長期以來，海上石油天然氣生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施的電力化一直是該行業(yè)的一個挑戰(zhàn)，基礎(chǔ)設(shè)施電力化可采用可再生能源，同時又為數(shù)字化和進(jìn)一步降低對環(huán)境的影響創(chuàng)出一條自然的路徑。這也為海上石油天然氣生產(chǎn)的再創(chuàng)新鋪平了道路。
在全球新冠病毒大流行爆發(fā)之前，對石油和天然氣行業(yè)進(jìn)行重大變革和轉(zhuǎn)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(yè)根本性變革的催化劑。在這種變革性的轉(zhuǎn)型中，該行業(yè)正面臨著新的雙重要求，也就是以一種既要確保高標(biāo)準(zhǔn)的績效回報(bào)，同時又要兼顧降低碳排放的方式來滿足當(dāng)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(chǎn)商來說，資本管理正在向較低總支出定義的運(yùn)營環(huán)境轉(zhuǎn)化。人們非常注重降低資本支出和運(yùn)營支出，同時還要加快首次油氣開發(fā)的時間，以及提高產(chǎn)量和總采收率。所有這一切的根本必須要減少桶油生產(chǎn)對環(huán)境的影響。
為了繼續(xù)在提供低成本和低碳能源方面取得重大進(jìn)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(chǎn)旅程。在這種模式下，與客戶密切和早期的接觸與協(xié)作正在成為常態(tài)。
斯倫貝謝正在通過開放式數(shù)字互聯(lián)協(xié)作與石油公司或運(yùn)營商們互動，他們的資產(chǎn)始終處于一切事物的中心，以滿足他們的業(yè)績需求。價值是在資產(chǎn)的整個生命周期內(nèi)通過響應(yīng)性、可持續(xù)性、可預(yù)測性和動態(tài)的方式在生產(chǎn)的全過程中創(chuàng)造的。
通過開放式協(xié)作，該行業(yè)不再有細(xì)分的線性工作流程。運(yùn)營商們分享他們的最終目標(biāo)，服務(wù)提供商們幫助他們在資產(chǎn)的整個生命周期內(nèi)及早地做出正確決策。通過這一工作流程，運(yùn)營商們可以：
· 選擇最佳的生產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)最低的總成本和碳排放。從本質(zhì)上講，服務(wù)提供商們積極努力地管理著與系統(tǒng)選擇、設(shè)計(jì)、交付和生產(chǎn)有關(guān)的各種風(fēng)險，創(chuàng)建更精簡、更清潔的解決方案。
· 在生產(chǎn)階段進(jìn)行配置，旨在優(yōu)化資本支出和降低運(yùn)營成本。通過這種方式，我們從最廣泛的創(chuàng)新和標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)的選擇中創(chuàng)建出適合用途的解決方案。
· 提供可加快項(xiàng)目執(zhí)行的解決方案，目的是更快地實(shí)現(xiàn)首次采油。這種通過技術(shù)創(chuàng)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(xiàng)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(chǎn)量和采收率。這將擴(kuò)大儲層的觸及，增強(qiáng)對儲層的控制，從而在資產(chǎn)的整個生命周期內(nèi)提高油氣產(chǎn)量和采收率、減少浪費(fèi)、減少排放和提高安全。
這種運(yùn)作理念正在獲得更多的信任，并促進(jìn)新概念的采用，這些新概念正在階躍式地改變生產(chǎn)績效，減少整體的環(huán)境影響。采用電能系統(tǒng)，見圖1（斯倫貝謝的電能系統(tǒng)是一種端到端的能源系統(tǒng)，可為可持續(xù)績效提供動力），該行業(yè)可通過海底生產(chǎn)和處理系統(tǒng)，從下至上，一直到最上部，降低各個接口的風(fēng)險。
圖1
過渡技術(shù)
2021年6月，斯倫貝謝正式宣布了他的脫碳計(jì)劃，承諾到2050年，在整個石油和天然氣價值鏈中實(shí)現(xiàn)溫室氣體凈零排放。該計(jì)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(fēng)險投資的行動。此外，該公司還推出了過渡技術(shù)的產(chǎn)品組合，為石油和天然氣運(yùn)營商們在油氣生產(chǎn)作業(yè)中減少他們自身的排放提供一種途徑。
該組合產(chǎn)品由專有技術(shù)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(guān)鍵的可持續(xù)性屬性，同時還能提高效率、可靠性和作業(yè)績效。組合產(chǎn)品分五個方面，針對各種可持續(xù)性挑戰(zhàn)，包括：解決散逸性排放問題；最大限度地減少鉆井作業(yè)中的碳排放；減少或消除燃燒；全領(lǐng)域地開發(fā)解決方案；以及基礎(chǔ)設(shè)施的電力化。
對于海上作業(yè)，基礎(chǔ)設(shè)施的電力化和全電力系統(tǒng)的部署將使該行業(yè)能夠提供低成本、低碳的能源。電力化能在多個層面實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性的效益，包括利用低碳能源、減少運(yùn)營范圍、與更廣泛的鉆井平臺電力化目標(biāo)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(yè)的大功率系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為采用電力而不是柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電的方式，運(yùn)營商們可利用低碳能源（包括可再生能源）的電力設(shè)施供電。全電力生產(chǎn)系統(tǒng)由廣泛的綜合技術(shù)組成，涵蓋地下、海底和地表各種環(huán)境。電力化還加速了數(shù)字化進(jìn)程，從而能大范圍的縮短響應(yīng)時間，最大化地提高遠(yuǎn)程作業(yè)的價值。此外，全電力系統(tǒng)本身占地面積更小，這意味著它能減少生產(chǎn)系統(tǒng)從制造、安裝、操作及維護(hù)過程中的碳排放。
基礎(chǔ)設(shè)施電力化主題下的過渡技術(shù)，一個很好的例子就是全電力海底地表驅(qū)動器，見圖2（全電力海底地表驅(qū)動器可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程閥門操作和健全監(jiān)測，通過減少海上平臺和遠(yuǎn)地點(diǎn)的探訪來節(jié)省成本）。全電力驅(qū)動器不依靠液壓系統(tǒng)，因此，可降低液壓油排放到環(huán)境中的風(fēng)險，還能幫助運(yùn)營商降低高達(dá)30%的運(yùn)營支出。它是通過對海底地表閥門進(jìn)行可靠和長期的遠(yuǎn)程控制，以及基于狀態(tài)監(jiān)控和節(jié)省資金的預(yù)見性維護(hù)來實(shí)現(xiàn)的。遠(yuǎn)程操作消除了不必要的現(xiàn)場查巡和人員前往，因此運(yùn)營商們可以重新考慮平臺的設(shè)計(jì)，例如拆除昂貴的構(gòu)建物。減少維護(hù)查訪和相關(guān)差旅活動可以減少二氧化碳排放，同時設(shè)備現(xiàn)場的工作人員還能更精簡，預(yù)防性的維護(hù)作業(yè)還能更好的進(jìn)行規(guī)劃，與其它職責(zé)分組，而不是被動地進(jìn)行處治。
海上油氣生產(chǎn)的未來正在開啟
鑒于當(dāng)今推動海上油氣生產(chǎn)再創(chuàng)新的戰(zhàn)略重點(diǎn)，全電力系統(tǒng)的出現(xiàn)正在使變革既現(xiàn)實(shí)又可行。一直以來，該行業(yè)主要依賴液壓生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行海上油田的油氣開發(fā)。雖然事實(shí)證明，這些生產(chǎn)系統(tǒng)對許多海上油田的開發(fā)與應(yīng)用是有效的，但人們普遍認(rèn)為，從技術(shù)、環(huán)境的可持續(xù)性以及成本的角度來看，這些系統(tǒng)存在著諸多局限性和缺陷。在某些情況下，會根據(jù)液壓系統(tǒng)所能提供的可行性來調(diào)整油田的開發(fā)計(jì)劃。
對于海上油氣行業(yè)來說，再創(chuàng)新等同于推動一個可靠的解決方案，以確保可預(yù)見的低成本和低碳生產(chǎn)，同時更快地釋放資產(chǎn)價值。這些努力不可或缺的是全電能系統(tǒng)，它能幫助運(yùn)營商們減少總的支出，同時還能加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型的嘗試以及降低桶油生產(chǎn)的碳排放。作為一種更簡潔、更靈活的解決方案，全電力生產(chǎn)系統(tǒng)是一種更低碳、能夠替代液壓動力生產(chǎn)系統(tǒng)的最佳選擇，可支持當(dāng)今大部分的海上油氣生產(chǎn)。
圖3
隨著對釋放最大資產(chǎn)潛能的日益關(guān)注，全電力系統(tǒng)提供的技術(shù)能力的階躍式變化通過實(shí)現(xiàn)范圍的擴(kuò)大來提高產(chǎn)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(chǎn)間隔的大位移井或多分支水平井進(jìn)行多域控制，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜井的油氣生產(chǎn)，見圖3，這對于液壓生產(chǎn)系統(tǒng)的操作方式是不可想象的。這種方法不僅優(yōu)化了生產(chǎn)潛能，還減少了對特定儲層開采目標(biāo)所需的井的數(shù)量。反過來也降低了總的開采成本和進(jìn)度，從而在不增加新的基礎(chǔ)設(shè)施的情況下擴(kuò)大資產(chǎn)的利用，進(jìn)而可有效降低資本支出，同時還能最大限度地發(fā)揮資產(chǎn)的潛力。
電力化還讓遠(yuǎn)離現(xiàn)有海上基礎(chǔ)設(shè)施的新井與其整合于一體成為可能。液壓系統(tǒng)依靠液壓延伸來擴(kuò)大覆蓋范圍，但存在壓力傳輸?shù)南拗?，特別是延伸的管路使長距離液壓功能失效。液壓系統(tǒng)也可能會因最上層的壓力產(chǎn)生能力被很快超越而受到限制，進(jìn)而導(dǎo)致需要昂貴且耗時的系統(tǒng)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(tǒng)能提供在達(dá)到技術(shù)限制之前長距離傳輸動力的能力，這使得從現(xiàn)有的生產(chǎn)區(qū)域擴(kuò)大更多海底油氣井抵達(dá)更遠(yuǎn)的儲層或油藏而成為可能。這也減少了補(bǔ)充更多海底基礎(chǔ)設(shè)施的投入，從而大大優(yōu)化了資本支出和運(yùn)營時間，顯著提高了生產(chǎn)績效。
為了改進(jìn)運(yùn)營決策，全電力系統(tǒng)能沿著單根電纜部署大量監(jiān)控或控制站，而液壓系統(tǒng)除了傳感器監(jiān)測線路外，還需為每個控制站提供專用管路。為了進(jìn)行控制，用來驅(qū)動井下流量控制閥的電動馬達(dá)通過高溫電子設(shè)備進(jìn)行操作，通過監(jiān)測數(shù)十個參數(shù)來控制動作。這為位置（電機(jī)解析器）、扭矩（電流消耗）以及用于連續(xù)預(yù)后性狀況監(jiān)測的許多其它內(nèi)部參數(shù)提供了固有數(shù)據(jù)。
圖4
傳感器、永久性井下壓力計(jì)和溫度計(jì)組合起來可進(jìn)行戰(zhàn)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(zhì)或異質(zhì)儲層混合開采，同時還能防止產(chǎn)生錯流，包括含水層的開采。雖然電力化技術(shù)并不新鮮，但它正在擴(kuò)大井下壓力計(jì)的使用范圍，現(xiàn)在人們利用壓力測量進(jìn)行油藏監(jiān)測、油井性能或生產(chǎn)效率指數(shù)測算。
這也是電力化和數(shù)字化交集的地方——電力化擴(kuò)大和強(qiáng)化了生產(chǎn)系統(tǒng)監(jiān)控和監(jiān)管的運(yùn)用；數(shù)字化將通過這些操作獲得的大量數(shù)據(jù)情境化。當(dāng)電力化與數(shù)字化完全融合時（從海底沙地面到最上層），全電力系統(tǒng)可以從嵌入式感應(yīng)中提供實(shí)時和情境數(shù)據(jù)洞察。此外，電力化能通過一根電纜或無線分布式網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)完全的井下設(shè)備控制，從而在整個基礎(chǔ)設(shè)施中提供動態(tài)精準(zhǔn)的控制，以及訪問和使用自動化功能。
大型數(shù)據(jù)集通過特定于工作流的算法進(jìn)行情境化，然后結(jié)合起來提交生產(chǎn)優(yōu)化方案或計(jì)劃，目的是保持設(shè)備的完好性，以獲得長期的可靠性和可用性。
系統(tǒng)集成對于釋放電力化和數(shù)字化融合帶來的好處至關(guān)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(yùn)營商們合作，通過提供全方位的技術(shù)和系統(tǒng)集成來克服這些挑戰(zhàn)，從而確保最佳性能和績效。
圖5
從環(huán)境可持續(xù)性的角度來看，全電力系統(tǒng)可以幫助運(yùn)營商履行他們的使命，減少對環(huán)境的影響，同時還能推動更高的績效。全電力系統(tǒng)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(gòu)（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(huán)境中的風(fēng)險。
按動開關(guān)
石油天然氣行業(yè)的全電力技術(shù)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(jiān)測系統(tǒng)有了幾次改進(jìn)，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(chǎn)系統(tǒng)和油藏管理系統(tǒng)。
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(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)高效的油藏管理，最終可提高油氣采收率。Manara*電驅(qū)動生產(chǎn)和油藏管理系統(tǒng)可實(shí)時對多個油藏和儲層進(jìn)行井下永久監(jiān)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(qū)塊或儲層，每個區(qū)塊都有完整的生產(chǎn)信息。這在非均質(zhì)或多儲層油藏、大位移和儲層極難開采的各類井實(shí)現(xiàn)了前所未有的生產(chǎn)和油藏管理。
在挪威的近海，Equinor能源公司首次部署了生產(chǎn)管理和油藏管理系統(tǒng)，以提高石油產(chǎn)量，同時還減少了Heidrun油田一口大位移井項(xiàng)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(chǎn)，包括每個層位裁定流量的能力，使用6個全電力監(jiān)測和控制站來優(yōu)化石油產(chǎn)量，并最大限度地減少水的產(chǎn)量。使用Manara系統(tǒng)控制水的生產(chǎn)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(chǎn)的二氧化碳排放量。
全電力海底技術(shù)。全電力海底和上部設(shè)備及技術(shù)可實(shí)現(xiàn)靈活、經(jīng)濟(jì)高效和可靠的海底生產(chǎn)，特別是在具有挑戰(zhàn)的環(huán)境中進(jìn)行生產(chǎn)，如超深水作業(yè)和長距離撤離作業(yè)。電臍帶有著更小的橫截面，可制造并纏繞出更長的連續(xù)長度，便于使用更小的安裝容器。這也縮短了生產(chǎn)的交貨時間，從而可降低成本，而且，還有助于簡化運(yùn)輸物流。對于長距離撤離作業(yè)，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(shù)、生產(chǎn)和加工系統(tǒng)部門OneSubsea®于2008年為TotalEnergies（當(dāng)時的道達(dá)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(yùn)行了數(shù)百萬小時的電驅(qū)動裝置沒有出現(xiàn)過故障。數(shù)百個海底電驅(qū)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(shè)備，從1997年中國南海陸豐油田安裝的第一臺海底電驅(qū)動多相泵就開始了。
在特立尼達(dá)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(xiàng)目。OneSubsea與BP合作，利用其經(jīng)驗(yàn)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(jì)。組合式節(jié)流閥歧管設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)接口就地接入電驅(qū)動器的技術(shù)創(chuàng)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(yōu)化。
數(shù)字化運(yùn)營。全電力生產(chǎn)系統(tǒng)的使用有助于加速數(shù)字化成果，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)優(yōu)化以及維護(hù)和補(bǔ)救工作的戰(zhàn)略規(guī)劃。
例如，多儲層隔間可能產(chǎn)生于一個井筒，這可能導(dǎo)致挑戰(zhàn)性的系統(tǒng)力學(xué)或相互作用的情形，甚至?xí)霈F(xiàn)潛在的穩(wěn)定性問題。傳統(tǒng)的解決方案和方法不適用于產(chǎn)自不同系統(tǒng)力學(xué)的許多單井的調(diào)優(yōu)系統(tǒng)。不過，通過使用智能系統(tǒng)和人工智能，該行業(yè)將克服這個問題。智能系統(tǒng)可實(shí)時提出建議，或以最優(yōu)的方式直接管理多個控制設(shè)備，確保從給定的設(shè)定點(diǎn)實(shí)現(xiàn)高水平的生產(chǎn)目標(biāo)。
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(shè)計(jì)，電力化利用各種內(nèi)部參數(shù)來對系統(tǒng)進(jìn)行控制。這些參數(shù)提供了有關(guān)該系統(tǒng)及其所有單個組件運(yùn)行狀態(tài)的連續(xù)信息。將信息收集到可靠的數(shù)據(jù)庫中有助于改進(jìn)未來幾代設(shè)備，同時還有望實(shí)現(xiàn)智能維護(hù)規(guī)劃，以及最大限度地減少對生產(chǎn)計(jì)劃的干擾。
行業(yè)合作。為了加快全電力轉(zhuǎn)型和即刻彌補(bǔ)技術(shù)差距，斯倫貝謝正在與運(yùn)營商合作，開展廣泛的聯(lián)合集成和項(xiàng)目開發(fā)。在巴西，OneSubsea正在與Equinor、TotalEnergies和BP公司合作開展一個項(xiàng)目，為的是開發(fā)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(dá)成了一項(xiàng)技術(shù)協(xié)議，意在開發(fā)下一代全電力高流量智能完井技術(shù)。這些合作體現(xiàn)了該行業(yè)為確保可靠的實(shí)現(xiàn)低成本生產(chǎn)和低碳能源的集體關(guān)注。
其它項(xiàng)目包括與BP和?？松梨诤献鏖_發(fā)一個全電力和光纖監(jiān)測、裸眼礫石填塞系統(tǒng)，還與Equinor公司合作開發(fā)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(chuàng)新
隨著對資本管理、數(shù)字化及可持續(xù)性戰(zhàn)略重點(diǎn)的不斷關(guān)注，該行業(yè)志在必得的擁抱再創(chuàng)新。今天，基礎(chǔ)設(shè)施的電力化和全電力系統(tǒng)的采用與部署，除了提供低成本和低碳能源生產(chǎn)所需的環(huán)境可持續(xù)性以外，還能提供油藏進(jìn)入與控制以及生產(chǎn)績效的階躍式變化。
全電力系統(tǒng)能讓海上油氣生產(chǎn)商們采用一種系統(tǒng)方法，通過降低桶油生產(chǎn)的整體碳排放來減少對環(huán)境的影響；通過加大油藏進(jìn)入與控制來提高油氣產(chǎn)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(xié)作的方法來提高資產(chǎn)利用率，石油天然氣行業(yè)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(dāng)前和未來的油氣需求，確保注重回報(bào)的績效和結(jié)果，在確定海上油氣生產(chǎn)的未來方向上發(fā)揮著關(guān)鍵作用。
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