美国石油勘探开发技术进步历程

发布网友 发布时间：2022-04-24 01:53

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热心网友 时间：2023-10-20 04:24

美国一百多年的石油工业史，也是一部科技发展史，每一次石油技术的*无不与技术进步密切相关。

石油勘探开发技术*的第一个时期是20世纪20～30年代，此时出现了大马力的钻机，有了新型牙轮钻头，有了化学处理剂来改进钻井液和固井水泥性能，提高了固井的质量；油气开采方面，不再延续初期的密集钻井、盲目滥采，开始懂得地下油藏是个统一的水动力系统，并提出了最大有效产量的概念作为衡量生产好坏的指标。

石油勘探开发技术*的第二个时期是第二次世界大战之后，特别是20世纪60～70年代。新技术的不断涌现使得这个时期成为石油储量发现的黄金时期。在勘探技术方面，大量采用数字地震仪，多道多次覆盖技术，配以大容量高速计算机作数据处理，使油气勘探技术达到新的水平，在勘探程度高的老探区也不断扩大了储量；在钻井技术方面，实行“科学化钻井”，发展了喷射钻井、平衡钻井、定向钻井和优选参数钻井技术；在油田开采方面，广泛使用注水提高油层压力、大型水力压裂技术，三次采油(EOR)技术由室内转入现场试验，热力法也已经工业化推广，海上采油也有了很大进展。

石油勘探开发技术*的第三个时期自20世纪80年代开始延续至今，这次技术*以信息技术作为主要特征^[37]。在勘探技术方面，地震分辨率不断提高，非地震方法重新兴起；在钻井技术方面，水平井、分支井技术不断发展；在油田开采方面，三次采油技术不断发展。

2.3.2.1 地震技术与美国油气勘探

1923年美国开始出现实验扭秤及折射地震仪，在美国墨西哥湾地区应用获得成功，该地区石油聚集与岩盐有关。盐体与围岩之间的弹性波旅行时差造成地震波的不同传播特征，盐体、盖岩和围岩之间的密度差则是扭秤测量的特征。这两种地球物理方法的应用导致许多盐丘油田的发现。

从1925年起，上述两种勘探方法在美国石油勘探中得到迅速推广。E.L.DeGolyer和Karcher成立的地球物理研究公司对机械式地震仪作了改进，以电磁式取代，又以精确的无线电信号测量方法取代声波法测定爆炸时间和距离，这提高了折射地震的勘探速度，降低了勘探成本。折射地震仪在美国得克萨斯州和路易斯安那州海湾地区推广应用后，四年发现了近40个盐丘。在1924～1929年间，折射地震勘探技术在墨西哥湾勘探中起着主导作用。

20世纪20年代末至30年代，地震反射法相继在俄克拉何马州、墨西哥湾、得克萨斯州和加利福尼亚州等地获得成功应用。1928年，在俄克拉何马州发现的Seminole油田，是单独依靠地震技术发现的第一个油田。1934年用地球物理方法在墨西哥湾北岸发现了Old Ocean油田，以后用地球物理方法在此地区相继发现了一系列油田。1937年用地球物理方法在伊利诺伊州发现了Salem特大油田；1938年在墨西哥湾发现了第一个海上油田——Creole油田。这些大发现确立了反射地震技术在油气勘探中的应用价值。

1940年以后，地震技术的革新使地震仪器和解释技术发生了许多变化，如采用自动增益控制的多道仪器，应用混波技术及连续剖面法，采用磁阻压检波器及大量检波器组合，直至20世纪50年代初模拟磁带记录系统投入使用。地震仪器以及勘探技术的发展，有助于对更深的油气储层和更复杂的油气圈闭进行勘探。

地震技术的不断改进，提高了复杂地区和深层的勘探能力，20世纪40年代以后，美国在发现大油气田数量急剧减少的情况下，相继发现了许多中小油气田。1950～1953年间，中小油气田年发现量达到近1.8亿吨。

20世纪60年代初地震技术的数字化变革使勘探技术发展产生了重大突破，开始了地震数字记录和数字处理的新时代。一些新技术(包括可控震源和共深度点覆盖)的应用，增加了地下覆盖的密度，提高了地震勘探精度。

地震数字记录和处理技术的优越性和潜力是模拟磁带技术无法比拟的，它所能完成的地震数据运算是模拟仪器难以实现的。20世纪60年代中期，数字地震技术逐步取代了常规地震勘探方法，使地震勘探的效率和勘探能力有了明显的提高，从而扩大了勘探领域和勘探深度，提高了勘探成功率。

20世纪70年代以后，地震技术的新进展使美国油气勘探工作进入了新时代。电子和计算机技术的发展，使勘探地球物理不断受益，成为地球物理勘探技术进步的重要基础。多道地震采集系统和多种纵波可控震源的开发和应用，以及其他非炸药震源的改进都大大增强了地震的勘探能力，三维地震技术改进了地下复杂构造和地层的成像，从而提高了勘探成功率。三维地震技术已应用到油气勘探和开发的各个阶段，特别是用于油田开发前提供详细的地下构造和地层图像，以及油田开发后的油藏评价和油藏动态监测。目前，三维地震勘探已经成为美国成熟区勘探的重要技术手段。

从地震数据处理技术来看，地震数据处理最重要的进展应属以波动方程为基础的成像和反演技术的发展和应用，其中包括叠前与叠后偏移、多次波抑制、基准面和位移静校正、速度估计。人机联作解释系统的应用进一步提高了地震资料解释的效率和精度，改进了复杂构造和地层圈闭的解释。

从美国石油地质学家协会(AAPG)1977年出版地震地层学专辑以来，将地震地质解释从构造地震学延伸到地震地层学解释领域中，推动了地震解释技术的发展。

20世纪90年代，提高油田采收率成为美国地球物理活动的重要领域。三维地震技术得到了进一步的发展和应用。高分辨率地震、井间层析成像技术成为研究与开发的重点技术(表2.3)。

表2.3 20世纪60～90年代美国地震勘探技术^[36]

2.3.2.2 测井技术与美国油气勘探

美国的测井技术居于世界领先地位。测井技术对于美国发现新的油气储量，提高勘探和开发效益等都起到了相当重要的作用。测井技术从20世纪20年代开始起步至今大体可分为以下四个阶段^[38]：

(1)模拟测井阶段。该阶段中由于测井手段有限，获得的地下岩石物理参数较少，因此测井资料主要用于地层对比，划分渗透层以及定性判断油水层。20世纪40年代初，石油工程学家阿尔奇根据墨西哥湾沿岸地区砂岩的实验室资料，得出了适合于纯净地层的含水饱和度公式，即著名的阿尔奇公式，标志近代测井技术开始发展形成，对岩性较为单一的储层能定量评价出孔隙度、流体饱和度、泥质含量等参数。

(2)从20世纪60年代开始，测井技术进入了第二个发展阶段，测井方法、测井系列开始配套完善，广泛采用电子技术和计算机技术，全面推广计算机控制测井技术，大大提高了测井解释精度。测井资料与其他资料结合可进行较为详细的油藏描述。利用测井资料可以评价储层的孔隙度、渗透率、含油气饱和度以及油气的可动性、烃的类型、岩性、地层倾角及构造、沉积环境、地层岩石弹性常数等。

(3)20世纪70年代以来，计算机技术、微电子技术全面融入测井数据的采集和资料的处理技术，这是测井技术的第三个阶段。多种测量仪器一次下井的组合能力、测量项目系列配套已日趋成熟，从而有助于提高钻井效率，有效地进行地层评价。

(4)从20世纪90年代开始，美国开始应用成像测井技术提高油气勘探和油气田开发效益，这成为当今现代测井技术的代表，测井技术进入第四个阶段。现代测井技术已向地质构造、沉积研究、油气层快速测试、储层压裂改造、岩石力学、产能预测、固井质量全新评价等领域全面发展，为油气勘探不断向深层、隐蔽油气藏、非均质性储层等领域拓展，以及保持储量持续增长起到了重要作用。

表2.4 20世纪50～90年代美国测井技术^[36]

2.3.2.3 美国钻井技术发展历程

1859年，德雷克(E.Drake)在宾夕法尼亚州应用冲击钻钻出了美国石油工业的第一口油井。在随后的140多年里，钻井技术不断得到发展和完善，一般将20世纪的钻井技术的发展分为四个时期^[39]：

(1)概念时期(1901～1919年)。将钻进与洗井结合在一起，并开始用牙轮钻头和注水泥固井技术。

(2)发展时期(1920～1948年)。牙轮钻头、固井工艺及钻井液技术进一步发展，同时出现了大功率钻井设备。

(3)科学化钻井时期(1949～1969年)。钻柱力学与井斜控制技术；喷射钻井；镶齿、滑动密封轴承钻头；低固相、无固相不分散体系钻井液及固控技术；钻井参数优选；地层压力检测、井控技术及平衡压力钻井等。

(4)自动化钻井时期(1970年至今)。PDC钻头；计算机应用；特殊工艺钻井技术；综合录井及井下随钻测量；钻井工具与装备的自动化发展等。20世纪70年代，计算机技术的引入和无线随钻测量技术的研发，是钻井技术发展的一个新的里程碑，它加快了科学化钻井的发展。20世纪80年代是深井钻井的高峰期，美国在1982年完成深井、超深井(超过4500米)1289口。到20世纪90年代，特殊工艺及高效钻井的研究与开发备受重视，大位移井、多分支井、小井眼钻井、欠平衡钻井等一系列高新技术在此阶段逐渐发展成熟。

20世纪80年代初，美国开始研究水平井技术，并取得了初步的进展。这项技术本身可追溯到1891年，当时的第一项专利技术是从一口直井里打出一个水平洞；1929年，第一口真正的水平井在美国的得克萨斯州完钻。20世纪70～80年代，随着油价的低迷、降低勘探费用的需要以及钻探设备的发展，水平钻井技术再一次被广泛研究应用。虽然钻水平井比钻直井的费用更高，但一口水平井可以起到几口直井的作用，因而钻水平井在经济上是可行的。在某些情况下，用常规井开采是不可行的，但水平井却可以使开发项目变得经济可行。20世纪90年代，水平井技术开始大规模应用，现已经作为常规钻井技术应用于几乎所有类型的油藏。到目前为止，美国是世界上钻水平井最多的国家。

目前，水平井钻井技术的应用正在向综合方向发展，大位移水平井、小井眼水平井和多分支水平井等钻井完井技术近几年在美国获得了迅速发展并大量投入实际应用(表2.5)。

美国自20世纪80年代开始运用大位移井，到90年代该技术得到了迅速发展，目前在美国主要用于加利福尼亚州近海。90年代以来，小井眼钻井技术的发展也非常迅速。目前，该技术也已应用于水平井、深井钻井中，如侧钻小井眼多分支水平井等，并开始用连续管钻小井眼。因技术领先，小井眼钻井数量最多。

表2.5 20世纪60～90年代美国主要钻井技术发展^[36]

欠平衡钻井技术开始于20世纪50年代。近些年来，随着钻井新装备的不断涌现，欠平衡钻井技术再次受到高度重视，而且正逐步走向成熟。欠平衡钻井技术的主要优点是减轻地层伤害，提高单井产能、钻井效率，降低钻井成本，及时发现地质异常情况和识别产层。2003年，美国采用欠平衡方式钻井达2200多口，约占当年钻井数的20%。

热心网友 时间：2023-10-20 04:24

美国一百多年的石油工业史，也是一部科技发展史，每一次石油技术的*无不与技术进步密切相关。

石油勘探开发技术*的第一个时期是20世纪20～30年代，此时出现了大马力的钻机，有了新型牙轮钻头，有了化学处理剂来改进钻井液和固井水泥性能，提高了固井的质量；油气开采方面，不再延续初期的密集钻井、盲目滥采，开始懂得地下油藏是个统一的水动力系统，并提出了最大有效产量的概念作为衡量生产好坏的指标。

石油勘探开发技术*的第二个时期是第二次世界大战之后，特别是20世纪60～70年代。新技术的不断涌现使得这个时期成为石油储量发现的黄金时期。在勘探技术方面，大量采用数字地震仪，多道多次覆盖技术，配以大容量高速计算机作数据处理，使油气勘探技术达到新的水平，在勘探程度高的老探区也不断扩大了储量；在钻井技术方面，实行“科学化钻井”，发展了喷射钻井、平衡钻井、定向钻井和优选参数钻井技术；在油田开采方面，广泛使用注水提高油层压力、大型水力压裂技术，三次采油(EOR)技术由室内转入现场试验，热力法也已经工业化推广，海上采油也有了很大进展。

石油勘探开发技术*的第三个时期自20世纪80年代开始延续至今，这次技术*以信息技术作为主要特征^[37]。在勘探技术方面，地震分辨率不断提高，非地震方法重新兴起；在钻井技术方面，水平井、分支井技术不断发展；在油田开采方面，三次采油技术不断发展。

2.3.2.1 地震技术与美国油气勘探

1923年美国开始出现实验扭秤及折射地震仪，在美国墨西哥湾地区应用获得成功，该地区石油聚集与岩盐有关。盐体与围岩之间的弹性波旅行时差造成地震波的不同传播特征，盐体、盖岩和围岩之间的密度差则是扭秤测量的特征。这两种地球物理方法的应用导致许多盐丘油田的发现。

从1925年起，上述两种勘探方法在美国石油勘探中得到迅速推广。E.L.DeGolyer和Karcher成立的地球物理研究公司对机械式地震仪作了改进，以电磁式取代，又以精确的无线电信号测量方法取代声波法测定爆炸时间和距离，这提高了折射地震的勘探速度，降低了勘探成本。折射地震仪在美国得克萨斯州和路易斯安那州海湾地区推广应用后，四年发现了近40个盐丘。在1924～1929年间，折射地震勘探技术在墨西哥湾勘探中起着主导作用。

20世纪20年代末至30年代，地震反射法相继在俄克拉何马州、墨西哥湾、得克萨斯州和加利福尼亚州等地获得成功应用。1928年，在俄克拉何马州发现的Seminole油田，是单独依靠地震技术发现的第一个油田。1934年用地球物理方法在墨西哥湾北岸发现了Old Ocean油田，以后用地球物理方法在此地区相继发现了一系列油田。1937年用地球物理方法在伊利诺伊州发现了Salem特大油田；1938年在墨西哥湾发现了第一个海上油田——Creole油田。这些大发现确立了反射地震技术在油气勘探中的应用价值。

1940年以后，地震技术的革新使地震仪器和解释技术发生了许多变化，如采用自动增益控制的多道仪器，应用混波技术及连续剖面法，采用磁阻压检波器及大量检波器组合，直至20世纪50年代初模拟磁带记录系统投入使用。地震仪器以及勘探技术的发展，有助于对更深的油气储层和更复杂的油气圈闭进行勘探。

地震技术的不断改进，提高了复杂地区和深层的勘探能力，20世纪40年代以后，美国在发现大油气田数量急剧减少的情况下，相继发现了许多中小油气田。1950～1953年间，中小油气田年发现量达到近1.8亿吨。

20世纪60年代初地震技术的数字化变革使勘探技术发展产生了重大突破，开始了地震数字记录和数字处理的新时代。一些新技术(包括可控震源和共深度点覆盖)的应用，增加了地下覆盖的密度，提高了地震勘探精度。

地震数字记录和处理技术的优越性和潜力是模拟磁带技术无法比拟的，它所能完成的地震数据运算是模拟仪器难以实现的。20世纪60年代中期，数字地震技术逐步取代了常规地震勘探方法，使地震勘探的效率和勘探能力有了明显的提高，从而扩大了勘探领域和勘探深度，提高了勘探成功率。

20世纪70年代以后，地震技术的新进展使美国油气勘探工作进入了新时代。电子和计算机技术的发展，使勘探地球物理不断受益，成为地球物理勘探技术进步的重要基础。多道地震采集系统和多种纵波可控震源的开发和应用，以及其他非炸药震源的改进都大大增强了地震的勘探能力，三维地震技术改进了地下复杂构造和地层的成像，从而提高了勘探成功率。三维地震技术已应用到油气勘探和开发的各个阶段，特别是用于油田开发前提供详细的地下构造和地层图像，以及油田开发后的油藏评价和油藏动态监测。目前，三维地震勘探已经成为美国成熟区勘探的重要技术手段。

从地震数据处理技术来看，地震数据处理最重要的进展应属以波动方程为基础的成像和反演技术的发展和应用，其中包括叠前与叠后偏移、多次波抑制、基准面和位移静校正、速度估计。人机联作解释系统的应用进一步提高了地震资料解释的效率和精度，改进了复杂构造和地层圈闭的解释。

从美国石油地质学家协会(AAPG)1977年出版地震地层学专辑以来，将地震地质解释从构造地震学延伸到地震地层学解释领域中，推动了地震解释技术的发展。

20世纪90年代，提高油田采收率成为美国地球物理活动的重要领域。三维地震技术得到了进一步的发展和应用。高分辨率地震、井间层析成像技术成为研究与开发的重点技术(表2.3)。

表2.3 20世纪60～90年代美国地震勘探技术^[36]

2.3.2.2 测井技术与美国油气勘探

美国的测井技术居于世界领先地位。测井技术对于美国发现新的油气储量，提高勘探和开发效益等都起到了相当重要的作用。测井技术从20世纪20年代开始起步至今大体可分为以下四个阶段^[38]：

(1)模拟测井阶段。该阶段中由于测井手段有限，获得的地下岩石物理参数较少，因此测井资料主要用于地层对比，划分渗透层以及定性判断油水层。20世纪40年代初，石油工程学家阿尔奇根据墨西哥湾沿岸地区砂岩的实验室资料，得出了适合于纯净地层的含水饱和度公式，即著名的阿尔奇公式，标志近代测井技术开始发展形成，对岩性较为单一的储层能定量评价出孔隙度、流体饱和度、泥质含量等参数。

(2)从20世纪60年代开始，测井技术进入了第二个发展阶段，测井方法、测井系列开始配套完善，广泛采用电子技术和计算机技术，全面推广计算机控制测井技术，大大提高了测井解释精度。测井资料与其他资料结合可进行较为详细的油藏描述。利用测井资料可以评价储层的孔隙度、渗透率、含油气饱和度以及油气的可动性、烃的类型、岩性、地层倾角及构造、沉积环境、地层岩石弹性常数等。

(3)20世纪70年代以来，计算机技术、微电子技术全面融入测井数据的采集和资料的处理技术，这是测井技术的第三个阶段。多种测量仪器一次下井的组合能力、测量项目系列配套已日趋成熟，从而有助于提高钻井效率，有效地进行地层评价。

(4)从20世纪90年代开始，美国开始应用成像测井技术提高油气勘探和油气田开发效益，这成为当今现代测井技术的代表，测井技术进入第四个阶段。现代测井技术已向地质构造、沉积研究、油气层快速测试、储层压裂改造、岩石力学、产能预测、固井质量全新评价等领域全面发展，为油气勘探不断向深层、隐蔽油气藏、非均质性储层等领域拓展，以及保持储量持续增长起到了重要作用。

表2.4 20世纪50～90年代美国测井技术^[36]

2.3.2.3 美国钻井技术发展历程

1859年，德雷克(E.Drake)在宾夕法尼亚州应用冲击钻钻出了美国石油工业的第一口油井。在随后的140多年里，钻井技术不断得到发展和完善，一般将20世纪的钻井技术的发展分为四个时期^[39]：

(1)概念时期(1901～1919年)。将钻进与洗井结合在一起，并开始用牙轮钻头和注水泥固井技术。

(2)发展时期(1920～1948年)。牙轮钻头、固井工艺及钻井液技术进一步发展，同时出现了大功率钻井设备。

(3)科学化钻井时期(1949～1969年)。钻柱力学与井斜控制技术；喷射钻井；镶齿、滑动密封轴承钻头；低固相、无固相不分散体系钻井液及固控技术；钻井参数优选；地层压力检测、井控技术及平衡压力钻井等。

(4)自动化钻井时期(1970年至今)。PDC钻头；计算机应用；特殊工艺钻井技术；综合录井及井下随钻测量；钻井工具与装备的自动化发展等。20世纪70年代，计算机技术的引入和无线随钻测量技术的研发，是钻井技术发展的一个新的里程碑，它加快了科学化钻井的发展。20世纪80年代是深井钻井的高峰期，美国在1982年完成深井、超深井(超过4500米)1289口。到20世纪90年代，特殊工艺及高效钻井的研究与开发备受重视，大位移井、多分支井、小井眼钻井、欠平衡钻井等一系列高新技术在此阶段逐渐发展成熟。

20世纪80年代初，美国开始研究水平井技术，并取得了初步的进展。这项技术本身可追溯到1891年，当时的第一项专利技术是从一口直井里打出一个水平洞；1929年，第一口真正的水平井在美国的得克萨斯州完钻。20世纪70～80年代，随着油价的低迷、降低勘探费用的需要以及钻探设备的发展，水平钻井技术再一次被广泛研究应用。虽然钻水平井比钻直井的费用更高，但一口水平井可以起到几口直井的作用，因而钻水平井在经济上是可行的。在某些情况下，用常规井开采是不可行的，但水平井却可以使开发项目变得经济可行。20世纪90年代，水平井技术开始大规模应用，现已经作为常规钻井技术应用于几乎所有类型的油藏。到目前为止，美国是世界上钻水平井最多的国家。

目前，水平井钻井技术的应用正在向综合方向发展，大位移水平井、小井眼水平井和多分支水平井等钻井完井技术近几年在美国获得了迅速发展并大量投入实际应用(表2.5)。

美国自20世纪80年代开始运用大位移井，到90年代该技术得到了迅速发展，目前在美国主要用于加利福尼亚州近海。90年代以来，小井眼钻井技术的发展也非常迅速。目前，该技术也已应用于水平井、深井钻井中，如侧钻小井眼多分支水平井等，并开始用连续管钻小井眼。因技术领先，小井眼钻井数量最多。

表2.5 20世纪60～90年代美国主要钻井技术发展^[36]

欠平衡钻井技术开始于20世纪50年代。近些年来，随着钻井新装备的不断涌现，欠平衡钻井技术再次受到高度重视，而且正逐步走向成熟。欠平衡钻井技术的主要优点是减轻地层伤害，提高单井产能、钻井效率，降低钻井成本，及时发现地质异常情况和识别产层。2003年，美国采用欠平衡方式钻井达2200多口，约占当年钻井数的20%。

热心网友 时间：2023-10-20 04:24

美国一百多年的石油工业史，也是一部科技发展史，每一次石油技术的*无不与技术进步密切相关。

石油勘探开发技术*的第一个时期是20世纪20～30年代，此时出现了大马力的钻机，有了新型牙轮钻头，有了化学处理剂来改进钻井液和固井水泥性能，提高了固井的质量；油气开采方面，不再延续初期的密集钻井、盲目滥采，开始懂得地下油藏是个统一的水动力系统，并提出了最大有效产量的概念作为衡量生产好坏的指标。

石油勘探开发技术*的第二个时期是第二次世界大战之后，特别是20世纪60～70年代。新技术的不断涌现使得这个时期成为石油储量发现的黄金时期。在勘探技术方面，大量采用数字地震仪，多道多次覆盖技术，配以大容量高速计算机作数据处理，使油气勘探技术达到新的水平，在勘探程度高的老探区也不断扩大了储量；在钻井技术方面，实行“科学化钻井”，发展了喷射钻井、平衡钻井、定向钻井和优选参数钻井技术；在油田开采方面，广泛使用注水提高油层压力、大型水力压裂技术，三次采油(EOR)技术由室内转入现场试验，热力法也已经工业化推广，海上采油也有了很大进展。

石油勘探开发技术*的第三个时期自20世纪80年代开始延续至今，这次技术*以信息技术作为主要特征^[37]。在勘探技术方面，地震分辨率不断提高，非地震方法重新兴起；在钻井技术方面，水平井、分支井技术不断发展；在油田开采方面，三次采油技术不断发展。

2.3.2.1 地震技术与美国油气勘探

1923年美国开始出现实验扭秤及折射地震仪，在美国墨西哥湾地区应用获得成功，该地区石油聚集与岩盐有关。盐体与围岩之间的弹性波旅行时差造成地震波的不同传播特征，盐体、盖岩和围岩之间的密度差则是扭秤测量的特征。这两种地球物理方法的应用导致许多盐丘油田的发现。

从1925年起，上述两种勘探方法在美国石油勘探中得到迅速推广。E.L.DeGolyer和Karcher成立的地球物理研究公司对机械式地震仪作了改进，以电磁式取代，又以精确的无线电信号测量方法取代声波法测定爆炸时间和距离，这提高了折射地震的勘探速度，降低了勘探成本。折射地震仪在美国得克萨斯州和路易斯安那州海湾地区推广应用后，四年发现了近40个盐丘。在1924～1929年间，折射地震勘探技术在墨西哥湾勘探中起着主导作用。

20世纪20年代末至30年代，地震反射法相继在俄克拉何马州、墨西哥湾、得克萨斯州和加利福尼亚州等地获得成功应用。1928年，在俄克拉何马州发现的Seminole油田，是单独依靠地震技术发现的第一个油田。1934年用地球物理方法在墨西哥湾北岸发现了Old Ocean油田，以后用地球物理方法在此地区相继发现了一系列油田。1937年用地球物理方法在伊利诺伊州发现了Salem特大油田；1938年在墨西哥湾发现了第一个海上油田——Creole油田。这些大发现确立了反射地震技术在油气勘探中的应用价值。

1940年以后，地震技术的革新使地震仪器和解释技术发生了许多变化，如采用自动增益控制的多道仪器，应用混波技术及连续剖面法，采用磁阻压检波器及大量检波器组合，直至20世纪50年代初模拟磁带记录系统投入使用。地震仪器以及勘探技术的发展，有助于对更深的油气储层和更复杂的油气圈闭进行勘探。

地震技术的不断改进，提高了复杂地区和深层的勘探能力，20世纪40年代以后，美国在发现大油气田数量急剧减少的情况下，相继发现了许多中小油气田。1950～1953年间，中小油气田年发现量达到近1.8亿吨。

20世纪60年代初地震技术的数字化变革使勘探技术发展产生了重大突破，开始了地震数字记录和数字处理的新时代。一些新技术(包括可控震源和共深度点覆盖)的应用，增加了地下覆盖的密度，提高了地震勘探精度。

地震数字记录和处理技术的优越性和潜力是模拟磁带技术无法比拟的，它所能完成的地震数据运算是模拟仪器难以实现的。20世纪60年代中期，数字地震技术逐步取代了常规地震勘探方法，使地震勘探的效率和勘探能力有了明显的提高，从而扩大了勘探领域和勘探深度，提高了勘探成功率。

20世纪70年代以后，地震技术的新进展使美国油气勘探工作进入了新时代。电子和计算机技术的发展，使勘探地球物理不断受益，成为地球物理勘探技术进步的重要基础。多道地震采集系统和多种纵波可控震源的开发和应用，以及其他非炸药震源的改进都大大增强了地震的勘探能力，三维地震技术改进了地下复杂构造和地层的成像，从而提高了勘探成功率。三维地震技术已应用到油气勘探和开发的各个阶段，特别是用于油田开发前提供详细的地下构造和地层图像，以及油田开发后的油藏评价和油藏动态监测。目前，三维地震勘探已经成为美国成熟区勘探的重要技术手段。

从地震数据处理技术来看，地震数据处理最重要的进展应属以波动方程为基础的成像和反演技术的发展和应用，其中包括叠前与叠后偏移、多次波抑制、基准面和位移静校正、速度估计。人机联作解释系统的应用进一步提高了地震资料解释的效率和精度，改进了复杂构造和地层圈闭的解释。

从美国石油地质学家协会(AAPG)1977年出版地震地层学专辑以来，将地震地质解释从构造地震学延伸到地震地层学解释领域中，推动了地震解释技术的发展。

20世纪90年代，提高油田采收率成为美国地球物理活动的重要领域。三维地震技术得到了进一步的发展和应用。高分辨率地震、井间层析成像技术成为研究与开发的重点技术(表2.3)。

表2.3 20世纪60～90年代美国地震勘探技术^[36]

2.3.2.2 测井技术与美国油气勘探

美国的测井技术居于世界领先地位。测井技术对于美国发现新的油气储量，提高勘探和开发效益等都起到了相当重要的作用。测井技术从20世纪20年代开始起步至今大体可分为以下四个阶段^[38]：

(1)模拟测井阶段。该阶段中由于测井手段有限，获得的地下岩石物理参数较少，因此测井资料主要用于地层对比，划分渗透层以及定性判断油水层。20世纪40年代初，石油工程学家阿尔奇根据墨西哥湾沿岸地区砂岩的实验室资料，得出了适合于纯净地层的含水饱和度公式，即著名的阿尔奇公式，标志近代测井技术开始发展形成，对岩性较为单一的储层能定量评价出孔隙度、流体饱和度、泥质含量等参数。

(2)从20世纪60年代开始，测井技术进入了第二个发展阶段，测井方法、测井系列开始配套完善，广泛采用电子技术和计算机技术，全面推广计算机控制测井技术，大大提高了测井解释精度。测井资料与其他资料结合可进行较为详细的油藏描述。利用测井资料可以评价储层的孔隙度、渗透率、含油气饱和度以及油气的可动性、烃的类型、岩性、地层倾角及构造、沉积环境、地层岩石弹性常数等。

(3)20世纪70年代以来，计算机技术、微电子技术全面融入测井数据的采集和资料的处理技术，这是测井技术的第三个阶段。多种测量仪器一次下井的组合能力、测量项目系列配套已日趋成熟，从而有助于提高钻井效率，有效地进行地层评价。

(4)从20世纪90年代开始，美国开始应用成像测井技术提高油气勘探和油气田开发效益，这成为当今现代测井技术的代表，测井技术进入第四个阶段。现代测井技术已向地质构造、沉积研究、油气层快速测试、储层压裂改造、岩石力学、产能预测、固井质量全新评价等领域全面发展，为油气勘探不断向深层、隐蔽油气藏、非均质性储层等领域拓展，以及保持储量持续增长起到了重要作用。

表2.4 20世纪50～90年代美国测井技术^[36]

2.3.2.3 美国钻井技术发展历程

1859年，德雷克(E.Drake)在宾夕法尼亚州应用冲击钻钻出了美国石油工业的第一口油井。在随后的140多年里，钻井技术不断得到发展和完善，一般将20世纪的钻井技术的发展分为四个时期^[39]：

(1)概念时期(1901～1919年)。将钻进与洗井结合在一起，并开始用牙轮钻头和注水泥固井技术。

(2)发展时期(1920～1948年)。牙轮钻头、固井工艺及钻井液技术进一步发展，同时出现了大功率钻井设备。

(3)科学化钻井时期(1949～1969年)。钻柱力学与井斜控制技术；喷射钻井；镶齿、滑动密封轴承钻头；低固相、无固相不分散体系钻井液及固控技术；钻井参数优选；地层压力检测、井控技术及平衡压力钻井等。

(4)自动化钻井时期(1970年至今)。PDC钻头；计算机应用；特殊工艺钻井技术；综合录井及井下随钻测量；钻井工具与装备的自动化发展等。20世纪70年代，计算机技术的引入和无线随钻测量技术的研发，是钻井技术发展的一个新的里程碑，它加快了科学化钻井的发展。20世纪80年代是深井钻井的高峰期，美国在1982年完成深井、超深井(超过4500米)1289口。到20世纪90年代，特殊工艺及高效钻井的研究与开发备受重视，大位移井、多分支井、小井眼钻井、欠平衡钻井等一系列高新技术在此阶段逐渐发展成熟。

20世纪80年代初，美国开始研究水平井技术，并取得了初步的进展。这项技术本身可追溯到1891年，当时的第一项专利技术是从一口直井里打出一个水平洞；1929年，第一口真正的水平井在美国的得克萨斯州完钻。20世纪70～80年代，随着油价的低迷、降低勘探费用的需要以及钻探设备的发展，水平钻井技术再一次被广泛研究应用。虽然钻水平井比钻直井的费用更高，但一口水平井可以起到几口直井的作用，因而钻水平井在经济上是可行的。在某些情况下，用常规井开采是不可行的，但水平井却可以使开发项目变得经济可行。20世纪90年代，水平井技术开始大规模应用，现已经作为常规钻井技术应用于几乎所有类型的油藏。到目前为止，美国是世界上钻水平井最多的国家。

目前，水平井钻井技术的应用正在向综合方向发展，大位移水平井、小井眼水平井和多分支水平井等钻井完井技术近几年在美国获得了迅速发展并大量投入实际应用(表2.5)。

美国自20世纪80年代开始运用大位移井，到90年代该技术得到了迅速发展，目前在美国主要用于加利福尼亚州近海。90年代以来，小井眼钻井技术的发展也非常迅速。目前，该技术也已应用于水平井、深井钻井中，如侧钻小井眼多分支水平井等，并开始用连续管钻小井眼。因技术领先，小井眼钻井数量最多。

表2.5 20世纪60～90年代美国主要钻井技术发展^[36]

欠平衡钻井技术开始于20世纪50年代。近些年来，随着钻井新装备的不断涌现，欠平衡钻井技术再次受到高度重视，而且正逐步走向成熟。欠平衡钻井技术的主要优点是减轻地层伤害，提高单井产能、钻井效率，降低钻井成本，及时发现地质异常情况和识别产层。2003年，美国采用欠平衡方式钻井达2200多口，约占当年钻井数的20%。

热心网友 时间：2023-10-20 04:24

美国一百多年的石油工业史，也是一部科技发展史，每一次石油技术的*无不与技术进步密切相关。

石油勘探开发技术*的第一个时期是20世纪20～30年代，此时出现了大马力的钻机，有了新型牙轮钻头，有了化学处理剂来改进钻井液和固井水泥性能，提高了固井的质量；油气开采方面，不再延续初期的密集钻井、盲目滥采，开始懂得地下油藏是个统一的水动力系统，并提出了最大有效产量的概念作为衡量生产好坏的指标。

石油勘探开发技术*的第二个时期是第二次世界大战之后，特别是20世纪60～70年代。新技术的不断涌现使得这个时期成为石油储量发现的黄金时期。在勘探技术方面，大量采用数字地震仪，多道多次覆盖技术，配以大容量高速计算机作数据处理，使油气勘探技术达到新的水平，在勘探程度高的老探区也不断扩大了储量；在钻井技术方面，实行“科学化钻井”，发展了喷射钻井、平衡钻井、定向钻井和优选参数钻井技术；在油田开采方面，广泛使用注水提高油层压力、大型水力压裂技术，三次采油(EOR)技术由室内转入现场试验，热力法也已经工业化推广，海上采油也有了很大进展。

石油勘探开发技术*的第三个时期自20世纪80年代开始延续至今，这次技术*以信息技术作为主要特征^[37]。在勘探技术方面，地震分辨率不断提高，非地震方法重新兴起；在钻井技术方面，水平井、分支井技术不断发展；在油田开采方面，三次采油技术不断发展。

2.3.2.1 地震技术与美国油气勘探

1923年美国开始出现实验扭秤及折射地震仪，在美国墨西哥湾地区应用获得成功，该地区石油聚集与岩盐有关。盐体与围岩之间的弹性波旅行时差造成地震波的不同传播特征，盐体、盖岩和围岩之间的密度差则是扭秤测量的特征。这两种地球物理方法的应用导致许多盐丘油田的发现。

从1925年起，上述两种勘探方法在美国石油勘探中得到迅速推广。E.L.DeGolyer和Karcher成立的地球物理研究公司对机械式地震仪作了改进，以电磁式取代，又以精确的无线电信号测量方法取代声波法测定爆炸时间和距离，这提高了折射地震的勘探速度，降低了勘探成本。折射地震仪在美国得克萨斯州和路易斯安那州海湾地区推广应用后，四年发现了近40个盐丘。在1924～1929年间，折射地震勘探技术在墨西哥湾勘探中起着主导作用。

20世纪20年代末至30年代，地震反射法相继在俄克拉何马州、墨西哥湾、得克萨斯州和加利福尼亚州等地获得成功应用。1928年，在俄克拉何马州发现的Seminole油田，是单独依靠地震技术发现的第一个油田。1934年用地球物理方法在墨西哥湾北岸发现了Old Ocean油田，以后用地球物理方法在此地区相继发现了一系列油田。1937年用地球物理方法在伊利诺伊州发现了Salem特大油田；1938年在墨西哥湾发现了第一个海上油田——Creole油田。这些大发现确立了反射地震技术在油气勘探中的应用价值。

1940年以后，地震技术的革新使地震仪器和解释技术发生了许多变化，如采用自动增益控制的多道仪器，应用混波技术及连续剖面法，采用磁阻压检波器及大量检波器组合，直至20世纪50年代初模拟磁带记录系统投入使用。地震仪器以及勘探技术的发展，有助于对更深的油气储层和更复杂的油气圈闭进行勘探。

地震技术的不断改进，提高了复杂地区和深层的勘探能力，20世纪40年代以后，美国在发现大油气田数量急剧减少的情况下，相继发现了许多中小油气田。1950～1953年间，中小油气田年发现量达到近1.8亿吨。

20世纪60年代初地震技术的数字化变革使勘探技术发展产生了重大突破，开始了地震数字记录和数字处理的新时代。一些新技术(包括可控震源和共深度点覆盖)的应用，增加了地下覆盖的密度，提高了地震勘探精度。

地震数字记录和处理技术的优越性和潜力是模拟磁带技术无法比拟的，它所能完成的地震数据运算是模拟仪器难以实现的。20世纪60年代中期，数字地震技术逐步取代了常规地震勘探方法，使地震勘探的效率和勘探能力有了明显的提高，从而扩大了勘探领域和勘探深度，提高了勘探成功率。

20世纪70年代以后，地震技术的新进展使美国油气勘探工作进入了新时代。电子和计算机技术的发展，使勘探地球物理不断受益，成为地球物理勘探技术进步的重要基础。多道地震采集系统和多种纵波可控震源的开发和应用，以及其他非炸药震源的改进都大大增强了地震的勘探能力，三维地震技术改进了地下复杂构造和地层的成像，从而提高了勘探成功率。三维地震技术已应用到油气勘探和开发的各个阶段，特别是用于油田开发前提供详细的地下构造和地层图像，以及油田开发后的油藏评价和油藏动态监测。目前，三维地震勘探已经成为美国成熟区勘探的重要技术手段。

从地震数据处理技术来看，地震数据处理最重要的进展应属以波动方程为基础的成像和反演技术的发展和应用，其中包括叠前与叠后偏移、多次波抑制、基准面和位移静校正、速度估计。人机联作解释系统的应用进一步提高了地震资料解释的效率和精度，改进了复杂构造和地层圈闭的解释。

从美国石油地质学家协会(AAPG)1977年出版地震地层学专辑以来，将地震地质解释从构造地震学延伸到地震地层学解释领域中，推动了地震解释技术的发展。

20世纪90年代，提高油田采收率成为美国地球物理活动的重要领域。三维地震技术得到了进一步的发展和应用。高分辨率地震、井间层析成像技术成为研究与开发的重点技术(表2.3)。

表2.3 20世纪60～90年代美国地震勘探技术^[36]

2.3.2.2 测井技术与美国油气勘探

美国的测井技术居于世界领先地位。测井技术对于美国发现新的油气储量，提高勘探和开发效益等都起到了相当重要的作用。测井技术从20世纪20年代开始起步至今大体可分为以下四个阶段^[38]：

(1)模拟测井阶段。该阶段中由于测井手段有限，获得的地下岩石物理参数较少，因此测井资料主要用于地层对比，划分渗透层以及定性判断油水层。20世纪40年代初，石油工程学家阿尔奇根据墨西哥湾沿岸地区砂岩的实验室资料，得出了适合于纯净地层的含水饱和度公式，即著名的阿尔奇公式，标志近代测井技术开始发展形成，对岩性较为单一的储层能定量评价出孔隙度、流体饱和度、泥质含量等参数。

(2)从20世纪60年代开始，测井技术进入了第二个发展阶段，测井方法、测井系列开始配套完善，广泛采用电子技术和计算机技术，全面推广计算机控制测井技术，大大提高了测井解释精度。测井资料与其他资料结合可进行较为详细的油藏描述。利用测井资料可以评价储层的孔隙度、渗透率、含油气饱和度以及油气的可动性、烃的类型、岩性、地层倾角及构造、沉积环境、地层岩石弹性常数等。

(3)20世纪70年代以来，计算机技术、微电子技术全面融入测井数据的采集和资料的处理技术，这是测井技术的第三个阶段。多种测量仪器一次下井的组合能力、测量项目系列配套已日趋成熟，从而有助于提高钻井效率，有效地进行地层评价。

(4)从20世纪90年代开始，美国开始应用成像测井技术提高油气勘探和油气田开发效益，这成为当今现代测井技术的代表，测井技术进入第四个阶段。现代测井技术已向地质构造、沉积研究、油气层快速测试、储层压裂改造、岩石力学、产能预测、固井质量全新评价等领域全面发展，为油气勘探不断向深层、隐蔽油气藏、非均质性储层等领域拓展，以及保持储量持续增长起到了重要作用。

表2.4 20世纪50～90年代美国测井技术^[36]

2.3.2.3 美国钻井技术发展历程

1859年，德雷克(E.Drake)在宾夕法尼亚州应用冲击钻钻出了美国石油工业的第一口油井。在随后的140多年里，钻井技术不断得到发展和完善，一般将20世纪的钻井技术的发展分为四个时期^[39]：

(1)概念时期(1901～1919年)。将钻进与洗井结合在一起，并开始用牙轮钻头和注水泥固井技术。

(2)发展时期(1920～1948年)。牙轮钻头、固井工艺及钻井液技术进一步发展，同时出现了大功率钻井设备。

(3)科学化钻井时期(1949～1969年)。钻柱力学与井斜控制技术；喷射钻井；镶齿、滑动密封轴承钻头；低固相、无固相不分散体系钻井液及固控技术；钻井参数优选；地层压力检测、井控技术及平衡压力钻井等。

(4)自动化钻井时期(1970年至今)。PDC钻头；计算机应用；特殊工艺钻井技术；综合录井及井下随钻测量；钻井工具与装备的自动化发展等。20世纪70年代，计算机技术的引入和无线随钻测量技术的研发，是钻井技术发展的一个新的里程碑，它加快了科学化钻井的发展。20世纪80年代是深井钻井的高峰期，美国在1982年完成深井、超深井(超过4500米)1289口。到20世纪90年代，特殊工艺及高效钻井的研究与开发备受重视，大位移井、多分支井、小井眼钻井、欠平衡钻井等一系列高新技术在此阶段逐渐发展成熟。

20世纪80年代初，美国开始研究水平井技术，并取得了初步的进展。这项技术本身可追溯到1891年，当时的第一项专利技术是从一口直井里打出一个水平洞；1929年，第一口真正的水平井在美国的得克萨斯州完钻。20世纪70～80年代，随着油价的低迷、降低勘探费用的需要以及钻探设备的发展，水平钻井技术再一次被广泛研究应用。虽然钻水平井比钻直井的费用更高，但一口水平井可以起到几口直井的作用，因而钻水平井在经济上是可行的。在某些情况下，用常规井开采是不可行的，但水平井却可以使开发项目变得经济可行。20世纪90年代，水平井技术开始大规模应用，现已经作为常规钻井技术应用于几乎所有类型的油藏。到目前为止，美国是世界上钻水平井最多的国家。

目前，水平井钻井技术的应用正在向综合方向发展，大位移水平井、小井眼水平井和多分支水平井等钻井完井技术近几年在美国获得了迅速发展并大量投入实际应用(表2.5)。

美国自20世纪80年代开始运用大位移井，到90年代该技术得到了迅速发展，目前在美国主要用于加利福尼亚州近海。90年代以来，小井眼钻井技术的发展也非常迅速。目前，该技术也已应用于水平井、深井钻井中，如侧钻小井眼多分支水平井等，并开始用连续管钻小井眼。因技术领先，小井眼钻井数量最多。

表2.5 20世纪60～90年代美国主要钻井技术发展^[36]

欠平衡钻井技术开始于20世纪50年代。近些年来，随着钻井新装备的不断涌现，欠平衡钻井技术再次受到高度重视，而且正逐步走向成熟。欠平衡钻井技术的主要优点是减轻地层伤害，提高单井产能、钻井效率，降低钻井成本，及时发现地质异常情况和识别产层。2003年，美国采用欠平衡方式钻井达2200多口，约占当年钻井数的20%。