——訪中國(guó)石油大學(xué)(北京)地質(zhì)地球物理綜合研究中心主任孫贊東教授"/>
文/龐貝 高妍 陳碩
融合與創(chuàng)新并進(jìn)提速非常規(guī)油氣開發(fā)
——訪中國(guó)石油大學(xué)(北京)地質(zhì)地球物理綜合研究中心主任孫贊東教授
文/龐貝 高妍 陳碩
能源是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ),人類文明的每一次重大進(jìn)步都伴隨著能源的改進(jìn)和更替。而在所有的能源資源中,石油、天然氣和煤炭占世界初級(jí)能源消費(fèi)量的89%,油氣資源所占比例達(dá)到60%。
作為一種重要的能源形態(tài),石油自被發(fā)現(xiàn)以來,就被當(dāng)作一種戰(zhàn)略資源,成為大國(guó)爭(zhēng)奪的焦點(diǎn)。綜觀20年來美國(guó)發(fā)動(dòng)的對(duì)外戰(zhàn)爭(zhēng)就會(huì)發(fā)現(xiàn),石油,對(duì)于戰(zhàn)爭(zhēng)機(jī)器的發(fā)動(dòng)有著不可低估的影響力。這一現(xiàn)代工業(yè)的黑色血液,無疑在一定程度上影響著一個(gè)國(guó)家邁向繁榮的腳步。
然而,統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,目前常規(guī)石油產(chǎn)量已開始出現(xiàn)下降趨勢(shì)。有關(guān)專家預(yù)測(cè),常規(guī)油氣資源產(chǎn)量將在未來10年內(nèi)達(dá)到峰值。在此背景下,一些開發(fā)難度大、地質(zhì)條件復(fù)雜的非常規(guī)油氣資源,將成為保障能源供應(yīng)的必然選擇。
所謂非常規(guī)油氣,據(jù)中國(guó)石油大學(xué)(北京)地質(zhì)地球物理綜合研究中心主任孫贊東教授介紹,是指在現(xiàn)今經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件下,不能完全用常規(guī)方法和技術(shù)手段進(jìn)行勘探、開發(fā)與加工利用的油氣資源,主要包括煤層氣、頁巖氣、致密砂巖氣、油頁巖、油砂油等。
世界能源理事會(huì)曾指出,由于近年來新技術(shù)的出現(xiàn),從世界范圍來講,非常規(guī)油氣資源的開發(fā)利用潛力是很大的。一是非常規(guī)油氣是常規(guī)油氣的最佳補(bǔ)充能源;二是技術(shù)進(jìn)步促使開發(fā)成本下降,是非常規(guī)油氣開發(fā)高速發(fā)展的根本原因;三是高油價(jià)和良好的政策環(huán)境,加速了非常規(guī)油氣資源的開發(fā)。
“由于非常規(guī)油氣巨大的資源量和隨著技術(shù)發(fā)展而變得越來越低的開發(fā)成本,及持續(xù)處于高位的國(guó)際油價(jià),使非常規(guī)油氣資源存在著極大的商業(yè)開發(fā)價(jià)值。但是非常規(guī)油氣無論是在勘探方法還是開采技術(shù)上,都比常規(guī)油氣困難得多,因此加強(qiáng)對(duì)非常規(guī)油氣勘探開發(fā)技術(shù)的研究,是保證21世紀(jì)油氣生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇?!痹袊?guó)石油工業(yè)部部長(zhǎng)王濤表示。
2011年8月1日,由孫贊東教授主持召開的“世界非常規(guī)油氣開發(fā)與生產(chǎn)高峰論壇”在北京舉行。此次會(huì)議由美國(guó)勘探地球物理學(xué)家學(xué)會(huì)(SEG)、中國(guó)石油學(xué)會(huì)(CPS)及中國(guó)石油大學(xué)(北京)聯(lián)合舉辦。會(huì)上,國(guó)內(nèi)外近百位業(yè)內(nèi)專家匯聚一堂,在為期6天的時(shí)間內(nèi),進(jìn)行了40場(chǎng)學(xué)術(shù)報(bào)告,共同探討非常規(guī)油氣開發(fā)與生產(chǎn)。
會(huì)議之外,非常規(guī)油氣開發(fā)與生產(chǎn)顯然已經(jīng)不再是一項(xiàng)動(dòng)議。除甲烷水合物外,非常規(guī)油氣在一些國(guó)家都得到開發(fā)利用并見到了顯著成效。如加拿大、委內(nèi)瑞拉和俄羅斯等國(guó)家從油砂中生產(chǎn)大量石油,澳大利亞、阿根廷、埃及等國(guó)家從低滲透油藏中開采石油均見良好效果。美國(guó)開發(fā)煤層氣最早、時(shí)間最長(zhǎng),現(xiàn)已有一系列的勘探開發(fā)利用技術(shù)和相應(yīng)的鼓勵(lì)煤層氣開發(fā)的政策。
立足國(guó)內(nèi)來講,“非常規(guī)油氣關(guān)鍵技術(shù)研究是中國(guó)‘十二五’乃至‘十三五’重點(diǎn)攻關(guān)方向”顯然已經(jīng)成為中石油、中石化和中海油三大巨頭的共識(shí),它們已經(jīng)對(duì)于這塊蛋糕“磨刀霍霍”。
這三大巨頭在選擇上的雷同當(dāng)然不是巧合,在其背后,均有深刻的資源考量:我國(guó)非常規(guī)油氣資源非常豐富,其中,煤層氣資源量居世界第三位;油頁巖資源量居世界第四位;油砂資源重點(diǎn)分布在準(zhǔn)噶爾、柴達(dá)木、松遼、鄂爾多斯、塔里木、四川等大盆地中。11個(gè)主要盆地占全國(guó)地質(zhì)資源量的97.6%,可采資源量的97.5%。
這無疑是一塊大蛋糕,但是“想吃”與“能吃”之間,還不能劃上等號(hào)。
“有些魚,不是不好吃,而是刺太多。有的人怕刺,就不吃了。”孫贊東教授如是說。
非常規(guī)油氣的“刺”在哪里?
我國(guó)的非常規(guī)油氣勘探開發(fā)仍處于起步階段,且面臨著因歷史悠久而表象更加復(fù)雜的地質(zhì)狀況。非常規(guī)油氣在我國(guó)存在點(diǎn)多、面廣、開采難度大的特點(diǎn),其評(píng)價(jià)方法、開采方式、應(yīng)用技術(shù)等方面與常規(guī)油氣存在巨大差異。具體來講,有如下幾個(gè)方面:
一、非常規(guī)油氣地質(zhì)條件具有復(fù)雜性和特殊性:非常規(guī)油氣藏成藏條件復(fù)雜,儲(chǔ)層致密,非均質(zhì)性強(qiáng),不同類型資源各具特點(diǎn)。油頁巖和致密砂巖屬非常規(guī)儲(chǔ)層,滲透率極低;煤層氣儲(chǔ)層具有含氣非均質(zhì)性強(qiáng)、滲透率低、儲(chǔ)層壓力低、含氣飽和度低等特點(diǎn)。因此,非常規(guī)油氣的勘探發(fā)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)理論的要求更高。
二、開發(fā)技術(shù)適用性差。目前非常規(guī)油氣的開發(fā)主要借鑒常規(guī)的經(jīng)驗(yàn),尚未形成獨(dú)特的技術(shù),例如,與常規(guī)石油相比,重油的主要特征是高黏度和高密度。因此,它們的開發(fā)利用需要額外的開采工藝和加工過程,這就給開采開發(fā)帶來了很大困難。
三、綜合利用效率低,環(huán)境污染嚴(yán)重。在油砂、油頁巖的開發(fā)利用過程中,產(chǎn)生的“三廢”(廢水、廢氣、廢渣)有可能對(duì)環(huán)境造成極大影響,目前還沒有形成有力的應(yīng)對(duì)措施。
此外,非常規(guī)能源復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和特殊的物理化學(xué)性質(zhì)也成就了其不易監(jiān)測(cè)的難題。
針對(duì)此種情況,孫贊東教授在其編著的《非常規(guī)油氣勘探與開發(fā)》中提到:“對(duì)于三種非常規(guī)石油資源,提高價(jià)值、降低成本并減少對(duì)環(huán)境影響的技術(shù)會(huì)對(duì)產(chǎn)量日益增長(zhǎng)的油砂、超重油和頁巖油的開發(fā)產(chǎn)生最積極的影響。有很多種方法都在試圖達(dá)到這樣的目標(biāo),但是并沒有一種可以適用于各種非常規(guī)石油資源開發(fā)的簡(jiǎn)單且易于操作的方法……”
那么,如何才能夠?qū)崿F(xiàn)技術(shù)突破?
孫贊東指出,從常規(guī)到非常規(guī),面對(duì)更為復(fù)雜的地學(xué)問題,我們唯一的出路就是采用全新的、綜合的地球物理監(jiān)測(cè)手段來指導(dǎo)其勘探開發(fā),將地質(zhì)、地球物理、油藏工程等各學(xué)科內(nèi)容相互融合,改變以往“各自為戰(zhàn)”的狀態(tài),既強(qiáng)調(diào)各學(xué)科技術(shù)在不同階段的專注性,又注重整體研發(fā)應(yīng)用過程中各學(xué)科的相互融合,并在融合的基礎(chǔ)上加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新,最終突破瓶頸實(shí)現(xiàn)大發(fā)展。
孫贊東(左二)在SEG非常規(guī)論壇上與Exxonmobil參會(huì)者合影
“21世紀(jì),各國(guó)拼的不再是武器,而是技術(shù)和資源。只有掌握了技術(shù)制高點(diǎn),占據(jù)了資源,才能夠在國(guó)際社會(huì)上占有主動(dòng)權(quán)?!辈稍L中,孫贊東絲毫不掩飾對(duì)技術(shù)的推崇。
如何用技術(shù)吃到“非常規(guī)”這條多刺的魚,這是孫贊東多年來致力的研究方向。
作為國(guó)際上知名的油藏地球物理學(xué)家,他將巖石物理、儲(chǔ)層預(yù)測(cè)、各向異性和多波多分量等研究融為一體,在多年的研究和實(shí)踐過程中掌握了地質(zhì)、地球物理、油藏工程三者相結(jié)合的技術(shù),擅長(zhǎng)采集、處理和解釋一體化,特別在復(fù)雜碳酸鹽巖儲(chǔ)層研究方面掌握和研發(fā)了大量國(guó)際先進(jìn)技術(shù),積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
2007年9月24日,中國(guó)石油大學(xué)(北京)地質(zhì)地球物理綜合研究中心成立,孫贊東出任中心主任。該中心依托于油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,致力于解決實(shí)際地質(zhì)問題,力爭(zhēng)為我國(guó)油氣資源預(yù)測(cè)與勘探作出貢獻(xiàn)。
5年時(shí)間,從無到有,研究中心在孫贊東主任的帶領(lǐng)下,已經(jīng)形成了30余人的科研團(tuán)隊(duì),并擁有IBM四核刀片并行計(jì)算機(jī),配套高速高性能存儲(chǔ)空間、多臺(tái)Linux/Unix工作站等高端設(shè)備。他們始終堅(jiān)持走產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的路線,以疊前疊后相結(jié)合為手段,以解釋性處理為途徑,采用多方法、多資料相融合來進(jìn)行“疊前巖性,疊前流體”預(yù)測(cè)。
研究中心針對(duì)我國(guó)特有的復(fù)雜地質(zhì)情況,從疊前地震資料入手,以開發(fā)地震資料和油田生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料為基礎(chǔ),建立了完備的地質(zhì)模型和油藏模型,研究和發(fā)展出了各種先進(jìn)的綜合地質(zhì)地球物理技術(shù)。這套技術(shù)能夠準(zhǔn)確有效地提取地質(zhì)信息,為巖性油氣藏的描述、勘探和開發(fā)提供技術(shù)服務(wù),有利于實(shí)現(xiàn)油藏綜合管理,推動(dòng)能源可持續(xù)發(fā)展。
利用綜合地質(zhì)地球物理技術(shù),通過大量深入細(xì)致的研究和實(shí)踐,孫贊東在原本研究的基礎(chǔ)上,創(chuàng)新式發(fā)展出符合我國(guó)各油田地質(zhì)條件的多種儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)和方法。值得一提的是,孫贊東帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)初步研制并集成了一套針對(duì)復(fù)雜碳酸鹽巖儲(chǔ)層及流體的地震預(yù)測(cè)配套技術(shù),對(duì)塔里木盆地復(fù)雜碳酸鹽巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)具有重大意義,得到了生產(chǎn)單位及國(guó)內(nèi)外地球物理學(xué)界的認(rèn)可。而中心在遼河油田興馬地區(qū)陸相深水重力沉積精細(xì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)和頁巖油氣等非常規(guī)能源的新技術(shù)研發(fā)方面也取得了突破性進(jìn)展。
以目前正在進(jìn)行的塔里木盆地復(fù)雜碳酸鹽巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)工作為例,由于形成年代久遠(yuǎn),歷經(jīng)反復(fù)地下構(gòu)造運(yùn)動(dòng),又經(jīng)多重外力作用、風(fēng)化剝蝕,塔里木地區(qū)碳酸鹽巖最終展現(xiàn)在我們眼前的,是一個(gè)個(gè)構(gòu)造極為復(fù)雜的溶蝕孔洞。與常規(guī)油氣儲(chǔ)存方式不同,石油就存在于這些孔洞巖石的孔隙或裂縫中。
面對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)條件,孫贊東采取了疊前疊后相結(jié)合技術(shù),提高彈性波(包括縱波和橫波)分析,采集提取更準(zhǔn)確的地質(zhì)信息,為油氣資源描述和勘探提供有效信息支撐。
“我們以往只注重疊后,只分析縱波信號(hào)。解決問題并非以尊重問題本身的復(fù)雜性為出發(fā)點(diǎn),而僅從某一角度單尺度進(jìn)行考量,這種思維方式和工作方法必定會(huì)造成預(yù)測(cè)結(jié)果的偏差。”孫贊東指出,這是我國(guó)這一技術(shù)與國(guó)際存在較大差距的原因,它要求我們的研究人員必須走向疊前,最關(guān)鍵的是如何做好疊前。
疊前技術(shù)的精髓是強(qiáng)調(diào)各學(xué)科的融合,包括疊前反演技術(shù)、巖石物理研究、地震保幅處理研究等一系列手段,是多學(xué)科綜合的一整套技術(shù)。
“就是用數(shù)學(xué)的方法、物理的原理解決地質(zhì)問題?!睂O贊東簡(jiǎn)單概述,但要真正做到,則要求研究人員具備多學(xué)科的理論知識(shí)和科學(xué)素質(zhì),具備“多學(xué)科的腦子”,“得懂問題(地質(zhì)),懂手段(地球物理),懂怎么把油弄出來(開采工藝)……”
實(shí)現(xiàn)了“宏觀上的大綜合”,還要做到“微觀上的小綜合”。比如解決地質(zhì)問題時(shí),需要將巖石物理、振幅處理、反演算法等多個(gè)不同學(xué)科結(jié)合,“怎樣才能更好地結(jié)合在一起,對(duì)一個(gè)問題進(jìn)行綜合性描述?”這其中處處彰顯學(xué)科融合的重要性,而學(xué)科融合正是解決高難問題的關(guān)鍵。
實(shí)踐證明,這套融合了地質(zhì)、地球物理、油藏工程等學(xué)科的技術(shù)能夠適應(yīng)塔里木盆地復(fù)雜的地質(zhì)情況,對(duì)于解決復(fù)雜碳酸鹽巖儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)和勘探找油行之有效。
所謂“時(shí)勢(shì)造英雄,英雄就時(shí)勢(shì)”。在改革發(fā)展中闊步前進(jìn)的中國(guó),對(duì)于那些渴望自我實(shí)現(xiàn)的各界英才無疑具有強(qiáng)大的吸引力,而他們的加入,無疑使新時(shí)期共和國(guó)邁向繁榮的腳步更加迅捷堅(jiān)定。
2007年,在原石油工業(yè)部王濤老部長(zhǎng)和中國(guó)石油大學(xué)張一偉老校長(zhǎng)的鼓勵(lì)下,孫贊東放棄年薪32萬美元的穩(wěn)定工作回國(guó)發(fā)展。他帶來的,不僅有先進(jìn)的儲(chǔ)層探測(cè)技術(shù)、豐富的石油勘探經(jīng)驗(yàn),更重要的是緊貼國(guó)際的石油勘探創(chuàng)新理念。
“能源是國(guó)家發(fā)展的基礎(chǔ)。我們要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型,從大國(guó)走向強(qiáng)國(guó),必然要也必須要做到技術(shù)領(lǐng)先,而創(chuàng)新是技術(shù)領(lǐng)先的唯一出路?!薄拔覀儸F(xiàn)在仍然處在追趕的位置上,沒有創(chuàng)新就趕不到前面去?!薄@是一種源自內(nèi)心的使命感,其中包涵了對(duì)自我價(jià)值的期許,也包涵了以時(shí)代使命為己任的急切。
“通過技術(shù)應(yīng)用解決油田現(xiàn)有復(fù)雜問題,再用獲取的經(jīng)費(fèi)思考、解決更深層次的問題,最終總結(jié)規(guī)律,上升到理論,實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新?!边@是孫贊東的創(chuàng)新模式。多年來,就是遵循著這樣的模式,孫贊東逐步推動(dòng)著中心的發(fā)展,也為油田解決了一系列實(shí)際問題??碧介_發(fā)新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝的應(yīng)用,不僅提高了能源資源的綜合利用水平、節(jié)約能源,而且加快了企業(yè)的產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí),提高了其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
“哪個(gè)行業(yè)都一樣,想往難的地方走,獲取更多利益,就必須提升技術(shù)含量,而技術(shù)進(jìn)步除了要靠科研人員的努力,和諧融洽的大環(huán)境同樣重要?!蹦壳拔覈?guó)科技創(chuàng)新環(huán)境的改善,同科技決策者意識(shí)的提高緊密相關(guān),因?yàn)樯鐣?huì)環(huán)境的形成、氛圍的營(yíng)造,很大程度上依賴政府和相關(guān)部門的引導(dǎo)。因此,“決策者是否知道這項(xiàng)新技術(shù),是否了解、重視,是否清楚它為我們的生產(chǎn)力所能帶來的效益至關(guān)重要。我們的科技決策者,應(yīng)該以更加開放的心態(tài)相信、了解和接納新技術(shù)、鼓勵(lì)研發(fā)新技術(shù)、推動(dòng)應(yīng)用新技術(shù),積極推動(dòng)科技創(chuàng)新?!薄罢咧贫取⒐芾砟J?、獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制等軟環(huán)境的完善,無疑會(huì)為科學(xué)公正創(chuàng)新平臺(tái)的構(gòu)建提供支撐,會(huì)成為創(chuàng)新思維茁壯成長(zhǎng)的土壤、陽光和肥料?!?/p>
憑借不斷創(chuàng)新的技術(shù)和手段,中心逐漸與油田建立了緊密合作關(guān)系,其研究成果也逐步得到認(rèn)可。但孫贊東并不滿足于已有的成果,他心里埋藏著更大的目標(biāo)。
“十二五”期間,中心將仍以塔里木盆地復(fù)雜碳酸鹽巖儲(chǔ)層探測(cè)勘探、遼河油田新技術(shù)研發(fā)、南中國(guó)海油氣勘探三個(gè)平臺(tái)為依托,全面推進(jìn)以地質(zhì)、地球物理、油藏工程等學(xué)科融合為主線的科技創(chuàng)新,在這個(gè)思路下,努力實(shí)現(xiàn)非常規(guī)油氣勘探開發(fā)技術(shù)創(chuàng)新?!拔覀兿M芡ㄟ^努力,把這套技術(shù)方案做成國(guó)家樣板,讓更多的人知道這套技術(shù)對(duì)于解決復(fù)雜地質(zhì)問題的實(shí)用性和先進(jìn)性,最終得到世界認(rèn)可?!?/p>
知天命之年,孫贊東比以往更清楚未來的路。他希望自己的努力得到最高價(jià)值的回報(bào),渴望更多的人擁有開放寬容的心態(tài),期望有更融洽科學(xué)的創(chuàng)新環(huán)境和平臺(tái)……但他也清楚,這些并不是一朝一夕憑一己之力能夠完成的,需要時(shí)間,需要等待。
“我們要?jiǎng)?chuàng)新,要讓世界認(rèn)可,讓世界覺得我們做的東西確實(shí)是他人沒做過而我們做得很好,最重要的,這個(gè)東西上面寫著‘中國(guó)’?!边@是他當(dāng)年毅然回國(guó)的原因,也是他始終堅(jiān)守的目標(biāo)和動(dòng)力。
孫贊東教授(左)在國(guó)際會(huì)議上與東方公司總經(jīng)理王鐵軍合影
孫贊東教授(中)與部分學(xué)生在地質(zhì)地球物理綜合研究中心第一屆年會(huì)上合影
“每個(gè)人的一生都有一個(gè)軌跡。人在職場(chǎng)的時(shí)間是有限的,我今年50歲,還可以再干20年,大干最多10年。在今后的日子里,我希望自己留下的軌跡是這樣的——我,我們,代表中國(guó)石油大學(xué),代表中國(guó),做了很多外國(guó)人沒有做成的事?!?/p>
孫贊東,1961年生,湖北黃岡人,加拿大卡爾加里大學(xué)博士?,F(xiàn)任中國(guó)石油大學(xué)(北京)地質(zhì)地球物理綜合研究中心主任,特聘教授,博士生導(dǎo)師,中國(guó)石油東方地球物理勘探公司高級(jí)技術(shù)顧問。
國(guó)際著名的油藏地球物理學(xué)家,長(zhǎng)期致力于油藏地球物理學(xué)研究,內(nèi)容涉及巖石物理、保幅處理、反演算法、儲(chǔ)層介質(zhì)彈性特征、油藏建模、油藏描述、壓力預(yù)測(cè)、流體預(yù)測(cè)、時(shí)移地震方法等諸多方面。迄今為止,已有近30年從事國(guó)內(nèi)外知名大石油公司(1984年~1987年,原中國(guó)石油工業(yè)部石油勘探開發(fā)科學(xué)研究院;1993年~2007年埃克森美孚等)在全球范圍內(nèi)的石油勘探開發(fā)與生產(chǎn)以及技術(shù)研發(fā)工作經(jīng)驗(yàn)。
現(xiàn)為中國(guó)石油學(xué)會(huì)地球物理專業(yè)委員會(huì)會(huì)員,SEG(美國(guó)勘探地球物理學(xué)家學(xué)會(huì))全球事務(wù)理事會(huì)、中國(guó)指導(dǎo)委員會(huì)、開發(fā)與生產(chǎn)委員會(huì)、研究委員會(huì)委員。2011年擔(dān)任SEG D&P(開發(fā)與生產(chǎn))高峰論壇主席,同時(shí)主辦 2011年SEG年會(huì)的兩個(gè)研討會(huì),被評(píng)選為2012年SEG東亞和南亞榮譽(yù)講師。
自回國(guó)以來,為發(fā)展適合中國(guó)石油經(jīng)濟(jì)的全球勘探戰(zhàn)略提供技術(shù)支持,先后負(fù)責(zé)參與國(guó)家與省部級(jí)重大項(xiàng)目近20項(xiàng),在我國(guó)西部塔里木盆地復(fù)雜碳酸鹽巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)及遼河興馬地區(qū)陸相深水策略沉積精細(xì)儲(chǔ)層方面取得了突破性進(jìn)展,為推動(dòng)中國(guó)石油勘探與開發(fā)技術(shù)的進(jìn)步作出了重要貢獻(xiàn)。