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赵永胜等 石油科学研究常用方法及其若干案例 石油科学研究常用方法及其若干案例冰 l 赵永胜 牛立全 杨宝莹 I中国石油天然气集团公司科技评估中心 摘要文章依据宏观科学方法论对石油科技工作 中常用的一些思维方式、思想方法和工作方法进行了总结归纳，强 调了在唯物辩证法指导下运用 “ 思维的基本方法” ，即归纳与演绎法 、分析与综合法、灵感与机遇法、抽象思维与形象 思维法、逆向思维法等方法系统分析研究问题的重要性，并介绍了 “ 思维的基本法”中的 “ 分析与综合法”和 “ 逆向思维 法” 、“ 抽象与形象思维法”在油气勘探、化工产品研究和开发中的应用实例，如塔里木盆地的再认识、华北断陷盆地洼槽 聚油新理论的形成和发展等 ，无不闪耀着思维升华的光辉。 关键词石油科学研究方法案例 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ．i s s n ． 1 0 0 2 - 3 0 2 x ． 2 0 1 1 ． 0 2 ． O 1 1 人们的实践活动从根本上来说都可以表示为主体 与客体之间的反馈耦合 ，而所有的客体又都可以用一 种可观测 变量 和可控制 变量构成 的 系统 来描述 。由于 系统的可控变量与可观变量反映了人们实践活动的深 度和广度 ，因此从某种意义上说 ，系统的能控性与能 观性完全 取决于人 们驾驭 能控 与能观变 量 的程 度 。显 然 ，系统所 具有 的能观性 与能控 性从本 质上决定 了人 们应该 采用 的研究 方法 与途 径 。 1 石油科研 中常用的研究方法 石油科学 这里 主要 是指油 气资源 的勘探 与开发 学科 面对的是那些任何人都未曾、也不可能经历、实 践 、目睹的过程、事实、现象，而且是能观性、能控 性都很差的领域，一个极其复杂的系统；对于客体的 静态研究和动态分析 ，实质上都是 “ 猜想”和预测，是 提取客体的 “ 密码”并破解。 我 国著 名科学 家钱学森先 生对 于解 决复 杂的 巨系 统问题早年曾提出运用 “ 从定性到定量综合集成法” ， 他认为这是唯一有效的办法。我 国著名经济学家成思 危先生也曾提出 “ 研究复杂系统的基本方法应当是在 唯物辩证 法指导 下 的系统科学 方法 ” ，即 ，“ 定性 判断 与定量计算、微观分析与宏观分析 、还原论与整体论 、 科学推理与哲学思辨相结合 的方法” 。 依据前贤的表述，我们认为 ，适应于石油科学特 点 的科学研究方法大体上可以归纳出以下一些 ，其 中 ，既有 思维方式 、思想 方法 的 “ 思维 的基本 方法 ” ， 也有 “ 工作 、行动操作 的方式 方法” ，还有一些 属于科 研 群体组 织形 式 和结 构方 面的方 式方 法 。 属 于 “ 工 作 、行 动操作 的方式 方法 ”有 ①观察 与实地考察法；②实验法 ；③模拟法 ；④数学表达与 数学模型法 ；⑤比较与分类法 ；⑥类比法；⑦逐步逼 近法；⑧推理与理论预测法 ；⑨学科交叉与移植法 ； ⑩系统科学法 ； ⑩ 复杂系统计算机仿真法 ； ⑩ 从定性 到定量 的综合集成法等。 属 于思维方式 、思想 方法 的所 谓 “ 思 维 的基本 方 法”的有 ①归纳与演绎法 ；②分析与综合法 ；③灵 感与机遇法；④抽象与形象思维法 ；⑤逆向思维与图 示法；⑥假设与求证法 ；⑦比喻与隐喻法 ；⑧滤斗净 { 本文摘编 自国家重大油气专项 “ 创新方法及在油气工业中应用研究”专题研究报告。研究报告由傅诚德、牛立全、赵永胜、杨 宝莹和苏义脑、蔡希源、李阳、胡素云、李宁、宋岩、张水昌、赵孟军、王红军、罗平、陈勉、蒋官澄、韩修廷、刘兴斌、金凤鸣、 李国平、高雄厚、伏喜胜、王敬农、严小成等 2 0多位专家学者共同完成。 第一作者简介赵永胜，1 9 4 5 年生，高级工程师，主要从事油藏工程研究和科研管理。E ma i l z h a o y s 3 2 7 s o h u ． c o rn t 2口， ，车 2菇， 捌 苈 3 7 化法 。 属于科研群体 、团队 “ 组织形式和结构”的有 ①合作与结合法 ，即老、中、青研究人员相结合 ； 理论工作者和实验工作者结合 ；不同特长的学者合作 与结合 ；产、学 、研相结合；②群体外向与智力激励 法；③接力赛方法 又称知识积累法 ；④百家争鸣方 法，等等。 应该说 以上 的三个 大类是 属于广义科 学方法论 的 范畴。由于科学研究在很大程度上是科学家或科技人员 的个人行为，所以我们通常所说的科学研究方法多指 “ 思维 的基本方 法” ，这 是科学方 法论所研 究的 主要 范 畴。石油科技人员 ，特别是油气资源勘探开发研究人员 熟知和掌握一些 “ 思 维的基本方法 ”是 十分必要的 。 尽 管对科 学方 法论 的研 究历 史悠 久 、成绩 斐然 ， 但是要在新的水平上对科学发展提供认识的工具 、开 启的钥匙 ，有待进一步研究的问题还很多，如观察与 实验 的关 系 、归纳与演绎 的关 系 、形象思 维与抽象 思 维的关系，以及科学研究方法在各学科的应用和转移 问题等 ，这些已经不是本文所要研究探讨的范围。 2 石油勘探开发研究与石油化工技术 开发案例 限于篇幅 ，这 里仪列举 了 “ 分析 与综合” 、“ 逆 向 思维 ”和 “ 抽象 与形 象思 维 ”三方 面的例 子 。 2 _ 1 分 析 与 综 合 法 应 用 实例 2 ． 1 ． 1 广义测井 曲线概念和 C i f 格式的创立与推广应用 2 0 世纪 7 0 年代中期，石油界确立了单井测井数据 处理的方法和流程 ，但如何实现科学有效的多井数据 处理一直是一个非常棘手的问题。难点在于人们始终 没有能够提出一个合理的数学模型来统一表征不同的 测井信息 ，而区分这些不同的测井信息就必须定义成 百上千种不同的数字 字符 类 ，这就使多井数据处 理系统变得异常困难和繁琐 。 中国石油勘探开发研究院测井所副所长李宁把 “ 常规曲线” 、“ 解释结论”和 “ 成果表格”这些看上去 毫不相干的测井信息联系起来考虑，结果发现了它们 均依赖深度而存在和变化，欲突破多井数据处理这一 难 点 ，关 键是要 对常规 测井 曲线 的定义进 行拓展 。为 此 ，李 宁教授 提出了全新 的广 义测井 曲线概念 图 1 o 在 此基础 上 ，进一 步定义 了能够用相 同方式描 述各种 不同测井信息的C i f 3 3 3 一 n D数据格式 ，简称 C i f 格式。 任何测井信息均可抽象为一个 n维数据体 ，描述其某 一 维 时 ，只用 3 个 C h a r 型 、3 个 I n t 型和 3 个 F l o a t 型共 9个参数。C i f 格式揭示了计算机正确读取测井信息所 需元素的最小集合 ，任何一种测井信息均可 由这些 “ 元素”组合而成，因而它可以用完全相同的方式描述 已有 、或将来 可能 出现 的各 种不 同测 井信息 。广义测 井曲线概念及 c i f 格式彻底解决了如何有效进行多井 数据管理和数据交换的难题。以 c i f 为基础 ，李宁科 研团队 2 0 世纪 9 0年代中期研制开发出了国内首个大 型工作 站 多井处 理解 释系统 。 该 系统 2 0 0 0 年荣 获国家科学技术进步二等奖 ，在 中国石油 、中国石化和中国海油 的相关单位推广应 用 ，安装规模超 过 2 0 0台套 。 在这项研究中，我们明显地看出思维的综合活动 是何等得重要 。它把对象的各个部分 、方面和因素联 结起来 ，作为一个统一整体加以考察，从内在的相互 关系中把握事物的本质和整体的特征，这种方法我们 把 它称 之为分 析 与综合 方法 。 2 ． 1 _ 2 塔 里木 盆地 是富气 盆地 的研 究与认 识 塔里木盆地是我国陆上最大的沉积盆地，面积达 6 01 0 4 k in 2 ，盆地 中央是 世界第二大 流动沙漠塔 克拉 玛干大沙漠 ，面积 3 31 0 k m z ，早在 2 0 世纪 5 0 年 代这里就开始 了油气勘探 ，但久攻不克 。直 到 2 0世纪 8 0年代塔里木会战之初，这里的勘探活动一直是以寻 找大型油 田为主 ，先后发现 了塔 中等一些大中型油 田，但随着勘探的不断深入 ，实际上是发现的气 田越 来越多，而且储量规模很可观。于是 ，一个需要尽快 图 1 广 义测 井 曲线 5 石掰r 臌 2 0 1 ， 车 2 期 。 j ． 。 | * 回答 的问题 摆在勘探 家 的面前一一 塔里 木盆地是 个 富 油盆地 ，还是一个富气盆地这决定着该盆地未来的 勘探思路及我 国油气输送管网的布局 ，事关重大 。 中国石油勘探 开发研究院石 油地质实验研究 中 心副主任赵孟军团队接到这项研究任务后 ，首先把 问题 分解 为 富气 的地 质条 件 、成 藏 过 程 和 聚集 模 式 等 3 个系统 ，并分别组织研究。在成气的地质条件研 究中，又分解为烃源岩、储集体 、盖层 、圈闭 即所 滑生、储 、盖、运 、圈 、保 等次一级子项，由上至 下 ，先 易后 难地开 展研究 。在烃 源岩 的研 究 中 ，经过 深入分析 ，逐步认识 到塔里木盆地发育着高丰度 的 高成熟一过成熟寒武 系烃源岩 、中一上奥陶统偏腐 殖型泥灰质烃源岩和以成气为主的侏罗系烃源岩 3套 主要 的气源 岩 。在储集 方 面 ，发育 着 多套 区域 盖层 ， 尤其是膏盐岩 区域盖层 ，具有形成大 中型天然气藏 的良好条件。在对成藏过程和聚集模式的研究中，将 其 分 为塔 里 木 周缘 前 陆 盆 地 和克 拉 通 盆地 两 种 盆 地 类型进行分析 ，周缘前陆盆地具有两期成藏 、天然气 以喜马拉雅晚期成藏为主的特征 ，库车前陆盆地为 “ 整体富气”模式 ；克拉通地区具有加里东晚期～海 西早期、海西晚期和燕山一喜马拉雅期的多期成藏 ， 早期主要形成油藏 ，晚期为天然气成藏。这些天然气 来 自于两方面 一是高成熟一过成熟烃源岩直接生 成的天然气聚集 ；二是古油藏深埋原油裂解成气的 聚集 ，且以后者为主 ，这就决定了克拉通地区具有 “ 区带富气 ”的聚集模式 ，即早期古油藏 的分布区带 控 制着 晚期 天然 气藏 的富集 区带 。 各 个 问题 的逐一 突破 ，最 终形 成 了系统 的认识 ， 即塔里木盆地是一个富含天然气的盆地。在这一认识 的指导下 ，塔里木盆地的勘探 自2 0 0 0 年在库车前陆冲 断带发现克拉 2 大气田之后 ，又发现了迪那 2 等气 田， 为我 国西部大 开发标 志性 工程西气 东输奠 定 了资 源基 础 。 作为抽象思维的基本方法 ，分析方法在这里起了 重要 的作用。它引导人们把研究对象的整体分解为部 分 ，把复杂的现象或事物分解为简单 的要素，然后再 具体地分析和考察各个方面的现象或事物，并搞清它 们各 自的作用和相互关系 ，从而把握事物的整体和全 貌，最终找出 形成 一个合乎客观事实的总体概念 。 赵永胜等 石油科学研究常 用方法及其若干案例 2 ． 2 逆 向 思 维 法 应 用 实 例 如前所述 ，我国著名经济学家成思危先生提到 “ 研究复杂系统 的基本方法应当是在唯物辩证法指导 下的系统科学方法” 。在这里，成老先生强调了两点 一 是要在唯物辩证法的指导下 ；二是要用系统科学方 法。毛主席在 我国革命战争的战略问题一书中提 到 “ 东方不亮西方亮 ，黑了南方有北方” ，十分经典 地告诫 我们 要辩 证地看 待 问题 和研究 处理 问题 。在科 学 研究 工 作 中遵 循 这样 的原 则 和 方 法必 然 会 收 到 奇 效 。试 看下 列例子 说 明 问题 。 2 ． 2 ． 1 高 含水 油井 含水 率和 流量 测量 难题 的破解 产出剖面测井在油 田开发 中发挥 十分重要的作 用 ，为注采方案的调整 、储层动用情况评价 ，以及压 裂 、堵水 、补孔等措施的方案设计和措施效果评价提 供必不可少的资料。2 0 世纪 9 0 年代初 ，大庆油 田的综 合含水已接近 8 0 ％，迫切需要了解准确的油 、水分层 产出状况 ，而在高含水阶段，油 、水两相流的含水率 测量是一直没有很好解决 的难题。 传统的含水率测量普遍采用电容式传感器 ，原理 是利用油、水的介电常数差异来区分油和水的。油的 介电常数一般为 2 ～ 4 ，而水的介电常数约为 8 0 ，油水 混合物的等效介电常数随含水率的升高而变大 ，因而 根据传感器的电容值就可确定含水率。电容传感器在 低含水时工作 良好 ，但随着油井产液含水的升高就遇 到了原理上的困难 地层水在低频下是导电的，传感 器内传导电流效应 表现为等效 电阻大小 会随着含 水率的升高而逐渐增大 ，甚至大大超过了位移电流的 效应 表现为等效电容大小 。当时很多研究者都把研 究重点集中在如何通过提高测量电路的工作频率 、设 计复杂传感器结构来抑制传导电流，这在理论上虽然 可行 ，但在 工 艺上实 现非 常 困难 。 大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司总工 程师刘兴斌 1 9 9 2 年在攻读博士期间，展开了高含水油 井产液剖面测量方面的研究。为解决这一难题 。刘兴 斌苦 苦思索 而不得 其解 ，有一 天忽然得 到启发 既然 油井高含水 ，传感器 中的传导电流为优势项 ，何不直 接测量油水两相混和物的电导率 或电阻率 来测量 含水 率 呢 产生了这一想法后他们便开始了调研，先后查阅 一 。 ∥ ∞ 。 一 - 20 了大量的国内外文献，结果发现在锅炉测量等领域 ， 有人用电导传感器测量气 、水两相管流的流型，也有 用来测量气 、水两相管流液膜厚度的。在理论上 ，早 一 个世纪麦克斯韦就提出了气、水两相流的电导率和 含水率关系的公式。而在地球物理领域，电阻率 电 导率 测井是测量储层含油饱和度的基础方法。所有 这些都支持了采用电导率测量含水率的设想。 有 了理论 根 据 ，他们 就 着手实 验验 证 。 一 是可行性简单实验。他们借了一个用来测量钻 井液电阻率的泥浆罐 ，用插线板搭了个简单测量 电 路。买了几根蜡烛 ，融化之后搓成绿豆大小的蜡球 ，用 来模拟 不导 电的原油 ，将 蜡球 和 自来水按 一定体 积 比 例 配 比 ， 置 于泥 浆 罐 中 。用 电路 测 量 泥浆 罐 的 测 量 电极 问 电 压 ， 并 用 示 波 器 显 示 电 路 的输 出 电压 ， 由 此 就 能 判 断混 合 物 的电导 率 。为了 好的重复性 ，数据与麦克斯韦模型的相符性也很好 ， 证 实 了该 方法具 有很 高 的测量 精度 。 又经过 了一 年多 的时间 ，科研 团队研究 出了地层 水 电导率 的校正方法 ，借鉴 了裸 眼电阻率测井 的方 法 ，设计了巧妙的四电极环状的传感器结构 ，有效地 避免 了油水分 布不均匀 、电极 极化 以及 电极沾 污对 测 量 的影 响 ，进行 了电磁 场分析 ，优化 了含水率计 的结 构。经过在多相流装置上标定 ，含水率测量精度达到 3 ％，优于电容传感器 5 ％ 的精度 ，重复性和一致性等 重要指标都远远好于电容传感器。 在此基础上 ，又研制了电导相关流量计。借鉴了 地 面上 流量测量 领域超声 波相关流 量计 的原理 ，采用 保持蜡球和水能均匀t 昆 合 ，需要不断地用手晃动泥浆 罐 ，同时记录数据 。实验虽然很简易，但结果还是能 够说明问题的 输出电压确实随蜡球比例的增加而增 加，表现出明显的规律性。此实验仅用了一周的时间。 二是多相流模拟井 的动态实验。他们加工了原理 实验样机，以及配套的测量电路 。把样机安置到模拟 井筒 中 ，调节油水 流量配 比 ， 记 录测量 电路 的输出 ，并 把输 出的数据换算 成含水 率 。实验 出奇地顺 利 ，仅 用 了两天就获得全部的实验数据。根据测量数据计算的 归一化电导率与标准含水率关系表现出非常好的规律 性 ，甚至可以根据已经获得的数据预测到下一个实验 点的输出值 。次 13 重复前一天的实验，也表现出非常 4 0 石油科技论坛 2 0 1 1 年第 2期 锈 了两个 电 导 传 感 器 ，分 别 居 于 流道 的上 游和 下 游 ，对 两 路 测量 信号进行 互 相关 处 理就算 出 了 流 量 ， 采 用 一个 传 感 器就 同时 实现 了流 量 和 含水率的测量，而且无转动部件 ，可靠性较原有涡轮 流 量计 大大 提高 。 之后该成果顺利地完成了现场试验和技术配套 工作 ，自2 0 0 2 年起在大庆油田大规模推广应用 ，目前 已经发展成为常规技术，每年测井 2 0 0 0多井次，创造 了显著的经济效益和社会效益。这一方法开辟 了电 导传感器应用于高含水油井多相流测量新 的研究领 域 ，相关 的应用技 术研究 至今还 在延续 。该 研究成果 已总结了数十篇论文在 国内外学术期刊和会议上发 表 ，获得了5 项专利技术，培养了 1 0 多位研究骨干和 硕士研究生。2 0 0 4 年 ，该技术荣获国家科学技术进步 二 等 奖 。 _ 1港嚣 黉* 露嚣 2 _ 2 _ 2 应用新 思路 开创 洼槽 区油 气勘 探新 局面 在油气资源地质勘探过程中，长期以来人们所坚 持的是钻探 “ 凹中高” ，就是在一个大型盆地中找 “ 高 点”打井钻探。这种 “ 约定俗成”的惯例，已成常识 。 我国东部断陷盆地过去所发现的石油储量主要分布在 洼槽区周围的正向构造带 中央隆起带和背斜构造带 等，也就是所说的 “ 凹中高” ，而占断陷盆地面积5 0 ％ 以上的洼槽 区为远离物源的负向构造区，勘探程度非 常低 ，发现储量也很少。就整个盆地而言，资源评价 所得出的资源量与实际找到的资源量相差甚多。对于 这种情况的解释只有两种可能 一是资源评 价估高 了 ；二是 还有很多 剩余储 量没有 找到 。全 国新一 轮 的 资源评价没有修改数据的迹象 ，也就是说 ，资源评价 是对 的 ，那 么就只有 一种 可能 了 ，这就是 还有很 多 剩余资源量没有找到中央隆起带和背斜构造带勘探 程度已经很高 ，剩余资源到哪里去了这个问题长期 困扰着勘探家们 ，中国石油华北油 田公司副总经理赵 贤正 、副总师金风呜领衔 的科研 团队 ，反其道而行之 ， 运用逆向思维模式反复研究论证 ，认为剩余石油资源 应该在洼槽区。但是 ，多年来洼槽区是勘探的 “ 禁区” ， 实施勘 探 ，既要有 胆识 ，也 要有 理论 依据 。 为此科研团队经过一个时期的研究 ，建立 了断陷 盆地洼槽 聚油 的新 理论 。他们认 为 断 陷盆地 的正 向 构造带与洼槽区的油气资源呈共生互补性分布 ，其比 例大体为 1 0 ． 7～l 1 ． 3 。据此定量地评价了洼槽区资 源勘探潜力 ；进而他们研究提出主洼槽控制油气的主 要聚集。首次揭示了洼槽区具有形成岩性油藏的优势 性机理并 具有多 种有利成 藏模式 ；规模 富集油气 藏形 成主要受生烃强度门限 1 0 01 0 t ／ k in 2 、渗透性砂体 临界规模 1 O k m 和油气运移主汇流通道的控制。他 们依据这个标准提出了2 6个富集区带。以 “ 优势性” 、 “ 主元富集”与 “ 共生互补性”为核心的断陷 “ 洼槽聚 油”新理论系统回答了断陷盆地洼槽区油气成藏 、油 气 富集 与资源 分布 的科 学 问题 ，提升 了洼槽 区的勘探 价值 ，为断陷盆地油气勘探从 “ 定凹探隆 边 ” 凹 中高 拓展到 “ 定洼探洼”整体评价的新阶段 ，为 “ 满 凹勘探 ”奠定 了理 论基 础 。 以断 陷盆 地洼槽 区成藏新 理论为指 导 ，采用 主 因 素分析法 ，创新建立了断层负地貌河道砂 、反转陡坡 赵永胜等 石油科学研究常用方法及其若 _ f 案例 带 翼部一 扇 三角洲 、缓坡坡 折带一 湖底扇 、洼 中一 三 角洲前缘席状砂等系列油气成藏新模式 ；形成了洼槽 区岩性地层油气藏区带评价与优选 、圈闭识别 与评 价、油藏发现与评价 3 个不同勘探阶段的勘探程序和 方 法 ；集 成创 新 了洼槽 区勘 探 的储 层预测 、油层 测井 识别、油层压裂改造 、城矿区三维地震等关键 、高效 勘探技术，其中城矿区三维地震勘探技术 自2 0 0 5年开 始已在任丘、固安、文安等 8 个城矿区 、3 0 0 k m z 范围 内应用 ，创 国内城矿区地震采集之最 ，为洼槽区整体 勘探提供 了高品质的三维地震资料。 上述创新性理论 、成藏模式与勘探技术方法 ，应 用 于华北探 区洼槽 区油气 勘探 ，新增 控制 、预测石油 储量 3 x l O S t ，在老探区饶阳凹陷赵皇庄等地区 2 0 0 7 2 0 0 9 年 三年新增三级储量 1 ． 5 4l O S t ，特别是该 理论应用于二连盆地新凹陷阿尔凹陷的勘探实践， 从 2 0 0 7 起， 发现凹陷、 突破高产油流到落实8 0 0 0 X 1 0 4 t 高效规模储量仅用 3年时间，探井成功率达 7 0 ％以上 早期洼槽 区探 井成功率 仅为 1 5 ％左 右 。在新 凹陷发 现 了一个新油 田 阿尔油 田 ，这是 二连盆地继 1 9 8 4 年 阿南一 阿北 凹陷发现阿尔善油 田之后最大 、最重要的 发 现和 突破 ，为华北 油 田原 油产量 走 出低谷 并持续 回 升起 了重要作用。同时，该项研究成果开拓并引领了 陆相断陷盆地富油凹陷的 “ 二次勘探” ，开辟了一条老 探区取得新突破 、发现新领域 、进而实现储量持续稳 定增 长 的新路 子 。 该项研究成果 曾先 后获得 2 0 0 9年度 国家科学技术 进步二等奖 中国东部断陷盆地洼槽聚油新理论 、勘 探新技术及重大发现 及河北省、内蒙古 自治区科技 进步一等奖各 1 项 饶阳凹陷中北部亿吨级地层岩性 油气藏储量的发现与评价技术 、内蒙古 中部裂谷盆地 规模地层岩性油藏的发现与勘探技术 。新区阿尔凹 陷等两项突破获中国石油天然气集团公司油气勘探重 大发现一等奖 。 2 ． 2 ． 3 川 西 坳陷上 三 叠统须 家 河组气 藏 的研究 方法 1 9 8 3 年，川 I 西坳陷的孝泉构造川 I 孝 9 3 井发现须家 河组气藏，其后的川合 1 0 0 井、新 8 5 1 井等相继取得突 破 ，尤其是新 8 5 1 井获得高产气流 ，充分展示 了该坳 陷须家河组气藏的巨大勘探前景 。 虽然川 I 西须家河组天然气勘探已经取得突破，但 2 0 1 1年第 2期 石油科技 论坛4 1 是从 1 9 8 3 年到 2 0 0 8 年的2 5 年问，有针对性部署的 1 0 余 口探井都没有获得成功，尤其是距离曾获得高产气 流的新 8 5 1 井仅 2 0 0 m的新 8 5 3 井在与其相同的层位没 有获得工业气流 ，使川西深层天然气勘探陷入“ 口口 有气体显示 、井井无工业产能”的困境 。 此地 区制约天然 气高产 富集 的主要 因素究竟是 什 么这个 问题 突出地摆 在勘探 家们 的面前 。他们通 过 对前期钻井资料的分析 ，纷纷发表各 自的意见。有人 提出，沉积相带控制着油气富集 ，河 口坝是高产的关 键；有人提出作为致密气藏，裂缝发育是关键。 应该说这些观点都是勘探实践的总结 ，无可厚 非 ，但是该区钻井结果表明在河 口坝上钻的井仍然 有很 多是干井 ；J I l 泉 1 7 3 井 等钻井有 钻井液 漏失 ，裂 缝带 发 育 ，但也 没有 获得 工业 产能 。 中国石油化工股份有限公司副总地质师蔡希源的 研究团队按照 “ 木桶”原理 ，寻找短板，通过仔细研 究认为，造成深层致密岩性气藏富集高产的关键是那 个 “ 有效储渗体” 。 所谓 “ 有效储渗体” ，就是 “ 优质储层、裂缝和含 气性的有机组合” ，它受控于三相，即构造相、沉积相 和 成岩 相 。 他们 按 照 先 易后 难 的 原则 ，把探求 “ 有效储渗 体 ”的问题又进一步分解 为三个关键步骤 一是寻 找 早期 油 气 富集 带 ，这 一 问题相对简单 ，通过区域 大剖面、厚度 回剥等技术 和 方法 ，进 行 相应 的构 造 演化分析 ，确认早期油气 富集 带 ；二 是通 过 沉 积 相 研究 ，寻找三角洲前缘河 口坝亚相 ；最后 ，也是最难 解 决 的问 题 ，就 是 预测 裂 缝 发 育 带 和 含气 性 。在 埋 藏深度大于 5 0 0 0 m的层位 上 ，普通的地震 资料很难 找 到 问题 的突 破 口 ，只 有 获取 、保 护 和利 用 好横 波 资料才能解决问题。为此 ，他们基于各向异性理论和 横波分裂原理，研发了陆地三维三分量地震资料方位 各向同性和各向异性的采集 、处理和解释技术，实现 了不同尺度裂缝的量化预测 ，较好地描述了裂缝分布 带。由于方法正确 ，攻关项目很快就有了突破 ，实际应 用使深层致密气藏探井成功率由 1 5 ％提高到 8 9 ％，进而 提交了新场须二段气藏 1 2 1 1 X 1 0 8 m 3 的探明储量，解决 了须家河组近 4 0年始终未实现有效勘探的难题。该项 成果 2 0 1 0年获国家科学技术进步二等奖。 2 _ 2 ． 4 渣 油转化催化剂原位 晶化 型催化裂化催 化 剂 的 开发 目前 ，原位晶化型催化裂化催化剂是一种 比较理 想 的渣 油转化催 化剂 ，它具有 孔结构 发达 、活性组 分 可接近性好、水热稳定性优异 、耐重度重金属污染等 特点。国外B A S F公司凭借着自己拥有中位径小于 l m 的优质超细高岭土土源而一直垄断着该种催化剂的制 备技术。该公司认为 ，中国的高岭土土源粒径大 ，不 能满足工艺要求，因此不适合发展原位晶化型催化剂。 B A S F公司的原位晶化型催化剂生产工艺是将超细 高岭土 平均粒径为 0 ． 6 u m经不同温度焙烧活化处理 4 2 石海 技论 2 0 1 ．＼ 年亮 2强 * 。 t ； 后喷雾成型 ，再利用单一微球晶化制备成品催化剂。 我 国的高岭土平 均粒径较 大 ，不 能直接用 于催化 剂制备 ，这是事实 。但是真的像 B A S F 公 司所说 ，我 国 所需 的原位 晶化型催化裂化催化剂只能长期依赖进 口，不能 自己生产吗 为此，中国石油兰州化工研究中心主任高雄厚经 过认真研究与思考 ，提出了逆 向寻找突破 口的设想 ， 即从 源头 找答 案 。他f 『 J 认 为 ，既然 原材料 高岭土 的粒 径是生产制备催化剂的关键 ，何不从粒径上想办法 高教授提出，可否先将高岭土喷雾成型制备出粒径合 格 的原材料 基于这 一构想 ，他们组 织力 量开发 出 了 高岭土喷雾成型的新工艺。高岭土喷雾成型后再经过 分区热化学改性 ，最后 由组合微球晶化生产出催化剂。 新工艺对原料粒径指标的要求放宽 了5 倍 由原来要 求的平均粒径 0 ． 6 ／a m放宽到平均粒径 3 1L t m ，不但放宽 了原材料 的限制 ，显著降低了生产成本 ，而且为该技 术实现工程化奠定了良好的基础 。他们在此基础上开 发的具有独立 自主知识产权的原位晶化型催化裂化催 化剂在 国 内外得 到大面积 推广 ，取得 了可观 的经济效 益。该项技术成果共申请发明专利 1 2件，其中包括 1 件美国授权专利，2 0 0 8 年获国家科学技术进步二等奖。 2 ． 3 抽 象 与 形 象 思 维 方 法 的 应 用 实例 2 ． 3 ． 1 “ 膏 盐岩盖 层差 异性 ”概 念 的形成 和应 用 克拉苏构造带位于天山南部库车前陆盆地北侧 ， 天然气资源极其丰富，相继找到 了著名的克拉 2、大 北 1 、大北 2 等特大一大型气田，一个近万亿立方米的 天然气储量阵地渐渐浮出水面。但是 ，失利井也不断 地出现 ，人 们在惊 奇的 同时 ，注 意到该 带天然气 成藏 具有明显的差异性。同样的成藏背景和成藏条件 ，为 什么有的成藏有的未成藏呢控制天然气成藏的本质 是什么等等一些问题摆到了勘探家的面前 ，必须尽 快做 出回答。 克拉苏构造带优越的地质条件早 已达成共识 ，毋 庸置疑。这里确实具有丰富的煤系气源 、众多的油源 断层 、成带成群的构造囤闭 、广泛发育的白垩系储层、 优质的膏盐岩盖层以及晚期快速充注等优越的天然气 成藏条件和成藏作用。 然而，源控论告诉我们，烃源岩往往是控制油气 成藏的主要因素，特别是天然 气藏 ，那么在这里它是 赵永胜等 石油科学研究常用方法及其若干案例 不是天然气富集成藏的主控因素呢 在克拉苏构造带发现的天然气藏 的确分布在煤系 烃 源岩生烃 中心 的上部 ，但是 在 同样 的位置仍 然 出现 失利的克拉 1 、克拉 5 等含气构造 ，说明丰富的煤系烃 源岩 只是天然气成藏必备 的基本条件 ，并非唯一条 件 ，可能还有其他一些必备条件 ，如储层 、断层和构 造 圈 闭。 克拉苏构造带天然气藏与烃源岩之 间有舒善河 组 、巴西盖 组等 巨厚 的泥 岩隔层 ，优质 的膏盐 岩盖层 下的储层要想成藏必须有断层作为输导体系 ，那么众 多的油源断层是控制该区天然气富集成藏的主要因素 吗 克拉苏构造带发育多条近东西向展布的逆冲油源 断层 ，这些断层既是天然气向上运移进入圈闭储层的 有效路径 ，也是天然气向上散失的有利通道。克拉 2 圈 闭和克 拉 5圈 闭两个 构 造都 在北 侧发 育 逆 冲断层 ， 但是一个成藏 ，另一个未成藏 。由此看来 ，断层是该 区天然气成藏的一个不完整的、非独立的主控因素。 它虽然控制着天然气的运聚 ，但构造带北侧发育的高 角 度断层 往往 切穿 主要 盖层 ，导 致天 然气 逸失 。 众 所周 知 ，膏盐 岩层是世 界上 大多数特 大型一大 型天然气田的优良盖层 ，克拉苏构造带主要天然气田 也是如此。但勘探实践表明，克拉苏构造带优质的膏 盐岩盖层并没有将油气全部封闭在其下的构造里 ，在 盐上层不仅发现 了大量油气显示、油苗 ，而且还找到 了大宛齐 油 田 ，可见 ，这里 的膏盐 岩层 的封闭性受倒 了断层的破坏。因此 ，膏盐岩盖层也是该区天然气成 藏 的一个 不完 整 的 、非 独立 的主控 因素 。 由此推断，断层和盖层相互作用控制着克拉苏构 造带天然气的富集成藏。于是就提出了一个关于 “ 断 一 盖组合控制下的膏盐岩盖层差异性”的新概念。 逆冲断裂与膏盐岩这对油气输导与封闭的矛盾体 决定 了克 拉苏构 造带 膏盐岩盖层 的差 异性 ，主要表 明 在 三个方 面 其一，一般2 6 0 0 m以上表现为脆性 ，受力易破裂， 3 5 0 0 m以下表现为塑性，受力易流变 ，2 6 0 0 ～3 5 0 0 m之 间为 过 渡态 。 其二，膏盐岩盖层的封闭能力受本身性能内因和应 力外 因的控制 。内因 ，即上文所说 的埋深不同脆 、塑性 一 。 2 0 1 7 车第 2期 石 群接硷 坛 4 3 不同；外因是指其所受的外力。平面上克拉苏构造带 白 北向南，形成断层穿盐的冲断构造、膏盐岩顺断层刺穿 封闭的背斜构造 、断层消失于膏盐岩的叠瓦断块构造 、 膏盐岩底辟的低缓褶皱构造 ，其封闭能力依次增强。 其三 ，从历史演化的角度看待克拉苏构造带膏盐 岩层的封闭性 ，如克拉 2大气田，控制其油气散失和 保存的上侧逆断层与膏盐岩组合 ，晚期成藏时期大多 时间埋藏较浅 ，封闭性差 ，油气边充注边散失 ，只是 到了最后期，埋深增加 ，断层随膏盐岩流变性升高而 消失 ，膏盐岩层随之封闭，故克拉 2气藏聚集了克拉 苏构造带 同位素最重的天然气 ；克拉 1 井区断层与膏 盐岩组合埋深基本处于2 5 0 0 m之上 ， 盖层封闭性差，因 此没有形成有效的圈闭。 中国石油勘 探开发研 究 院宋 岩教授及 其团 队提 出 的 “ 膏盐岩盖层差异性控制着克拉苏构造带天然气的 保存与散失” ，这一概念既有科学根据 ，又有现实普遍 性 ，可 以很 好地 解 释 目前 库 车前 陆盆 地 的勘 探 现状 ， 在今后的油气勘探 中将起到一定的指导作用。 2 ． 3 ． 2 “ 缝 洞单 元”概 念 的形成 和应 用 塔河油田奥陶系油藏是世界上少有的大型超深超 稠海相碳酸盐岩岩溶缝洞型油藏，目前探明储量 已超 过十亿吨。油藏的储渗空间主要由大小不等的溶洞、 溶蚀孔洞 、裂缝、微裂缝组成。溶洞裂缝分布非均质 性严重，油水关系复杂，具有单井油气不连续 ，油气 分布不受层位控制 ，油气藏高度不受残丘圈闭所控制 等多种复 杂现象 ，与碎屑 岩孔 隙型油藏普遍 存在 的规 律完全 不 同 。 由于缝洞型油藏的复杂性 ，在油田开发中必须要 研究缝洞型油藏的开发规律 ，形成缝洞型油藏开发的 新理论。为此 ，研究人员根据这一类型油藏具有以断 裂 、溶蚀界面为边界 ，以裂缝网络互相联通 ，由多个 溶洞组合形成 ，并具有相似流体、压力特征的这些基 本特点 ，提出了 “ 缝洞单元”的新概念 ，也就是说把 “ 缝洞单元”作为开发的个体。依据这一新的概念，研 究提 出了 “ 缝洞 单元 ”的形成机 制 ；研 究开发 了缝 洞 单元的地球物理 、钻录测 、开发动态综合识别技术和 以缝洞单元为基础的油田开 发动态分析方法与技术 ， 以缝洞单元为基本单元的提高采收率技术 ；提出了对 递减较大的多井缝洞单元进行单元注水 ，对能量不足 的单井缝洞单元进行注水替油的注水开发模式，并且 取得了显著成效 ，为提高塔河油田奥陶系油藏的采收 率奠定了基础。 比如，T K 7 4 1 井 2 0 0 4年4月投产，投产初期无油 嘴试油期间，油压 1 6 MP a ，日产最高达 4 3 0 t ，不含水 ， 但生产不到 1 m o n 迅速停喷。转抽后长期供液不足，动 液面 2 0 0 0 m左右不能正常生产 而长期关井 。天然能量 开发 阶段累积产油 2 7 2 4 t ，采 出程度为 6 ． 0 5 ％，是一个 典型的单井定溶缝洞单元 ，计算地质储量为 4 ． 5 x 1 0 4 t 。 2 0 0 5年 3月开始注水替油试验 ，第 1 周期注水 1 0 3 l m 。 ，关井2 d 后， 6 ra m油嘴开井生产， 油压 1 1 M P a ， 日产油 7 1 t ，不含水 ，周期产油 3 9 0 t 。该井已累积注水 替油 1 5 周期，累积注水 2 - 3 1 x 1 0 4 m 3 ，累积增油 6 3 7 5 t ， 采出程度达 2 0 ． 2 2 ％，提高 了 1 4 ． 1 7 ％。 理论和实践证明 ，中国石化副总工程师李阳及其 团队提出的 “ 缝洞单元”作为～个油田