科學(xué)開展“CT”檢測(cè)精準(zhǔn)探測(cè)石油資源

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石油是國民經(jīng)濟(jì)的命脈，也是重要的戰(zhàn)略資源。要確保石油的長期供給，就要不斷地發(fā)現(xiàn)新油藏。迄今為止，地球到底還有多少石油資源可以供人類生存使用？中國的油氣資源還有多少開發(fā)的空間？為了探究這些問題的答案，有一群人奔走在祖國大地上，穿梭在沙漠、荒原中，為祖國的油氣開采事業(yè)，默默貢獻(xiàn)著光和熱。也正是因?yàn)樗麄兊墓ぷ?，讓我們了解了地球深層的真正面貌。西安交通大學(xué)數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院教授王治國就是從事相關(guān)工作的一位青年科研工作者。“不管是石油、天然氣還是礦產(chǎn)資源，我們都無法用眼睛直接看到，還需要借助一些工具進(jìn)行探測(cè)?，F(xiàn)如今我們做的工作就是通過激發(fā)地下的震動(dòng)信號(hào)，然后再以數(shù)學(xué)反演的方式將地下形態(tài)成像，就像給地球做CT一樣，對(duì)石油、天然氣、礦產(chǎn)等進(jìn)行探測(cè)?！彼f。

從事科研多年來，王治國和所在科研團(tuán)隊(duì)的成員們深耕于油氣勘探地球物理領(lǐng)域研究中，為祖國大地把脈，他們的CT結(jié)果為我國探明了大量的石油資源，緩解了我國的能源緊張，并創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益。作為千千萬萬的石油工作者之一，王治國始終認(rèn)為自己是普通的。從始至終，他的內(nèi)心只有一個(gè)心愿：在科研中扎根，用科學(xué)技術(shù)成果造福于祖國的能源建設(shè)。

心系能源，用科學(xué)手段精準(zhǔn)找油

中國石油的發(fā)展之路是一部勵(lì)志奮斗史。作為曾經(jīng)的貧油國，我國的石油工業(yè)經(jīng)過了幾十載歲月變遷，取得了巨大成就，已逐步成長為中國實(shí)體經(jīng)濟(jì)的“血脈”。

近些年來，隨著人均消費(fèi)水平和整體經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，作為基本能源，成品油和天然氣需求持續(xù)增長，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，我國成品油和天然氣表觀消費(fèi)量持續(xù)增長，截至2021年分別達(dá)到34148萬噸和3726億立方米。由此可見，我國對(duì)油氣資源的需求依舊巨大。

長期以來，石油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展時(shí)刻牽動(dòng)著我國領(lǐng)導(dǎo)人的心。習(xí)近平總書記曾說過：“石油能源建設(shè)對(duì)我們國家意義重大，中國作為制造業(yè)大國，要發(fā)展實(shí)體經(jīng)濟(jì)，能源的飯碗必須端在自己手里?！倍鵀榱藢?shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，一批批石油領(lǐng)域科研工作者積極投身到這項(xiàng)偉大的事業(yè)中。在王治國心里，他也有著屬于自己不變的能源情懷。

從大學(xué)階段接觸能源領(lǐng)域，到毅然決然投身油氣探索中，王治國一路走來看似順其自然，但卻異常堅(jiān)定。到西安交通大學(xué)之后，他加入高靜懷科學(xué)家工作室，在這一有著幾十人規(guī)模的科研大集體中，開始了全新的科研逐夢(mèng)之旅。多年來，在高靜懷教授的帶領(lǐng)下，王治國和團(tuán)隊(duì)成員們聚焦中國非常規(guī)油氣和深地油氣探測(cè)與開采及相關(guān)的地下空間探測(cè)與安全利用等領(lǐng)域的科學(xué)問題，開展多學(xué)科交叉研究，在地學(xué)大數(shù)據(jù)分析、非常規(guī)油氣、深部金屬礦產(chǎn)資源和天然氣水合物探測(cè)等方向中積累了豐富的科研實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

油氣產(chǎn)業(yè)鏈通常分為上、中、下游3個(gè)環(huán)節(jié)：上游環(huán)節(jié)主要是尋找地下的油氣資源并將其開采出來，一般分為油氣勘探、開發(fā)等;中游環(huán)節(jié)主要是將開采出來的油氣進(jìn)行預(yù)處理、儲(chǔ)存和運(yùn)輸;下游環(huán)節(jié)主要是對(duì)石油進(jìn)行煉制、深加工及其成品的銷售等。而王治國及其同事所做的工作就主要聚焦在油氣的上游環(huán)節(jié)?！霸诘厍蛏?，我們不可能盲目地為了開采能源而打井，首要任務(wù)是要對(duì)能源進(jìn)行精準(zhǔn)探測(cè)，我們的工作就是通過科學(xué)的手段精準(zhǔn)定位地下的石油、天然氣，只有確定相關(guān)位置之后，才能更好地指導(dǎo)后邊的打井工作?！睍r(shí)光流逝，瞄準(zhǔn)精準(zhǔn)找油這一目標(biāo)，王治國從未有過懈怠。

深入鄂爾多斯，定位非常規(guī)油藏

如果一個(gè)能源科研人員的思想里沒有油，那他就肯定無法找到油。在王治國看來，找油首先要有激情，才能堅(jiān)持干下去。

非常規(guī)油氣資源，尤其是致密油氣，是我國近年來能源保障戰(zhàn)略中最重要、最現(xiàn)實(shí)的接替化石能源之一。據(jù)我國《中國油氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析與展望報(bào)告藍(lán)皮書（2019—2020）》顯示，2019年我國石油對(duì)外依存度高達(dá)70.8%，天然氣對(duì)外依存度達(dá)43%，這嚴(yán)重威脅我國的能源安全。而多年來，王治國研究的關(guān)注點(diǎn)，就放在了尋找祖國的非常規(guī)油氣資源上。

其實(shí)，世界上對(duì)非常規(guī)油氣的開發(fā)由來已久。在此之前，美國一直是世界石油純進(jìn)口國。20世紀(jì)70年代，為了滿足國內(nèi)的石油需求，美國開始研究開發(fā)頁巖油、頁巖氣等非常規(guī)油氣的技術(shù)方法，歷經(jīng)大約30年的科研探索，他們成功從頁巖油中開采出了氣和油。2019年9月，美國單月原油和石油制品出口量大于進(jìn)口量，70年來首次成為石油凈出口國。

“在此之前，我們一直把無法開發(fā)的油氣，稱為非常規(guī)油氣，而美國卻通過相關(guān)技術(shù)手段打破了非常規(guī)油田的開采限制。事實(shí)上中國也有很多跟美國類似的地下情況，在這一背景下，我們也在試圖通過科研技術(shù)對(duì)非常規(guī)油氣進(jìn)行開發(fā)?！蓖踔螄f。為了祖國的能源事業(yè)，多年來他身懷“頭戴鋁盔走天涯”和“我為祖國獻(xiàn)石油”的壯志豪情，曾前往祖國的鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地、松遼盆地、塔里木盆地、四川盆地等地區(qū)，開展大量科研探索。特別是在鄂爾多斯盆地這一我國的能源新高地上，取得了一系列精準(zhǔn)找油的創(chuàng)新性科研成果。

鄂爾多斯盆地占地37萬平方公里，地跨陜、甘、寧、蒙、晉5個(gè)省區(qū)，這里便是我國石油資源的中堅(jiān)供給力量——中國石油長慶油田的發(fā)源地。據(jù)2021年6月央視網(wǎng)報(bào)道，中國石油長慶油田在鄂爾多斯盆地探明地質(zhì)儲(chǔ)量超10億噸的頁巖油整裝大油田，這標(biāo)志著長慶油田成為我國目前探明儲(chǔ)量規(guī)模最大的頁巖油田。這一地區(qū)的油氣資源有著極大的開發(fā)空間。

但是，由于鄂爾多斯盆地具有與我國東、西部明顯不同的地質(zhì)構(gòu)造背景，因此油氣規(guī)模儲(chǔ)量有著低壓、低滲、低豐度的特征。自2012年以來，在高靜懷教授的帶領(lǐng)下，王治國和團(tuán)隊(duì)成員在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國家油氣重大專項(xiàng)等的持續(xù)資助下，開始致力于解決致密油氣勘探與開發(fā)中的關(guān)鍵科學(xué)問題和“卡脖子”技術(shù)難題。

在這些項(xiàng)目工作中，王治國主要負(fù)責(zé)油氣的甜點(diǎn)識(shí)別工作。在他的介紹下，記者了解到：油氣甜點(diǎn)識(shí)別是制訂油氣井儲(chǔ)層改造方案中極其重要的環(huán)節(jié)。在低滲透、非常規(guī)油氣藏的多層、厚層或水平井長井段的油氣井中，由于井的非均質(zhì)性強(qiáng)、層間差異大，真正對(duì)井產(chǎn)量有較大貢獻(xiàn)的“油氣甜點(diǎn)”層往往不到30%，因此需要通過增產(chǎn)措施來改善油氣甜點(diǎn)區(qū)域的滲流環(huán)境，使單井獲得高產(chǎn)。如果油氣甜點(diǎn)識(shí)別不準(zhǔn)確，將會(huì)極大降低增產(chǎn)改造的針對(duì)性和有效性。

鄂爾多斯盆地的油田，油氣儲(chǔ)層堅(jiān)硬致密，被稱為“磨刀石”。要從這樣的儲(chǔ)層里打出油，如同從干毛巾里擠水。在此之前，其他團(tuán)隊(duì)的科研方法只能對(duì)30米厚度的儲(chǔ)油層進(jìn)行識(shí)別，而王治國團(tuán)隊(duì)的研究方法能成功識(shí)別20米厚度的儲(chǔ)油層，在識(shí)別精度上有了大幅度提升，對(duì)后續(xù)的油氣開采工作，起到了重要輔助作用。

除此之外，對(duì)于蘇里格氣田的開發(fā)，也是王治國團(tuán)隊(duì)工作的重要組成部分。

中國長慶油田麾下的蘇里格氣田作為保障京津地區(qū)、內(nèi)蒙古周邊城市天然氣需求的主力氣源，目前其管網(wǎng)已覆蓋北京、天津、西安等40多個(gè)城市，惠及人口超過2.5億，為清潔能源的有效運(yùn)用貢獻(xiàn)了巨大力量。蘇里格氣田自2007年開始進(jìn)行大規(guī)模開發(fā)，在這一現(xiàn)狀下，怎樣再對(duì)其進(jìn)行精準(zhǔn)有效的打井開發(fā)，成為王治國團(tuán)隊(duì)面臨的關(guān)鍵難題。

為了攻克這一難題，王治國團(tuán)隊(duì)開始了全新的科研開拓。通過研究，他們將舊有的科研方法進(jìn)行了改革與創(chuàng)新，成功將蘇里格氣田開發(fā)的精準(zhǔn)度提高了15個(gè)百分點(diǎn)，并產(chǎn)生了30多億元的經(jīng)濟(jì)效益。王治國和團(tuán)隊(duì)成員們用實(shí)際成果，為祖國的能源事業(yè)開創(chuàng)了新的詩篇。

與時(shí)俱進(jìn)，人工智能助力油氣探索

隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的飛速發(fā)展，將人工智能應(yīng)用到油氣領(lǐng)域成為行業(yè)發(fā)展的大勢(shì)所趨。處于迅速變化的數(shù)字化環(huán)境時(shí)代，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)，正以不可阻擋的力量推動(dòng)油氣行業(yè)向高質(zhì)量發(fā)展，而相關(guān)前沿學(xué)科的發(fā)展也引起了王治國所在團(tuán)隊(duì)的關(guān)注。

“因?yàn)橛蜌鈨?chǔ)集層有非均質(zhì)性，探測(cè)對(duì)象十分復(fù)雜，測(cè)井作業(yè)環(huán)境具有多樣化、復(fù)雜化的特點(diǎn)，單靠人工費(fèi)時(shí)費(fèi)力，引入人工智能就可以實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)、更高效、更安全的作業(yè)和地質(zhì)信息探測(cè)，工作效率會(huì)成倍地提高?！苯┠陙?，王治國和他的研究團(tuán)隊(duì)在這一時(shí)代發(fā)展背景下，逐漸將人工智能與油氣的精準(zhǔn)尋找相結(jié)合，取得了一系列創(chuàng)新性科研成果。

針對(duì)“致密油氣介質(zhì)中地震波信息的多維度表征與解釋”，王治國和團(tuán)隊(duì)成員們提出了一系列適用于致密油氣介質(zhì)地震波信息表示的頻率同步擠壓/時(shí)間同步抽取相空間變換系列，建立了一套基于機(jī)器學(xué)習(xí)的多維相空間地震屬性智能提取和解釋框架及其軟件模塊，在實(shí)踐中認(rèn)識(shí)了鄂爾多斯盆地致密氣儲(chǔ)層分布與產(chǎn)量間的冪指數(shù)關(guān)系，支撐了我國目前致密油水平井3035米的歷史紀(jì)錄，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。相關(guān)系列研究工作還在國際期刊《地球物理學(xué)》（Geophysics）、《IEEE地球科學(xué)與遙感匯刊》（IEEE Transaction on Geoscience and Remote Sensing）等發(fā)表論文十余篇。

值得一提的是，由王治國作為第一作者，高靜懷教授作為共同通訊作者發(fā)表在國際期刊《海洋與石油地質(zhì)學(xué)》上的論文《基于機(jī)器學(xué)習(xí)的鄂爾多斯盆地中部蘇里格氣田致密砂巖儲(chǔ)層地震譜屬性分析》還被國際著名科技機(jī)構(gòu)工程進(jìn)展（Advances in Engineering）遴選為關(guān)鍵科學(xué)文章，并進(jìn)行了專題報(bào)道。

除此之外，人工智能技術(shù)在水平井的精準(zhǔn)導(dǎo)航研究中也有王治國團(tuán)隊(duì)的身影。

水平井是最大井斜角達(dá)到或接近90°，并在目的層中維持一定長度的水平井段的特殊井。超長水平井能夠控制更多的儲(chǔ)層，提高油藏開采效率，節(jié)約土地資源，實(shí)現(xiàn)低品位油氣資源的高效開發(fā)。

王治國介紹說：“在我們鉆井的過程中，隨著深度的增加，井下的壓力和溫度都會(huì)變大，因此越向下開采就會(huì)越難，所以必須確保找準(zhǔn)油井的位置。”為了達(dá)到精確找油的目的，近些年來王治國團(tuán)隊(duì)也將團(tuán)隊(duì)的相關(guān)技術(shù)，與人工智能相結(jié)合，幫助油井實(shí)施精準(zhǔn)導(dǎo)向，極大地提升了找油的精確性。

砥礪探索，終有所得。2021年6月，由王治國所在團(tuán)隊(duì)參與的科研項(xiàng)目——國家級(jí)頁巖油開發(fā)示范區(qū)中國石油長慶油田華H90-3井順利完井。這口井水平段長度達(dá)到5060米，刷新了亞洲陸上水平井最長水平段紀(jì)錄，為非常規(guī)油藏提高單井產(chǎn)量以及效益開發(fā)走出了一條新路子。

展望前路，任重而道遠(yuǎn)。新的時(shí)期，王治國所在的科研團(tuán)隊(duì)也樹立了新的科研目標(biāo)。在中國力爭(zhēng)于2030年前實(shí)現(xiàn)二氧化碳排放達(dá)到峰值、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的大背景下，他們也將在新興能源的研究中，進(jìn)一步拓展自己的研究方向，為我國的低碳事業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)更多的科研力量。

心中有念，眼中有光，身上有勁，腳下有路。在王治國的身上，可以看到千千萬萬石油科研工作者的身影。雖然從事石油領(lǐng)域的相關(guān)研究環(huán)境艱苦，熬夜工作也是家常便飯，但王治國從未想過退縮?！白隹蒲行量嗍浅B(tài)，對(duì)于其中遇到的困難與挑戰(zhàn)，我一直保持著平常心，認(rèn)為只要堅(jiān)持下去，就一定會(huì)攻克相關(guān)難題?！彼麍?jiān)定地說。未來，他還將奔走在油氣開采的一線，在我國的能源建設(shè)中繼續(xù)發(fā)揮自己的光和熱。

（責(zé)編：張聞）