2023年國際石油十大科技進展：天然氫認識突破加速多國推行開發利用計劃、3000米深水鹽下勘探技術助推納米比亞深水重大發現、智能化油藏描述技術提高勘探開發的效率和精度、利用微生物發酵制取生物基己二酸技術取得重大進展、基于生物轉化利用技術的二氧化碳制乙烯合成新工藝實現生物制造新的跨越、利用合成生物學技術開發的聚乳酸“負碳”生產工藝取得進展、海洋低頻大容量氣槍震源研究取得突破、三維隨鉆測井技術助力提高復雜儲層精準識別能力、內部定向壓差工具開辟旋轉導向鉆井技術新路線、環焊縫視覺檢測監測系統實現管道焊接全過程監控。

①天然氫認識突破加速多國推行開發利用計劃

天然氫又稱“金氫”“白氫”“地質氫”“天生氫”，是地質過程中生成的氫，是真正意義上的零碳、可再生的一次能源，但天然氫具有賦存環境復雜、含量差異顯著、分布廣泛的特點。當前，全球致力于實現能源脫碳、凈零排放，引發對天然氫研究和勘探的廣泛關注，多個國家制定了天然氫的開發和利用計劃。

主要技術進展：(1)深化對天然氫的主要賦存地質環境的認識，包括蛇綠巖帶、裂谷環境、前寒武系富鐵地層等，其中蛇綠巖帶的天然氫含量較高，裂谷環境多數集中在大洋中脊區域，前寒武紀克拉通普遍代表一種缺氧富鐵的環境;(2)形成對天然氫形成機理的認識，認為在無機成因中深層巖漿、地幔深部脫氣、巖石破裂、蛇紋石化、水的輻解是天然氫在地質形成過程的主要原因;(3)2020年估算，天然氫生成量為254±91億立方米/年;(4)建立與油氣成藏系統相類似的天然氫勘探方法，明確“生、儲、蓋、圈、運、保”等成藏要素，認為相比于漫長的生烴過程，天然氫在人類時間尺度內是可再生的。

澳大利亞、美國、法國、西班牙和俄羅斯等國家的油氣公司已在天然氫氣藏勘探研究上取得進展。西非馬里成功地利用天然氫發電，盈虧平衡成本為0.5~0.7美元，為全球天然氫商業開發提供了參考范例。

②3000米深水鹽下勘探技術助推納米比亞深水重大發現

納米比亞位于非洲大陸最大的傳統產油國安哥拉和南非之間，其所處的大西洋兩岸被動陸緣是獲得油氣新發現的有利區域，但是經過半個多世紀的勘探，未獲得大規模油氣發現，亟須加強深水區的地震識別技術攻關和成藏規律研究。

主要技術進展：(1)創新被動大陸邊緣盆地上組合漂移層系相關油氣形成與成藏地質理論，在下白堊統盆底扇砂巖和上白堊統深水濁積扇儲層中發現大規模輕質原油，可采儲量達數十億桶;(2)形成深水區AVO三維地震的巖性和流體物性識別配套技術系列，實現水深超3000米區域的地層、巖性和流體的預測。

基于深水區AVO三維地震的巖性和流體物性識別技術，首次在非洲大陸西南部納米比亞境內的奧蘭治次盆地深水-超深水區發現白堊系大規模輕質油資源，可采儲量合計8億噸油當量，有望在4年內開展商業化開采工作。

③智能化油藏描述技術提高勘探開發的效率和精度

智能化油藏描述是石油行業數字化轉型最重要的組成部分。2023年，SPE和IMAGE國際峰會分別推出新版智能化Petrel和PaleoScan軟件。近兩年，國際油公司的智能化油藏描述技術在構造解釋、儲層預測和油藏表征等方面取得重大突破。

主要技術進展：(1)卷積神經網絡(CNN)應用。CNN等深度學習模型在地震數據斷層構造解釋、巖芯圖像和測井曲線等沉積學數據處理中取得顯著進展，能夠自動學習和提取特征，從而有助于構造和儲層描述;(2)多模態數據融合。AI技術能夠整合多種沉積學數據源，如地震、巖芯、測井數據和地層描述，提供更全面的沉積相分析，融合多模態數據可增加綜合地震地質分析的準確性;(3)智能化油藏屬性建模。深度學習可以用于預測油藏屬性，例如巖石孔隙度、滲透率、飽和度等。通過分析地質和數據，深度學習模型可以提供更準確的估計屬性，幫助決策者更好地理解地下油藏特征。

智能化油藏描述還在探索中，多項工作未形成明確的工作流程。智能化油藏描述技術在石油天然氣勘探和生產中具有廣泛的應用前景，有望提高勘探開發的效率和精度。

④利用微生物發酵制取生物基己二酸技術取得重大進展

以化石燃料為原料制備己二酸工藝存在設備腐蝕、環境污染等問題，國際大石油公司推出的以從農作物秸稈等非食用生物質中提取的糖制取生物基己二酸技術，不但實現了工藝原料綠色化，且無一氧化二氮氣體排放，在國際尚屬首創。

主要技術進展：(1)結合微生物發酵技術和利用分離膜的化學純化技術，通過應用基因工程技術重新“配置”微生物內的代謝途徑，提高生產效率。采用生物信息學技術設計用于合成的最佳微生物發酵途徑，微生物合成的中間體數量自最初發現以來增加1000多倍，合成效率顯著提高;(2)采用反滲透分離膜濃縮提純中間體，分離和去除微生物發酵液中不需要的成分，相比傳統蒸發濃縮方法，能耗更低;(3)相比石油基己二酸生產，該過程不排放一氧化二氮。

該技術生產的生物基己二酸已用于尼龍66生產測試，計劃在2030年推動生物基己二酸的商業化應用，有助于實現可持續的循環經濟。

⑤基于生物轉化利用技術的二氧化碳制乙烯合成新工藝實現生物制造新的跨越

傳統乙烯生產工藝是化學工業中二氧化碳排放的最大來源之一，也是最具挑戰性的脫碳工藝之一。在減碳壓力下，國際大石油公司利用捕集的二氧化碳，采用生物轉化技術生產乙烯的新工藝，低碳制備乙烯，實現傳統乙烯制備工藝的低碳化改造。

主要技術進展：(1)從乙烯裂解爐的煙氣中捕集濃度達95%的二氧化碳并與氫氣混合，利用生物回收技術將捕集的廢碳轉化為乙醇，再由第二代、低成本的工藝將乙醇脫水為乙烯，該過程的乙烯選擇性超過99%，完全脫離化石能源，是目前最具挑戰性的脫碳工藝之一;(2)該技術中的二氧化碳制乙醇是一種基于微生物的碳回收技術，所用微生物能夠在沒有昂貴化學品和維生素的供養下吸收二氧化碳，并產生大量乙醇;(3)采用的乙醇脫水直接制取乙烯，與現有技術相比，成本低且工藝簡單，催化劑與傳統的氧化鋁基催化劑相比，可降低反應溫度，提高選擇性。

該技術不僅沒有對糧食和水的供應安全產生威脅，還可直接實現溫室氣體二氧化碳的消耗，且乙烯選擇性超99%，實現生物制造新的跨越。

⑥利用合成生物學技術開發的聚乳酸“負碳”生產工藝取得進展

從源頭上生產可降解塑料代替傳統塑料，被認為是解決塑料污染問題的終極方案。聚乳酸(PLA)是目前最理想的代替傳統塑料的可降解聚合物。PLA“負碳”生產工藝，為可降解塑料生產提供了可持續的發展策略。

主要技術進展：(1)在光驅動藍細菌平臺上使用代謝工程和高密度培養的組合策略，首次建立自養微生物細胞工廠，在國際上首次以二氧化碳為原料，一步實現了PLA的生物合成;(2)與以往PLA的制造思路完全不同，該技術通過系統代謝工程，優化關鍵酶的表達水平，解決了碳流重定向問題，在二氧化碳進入細胞后，使碳最終流向PLA，同時突破了藍細菌本身生長密度和速度的局限，自主研發了一種新型光反應器，對光譜做了系列優化，并采用可控的漸變光強方式，使藍細菌細胞生長得更快、更密，將藍細菌的細胞密度提升了10倍，其產生的PLA濃度高達108毫克/升;(3)該技術下一步的研究重點是提高PLA的細胞干重占比，擬將細胞干重的比例進一步提升到50%以上。

該技術開創了以非糧原料為基礎的新一代PLA工業生產的技術思路，不僅可以解決塑料污染、生物制造的非糧原料替代問題，還在合成PLA的過程中直接捕集二氧化碳，助力“雙碳”目標實現。

⑦海洋低頻大容量氣槍震源研究取得突破

隨著海洋油氣勘探目的層越來越深及全波形反演技術逐漸成熟，對低頻信號的需求推動低頻氣槍震源的發展。同時，隨著海洋環保要求提高，低頻震源成為減少海上作業對海洋生物影響的有效技術。近年來，海洋低頻大容量氣槍震源研究取得突破，部分震源已達到商業應用水平。

主要技術進展：(1)利用較長的激發氣室，在水中產生更大體積的氣泡，增加氣槍容量，有效提高震源信號的低頻成分，氣體容量可達幾千甚至幾萬立方英寸。調諧脈沖源(TPS)氣槍容量可達2.65萬立方英寸，能夠產生小于3赫茲的低頻信號;(2)采用特殊設計的槍口結構以及內部激發運動結構，降低大容量氣體的釋放速度，同時在較低的工作壓強下激發，進一步減緩初始氣泡的擴張速度，增加震源子波達到主脈沖峰值的時間，降低信號的中高頻成分，同時降低了聲壓級。

行業內發展較快的TPS等大容量低頻氣槍震源進行了多次采集試驗，與傳統氣槍震源相比獲得了更豐富的低頻信息。在全球海洋物探市場和全波形反演技術逐漸成熟的推動下，海洋低頻氣槍震源的研發優化，將成為各大公司有力競爭的方向之一，具有較好的應用前景。

⑧三維隨鉆測井技術助力提高復雜儲層精準識別能力

隨鉆測井能夠及時獲得鉆遇地層特性。充分利用隨鉆測井資料，并結合地質、地震等信息進行復雜儲層的三維空間定量描述和表征預測，對油氣勘探開發具有重要意義。國際油服公司推出的三維隨鉆測井技術，在復雜儲層描述和精準地質導向等方面取得重要進展。

主要技術進展：(1)通過采集360°電磁張量數據并傳送至地面，利用云計算算法等數字化技術對大型數據集進行反演，獲取實時的儲層三維電阻率剖面信息，并利用該信息校準地震數據助力儲層建模;(2)能夠預測在井筒尺度上無法描述的地層形態，提供油藏尺度的流體體積、儲層和斷層信息，實現儲層空間的構造描述，從而更好地認識非均質儲層和復雜油藏;(3)實時、高分辨率的儲層表征和預測，提供三維空間下更精準的地質導向決策，優化完井和生產設計，既減少了總的鉆探時間，助力提速降本，又降低了碳排放。

三維隨鉆測井技術在中東、北美、北海等地區的不同地質環境中進行了廣泛的現場測試，取得顯著應用效果：對砂道體進行實時描述，實現最佳井眼軌跡和最大儲層接觸;通過描述儲層結構和地層特征，提供油藏尺度認識，優化油田開發方案;通過整合多尺度測量數據，優化井位設計，實現更精準的地質導向決策。

⑨內部定向壓差工具開辟旋轉導向鉆井技術新路線

應用推靠式、指向式、混合式導向原理的旋轉導向鉆井技術均存在結構復雜、生產及使用成本高等問題。國外公司推出一種全新的內部定向壓差導向原理的旋轉導向工具。

主要技術進展：(1)全新的導向原理，導向能力強。利用伯努利原理在鉆頭工作面產生液壓差，直接給鉆頭施加側向力，將鉆頭推向指定方向，實現鉆頭導向，導向能力強。在旋轉鉆進模式、滑動鉆進模式下，最大造斜能力分別達到15°/30米、30°/30米。(2)結構簡單、緊湊，故障率低。工具長度極短，僅有1.52米、1.83米。它不像推靠式導向原理那樣需要使用活塞和推靠塊，也就不存在活塞和推靠塊容易出現的磨損與失效等問題。因結構簡單、緊湊，又沒有外部活動部件，可顯著降低故障率，耐溫能力提升至177攝氏度。

目前，這種利用伯努利原理開發完成的導向工具(SBER)已經完成試驗場試驗，結果證明，能夠產生有效的導向力和高造斜率，為旋轉導向鉆井系統開辟了一條新的技術路線。該工具因結構簡單、可靠耐用、經濟有效，有望得到推廣應用。

⑩環焊縫視覺檢測監測系統實現管道焊接全過程監控

傳統焊接施工中使用焊機機械觸角/輪子或非接觸式激光三角測量系統定位焊縫，無法實現鎢極氬弧焊焊槍尖端與焊縫位置的動態監測，不能實時測量焊縫與焊槍的動態偏移。國外公司2022年研發出焊接音頻處理工具監控焊接參數，2023年開發出天然氣管道環焊縫視覺檢測監測系統，利用攝像頭實時監測，有效解決了鎢極氬弧焊焊槍尖端與焊縫動態偏移監控問題。

主要技術進展：(1)天然氣管道環焊縫視覺檢測監測系統將高動態范圍焊縫攝像機與先進的機器視覺測量軟件相結合，用以捕獲鎢極氬弧焊焊槍尖端、焊接電弧和焊縫特征;(2)在焊接過程中，天然氣管道環焊縫視覺檢測監測系統可以實時監測焊槍尖端位置，測量焊槍尖端與焊縫之間的相對偏移量，實時測量焊縫尺寸;(3)天然氣管道環焊縫視覺檢測監測系統可以作為一個獨立的視覺解決方案，向操作人員提供實時圖像反饋，也可通過連接工廠控制器集成進行閉環反饋控制。

天然氣管道環焊縫視覺檢測監測系統為管道制造商提供全面的過程監控解決方案，提高其焊接過程的質量和可靠性，目前已用于歐洲部分管道建設項目，取得良好效果。

(關鍵字：國際 石油 進展)