,大多數都是圍繞上述挑戰進行討論的。2014年,SPE推出了研發競爭機制,以鼓勵石油工程以外行業的人才和新理念來解決石油行業所面臨的技術挑戰。2014年,在阿姆斯特丹召開的SPE年度技術大會(ATCE)上成功舉辦了首輪競爭的決賽,進入決賽的6位選手針對“5+1”挑戰中的5個挑戰提出了項目方案。

本次比賽收到的參賽作品有:參賽者Vaibhav Bahadur的電法緩解烴類結垢以減少化學抑制劑的使用量; Mustafa Akbulut和Cenk Temizel的在提高采收率中用作驅替流體的刺激-響應超分子系統;Omar Laghrouche的用于地下高效成像的多級波長有限元技術;接下來的決賽(獎金待定)將在2017年10月9日—11日圣安東尼奧舉行的SPE年度技術大會(ATCE)上舉行。本次競賽設有獎金的目的并不是資助研究,而是作為加速研究進程的催化劑。

SPE還為那些石油工程學科的青年人才提供了研究經費,以支持他們的創新性研究。上述獎金的競爭非常激烈且必須用于解決一個以上SPE研發委員會鑒定的“5+1”挑戰。

我曾仔細研究過‘5+1挑戰’的內容,發現該挑戰還存在并不完善的地方。從某種意義上說,上述挑戰有助于發現、開發并更好的利用油氣資源,但還存在一定局限。因為上述挑戰并不包含如何促進高效率低成本的鉆完井技術和工藝發展。這是為什么呢?

原因在于“5+1”挑戰的焦點在于那些能夠帶來豐厚利潤的領域。但即使這樣,研究人員也應該關注那些沒有獲得巨大資助或獲得的資助尚不足以使技術取得長足進步的領域。例如,大多數人認為鉆完井效率問題是很容易解決的,鉆完井技術方面也確實獲得了一些關注,但即使這樣,新的鉆完井技術想要獲得更長足的進步仍然面臨巨大挑戰,應該引起行業的關注。

從歷史上看,卡鉆事故往往是產生非生產作業時間的主要原因。但在水平井鉆井發展的初期,泥漿泵和隨鉆測量事故卻超過卡鉆事故成為我所在公司的頭號難題。當時,我們與技術供應商共享了上述事故的相關數據,這些技術供應商的反應速度快得驚人。在鉆遇更深的地層時,我們又遇到了超高溫的挑戰,這就要求服務商繼續提高其技術和服務水平,鉆井技術就這樣在困難和挑戰中不斷進步,使得如今在低溫條件下的鉆速驚人。最終,水平井鉆井技術才會取得今天的成就。

水平井技術影響深遠,下面我舉個栗子,記得最近我訪問一所石油工程院校時,我叫一位學生在黑板上畫出一條井眼軌跡,她自然而然地畫出了一條水平井軌跡。還有一件事,我的一位朋友也是業內資深人士曾說過:“我甚至不記得我鉆的最后一口直井是在什么時候了,估計我永遠不會再鉆直井了。

關于這件事,我還需強調一點,即使我認為應當大力發展鉆完井技術和裝備,但這并不包括無隔水管鉆井、智能井、多分支井、井工廠鉆井等技術,因為這些技術經濟回報豐厚,并不用通過設立諸如安薩里X大獎等獎項來激勵,商人逐利的特性也會拼命推動其發展。這就好比一架飛機、一艘宇宙飛船、亦或是一臺清理原油泄漏的機器設備,這些技術會自然而然的發展并推動科技的進步。

目前,“5+1”挑戰備受關注且廣泛傳播,吸引了眾多服務商的眼球。但它沒有像安薩里X大獎那樣的特定的、可量化的目標,而我也并不確定它是否需要這樣的目標。所有技術都需要持續不斷的發展,因此需要對“5+1”挑戰進行重新審視。

基于上述原因,我曾與研發技術板塊的董事會探討過重新審視這些挑戰事宜,考慮這些挑戰是否需要更新和完善,以及鉆完井技術挑戰是否應該歸在其他重要的科研領域。我十分期待其最終結果。

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