“我為祖國(guó)找石油”

龐貝+鄭聲宇

能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的命脈，能源安全攸關(guān)國(guó)計(jì)民生，這是毋庸置疑的。

1964年，在大慶油田，誕生了一首豪邁的歌：

“頭頂天山鵝毛雪，面對(duì)戈壁大風(fēng)沙，嘉陵江邊迎朝陽(yáng)，昆侖山下送晚霞……茫茫草原立井架，云霧深處把井打，地下原油見(jiàn)青天，祖國(guó)盛開(kāi)石油花……”

這首歌叫作《我為祖國(guó)獻(xiàn)石油》，這激昂的旋律把石油工人建設(shè)祖國(guó)的情懷抒發(fā)得淋漓盡致。不過(guò)，這種情懷不僅體現(xiàn)在石油工人身上，還深藏于每一位為能源安全殫精竭慮、兢兢業(yè)業(yè)的地質(zhì)工作者心中。

我們知道，石油和天然氣并非均勻地分布在地層中，地質(zhì)學(xué)上把這種不規(guī)則分布、可儲(chǔ)存油氣的孔縫稱作儲(chǔ)集體。

揭示儲(chǔ)集體的分布規(guī)律，預(yù)測(cè)它可能存在的地質(zhì)條件和方位，這便是地質(zhì)人的光榮使命，也是姜在興教授的研究方向。

姜在興，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）教授。國(guó)家新世紀(jì)百千萬(wàn)人才工程國(guó)家級(jí)人選、中國(guó)石油天然氣總公司跨世紀(jì)學(xué)術(shù)技術(shù)帶頭人、教育部油氣沉積地質(zhì)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)首席科學(xué)家。為祖國(guó)找油找氣，是他和團(tuán)隊(duì)義不容辭的責(zé)任。

找礦難度增大，精度要求更高

石油作為主要能源，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有著難以替代的重要地位。然而與其支柱能源地位形成鮮明對(duì)比的，是我國(guó)在能源結(jié)構(gòu)上的短板——原油對(duì)外依存度高。據(jù)中石油經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院的發(fā)布《國(guó)內(nèi)外油氣行業(yè)發(fā)展報(bào)告》顯示，中國(guó)原油產(chǎn)量跌破2億噸，原油對(duì)外依存度超過(guò)65%。

雖然據(jù)中國(guó)國(guó)土資源部統(tǒng)計(jì)結(jié)果，2015年我國(guó)石油地質(zhì)資源量1257億噸，可采資源量301億噸，待探明石油地質(zhì)資源量885億噸，仍有40%～45%的有效儲(chǔ)層待發(fā)現(xiàn)，可供勘探的資源潛力很大，但現(xiàn)實(shí)情況仍是不容樂(lè)觀的。

中國(guó)石油儲(chǔ)集體類型多樣，油田開(kāi)發(fā)地質(zhì)條件復(fù)雜，許多國(guó)外的相關(guān)技術(shù)無(wú)法直接應(yīng)用，從常規(guī)油氣資源到非常規(guī)油氣資源，對(duì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的精確度要求越來(lái)越高，后續(xù)能源的開(kāi)采難度越來(lái)越大。

在油田開(kāi)發(fā)所遭遇的諸多問(wèn)題中，有相當(dāng)一部分是儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)精度不夠所引起的，常見(jiàn)的有：油田地震資料中對(duì)對(duì)象的解釋停留在勘探階段，地質(zhì)數(shù)據(jù)在開(kāi)發(fā)階段因滯后性而精度下降；諸多新井的測(cè)井成果不具備統(tǒng)籌性；新式的儲(chǔ)層反演軟件大量引入，但精度和適用性太低等等。

“十二五”規(guī)劃指出：加大石油、天然氣資源勘探開(kāi)發(fā)力度，穩(wěn)定國(guó)內(nèi)石油產(chǎn)量，促進(jìn)天然氣產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，推進(jìn)煤層氣、頁(yè)巖氣等非常規(guī)油氣資源開(kāi)發(fā)利用。

在這種情況下，研究一套兼具動(dòng)態(tài)性、統(tǒng)籌性、適應(yīng)性的高精度儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)，建立一套更適合我國(guó)地質(zhì)環(huán)境特征的沉積學(xué)理論體系刻不容緩。

突破傳統(tǒng)思維，帶來(lái)理論飛躍

當(dāng)前流行的是基于相控建模的地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法，但近年來(lái)的研究表明，原有相模式、層序地層學(xué)理論和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)正面臨著越來(lái)越多的挑戰(zhàn)，許多沉積現(xiàn)象和油氣發(fā)現(xiàn)不能用現(xiàn)有理論和方法技術(shù)有效解釋。

基于相控建模的地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法中，只考慮地貌和水動(dòng)力的影響，建立的相控模型通常是定性或半定量的，只能進(jìn)行二維平面控制，并不能進(jìn)行精細(xì)的三維空間約束。而且，傳統(tǒng)的地震反演技術(shù)得到的波阻抗作為巖性標(biāo)志，難以區(qū)分灘壩等與泥巖波阻抗差異較小的砂體。

姜在興教授認(rèn)為，上述問(wèn)題的產(chǎn)生是由于未充分考慮“物源”和“風(fēng)浪”兩個(gè)要素的作用所造成，因此需要建立一個(gè)綜合考慮物源、風(fēng)浪和盆地的沉積模式。同時(shí)，現(xiàn)有模式及技術(shù)對(duì)石油勘探開(kāi)發(fā)所起的推動(dòng)作用趨于飽和，迫切需要新模式和新技術(shù)的研發(fā)來(lái)進(jìn)一步推動(dòng)油氣勘探開(kāi)發(fā)的向前發(fā)展。

針對(duì)以上問(wèn)題，2005年以來(lái)，以中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）姜在興教授為首的團(tuán)隊(duì)，在國(guó)家科技重大專項(xiàng)“十一五”“十二五”課題、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，以及油田企業(yè)配套課題的持續(xù)支撐下，聯(lián)合中石化勝利油田分公司等相關(guān)單位，結(jié)合我國(guó)的實(shí)際，突破傳統(tǒng)思維模式局限，進(jìn)行了十多年的室內(nèi)水槽模擬、現(xiàn)代沉積觀測(cè)、油田生產(chǎn)實(shí)踐，最終提出了“風(fēng)源盆”沉積模式，形成了優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體精準(zhǔn)預(yù)測(cè)技術(shù)。

在“風(fēng)源盆沉積模式優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體精準(zhǔn)預(yù)測(cè)方法及油氣重大發(fā)現(xiàn)”中，三維精細(xì)地震解釋法得到了應(yīng)用，這種方法將測(cè)井資料與地震資料進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合，令解釋的精度得到了很大的提高，優(yōu)化了中后期油田開(kāi)發(fā)的工作質(zhì)量和工作效率，使儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度大幅提高——與國(guó)內(nèi)外常用的相控建模技術(shù)相比儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度提高了15%左右。

它就好比給傳統(tǒng)地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)加了一雙“透視眼”，使地下千米儲(chǔ)層狀況一覽無(wú)余。

從“一元”到“三元”，“透視”能力強(qiáng)大

都說(shuō)理論是為了指導(dǎo)實(shí)踐，油氣藏預(yù)測(cè)更是一門應(yīng)用導(dǎo)向很強(qiáng)的專業(yè)?！帮L(fēng)源盆沉積模式優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體精準(zhǔn)預(yù)測(cè)方法及油氣重大發(fā)現(xiàn)”一經(jīng)問(wèn)世，便顯示出其強(qiáng)大的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

通過(guò)應(yīng)用該預(yù)測(cè)方法及技術(shù)，在勝利油田東營(yíng)凹陷迎風(fēng)帶發(fā)現(xiàn)高青—純梁油田，新鉆探井81口，鉆遇優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體75口，使探井成功率從原來(lái)63%提高到93%；運(yùn)用該技術(shù)方法，在東營(yíng)凹陷的八面河、王家崗、廣利、陳官莊、孤北鼻狀構(gòu)造帶等地區(qū)也鉆遇了具有良好油氣顯示的整裝灘壩砂巖儲(chǔ)層，預(yù)計(jì)整個(gè)東營(yíng)凹陷南部迎風(fēng)帶灘壩砂巖儲(chǔ)層有利分布面積可達(dá)678余平方千米，資源潛力在2.5億噸以上。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，該成果在勝利油田、中油國(guó)際尼日爾分公司成功預(yù)測(cè)了11個(gè)區(qū)塊，新增地質(zhì)儲(chǔ)量2.5億噸，2011年至今總計(jì)新增國(guó)內(nèi)利潤(rùn)25.93億元，創(chuàng)收外匯1.328億美元，潛在經(jīng)濟(jì)效益35.09億元。

“風(fēng)源盆沉積模式優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體精準(zhǔn)預(yù)測(cè)方法及油氣重大發(fā)現(xiàn)”為什么會(huì)成為能看穿地下儲(chǔ)集體的“透視眼”，它到底強(qiáng)大在哪里？

姜在興教授從以下三個(gè)方面解釋了它的創(chuàng)新含量。

首先，它在世界上首次提出了“風(fēng)場(chǎng)—物源—盆地”系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體沉積模式和定位方法。

在本成果形成之前，儲(chǔ)集體的解釋和預(yù)測(cè)方法是相模式。姜在興團(tuán)隊(duì)提出了“風(fēng)—源—盆”系統(tǒng)沉積模式，認(rèn)為儲(chǔ)集體是“風(fēng)（風(fēng)浪）—源（物源）—盆（盆地演化）”系統(tǒng)綜合作用的產(chǎn)物。

他們以沉積學(xué)基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的前緣視角，引入“風(fēng)力場(chǎng)”的思路和方法，把儲(chǔ)集體研究從“一元”的傳統(tǒng)相模式和“二元”源匯系統(tǒng)，推進(jìn)到“風(fēng)場(chǎng)—物源—盆地”的“三元”沉積動(dòng)力學(xué)體系。

他們通過(guò)古地貌、古水深、古風(fēng)場(chǎng)、古物源的“四古”恢復(fù)，建立了區(qū)域的“風(fēng)—源—盆”沉積動(dòng)力學(xué)模型。在模型約束的基礎(chǔ)上，可以把風(fēng)源盆沉積系統(tǒng)分為“迎風(fēng)體系、背風(fēng)體系、側(cè)風(fēng)體系和深盆體系”四大體系。根據(jù)每個(gè)體系內(nèi)部各要素的相互關(guān)系，定量預(yù)測(cè)有利儲(chǔ)集體展布，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體的平面定位。

這一系統(tǒng)理論和預(yù)測(cè)技術(shù)的提出在國(guó)內(nèi)外尚屬首次。它解決了不同類型、不同體系的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體的地質(zhì)預(yù)測(cè)問(wèn)題，同時(shí)也豐富和擴(kuò)展了沉積學(xué)理論，填補(bǔ)了國(guó)際上該領(lǐng)域的研究空白。

該項(xiàng)方法技術(shù)形成國(guó)家專利10項(xiàng)，軟件著作權(quán)2項(xiàng)，國(guó)內(nèi)外知名期刊論文50篇。

其次，形成了基于天文旋回（注：一般認(rèn)為，旋回地層學(xué)主要是研究由于行星軌道參數(shù)變化所造成的地層韻律性變化，已經(jīng)涉及到幾乎所有天文因素）的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體定層技術(shù)。

此前，國(guó)內(nèi)外主要采用層序地層學(xué)方法對(duì)儲(chǔ)集體進(jìn)行等時(shí)格架和層位的確定。然而，層序地層學(xué)不能運(yùn)用于深水環(huán)境，導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行橫跨深水、淺水的全盆地的等時(shí)旋回對(duì)比和定年。層序地層學(xué)也不能解決大套砂礫巖、砂巖儲(chǔ)集體內(nèi)幕期次劃分的難題。

本項(xiàng)技術(shù)根據(jù)天文旋回信號(hào)在全盆地均有記錄的特點(diǎn)進(jìn)行深水、淺水的等時(shí)地層對(duì)比，利用風(fēng)場(chǎng)、物源在天文旋回格架下周期性變化的屬性，并結(jié)合盆地特征，解決了風(fēng)源盆綜合控制下的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體發(fā)育層位和內(nèi)幕期次劃分的難題，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外研究空白。

姜在興團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在天文旋回的兩個(gè)參數(shù)（125千年的偏心率旋回和23千年的歲差旋回）內(nèi)，受日曬量周期性變化的影響，物源、風(fēng)場(chǎng)強(qiáng)弱均表現(xiàn)為一次旋回變化，進(jìn)而控制沉積旋回。該技術(shù)首先對(duì)單井進(jìn)行米蘭科維奇旋回分析，判斷出與各天文旋回相對(duì)應(yīng)的沉積旋回，確定儲(chǔ)集體在單井旋回格架中的垂向位置。利用精確定年的“錨點(diǎn)”或全區(qū)穩(wěn)定分布的標(biāo)志層，綜合運(yùn)用測(cè)井、地震實(shí)現(xiàn)高精度旋回格架對(duì)比，在橫向上統(tǒng)一深水細(xì)粒沉積與淺水粗碎屑沉積，從而確定優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體的有利分布層段和內(nèi)幕期次。

該項(xiàng)技術(shù)已形成國(guó)家專利8項(xiàng)，軟件著作權(quán)3項(xiàng)，國(guó)內(nèi)外知名期刊論文35篇。

第三，開(kāi)發(fā)了DNA沉積序列神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)三維儲(chǔ)層精準(zhǔn)預(yù)測(cè)技術(shù)。

此前，國(guó)內(nèi)外主要采用相控建模的測(cè)井約束波阻抗反演技術(shù)預(yù)測(cè)砂體分布，所用相控模型以二維平面相約束為主，只考慮地貌和水動(dòng)力的影響，且依賴波阻抗參數(shù)作為巖性識(shí)別依據(jù)，對(duì)于與泥巖波阻抗數(shù)值差異較小的灘壩等砂體，預(yù)測(cè)效果較差。

本研究成果依據(jù)風(fēng)源盆系系統(tǒng)中迎風(fēng)體系、背風(fēng)體系、側(cè)風(fēng)體系和深盆體系四個(gè)模式，借鑒生物DNA識(shí)別思想，利用三維地震資料對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體三維儲(chǔ)層精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，提出DNA沉積序列神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)三維儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)。

該技術(shù)首先構(gòu)建風(fēng)源盆沉積體系數(shù)字表征DNA標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，從三維地震資料對(duì)應(yīng)沉積體系空間分布的反射特征和幾何特征進(jìn)行數(shù)字表征，將傳統(tǒng)地震沉積學(xué)的定性描述轉(zhuǎn)換為定量表征。

利用DNA序列的模式對(duì)比技術(shù)，通過(guò)三維地震資料對(duì)未知區(qū)域沉積體系進(jìn)行匹配，自動(dòng)判定該未知區(qū)域沉積類型，完成沉積體系在三維空間的智能劃分，將得到的沉積體系構(gòu)建地震地質(zhì)反演初始模型。采用遞進(jìn)相關(guān)分析方法確定風(fēng)源盆系統(tǒng)不同模式中優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體對(duì)應(yīng)的敏感巖石物理參數(shù)，經(jīng)過(guò)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)沉積體系樣本集的學(xué)習(xí)訓(xùn)練后，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的仿真功能，對(duì)三維地震資料進(jìn)行仿真計(jì)算處理，完成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體在三維空間的分布預(yù)測(cè)。

該項(xiàng)技術(shù)形成國(guó)家專利7項(xiàng)，軟件著作權(quán)4項(xiàng)，國(guó)內(nèi)外知名期刊論文30篇。

上述一系列創(chuàng)新已形成授權(quán)國(guó)家專利25項(xiàng)，軟件著作權(quán)10項(xiàng)，出版專著4本，發(fā)表SCI論文56篇。已形成一套集理論方法與技術(shù)應(yīng)用為一體的完備科技成果。

與此同時(shí)，他們不僅將創(chuàng)新成果發(fā)表在紙面上、運(yùn)用到實(shí)踐中，還推動(dòng)它走向國(guó)際，大幅提高了我國(guó)在該領(lǐng)域的專業(yè)話語(yǔ)權(quán)：團(tuán)隊(duì)成員先后數(shù)次參加AAPG年會(huì)、國(guó)際沉積學(xué)大會(huì)、國(guó)際地質(zhì)大會(huì)、國(guó)際層序地層學(xué)大會(huì)、國(guó)際湖泊地質(zhì)學(xué)大會(huì)等重要國(guó)際會(huì)議交流研究成果，得到了國(guó)內(nèi)外同行專家的廣泛關(guān)注與高度評(píng)價(jià)。

中國(guó)科學(xué)院賈承造院士、王成善院士，中國(guó)工程院馬永生院士、美國(guó)德州大學(xué)奧斯丁分校Ron Steel教授、德國(guó)埃爾朗根-紐倫堡大學(xué)Roman Koch教授、美國(guó)科羅拉多礦業(yè)學(xué)院Dag Nummedal教授、澳大利亞科廷大學(xué)Keyu Liu教授，美國(guó)Chevron公司Feng Xu Jian博士等多位教授和專家認(rèn)為，該成果建立了一套具有普遍適用意義的沉積模式及儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法，已達(dá)到國(guó)際一流水準(zhǔn)，通過(guò)技術(shù)應(yīng)用，在尼日爾、渤海灣等地成功發(fā)現(xiàn)了大量油氣藏，是油氣勘探領(lǐng)域的一次革命式進(jìn)展。

該成果創(chuàng)新了傳統(tǒng)的油氣勘探技術(shù)方法，開(kāi)辟了儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的新領(lǐng)域，為我國(guó)乃至海外油氣區(qū)塊的勘探開(kāi)發(fā)提供了方法技術(shù)和實(shí)際指導(dǎo)，具有廣闊的應(yīng)用和推廣前景。

讓“地下原油見(jiàn)青天，祖國(guó)盛開(kāi)石油花”，這不僅是一輩又一輩石油工人的心愿，更是一代又一代地質(zhì)人的心聲。他們正殫精竭慮，用智慧和汗水辛勤開(kāi)拓，試圖揭開(kāi)地層深處的秘密，找到那些埋藏地地層深處的國(guó)家“血脈”，為祖國(guó)發(fā)展供給源源不斷的力量。