長期以來,海上石油天然氣生產基礎設施的電力化一直是該行業的一個挑戰,基礎設施電力化可采用可再生能源,同時又為數字化和進一步降低對環境的影響創出一條自然的路徑。這也為海上石油天然氣生產的再創新鋪平了道路。
在全球新冠病毒大流行爆發之前,對石油和天然氣行業進行重大變革和轉型的呼吁已在醞釀之中。新冠病毒全球大流行的影響放大了這一行動的呼吁,成為行業根本性變革的催化劑。在這種變革性的轉型中,該行業正面臨著新的雙重要求,也就是以一種既要確保高標準的績效回報,同時又要兼顧降低碳排放的方式來滿足當前和未來對石油和天然氣的需求。
對于海上石油天然氣生產商來說,資本管理正在向較低總支出定義的運營環境轉化。人們非常注重降低資本支出和運營支出,同時還要加快首次油氣開發的時間,以及提高產量和總采收率。所有這一切的根本必須要減少桶油生產對環境的影響。
為了繼續在提供低成本和低碳能源方面取得重大進展,斯倫貝謝公司以一種全新的思維與客戶一起探索未來的生產旅程。在這種模式下,與客戶密切和早期的接觸與協作正在成為常態。
斯倫貝謝正在通過開放式數字互聯協作與石油公司或運營商們互動,他們的資產始終處于一切事物的中心,以滿足他們的業績需求。價值是在資產的整個生命周期內通過響應性、可持續性、可預測性和動態的方式在生產的全過程中創造的。
通過開放式協作,該行業不再有細分的線性工作流程。運營商們分享他們的最終目標,服務提供商們幫助他們在資產的整個生命周期內及早地做出正確決策。通過這一工作流程,運營商們可以:
· 選擇最佳的生產系統,實現最低的總成本和碳排放。從本質上講,服務提供商們積極努力地管理著與系統選擇、設計、交付和生產有關的各種風險,創建更精簡、更清潔的解決方案。
· 在生產階段進行配置,旨在優化資本支出和降低運營成本。通過這種方式,我們從最廣泛的創新和標準技術的選擇中創建出適合用途的解決方案。
· 提供可加快項目執行的解決方案,目的是更快地實現首次采油。這種通過技術創新的整個生命周期的方法縮短了油氣的交付時間,增大了項目的確定性。
· 以最低的成本和最低的桶油碳排放獲得最大的產量和采收率。這將擴大儲層的觸及,增強對儲層的控制,從而在資產的整個生命周期內提高油氣產量和采收率、減少浪費、減少排放和提高安全。
這種運作理念正在獲得更多的信任,并促進新概念的采用,這些新概念正在階躍式地改變生產績效,減少整體的環境影響。采用電能系統,見圖1(斯倫貝謝的電能系統是一種端到端的能源系統,可為可持續績效提供動力),該行業可通過海底生產和處理系統,從下至上,一直到最上部,降低各個接口的風險。

圖1
過渡技術
2021年6月,斯倫貝謝正式宣布了他的脫碳計劃,承諾到2050年,在整個石油和天然氣價值鏈中實現溫室氣體凈零排放。該計劃包括解決公司自身的排放問題,以及新的低碳或零碳能源風險投資的行動。此外,該公司還推出了過渡技術的產品組合,為石油和天然氣運營商們在油氣生產作業中減少他們自身的排放提供一種途徑。
該組合產品由專有技術和方案組成,可幫助最大限度地減少排放和降低能耗,以及解決其它關鍵的可持續性屬性,同時還能提高效率、可靠性和作業績效。組合產品分五個方面,針對各種可持續性挑戰,包括:解決散逸性排放問題;最大限度地減少鉆井作業中的碳排放;減少或消除燃燒;全領域地開發解決方案;以及基礎設施的電力化。
對于海上作業,基礎設施的電力化和全電力系統的部署將使該行業能夠提供低成本、低碳的能源。電力化能在多個層面實現可持續性的效益,包括利用低碳能源、減少運營范圍、與更廣泛的鉆井平臺電力化目標保持一致,以及延伸一口井的儲層的開采。

圖2
通過將用于海上作業的大功率系統轉換為采用電力而不是柴油發電機發電的方式,運營商們可利用低碳能源(包括可再生能源)的電力設施供電。全電力生產系統由廣泛的綜合技術組成,涵蓋地下、海底和地表各種環境。電力化還加速了數字化進程,從而能大范圍的縮短響應時間,最大化地提高遠程作業的價值。此外,全電力系統本身占地面積更小,這意味著它能減少生產系統從制造、安裝、操作及維護過程中的碳排放。
基礎設施電力化主題下的過渡技術,一個很好的例子就是全電力海底地表驅動器,見圖2(全電力海底地表驅動器可實現遠程閥門操作和健全監測,通過減少海上平臺和遠地點的探訪來節省成本)。全電力驅動器不依靠液壓系統,因此,可降低液壓油排放到環境中的風險,還能幫助運營商降低高達30%的運營支出。它是通過對海底地表閥門進行可靠和長期的遠程控制,以及基于狀態監控和節省資金的預見性維護來實現的。遠程操作消除了不必要的現場查巡和人員前往,因此運營商們可以重新考慮平臺的設計,例如拆除昂貴的構建物。減少維護查訪和相關差旅活動可以減少二氧化碳排放,同時設備現場的工作人員還能更精簡,預防性的維護作業還能更好的進行規劃,與其它職責分組,而不是被動地進行處治。
海上油氣生產的未來正在開啟
鑒于當今推動海上油氣生產再創新的戰略重點,全電力系統的出現正在使變革既現實又可行。一直以來,該行業主要依賴液壓生產系統進行海上油田的油氣開發。雖然事實證明,這些生產系統對許多海上油田的開發與應用是有效的,但人們普遍認為,從技術、環境的可持續性以及成本的角度來看,這些系統存在著諸多局限性和缺陷。在某些情況下,會根據液壓系統所能提供的可行性來調整油田的開發計劃。
對于海上油氣行業來說,再創新等同于推動一個可靠的解決方案,以確保可預見的低成本和低碳生產,同時更快地釋放資產價值。這些努力不可或缺的是全電能系統,它能幫助運營商們減少總的支出,同時還能加快數字化轉型的嘗試以及降低桶油生產的碳排放。作為一種更簡潔、更靈活的解決方案,全電力生產系統是一種更低碳、能夠替代液壓動力生產系統的最佳選擇,可支持當今大部分的海上油氣生產。

圖3
隨著對釋放最大資產潛能的日益關注,全電力系統提供的技術能力的階躍式變化通過實現范圍的擴大來提高產量和采收率的嘗試。更大的覆蓋范圍可以從一個主井眼對多個受控生產間隔的大位移井或多分支水平井進行多域控制,從而實現復雜井的油氣生產,見圖3,這對于液壓生產系統的操作方式是不可想象的。這種方法不僅優化了生產潛能,還減少了對特定儲層開采目標所需的井的數量。反過來也降低了總的開采成本和進度,從而在不增加新的基礎設施的情況下擴大資產的利用,進而可有效降低資本支出,同時還能最大限度地發揮資產的潛力。
電力化還讓遠離現有海上基礎設施的新井與其整合于一體成為可能。液壓系統依靠液壓延伸來擴大覆蓋范圍,但存在壓力傳輸的限制,特別是延伸的管路使長距離液壓功能失效。液壓系統也可能會因最上層的壓力產生能力被很快超越而受到限制,進而導致需要昂貴且耗時的系統升級,由于空間的限制,這些升級甚至也許不可能做到。相比之下,全電力系統能提供在達到技術限制之前長距離傳輸動力的能力,這使得從現有的生產區域擴大更多海底油氣井抵達更遠的儲層或油藏而成為可能。這也減少了補充更多海底基礎設施的投入,從而大大優化了資本支出和運營時間,顯著提高了生產績效。
為了改進運營決策,全電力系統能沿著單根電纜部署大量監控或控制站,而液壓系統除了傳感器監測線路外,還需為每個控制站提供專用管路。為了進行控制,用來驅動井下流量控制閥的電動馬達通過高溫電子設備進行操作,通過監測數十個參數來控制動作。這為位置(電機解析器)、扭矩(電流消耗)以及用于連續預后性狀況監測的許多其它內部參數提供了固有數據。

圖4
傳感器、永久性井下壓力計和溫度計組合起來可進行戰略性地部署,將其布置在重要的位置,可提供儲層壓力和截流壓力,見圖4。允許非均質或異質儲層混合開采,同時還能防止產生錯流,包括含水層的開采。雖然電力化技術并不新鮮,但它正在擴大井下壓力計的使用范圍,現在人們利用壓力測量進行油藏監測、油井性能或生產效率指數測算。
這也是電力化和數字化交集的地方——電力化擴大和強化了生產系統監控和監管的運用;數字化將通過這些操作獲得的大量數據情境化。當電力化與數字化完全融合時(從海底沙地面到最上層),全電力系統可以從嵌入式感應中提供實時和情境數據洞察。此外,電力化能通過一根電纜或無線分布式網絡實現完全的井下設備控制,從而在整個基礎設施中提供動態精準的控制,以及訪問和使用自動化功能。
大型數據集通過特定于工作流的算法進行情境化,然后結合起來提交生產優化方案或計劃,目的是保持設備的完好性,以獲得長期的可靠性和可用性。
系統集成對于釋放電力化和數字化融合帶來的好處至關重要,特別是考慮到沙面、海底和最上層之間的許多接口。斯倫貝謝正在與運營商們合作,通過提供全方位的技術和系統集成來克服這些挑戰,從而確保最佳性能和績效。

圖5
從環境可持續性的角度來看,全電力系統可以幫助運營商履行他們的使命,減少對環境的影響,同時還能推動更高的績效。全電力系統更輕便、更小巧,這意味著更低的能耗和更低碳排放,見圖5所示:海底液壓管路布局(左),電力布線的簡化架構(右)。此外,由于不依賴液壓或液壓油,因此,消除了液壓油傾瀉到環境中的風險。
按動開關
石油天然氣行業的全電力技術不是什么新奇的東西。斯倫貝謝于1972年就采用了他的首款井下電壓力表,隨后永久性監測系統有了幾次改進,最新一代的Metris*壓力表可靠性等級評價為100%。1998年,第一款全電動井下流量控制閥問世,盡管如此,但從未安裝過。幾代人之后,自2012年以來,已部署了50多個全電動流量控制站,并連接到了智能生產系統和油藏管理系統。
電動智能完井。利用部署在單條電纜上的電動智能完井系統,可實現高效的油藏管理,最終可提高油氣采收率。Manara*電驅動生產和油藏管理系統可實時對多個油藏和儲層進行井下永久監測和流量控制,甚至適用于多分支水平井。這樣就能控制幾乎無限的區塊或儲層,每個區塊都有完整的生產信息。這在非均質或多儲層油藏、大位移和儲層極難開采的各類井實現了前所未有的生產和油藏管理。
在挪威的近海,Equinor能源公司首次部署了生產管理和油藏管理系統,以提高石油產量,同時還減少了Heidrun油田一口大位移井項目的二氧化碳排放。Equinor公司將深入了解哪些層位有助于生產,包括每個層位裁定流量的能力,使用6個全電力監測和控制站來優化石油產量,并最大限度地減少水的產量。使用Manara系統控制水的生產將會減少將處理過的水泵送回儲層所需的能量,從而減少桶油生產的二氧化碳排放量。
全電力海底技術。全電力海底和上部設備及技術可實現靈活、經濟高效和可靠的海底生產,特別是在具有挑戰的環境中進行生產,如超深水作業和長距離撤離作業。電臍帶有著更小的橫截面,可制造并纏繞出更長的連續長度,便于使用更小的安裝容器。這也縮短了生產的交貨時間,從而可降低成本,而且,還有助于簡化運輸物流。對于長距離撤離作業,可減少甚至消除臍帶的捻接。
在海底層面,斯倫貝謝的海底技術、生產和加工系統部門OneSubsea®于2008年為TotalEnergies(當時的道達爾)公司安裝了第一代全電力海底采油樹。2012年和2016年分別安裝了第二代和第三代全電力海底采油樹,迄今為止,運行了數百萬小時的電驅動裝置沒有出現過故障。數百個海底電驅動器已成功部署在多個海底場所。多年來,海底配套工藝也同樣受益于全電力設備,從1997年中國南海陸豐油田安裝的第一臺海底電驅動多相泵就開始了。
在特立尼達和多巴哥近海,斯倫貝謝幫助英國BP公司在Matapal油田提前七個月完成了第一個天然氣項目。OneSubsea與BP合作,利用其經驗部署了他的首個全電力歧管和三個壓力為10000psi的海底采油樹,這三個采油樹均帶有集成的Vx Omni*海底多相流量計。組合式節流閥歧管設計和標準接口就地接入電驅動器的技術創建了簡單的解決方案,也展示了建造和測試過程中的方案優化。
數字化運營。全電力生產系統的使用有助于加速數字化成果,從而實現生產優化以及維護和補救工作的戰略規劃。
例如,多儲層隔間可能產生于一個井筒,這可能導致挑戰性的系統力學或相互作用的情形,甚至會出現潛在的穩定性問題。傳統的解決方案和方法不適用于產自不同系統力學的許多單井的調優系統。不過,通過使用智能系統和人工智能,該行業將克服這個問題。智能系統可實時提出建議,或以最優的方式直接管理多個控制設備,確保從給定的設定點實現高水平的生產目標。
電力化為自動化鋪平了道路,最終將在某種程度上推動自主操作。通過設計,電力化利用各種內部參數來對系統進行控制。這些參數提供了有關該系統及其所有單個組件運行狀態的連續信息。將信息收集到可靠的數據庫中有助于改進未來幾代設備,同時還有望實現智能維護規劃,以及最大限度地減少對生產計劃的干擾。
行業合作。為了加快全電力轉型和即刻彌補技術差距,斯倫貝謝正在與運營商合作,開展廣泛的聯合集成和項目開發。在巴西,OneSubsea正在與Equinor、TotalEnergies和BP公司合作開展一個項目,為的是開發下一代全電力海底采油樹。同樣在巴西,斯倫貝謝與TotalEnergies和Petrobras(巴西國家石油公司)達成了一項技術協議,意在開發下一代全電力高流量智能完井技術。這些合作體現了該行業為確保可靠的實現低成本生產和低碳能源的集體關注。
其它項目包括與BP和埃克森美孚合作開發一個全電力和光纖監測、裸眼礫石填塞系統,還與Equinor公司合作開發下一代海底泵,直接取代由加工液用作冷卻劑和潤滑劑的隔離液。
擁抱再創新
隨著對資本管理、數字化及可持續性戰略重點的不斷關注,該行業志在必得的擁抱再創新。今天,基礎設施的電力化和全電力系統的采用與部署,除了提供低成本和低碳能源生產所需的環境可持續性以外,還能提供油藏進入與控制以及生產績效的階躍式變化。
全電力系統能讓海上油氣生產商們采用一種系統方法,通過降低桶油生產的整體碳排放來減少對環境的影響;通過加大油藏進入與控制來提高油氣產量和采收率;減少總支出;加快油氣首次開采或增量開采的時間。
通過開放式協作的方法來提高資產利用率,石油天然氣行業可即刻解決最為迫切的事情,以減少碳排放的方式來滿足當前和未來的油氣需求,確保注重回報的績效和結果,在確定海上油氣生產的未來方向上發揮著關鍵作用。