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南方海相新區勘探的拓荒者

  • 發佈時間:2015-01-15 01:31:11  來源:科技日報  作者:佚名  責任編輯:羅伯特

  郭旭升現任中國石化勘探分公司總經理,教授級高級工程師。長期在一線從事油氣勘查工作,主持並參加完成了多項國家和省部級科研攻關及生産項目,在海相氣田富集理論和預測技術方面取得重要進展與突破。先後榮獲國家科技進步一等獎2項、省部級一等獎4項。享受國務院特殊津貼,入選“新世紀國家百千萬人才工程”,獲得李四光地質科學獎和首屆傑出工程師獎。

  隨著中淺層領域天然氣資源越來越難以滿足需求,深層、超深層、頁巖氣成為尋找大氣田的三個重要領域。郭旭升及其團隊始終瞄準海相超深層和頁巖氣兩大領域,他用責任、激情和智慧認識南方海相地下資源,披荊斬棘,通過思路轉變、一系列的理論及技術創新,發現了我國首個超深層大氣田——元壩氣田,以及北美以外世界首個商業性頁巖氣田——涪陵頁巖氣田。經濟、社會效益顯著。

  強基礎,點石成金。郭旭升作為一名勘探工作者,非常重視第一手資料,一天十幾個小時趴在工作臺上,查資料、看地震剖面、對比測井曲線,沒有星期六、星期天是常態;經常深入生産一線,看露頭剖面、看鑽井岩心。他常説:科研人員一定要注重基礎資料的研究,要拿資料來説話,正是由於他這種一絲不茍的研究精神,在元壩、焦石壩等地區突破了傳統的認識,使得這兩個地區重新煥發青春,為海相超深層、頁巖氣兩大領域的突破奠定了堅實的基礎。

  元壩構造位於四川盆地北部深凹陷,四週高中間低,像個大鍋底,無明顯構造背景,同時,認為在二三疊係沉積時期元壩地區地處廣旺海槽深水沉積,儲層不發育,埋藏又超過7000m,屬於天然氣勘探中的“禁區”。但隨著認知的深入和科技的提升,郭旭升及團隊意識到這一地區具有較大的勘探潛力,敢於挑戰前人無法攻克的探區,他們風餐露宿,在一個又一個地質剖面上不厭其煩地進行踏勘、測量、觀察及採樣工作。瀝青、油苗、古生物化石和針孔狀白雲岩儲層等一個個發現讓他們信心倍增。通過對地質露頭的深入分析和對老地質資料仔細研究,他們初步認定元壩地區烴源岩和保存條件優越,發育優質儲層,是有利勘探區,進行了礦權登記。並通過晚二疊世等斜緩坡—鑲邊臺地動態沉積演化過程及區域沉積格架恢復,建立了“早灘晚礁、多期疊置、成排成帶”的發育模式,突破了前期該區處於廣旺海槽深水沉積的認識。這一認識重新燃起了這一地區天然氣勘探的希望,使得元壩超深層生物礁大氣田的發現變為現實。

  涪陵焦石壩地區的油氣地質調查工作始於上世紀50年代,2009年之前,以常規天然氣為對象開展勘探工作,未獲油氣發現。郭旭升帶領他的科研團隊,通過從基礎工作做起,實測及觀測野外露頭剖面100多條,分析各類樣品10000多項次,編制各類基礎圖件4套63幅;在研究美國九大頁巖氣田特徵的基礎上,將中國南方頁巖與之進行詳細的對比研究,並系統分析了國內外頁巖氣成功與失利的典型案例;認為涪陵地區海相龍馬溪組具有較好的頁巖氣勘探潛力,並優選焦石壩作為首鑽目標,實現了涪陵海相頁巖氣的商業發現。

  轉思路,柳暗花明。郭旭升常説:思路決定出路;敢於打破條條框框的束縛,不走尋常路,往往由於思路的轉變,一個曾經不被看好的地區,柳暗花明又一春。元壩、涪陵大氣田的發現正是得益於思路的轉變。

  四川盆地的海相地層在過去的幾億年經歷了多次構造運動,具有多旋回疊加、後期強烈改造的特點,油氣的保存條件和油氣藏定形定位十分複雜。唯有轉變傳統思路,科學發展,才能找到以前根本不可能發現的油氣資源。無構造背景的元壩地區的勘探研究啟示了郭旭升,只有進一步創新思路,才能有出路。他再一次實現創新,提出了針對元壩地區的岩性圈閉勘探思路。大膽假設、小心求證。2007年至2009年,勘探分公司在元壩地區完成了2200平方千米高精度三維地震,給元壩地區做了一次深度的“CT”檢查。科研人員通過對高精度三維地震資料進行處理解釋,因地制宜提出“相控三步法”技術,對元壩地區7000米深處的每一個礁灘體做了精細描述和刻畫,在海相主力儲層長興組發現了19個岩性圈閉,在海相飛仙關組和吳家坪組發現3個大型岩性圈閉。這些新的發現為元壩地區部署海相探井提供了科學依據。

  在頁巖氣方面,受北美頁巖氣成功經驗和快速發展的啟示,國家高度重視頁巖氣資源戰略調查和勘探開發工作,三大石油公司將頁巖氣勘探開發列為非常規油氣資源的首位,在2010年前後,我國頁巖氣勘探形成第一個熱潮,有關單位在南方地區先後部署一批頁巖氣井,但未取得商業發現,頁巖氣勘探開始進入低谷。

  2009年,郭旭升領導的科研團隊以頁巖氣勘探突破、發現具有商業價值頁巖氣田為目標,系統全面開展南方海相頁巖氣基礎研究和勘探實踐。通過大量野外地質調查、老井復查、二、三維地震資料處理解釋和整體評價,確立了“立足四川盆地盆內、突破四川盆地周緣、準備週邊地區”三個層次的勘探思路,通過理論和技術創新,優選涪陵焦石壩為頁巖氣有利勘探目標,部署實施焦頁1HF井,發現了涪陵頁巖氣田。

  求創新,碩果纍纍。針對元壩超深、目標識別難;頁巖氣“甜點”預測,水準井鑽完井、分段壓裂等方面都需要理論和技術上的創新,可以説沒有創新就沒有元壩、涪陵大氣田的發現。

  元壩氣田的勘探到底有多難?郭旭升説,集埋藏超深,目標識別難度大、成藏機理複雜、壓力系統複雜,以及施工難度大於一身的元壩氣田,在高效勘探上有“四難”,必須開展針對性的攻關研究,破解四大難關。

  第一難,前人認為埋深超過5500米,儲層緻密,物性差;元壩生物礁氣藏埋深在7000米左右,能否形成優質儲層,需要開展超深層優質儲層發育機理、分佈規律的攻關研究。面對這一難題, 郭旭升帶領他的團隊從儲層的發育機理入手開展深入研究分析,認為儘管生物礁儲層埋藏深,但後期成岩作用形成了優質儲層,由此提出了“孔縫耦合”的超深層生物礁優質儲層發育機理新認識,第一道難關被成功攻克。

  第二難,超深層時代老、地質過程複雜,位於盆地低部位,能否形成大氣田,需要開展成藏富集機理攻關研究。要成藏,首先要解決油源的問題。通過一系列的採樣和化驗分析,他們提出了吳家坪組—大隆組深水陸棚相烴源岩是川北地區主力烴源岩、元壩地區緊鄰生烴中心的新認識,解決了元壩超深層氣藏的起源問題。針對富集,必須要有好的通道,且能夠保存下來。郭旭升帶領團隊潛心研究,認真分析第一手資料,發現地層中微裂縫和層理縫非常發育,且富集大量的瀝青,提出了微斷層、微裂縫及層間縫是油氣運移的主要通道的新認識,建立了“三微疏導、近源富集、持續保存”的成藏模式。從源、通道、保存三個方面形成了超深層生物礁成藏富集機理新認識,第二道難關順利攻克。

  第三難,複雜山地超深層地震信號弱、信噪比與解析度低,目標識別難度大,需要系統開展地震資料採集、處理和預測技術攻關。為了攻克超深層、弱信號地震勘探難題,郭旭升及團隊開展了面向超深層生物礁儲層的地震採集、處理一體化攻關。在地震採集方面,以獲得波場齊全的寬頻原始地震資訊為目標,成功進行了地震採集技術方法攻關。在觀測系統方面,建立了超深層生物礁儲層地質模型,通過模型正演論證設計了大排列、高覆蓋、寬方位三維地震觀測系統;在激發方面,通過反覆對比試驗,確立了“單深井、大藥量”激發方案;在接收方面,通過改造檢波器串並聯方式,有效改善了高頻反射信號接收效果。地震採集技術改進後,元壩超深目的層地震反射能量提高了70%,反射信號清晰。在地震處理上,按照“先靜校後補償、先補償後去噪、由低到高、逐步逼近”的思路建立了複雜山地高保真三維地震數據處理流程,成功解決了信噪比低、解析度低、信號弱的超深層地震勘探難題。資料品質得到有效改善後,實時開展超深層生物礁高産富集帶的分佈預測技術攻關。突破傳統的一元孔隙—速度模型,創新形成了“基於非均質孔縫雙元結構模型”的孔構參數反演技術。該技術不僅可以預測常規的均勻孔隙儲層,而且可以準確識別低孔高滲和裂縫性儲層,對元壩地區7000米深處的每一個礁灘體做了精細描述和刻畫,實鑽與預測厚度誤差小于7%、孔隙度誤差小于10%,探井鑽遇儲層成功率100%。其中10口井獲得日産天然氣超百萬立方米,打出了國內天然氣勘探罕見的高産氣井群。第三道難關攻克。

  第四難,超深層具有“四超一高”的特點,造成工程事故多、週期長、成本高、效率低,需要系統開展超深井安全高效鑽井、測試技術攻關。在鑽井測試技術方面,一是改變傳統井身結構,自主創新特種井身結構、非常規井身結構及氣體鑽、複合鑽等新技術、新工藝,突破了超深層鑽井瓶頸,超深井鑽探能力與鑽井時效得到大幅提高;二是通過系統開展超深層儲層改造工藝適應性研究,創新形成“四高一超”氣田壓力控制測試及儲層酸壓改造技術體系,為氣井真實産能的體現奠定了基礎。在勘探分公司的強大攻勢之下,第四道難關再次被攻克,元壩戰場旌旗飄揚。

  2009年以來,元壩突破後,郭旭升又馬不停蹄的帶領其團隊著眼于南方海相頁巖氣的攻關研究,在海相頁巖氣富集理論和預測技術方面取得突破性進展。一是,發現了深水陸棚相優質頁巖關鍵參數正相關耦合規律,高TOC,為頁巖氣形成提供了良好的生烴基礎,有利於頁巖氣的大量生成,同時也是有機孔發育的基礎;高硅質含量,是頁巖可壓性良好的基礎,有利於後期的壓裂改造。明確了五峰組—龍馬溪組深水陸棚相優質頁巖是南方頁巖氣勘探的首選層係。二是,發現南方複雜構造區頁巖氣的富集規律,首次提出了南方複雜構造區高演化海相頁巖氣“二元富集”理論,即深水陸棚相優質頁巖發育是海相頁巖氣富集的基礎,保存條件是海相頁巖氣富集高産的關鍵因素。其中,高壓、超高壓是良好保存條件的表徵,也是含氣性好尤其是游離氣含量高的重要保障。三是,形成了南方複雜構造區頁巖氣選區評價體系與標準。建立了以頁巖品質為基礎、以保存條件為關鍵、以經濟性為目的的三大類18項參數頁巖氣評價體系,確定了18項參數的賦值標準,為定量評價優選有利區帶和目標提供了科學方法。四是,創新形成南方複雜構造區地球物理“甜點”預測技術,建立了有機碳含量、可壓性、壓力系數等六種預測模型,創新形成了以有機碳含量疊前地震定量預測技術和脆性指數疊前預測技術為核心的頁巖氣“甜點”綜合預測技術體系。創新形成了基於先驗趨勢約束的層速度場建模技術,建立了礦物組成脆性指數與彈性參數之間的多元計算模型,提出新的脆性指數計算方法。在這些方法技術的指引下,實現了涪陵頁巖氣的大突破。

  目前,元壩氣田已探明天然氣地質儲量2194億方,三級儲量合計1.14萬億方。該氣田是我國首個超深層大氣田,也是目前規模最大、埋藏最深的生物礁大氣田。涪陵頁巖氣田已探明地質儲量1067.5億方,三級儲量合計2504.51億方,為建成100億方産能奠定了紮實的資源基礎。

  近期,郭旭升與團隊應用上述理論技術創新,在擴大涪陵、元壩氣田的同時,又新發現丁山、屏邊、南天湖和廣西宜山等7個千億方級的頁巖氣勘探目標。在深層超深層領域,相繼取得川西海相、建南等多個新突破。

  思路、理論、技術的創新,帶來新領域的突破。郭旭升在上述領域取得的成果,拓展了找氣空間,開闢了我國超深層及頁巖氣天然氣勘探領域。從普光到元壩,再到涪陵焦石壩,一個個勘探重大突破,大家都説他是一位名副其實的南方海相新區勘探的拓荒者。

  (劉中戎 謝紅斌)

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