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虚拟钻井(下)
中国石油新闻中心 [ 2007-08-15 09:56 ]

     埃克森的平衡法则

  创新也是埃克森的骄傲,康斯托克辩解说。但他承认,在埃克森,每一项新技术的开发都会受到管理团队的密切关注,而且总是以某个商业目标为动机。例如,埃克森安装了一个新的系统来监控一个钻机打新井时所消耗的能量,其根本目的是要减少打一口井的时间。

  2005年埃克森启用了一个名为“快速钻井方法”的系统,它利用安装在钻头后面的传感器,测量如钻头的冲击力、旋转速度以及扭矩等因素。埃克森通过使用该系统,最终将钻井时间缩短了35%。

  平衡记分卡(Balanced Scorecard)系统是埃克森用以衡量协同效果的一个方法。平衡记分卡是1990年代由罗博特·卡普兰(Robert Kaplan)和大卫·诺顿(David Norton)共同提出的一种测量体系,衡量企业的一举一动是否有利于实现设定的远景或者目标,它所基于的理念是无法定量评价的工作就无法改进。

  据此,埃克森为关键业务设定了一些尺度,例如将钻速提高35%或将炼油成本降低10%。同时还有反馈回路,用于判断那些目标是否实现,进而调整战略不断弥补缺陷。

  确定了经济目标使得埃克森以及其他采用平衡记分卡的公司能够更好地做出技术决策。平衡计分卡团队(Balanced Scorecard Collaborative)的技术副总裁罗博特·歌尔德(Robert Gold)说。

  埃克森另一个重要的协同之道,就是从最终使用软件的部门中派人参与到开发团队中。“我们将用户部门的人安插到研究试验室协助编写代码。” 康斯托克说:“以此确保开发出来的软件在台式机上可用且有用。”

  汤姆·提歌(Tom Teague)曾经效力埃克森18个年头,期间带领多个团队开发和支持多达30个用于上游部门的工程程序。他说软件开发是一个合作型非常强的工作,它可能是应业务部门的某个具体要求,也可能研发部门出于改进某项操作的考虑而自发的行为。

  提歌于1999年离开埃克森,在休斯敦成立了Protesoft公司,专门从事高度自动化行业的软件整合业务。提歌说在他就职埃克森研发机构的18年期间,他在公司各个上游业务部门中建立了一个联络网,使他能定期与各个部门就他们面临的挑战进行沟通。

  一次,提歌在沟通中得知油藏工程师遇到了困难,他们希望找到一个最具成本效益的方法来提高老油井的产量——超级计算机驱动的油藏模拟软件未必适用老油井。以往当老油井或气井的气压下降时,工程人员通常会借助人工加压的方法,例如在井底放一个泵或者往里面补气。

  于是提歌组建了一个软件开发团队,首先确定油藏模拟软件的商业需求,然后明确必备的条件。他说,最重要的是让有关部门的一名工程师直接参与软件代码的开发工作。

  “共同的商业目的好像一根线,将五花八门的想法串在一起。”提歌说:“我们这样做并不是出于兴趣,而是因为这能为埃克森带来商业利益。”

  据康斯托克说,关注商业需求是对设计和开发阶段的延伸。一旦某个软件投入使用,就会密切追踪谁在使用它、什么时候用以及用了多久。最重要的是,它所创造的经济价值是多少。

  康斯托克负责大约30个核心应用软件,有了它们,埃克森不仅能够发现新的油气资源,而且还能了解如何最好地利用这些资源,计算出将油气抽取到地表的最佳速率,进而实现产量和利润的最大化。

  这组软件中包括三个核心信息系统,是在位于休斯敦的埃克森上游研发中心开发出来的专用商业智能软件,被埃克森视为制胜法宝。

  在众多软件中,最具价值的当属4D地震成像技术,它主要用于确定新的油气资源所在位置。

  在早期的石油勘探中,很多公司只能通过观察地表现象来确定打井的位置。那种方法钻出来的井比较浅,而且成功与否很大程度靠运气。通常钻十口井,只有一口出油。直到上世纪30年代迎来了一次重大的变革,石油公司开始利用声波勘探,能更好地探测地表以下的地质情况。

  1967年,埃克森在技术上更上一层楼,对休斯敦附近的一个油田进行了3D地震勘测,拍摄出世界上第一幅显示出深度的勘测图片。经IBM改进,埃克森具备了生成三维地表图像的计算能力。用以解析地震数据的计算能力和运算法则不断改进,大大提高了3D软件生成图像的准确度,信息量也大大增强。

  在埃克森位于休斯敦的Center for Interactive Interpretation中心,你可以看到最先进的地震成像技术。在那里,地质学家和工程师甚至可以在地震数据的3D投影(依赖超级计算机和并行处理的改进)中走来走去。通过3D指示器——用于操纵虚拟环境中的物体的设备,可以规划出一个新的矿井,油储的效果和变化一目了然。

  现在这个强大的系统又有了新的发展,其中添加了时间元素,或称4D。通过汇聚不同月份、不同年份的地震数据,地质学家和工程师就能追踪油储的变化。

  康斯托克说,这些先进技术的综合使用,对于提高埃克森钻井成功率意义非凡,而这个成功率就是一个衡量技术协同的尺度。目前,埃克森的成功率已经超过50%。而据美国能源信息管理局(Energy Information Administration)统计,在过去的十年中,整个行业的钻井成功率约为35%。

  要知道钻一口深水井的成本高达6000万美元,因此较高的成功率意味着无可比拟的优势。况且有了这项技术,即使在更为复杂和困难的地质结构中,埃克森也拥有尝试的机会。“现在我们的钻井场面非常壮观。” 康斯托克补充说,例如俄罗斯的库页岛,油井从地面平台钻入地下,再水平钻到距海岸6英里的海底——那里储藏着石油。

  虚拟钻井:埃克森的技术利刃

  对于埃克森勘探、开采以及生产环节,第二关键的要素就是指导钻井技术。埃克森是最早创建虚拟钻井中心的石油公司之一,该中心用于在全球范围内监测、分析和指导钻井方位。安装在钻头后面的传感器能够收集各种信息,从井深到钻头速度、进出泥土的流量、气压和温度等数十种数据。获取的信息通过卫星传输到位于休斯顿的钻井信息管理中心。在那里,工程师和地球学家们监控这些数据,进而指导现场操作,这种操作好比外科医生的工作。打井方位稍微偏离几度,就会错过目标或破坏油储,或导致石油渗出,或致使水渗入。

  虚拟打井最大的优点是,工程师与地质科学家不必出现在墨西哥湾、安哥拉或北海的钻井平台上,就能指挥操作过程。

  “如果我们只有一个权威专家,不可能让他同时出现在所有这些地方。” 康斯托克说:“现在他只要呆在钻井信息管理中心,就能指挥多处操作。”

  这也是埃克森能够在不减产的情况下,将地质科学家的数量从1999年收购美孚时的3000人减少到现在的1500人的原因。

  商业智能引导石油资源勘探

  数字化能源链的第三个关键环节,就是其专属油藏模拟系统,即EMPower,它对埃克森生产石油和创造利润影响最大。此前,埃克森以及美孚(被收购之前)都创建了各自的新一代模拟器,而EMPower正是强强联手的结果。

  康斯托克说,二者合并之后,本打算评估两家公司各自研发的模拟器,选择其中较好的那个。结果发现二者各有千秋,例如生成非结构网格的尖端技术。于是公司决定重新创建一个油藏模拟器,再投入6000万美元,综合两个模拟器的最佳性能。

  一旦埃克森成功打出一口井,接下来的重要任务就是将资源开采出来,并在这个过程中确保石油及利润的最大化。诸如早期在德州开采的那些传统油井通常间歇性冒油,因此只要封好井口,就能好几年不停地出油,坐享其成。

  然而现在不同了,油藏管理成为一门极其复杂的科学。例如,一个油藏的含油量为1亿桶原油,但如果不借助外力,大概只能产出2500万桶。因此要想再生产2500万桶,埃克森还需要具备多种技术手段,例如安装地下泵,或者补水补气增压。每一举措都会增加成本,并可能造成消极影响。补水过多会造成油气混合,外力干预还可能影响井内本身的气压,而这些都会最终导致成本上升。

  油藏模拟器通过复杂的、多年优化的、且计算能力仍在不断提高的运算法则,使得油气公司能够最好地规划如何管理油藏。然而并不是每一个油藏或气藏都需要通过一个超级计算机来确定如何管理那些资源,有时可能会白白浪费成本、专门技术以及运算资源。

  对于这一问题,埃克森再次自力更生,利用内部开发的技术找到了一个标新立异的出路。上游研究部门创建了一个缩小版的EMPower系统,运行在Linux集群以及一台标准的台式机或笔记本上。这样一来,从每日10万桶的油藏到每日1000桶的油藏,该软件都能派上用场。

  至于4年来EMPower究竟为公司创造了多少商业价值,康斯托克拒绝透露。但埃克森上游研究总裁史蒂夫·卡斯安尼(Steve Cassiani)曾在2004年8月的一次演讲中表示,EMPower是公司最欢迎的软件。他们通过对五个使用EMPower管理资源的油田进行小规模评估,了解到EMPower能让埃克森再生产出1亿桶石油。

  去年9月在苏格兰阿伯丁举办的一个行业会议上,埃克森国际(Exxon International)的主席罗伯特·奥森(Robert Olsen)指出,北海的Beryl油田是埃克森的典范。20世纪70年代发现该油田时,公司预估它的产油寿命为20年,产量可达6亿桶石油当量。然而30年后,在更有效的地震分析、更先进的钻井技术以及改良的油藏模拟软件共同作用下,Beryl油田“老当益壮”,有望再生产13亿桶,超出最初的预估产量两倍有余。若按今天的油价计算,那就是420亿美元。
 
 


  来源: 中国钻井网 作者: 编辑: 潘丹丹

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