科學開展“CT”檢測精準探測石油資源

謝更好

石油是國民經濟的命脈，也是重要的戰略資源。要確保石油的長期供給，就要不斷地發現新油藏。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，默默貢獻著光和熱。也正是因為他們的工作，讓我們了解了地球深層的真正面貌。西安交通大學數學與統計學院教授王治國就是從事相關工作的一位青年科研工作者?！安还苁鞘?、天然氣還是礦產資源，我們都無法用眼睛直接看到，還需要借助一些工具進行探測?，F如今我們做的工作就是通過激發地下的震動信號，然后再以數學反演的方式將地下形態成像，就像給地球做CT一樣，對石油、天然氣、礦產等進行探測?！彼f。

從事科研多年來，王治國和所在科研團隊的成員們深耕于油氣勘探地球物理領域研究中，為祖國大地把脈，他們的CT結果為我國探明了大量的石油資源，緩解了我國的能源緊張，并創造出巨大的經濟效益。作為千千萬萬的石油工作者之一，王治國始終認為自己是普通的。從始至終，他的內心只有一個心愿：在科研中扎根，用科學技術成果造福于祖國的能源建設。

心系能源，用科學手段精準找油

中國石油的發展之路是一部勵志奮斗史。作為曾經的貧油國，我國的石油工業經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體經濟的“血脈”。

近些年來，隨著人均消費水平和整體經濟的持續發展，作為基本能源，成品油和天然氣需求持續增長，根據數據顯示，我國成品油和天然氣表觀消費量持續增長，截至2021年分別達到34148萬噸和3726億立方米。由此可見，我國對油氣資源的需求依舊巨大。

長期以來，石油產業的發展時刻牽動著我國領導人的心。習近平總書記曾說過：“石油能源建設對我們國家意義重大，中國作為制造業大國，要發展實體經濟，能源的飯碗必須端在自己手里?！倍鵀榱藢崿F這一目標，一批批石油領域科研工作者積極投身到這項偉大的事業中。在王治國心里，他也有著屬于自己不變的能源情懷。

從大學階段接觸能源領域，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，但卻異常堅定。到西安交通大學之后，他加入高靜懷科學家工作室，在這一有著幾十人規模的科研大集體中，開始了全新的科研逐夢之旅。多年來，在高靜懷教授的帶領下，王治國和團隊成員們聚焦中國非常規油氣和深地油氣探測與開采及相關的地下空間探測與安全利用等領域的科學問題，開展多學科交叉研究，在地學大數據分析、非常規油氣、深部金屬礦產資源和天然氣水合物探測等方向中積累了豐富的科研實踐經驗。

油氣產業鏈通常分為上、中、下游3個環節：上游環節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、開發等;中游環節主要是將開采出來的油氣進行預處理、儲存和運輸;下游環節主要是對石油進行煉制、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節?！霸诘厍蛏?，我們不可能盲目地為了開采能源而打井，首要任務是要對能源進行精準探測，我們的工作就是通過科學的手段精準定位地下的石油、天然氣，只有確定相關位置之后，才能更好地指導后邊的打井工作?！睍r光流逝，瞄準精準找油這一目標，王治國從未有過懈怠。

深入鄂爾多斯，定位非常規油藏

如果一個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，才能堅持干下去。

非常規油氣資源，尤其是致密油氣，是我國近年來能源保障戰略中最重要、最現實的接替化石能源之一。據我國《中國油氣產業發展分析與展望報告藍皮書（2019—2020）》顯示，2019年我國石油對外依存度高達70.8%，天然氣對外依存度達43%，這嚴重威脅我國的能源安全。而多年來，王治國研究的關注點，就放在了尋找祖國的非常規油氣資源上。

其實，世界上對非常規油氣的開發由來已久。在此之前，美國一直是世界石油純進口國。20世紀70年代，為了滿足國內的石油需求，美國開始研究開發頁巖油、頁巖氣等非常規油氣的技術方法，歷經大約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的油氣，稱為非常規油氣，而美國卻通過相關技術手段打破了非常規油田的開采限制。事實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對非常規油氣進行開發?！蓖踔螄f。為了祖國的能源事業，多年來他身懷“頭戴鋁盔走天涯”和“我為祖國獻石油”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，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，取得了一系列精準找油的創新性科研成果。

鄂爾多斯盆地占地37萬平方公里，地跨陜、甘、寧、蒙、晉5個省區，這里便是我國石油資源的中堅供給力量——中國石油長慶油田的發源地。據2021年6月央視網報道，中國石油長慶油田在鄂爾多斯盆地探明地質儲量超10億噸的頁巖油整裝大油田，這標志著長慶油田成為我國目前探明儲量規模最大的頁巖油田。這一地區的油氣資源有著極大的開發空間。

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構造背景，因此油氣規模儲量有著低壓、低滲、低豐度的特征。自2012年以來，在高靜懷教授的帶領下，王治國和團隊成員在國家自然科學基金項目、國家油氣重大專項等的持續資助下，開始致力于解決致密油氣勘探與開發中的關鍵科學問題和“卡脖子”技術難題。

在這些項目工作中，王治國主要負責油氣的甜點識別工作。在他的介紹下，記者了解到：油氣甜點識別是制訂油氣井儲層改造方案中極其重要的環節。在低滲透、非常規油氣藏的多層、厚層或水平井長井段的油氣井中，由于井的非均質性強、層間差異大，真正對井產量有較大貢獻的“油氣甜點”層往往不到30%，因此需要通過增產措施來改善油氣甜點區域的滲流環境，使單井獲得高產。如果油氣甜點識別不準確，將會極大降低增產改造的針對性和有效性。

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

除此之外，對于蘇里格氣田的開發，也是王治國團隊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、內蒙古周邊城市天然氣需求的主力氣源，目前其管網已覆蓋北京、天津、西安等40多個城市，惠及人口超過2.5億，為清潔能源的有效運用貢獻了巨大力量。蘇里格氣田自2007年開始進行大規模開發，在這一現狀下，怎樣再對其進行精準有效的打井開發，成為王治國團隊面臨的關鍵難題。

為了攻克這一難題，王治國團隊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行了改革與創新，成功將蘇里格氣田開發的精準度提高了15個百分點，并產生了30多億元的經濟效益。王治國和團隊成員們用實際成果，為祖國的能源事業開創了新的詩篇。

與時俱進，人工智能助力油氣探索

隨著計算機科學的飛速發展，將人工智能應用到油氣領域成為行業發展的大勢所趨。處于迅速變化的數字化環境時代，大數據、云計算、機器學習、深度學習，正以不可阻擋的力量推動油氣行業向高質量發展，而相關前沿學科的發展也引起了王治國所在團隊的關注。

“因為油氣儲集層有非均質性，探測對象十分復雜，測井作業環境具有多樣化、復雜化的特點，單靠人工費時費力，引入人工智能就可以實現更精準、更高效、更安全的作業和地質信息探測，工作效率會成倍地提高?！苯┠陙?，王治國和他的研究團隊在這一時代發展背景下，逐漸將人工智能與油氣的精準尋找相結合，取得了一系列創新性科研成果。

針對“致密油氣介質中地震波信息的多維度表征與解釋”，王治國和團隊成員們提出了一系列適用于致密油氣介質地震波信息表示的頻率同步擠壓/時間同步抽取相空間變換系列，建立了一套基于機器學習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，在實踐中認識了鄂爾多斯盆地致密氣儲層分布與產量間的冪指數關系，支撐了我國目前致密油水平井3035米的歷史紀錄，取得了巨大的經濟效益。相關系列研究工作還在國際期刊《地球物理學》（Geophysics）、《IEEE地球科學與遙感匯刊》（IEEE Transaction on Geoscience and Remote Sensing）等發表論文十余篇。

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表在國際期刊《海洋與石油地質學》上的論文《基于機器學習的鄂爾多斯盆地中部蘇里格氣田致密砂巖儲層地震譜屬性分析》還被國際著名科技機構工程進展（Advances in Engineering）遴選為關鍵科學文章，并進行了專題報道。

除此之外，人工智能技術在水平井的精準導航研究中也有王治國團隊的身影。

水平井是最大井斜角達到或接近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層，提高油藏開采效率，節約土地資源，實現低品位油氣資源的高效開發。

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變大，因此越向下開采就會越難，所以必須確保找準油井的位置?！睘榱诉_到精確找油的目的，近些年來王治國團隊也將團隊的相關技術，與人工智能相結合，幫助油井實施精準導向，極大地提升了找油的精確性。

砥礪探索，終有所得。2021年6月，由王治國所在團隊參與的科研項目——國家級頁巖油開發示范區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到5060米，刷新了亞洲陸上水平井最長水平段紀錄，為非常規油藏提高單井產量以及效益開發走出了一條新路子。

展望前路，任重而道遠。新的時期，王治國所在的科研團隊也樹立了新的科研目標。在中國力爭于2030年前實現二氧化碳排放達到峰值、2060年前實現碳中和的大背景下，他們也將在新興能源的研究中，進一步拓展自己的研究方向，為我國的低碳事業的發展貢獻更多的科研力量。

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。雖然從事石油領域的相關研究環境艱苦，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，對于其中遇到的困難與挑戰，我一直保持著平常心，認為只要堅持下去，就一定會攻克相關難題?！彼麍远ǖ卣f。未來，他還將奔走在油氣開采的一線，在我國的能源建設中繼續發揮自己的光和熱。

（責編：張聞）