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踏一程山水 绘地质春秋
——记中国石油大学(北京)地球科学学院教授王志章

作者:干思思    发布时间:2020-07-21

导读:  为了有效提升石油领域的作业精度,王志章认为,深挖油气藏描述问题,融合先进技术手段推动相关技术发展势在必行。在他看来,这是一项利国利民的事业,值得自己用30多年的光阴去探索、深耕。无论什么时候,他都以国家迫切需求为出发点,深入不毛之地,为的就是将中国油气地质发展推向更高、更强的舞台。

  我国是世界上最早发现和利用石油的国家之一,但由于地域广阔、地质条件复杂多样,石油、天然气等重要能源的勘探、开采一直以来面临着源源不断的挑战。早期,理论知识和技术手段相对匮乏,人们大都凭借经验寻找油气田,然而石油和天然气在形成初期呈现分散状态,必须经过迁移、聚集才能形成可供开采的工业油气藏,这就使油气工程开发成为一件资金、人力投入高度集中,同时风险性高的事情。
  一直以来,如何利用理论和技术预判,以少量投入获得高回报是整个石油行业共同关注的问题。怎样才能避免“扑空”开采,不得不提的便是油气藏描述研究。这是一种针对油气藏的综合评价和研究,是油气田开发的核心工作,经几十年实践证明,能够有效提升石油领域的作业精度。
  “它强调的是利用最先进的技术进行描述油气藏的各种特征,并且随着技术的提升,这种描述的应用范围也越来越广泛,从油气田的勘探、评价到开发各个阶段”在有着多年从业经验的王志章看来,深挖油气藏描述问题,融合先进技术手段推动相关技术发展势在必行,是一项利国利民的事业。30多年来,他也一直致力于此,无论什么时候都以国家迫切需求为出发点,深入不毛之地,将中国油气地质发展推向更高、更强的舞台。
  
油气藏描述助力“直接”找油
  任何一项概念或技术皆不会凭空产生,对油气藏描述研究而言也是如此。作为20世纪70年代的产物,它一经问世就以高适配性、效果显著等特点迅速在油气地质勘探与开发行业站稳脚跟。
  根据王志章介绍可以了解,油气藏描述研究诞生于国外,最早由斯仑贝谢等海外公司提出并开展软件系统研究、地区应用推广等。它运用地质、地震、测井和生产动态信息等资料,借助计算机技术,通过在三维空间内研究和定量描述油气藏开发地质特征,实现对不同勘探和开发阶段的油气藏多学科综合研究及评价。以往的勘探开发实践表明,勘探与开发工作成败的关键在于对油气藏认识是否符合客观实际,这使“对油气藏的认识”成为贯穿各个阶段的主要任务。基于这样的理解,以美国、法国公司为首的油气藏描述研究于1980年前后快速拉开帷幕,并且在油田动态监测、最终采收率评价及剩余油分布规律等研究层面取得了较大的进展。
  国际上,油气藏描述发展如火如荼,国内的石油地质工作也随着大庆油田的开发进入一个崭新的阶段。20世纪60年代,当时国内尚没有油气藏描述概念,计算机技术也并未广泛应用,但在地层构造、对比、沉积等地质研究中,人工解释测井曲线数据、物探资料及利用实体模型油气藏地质特征等综合研究手段已经存在,这些恰恰符合油气藏描述研究的范畴。“油气藏描述概念正式被引进到国内,大概在20世纪80年代,是一批搞测井研究的老专家最早使用的。”王志章说。
  紧接着随着石油工业的发展,油气藏描述研究相关工作在国内越发得到重视,包括中国石油勘探开发研究院、中国石油大学等多家单位投入研究,其技术发展更被列入“七五”国家重点科技攻关项目。也正是这个时候,王志章进入华东石油学院勘探系工作,之后还有幸参加了首次国家级油藏描述攻关项目。他回忆说,当时作为初学者主要是抱着学习的心态,接触到胜利牛庄油田油气藏描述的相关工作,也切实感受到科研攻关的不易,“从1986年到1989年,因为计算机技术等不成熟,上百研究人员花费四五年的时间才把油气藏描述清楚”。
  直到1990年前后,随着计算机的发展特别是高速工作站的建立,油气藏描述技术才真正步入大发展阶段。“计算机技术的提升是一方面。另一方面,以往在油气藏描述范围内,地质、物探、测井、油藏工程、数学等专业均会涉及,但这些专业之间由于没有建立强联系,就会出现盲点。所以,在进行油气藏描述研究的时候,注重专业间的结合十分重要,比如说测井与地质专业的结合、地质与地震专业的结合”王志章解释说,高速工作站恰好就是多领域融合的一个代表平台,能够将地质、地球物理、工程等领域整合到一起进行工作,不但提升了单位工作效率,而且促进了油气藏描述成果的广泛应用。
  他还强调,油气藏是一个实实在在的整体。研究人员不可能因自身的专业单一性,就将它的某一部分划分出来研究,而是必须从整体角度出发考虑问题。“实际上,我们最终的目的就是充分利用地质、地震、测井、油藏工程等资料,借助计算机,利用精确的数学方法,将油气藏描述刻画清楚,这和中医诊治讲求的望闻问切有着异曲同工的道理。”
  
立地生根,多专业傍身
  研究的整体性、不割裂,注定了油气藏描述的高复合性,也需要相关从业人员具备多学科基础和素养。于是,王志章在地质专业毕业后,果断地投身地质与地球物理研究,开展地震资料的处理、解释等工作。“慢慢地,我就发现地震资料可以帮助人们解决很多问题,把前期的地质知识和地球物理信息结合在一起,能够使地质学家的诸多难题得到较好的解析。”
  基于这样的认识,王志章硕士毕业后想要在地震、地质专业融合方面做些事情,但当时国内正在开展的课题项目,并没有给他提供适合一展拳脚的机会。出于对自身知识储备的强化、扩展的目的,他任职中国石油大学后,进行了7年测井资料处理、解释,虽然同属于油气藏描述范畴,但对他而言还需要一个新的认识、摸索的过程。
  在不断学习、深化专业研究的阶段,王志章的项目工作也在有条不紊地进行。结合前期的地质、地震、测井专业基础,他从多角度考量油田的油气藏描述问题,在全国各地区的油田奔走,攻关了多项国家及省部级课题。从中国的东部油田到西部油田,王志章所在团队凭借“牛庄油藏描述”“枣南油田油藏描述及储层评价”“改善枣园油田开发效果”“关键井研究及多井评价”项目,在1994年、1995年两年间,分别获得了中国石油集团公司科技进步奖一等奖、国家科技进步奖二等奖、山东省科技进步奖二等奖。与此同时,王志章作为技术骨干参与的“视标准层构成与测井资料数据标准化”也获评国家“八五”优秀科研成果。
  1998年,王志章博士毕业,扎实的专业基础和丰富的研究经验让他对油气藏描述有了更多的认识和见解。他说,这个过程好比盲人摸象,从一个角度出发了解的只能是局部,掌握的层面越多,将各方面的知识结合在一起才能对油田做出一个系统描述和评价。他感谢自己多年的专业所得,同时将技术、人脉层面的积累看得格外重要,“做任何事情不可能一蹴而就,几十年的技术、经验也好,别人的认可也好,都是一步步得来的”。
  他从不满足于已经取得的成果,眼睛盯着的是国之所需,所以当21世纪复杂油气田研究成为国家攻关重点,王志章也理所当然地投身其中。“复杂油气藏可以归结为六类:一是致密油气藏,包括致密砂岩油气藏、火山岩油气藏;二是碳酸盐油气藏,以大型碳酸盐油气藏为主;三是含水油气藏,主要指高含水、特高含水油气藏;四是稠油、特稠油油气藏;五是多层砂岩油气藏;六是极复杂断块油藏。我们的工作就是围绕这些油气藏描述开展,主要油气水层的识别、定量表征及预测技术等创新、优化。”
  细化到详细的攻关问题,王志章认为,油气藏描述可简单划分为六部分,即格、储、流、藏、动、油。这些部分有着不同的含义,王志章解释说:“格代表着整体的地层、构造与沉积格架,相当于人体的骨架;储就是储层,等同于人体的肌肉;流是指流体,相当于人体血液;藏指的是油气藏的规模、类型、模型;动是指油气藏在开采过程中的变化,具体要搞清楚变化的原因、趋势;油则是说油田开发到一定程度,需要针对剩余油的分布特征等进行再描述。”面向这六个方面,王志章组织团队进行技术研究,推动了行业技术的发展,特别在储层研究方面,他们还提出了相控储层对比及预测、有效储集空间评价、视标准层构成与视储集空间构成、概率相与概率流动单元等新观点与新理论,发展并完善了硕、博士导师张一伟、熊琦华教授提出的储层岩石物理相及油藏渗流地质学新理论。
  
深耕不辍,身披荣光
  概念、技术的发展让王志章团队的研究不断迈向新台阶,优秀的研究成果也帮助他们获得了更多的选择权,在多项石油公司全国对外招标项目中,他们脱颖而出。也因此,从1987年开始,王志章陆续进行了20多家油气田200余个油气藏的攻关项目,研究成果、足迹遍布大江南北,获得了包括国家科技进步奖二等奖、北京市科技进步奖一等奖等几十项荣誉。
  在这些获奖项目当中,尤为值得一提的是“大型致密油气藏评价开发一体化关键技术及应用”研究。在石油工业充满挑战、机遇和竞争的形势下,在油气田评价和开发相关技术逐步多元化、专业化的境况下,王志章领衔中国石油大学、中国石化股份公司华北油气分公司、中国石化股份公司西南油气分公司等单位组成的项目团队,面向鄂尔多斯盆地大牛地上古多层叠置极强非均质致密砂岩气藏、盆缘杭锦旗上古复杂带致密砂岩气藏、四川盆地西部侏罗系复杂河道致密砂岩气藏评价与开发难点,依托国家“十一五”“十二五”重大项目、中石化重点科技项目开展攻关研究。
  他指出,在“十五”期间,我国在鄂尔多斯盆地、四川盆地的天然气勘探开发初见成效,但如何扩大生产规模、实现产能接替与稳产,高效评价、开发、建设大气田是一项十分艰巨的任务,属世界级难题。也因此开展系统的大型致密砂岩气评价与开发一体化关键技术研究及工业化应用,意义重大。
  在研究过程中,面对不同类型致密砂岩气藏富集规律不清、单一河道刻画精度差、储层质量评价难度大等难题,他们以沉积岩石学、层序地层学、地球物理学、渗流力学等为指导,综合应用地质、物探、测井、录井、测试等多学科信息,以勘探、开发大数据为支撑,开展气藏三维空间格、储、流、藏、动、产等定量化描述。
  “我们对油气藏的研究是建立在长期理解之上的。每个油气藏有自身的特点,做科研就是要考虑针对它的特点,应该从哪些方面入手,又有哪些技术行之有效。”在王志章看来,没有一劳永逸的技术,不同油气藏哪怕同一“病情”也会有“体质”的差异。“致密砂岩油气藏最大的难题就预测,储层与非储层难以精准确定,优质储层在哪里?哪些区域含气,哪些不含气,这都是需要下功夫的。”
  经过多年攻关,王志章和他的项目团队取得了多项创新性技术成果:他们突破技术瓶颈,创建了强噪弱信号目标处理技术、多域多属性叠置河道期次剥离与三维空间雕刻技术,实现了特定区域的识别能力和储层预测精准度的大幅度提升;立足致密砂岩气藏有效储层预测难度大、储层参数计算不准确等问题,他们以新理论、新方法、新技术、新标准打破发展阻碍,使储层品质评价更符合生产实际,避免了有效储层的漏失;他们还针对不同类型的油气藏,创立了“断、砂、构、储”控藏、波形差异控产理论,明确了其高产富集模式,突破了盆缘复杂带难以形成规模气藏的传统认识先进的理论方法、技术标准有助于我国致密砂岩气田探明储量和开发的进一步发展,合理、高效的工程技术对复杂致密气藏的大规模、长远开发深有裨益。
  在成果推广应用情况的描述中,有这样几段话“建成全国首个10亿方水平井开发示范区,并连续3年水平井整体建产10亿方”“彻底解放盆缘复带致密气藏的动用,在杭锦旗成功建产14亿方”。庞大的数字、显著的成果效益彰显着技术攻关的魅力,也因为这样,王志章领导的项目团队荣获了2018年度北京市科技进步奖一等奖。
  
脚踏实地走好每一步
  奖项对王志章来讲,是锦上添花的存在,几十年的科学研究已经能够让他坦然面对得失,享受攻关过程中的酸甜苦辣。很多时候,他接手的油田项目并不被外界看好,甚至一度被认定为“不可能产油”“难度过大”“没有开采价值”,但王志章偏偏“啃”下了一块块硬骨头,让一部分被判死刑的油田重获新生。
  “当时中石化有限公司的大牛地气田,有一块区域被认为是不可能产气的地方,然后我们就通过自主开发的一套波形差异分析技术确定了它的开采价值。最后,结果也获得了证实,石油公司因此多部署了100多口井。”王志章的语气充满自豪感。这样的例子不是少数,包括胜利牛庄的油藏描述、大港枣园的油气藏描述、新疆的复杂裂缝性油气藏描述、砂砾岩稠油油藏、滴西的火山岩气藏、彩南的厚层砂岩油气藏、吉林的低渗特低渗油藏、辽河的砂砾岩油藏、塔里木的大型碳酸盐岩油藏、低幅度隐蔽性油藏、华北的特高含水油藏及火山岩油气藏、中原的复杂断块油藏等都被定义为“老大难”,但最终也都在王志章团队的努力下获得效益。
  精准的描述离不开理论、技术的支撑。近年来,王志章除了加强专业间的结合,注重多角度阐述油气藏描述问题,还特别从行业外取经,引进智能化手段,提出了复杂油气藏高精度、智能化表征等技术。“早在2010年左右,国内就提出过数字油藏,但因为概念不清晰、忽略了油藏的精度要求,并没发展成型。我认为,从数字油藏到智能油藏是一个飞跃。”王志章特别指出,机器学习、深度学习等方法的引进,给油气藏描述带来更广阔的发展空间。
  在进一步规划中,王志章用闲暇时所作的一首小诗做了总结:“地学园中漫步走,思绪万千任我游。借问明日何所做,火非碳砾高智稠。”他解释说,“火非碳砾高智稠”代表着团队的发展方向,“火指火山岩油气藏,是近年来国家极为重视的;非指非常规,包括致密油气藏、页岩油气藏等;碳指大型碳酸盐岩油气藏;砾指砂砾岩油气藏;高指各种类型的特高含水油气藏;智指油气藏的智能化,主要探究油气藏如何实现智能化;稠指稠油、超稠油油藏,在常温下凝固,只能通过特殊手段开采。”
  面向未来,注重新技术引进、强化机理研究、提高技术精度、建立地质模式,王志章正在和他的科研团队立足国家需求,多方面持续发力,为油气地质发展注入源源不断的活力。
  
专家简介
  王志章,中国石油大学地球科学学院教授、博士生导师,人工智能应用高级工程师。历任中国石油大学(北京)油藏描述与预测研究所副所长、所长,资源与环境系副主任等职务,兼任中国石油学会石油地质专业委员会开发地质学组副组长,《新疆石油地质》《录井工程》等杂志编委。他主要从事油藏描述、测录井地质、开发地质、储层地震等方面的教学与科研工作,培养硕、博士生200多名。近年来在火山岩、非常规、碳酸盐岩、砂砾岩、特高含水、稠油超稠油等油气藏智能化方面多有建树,先后承担国家、省部级和各石油公司重大科研项目近200项,发表论文200篇,出版专著30部。获得国家科技进步奖二等奖4项,省部级科技进步奖一等奖7项、二等奖11项、三等奖3项。2019年,被评为科学中国人(2018)年度人物——数理化及地学领域。  
  
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