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南方海相新区勘探的拓荒者

  • 发布时间:2015-01-15 01:31:11  来源:科技日报  作者:佚名  责任编辑:罗伯特

  郭旭升现任中国石化勘探分公司总经理,教授级高级工程师。长期在一线从事油气勘查工作,主持并参加完成了多项国家和省部级科研攻关及生产项目,在海相气田富集理论和预测技术方面取得重要进展与突破。先后荣获国家科技进步一等奖2项、省部级一等奖4项。享受国务院特殊津贴,入选“新世纪国家百千万人才工程”,获得李四光地质科学奖和首届杰出工程师奖。

  随着中浅层领域天然气资源越来越难以满足需求,深层、超深层、页岩气成为寻找大气田的三个重要领域。郭旭升及其团队始终瞄准海相超深层和页岩气两大领域,他用责任、激情和智慧认识南方海相地下资源,披荆斩棘,通过思路转变、一系列的理论及技术创新,发现了我国首个超深层大气田——元坝气田,以及北美以外世界首个商业性页岩气田——涪陵页岩气田。经济、社会效益显著。

  强基础,点石成金。郭旭升作为一名勘探工作者,非常重视第一手资料,一天十几个小时趴在工作台上,查资料、看地震剖面、对比测井曲线,没有星期六、星期天是常态;经常深入生产一线,看露头剖面、看钻井岩心。他常说:科研人员一定要注重基础资料的研究,要拿资料来说话,正是由于他这种一丝不苟的研究精神,在元坝、焦石坝等地区突破了传统的认识,使得这两个地区重新焕发青春,为海相超深层、页岩气两大领域的突破奠定了坚实的基础。

  元坝构造位于四川盆地北部深凹陷,四周高中间低,像个大锅底,无明显构造背景,同时,认为在二三叠系沉积时期元坝地区地处广旺海槽深水沉积,储层不发育,埋藏又超过7000m,属于天然气勘探中的“禁区”。但随着认知的深入和科技的提升,郭旭升及团队意识到这一地区具有较大的勘探潜力,敢于挑战前人无法攻克的探区,他们风餐露宿,在一个又一个地质剖面上不厌其烦地进行踏勘、测量、观察及采样工作。沥青、油苗、古生物化石和针孔状白云岩储层等一个个发现让他们信心倍增。通过对地质露头的深入分析和对老地质资料仔细研究,他们初步认定元坝地区烃源岩和保存条件优越,发育优质储层,是有利勘探区,进行了矿权登记。并通过晚二叠世等斜缓坡—镶边台地动态沉积演化过程及区域沉积格架恢复,建立了“早滩晚礁、多期叠置、成排成带”的发育模式,突破了前期该区处于广旺海槽深水沉积的认识。这一认识重新燃起了这一地区天然气勘探的希望,使得元坝超深层生物礁大气田的发现变为现实。

  涪陵焦石坝地区的油气地质调查工作始于上世纪50年代,2009年之前,以常规天然气为对象开展勘探工作,未获油气发现。郭旭升带领他的科研团队,通过从基础工作做起,实测及观测野外露头剖面100多条,分析各类样品10000多项次,编制各类基础图件4套63幅;在研究美国九大页岩气田特征的基础上,将中国南方页岩与之进行详细的对比研究,并系统分析了国内外页岩气成功与失利的典型案例;认为涪陵地区海相龙马溪组具有较好的页岩气勘探潜力,并优选焦石坝作为首钻目标,实现了涪陵海相页岩气的商业发现。

  转思路,柳暗花明。郭旭升常说:思路决定出路;敢于打破条条框框的束缚,不走寻常路,往往由于思路的转变,一个曾经不被看好的地区,柳暗花明又一春。元坝、涪陵大气田的发现正是得益于思路的转变。

  四川盆地的海相地层在过去的几亿年经历了多次构造运动,具有多旋回叠加、后期强烈改造的特点,油气的保存条件和油气藏定形定位十分复杂。唯有转变传统思路,科学发展,才能找到以前根本不可能发现的油气资源。无构造背景的元坝地区的勘探研究启示了郭旭升,只有进一步创新思路,才能有出路。他再一次实现创新,提出了针对元坝地区的岩性圈闭勘探思路。大胆假设、小心求证。2007年至2009年,勘探分公司在元坝地区完成了2200平方千米高精度三维地震,给元坝地区做了一次深度的“CT”检查。科研人员通过对高精度三维地震资料进行处理解释,因地制宜提出“相控三步法”技术,对元坝地区7000米深处的每一个礁滩体做了精细描述和刻画,在海相主力储层长兴组发现了19个岩性圈闭,在海相飞仙关组和吴家坪组发现3个大型岩性圈闭。这些新的发现为元坝地区部署海相探井提供了科学依据。

  在页岩气方面,受北美页岩气成功经验和快速发展的启示,国家高度重视页岩气资源战略调查和勘探开发工作,三大石油公司将页岩气勘探开发列为非常规油气资源的首位,在2010年前后,我国页岩气勘探形成第一个热潮,有关单位在南方地区先后部署一批页岩气井,但未取得商业发现,页岩气勘探开始进入低谷。

  2009年,郭旭升领导的科研团队以页岩气勘探突破、发现具有商业价值页岩气田为目标,系统全面开展南方海相页岩气基础研究和勘探实践。通过大量野外地质调查、老井复查、二、三维地震资料处理解释和整体评价,确立了“立足四川盆地盆内、突破四川盆地周缘、准备外围地区”三个层次的勘探思路,通过理论和技术创新,优选涪陵焦石坝为页岩气有利勘探目标,部署实施焦页1HF井,发现了涪陵页岩气田。

  求创新,硕果累累。针对元坝超深、目标识别难;页岩气“甜点”预测,水平井钻完井、分段压裂等方面都需要理论和技术上的创新,可以说没有创新就没有元坝、涪陵大气田的发现。

  元坝气田的勘探到底有多难?郭旭升说,集埋藏超深,目标识别难度大、成藏机理复杂、压力系统复杂,以及施工难度大于一身的元坝气田,在高效勘探上有“四难”,必须开展针对性的攻关研究,破解四大难关。

  第一难,前人认为埋深超过5500米,储层致密,物性差;元坝生物礁气藏埋深在7000米左右,能否形成优质储层,需要开展超深层优质储层发育机理、分布规律的攻关研究。面对这一难题, 郭旭升带领他的团队从储层的发育机理入手开展深入研究分析,认为尽管生物礁储层埋藏深,但后期成岩作用形成了优质储层,由此提出了“孔缝耦合”的超深层生物礁优质储层发育机理新认识,第一道难关被成功攻克。

  第二难,超深层时代老、地质过程复杂,位于盆地低部位,能否形成大气田,需要开展成藏富集机理攻关研究。要成藏,首先要解决油源的问题。通过一系列的采样和化验分析,他们提出了吴家坪组—大隆组深水陆棚相烃源岩是川北地区主力烃源岩、元坝地区紧邻生烃中心的新认识,解决了元坝超深层气藏的起源问题。针对富集,必须要有好的通道,且能够保存下来。郭旭升带领团队潜心研究,认真分析第一手资料,发现地层中微裂缝和层理缝非常发育,且富集大量的沥青,提出了微断层、微裂缝及层间缝是油气运移的主要通道的新认识,建立了“三微疏导、近源富集、持续保存”的成藏模式。从源、通道、保存三个方面形成了超深层生物礁成藏富集机理新认识,第二道难关顺利攻克。

  第三难,复杂山地超深层地震信号弱、信噪比与分辨率低,目标识别难度大,需要系统开展地震资料采集、处理和预测技术攻关。为了攻克超深层、弱信号地震勘探难题,郭旭升及团队开展了面向超深层生物礁储层的地震采集、处理一体化攻关。在地震采集方面,以获得波场齐全的宽频原始地震信息为目标,成功进行了地震采集技术方法攻关。在观测系统方面,建立了超深层生物礁储层地质模型,通过模型正演论证设计了大排列、高覆盖、宽方位三维地震观测系统;在激发方面,通过反复对比试验,确立了“单深井、大药量”激发方案;在接收方面,通过改造检波器串并联方式,有效改善了高频反射信号接收效果。地震采集技术改进后,元坝超深目的层地震反射能量提高了70%,反射信号清晰。在地震处理上,按照“先静校后补偿、先补偿后去噪、由低到高、逐步逼近”的思路建立了复杂山地高保真三维地震数据处理流程,成功解决了信噪比低、分辨率低、信号弱的超深层地震勘探难题。资料品质得到有效改善后,实时开展超深层生物礁高产富集带的分布预测技术攻关。突破传统的一元孔隙—速度模型,创新形成了“基于非均质孔缝双元结构模型”的孔构参数反演技术。该技术不仅可以预测常规的均匀孔隙储层,而且可以准确识别低孔高渗和裂缝性储层,对元坝地区7000米深处的每一个礁滩体做了精细描述和刻画,实钻与预测厚度误差小于7%、孔隙度误差小于10%,探井钻遇储层成功率100%。其中10口井获得日产天然气超百万立方米,打出了国内天然气勘探罕见的高产气井群。第三道难关攻克。

  第四难,超深层具有“四超一高”的特点,造成工程事故多、周期长、成本高、效率低,需要系统开展超深井安全高效钻井、测试技术攻关。在钻井测试技术方面,一是改变传统井身结构,自主创新特种井身结构、非常规井身结构及气体钻、复合钻等新技术、新工艺,突破了超深层钻井瓶颈,超深井钻探能力与钻井时效得到大幅提高;二是通过系统开展超深层储层改造工艺适应性研究,创新形成“四高一超”气田压力控制测试及储层酸压改造技术体系,为气井真实产能的体现奠定了基础。在勘探分公司的强大攻势之下,第四道难关再次被攻克,元坝战场旌旗飘扬。

  2009年以来,元坝突破后,郭旭升又马不停蹄的带领其团队着眼于南方海相页岩气的攻关研究,在海相页岩气富集理论和预测技术方面取得突破性进展。一是,发现了深水陆棚相优质页岩关键参数正相关耦合规律,高TOC,为页岩气形成提供了良好的生烃基础,有利于页岩气的大量生成,同时也是有机孔发育的基础;高硅质含量,是页岩可压性良好的基础,有利于后期的压裂改造。明确了五峰组—龙马溪组深水陆棚相优质页岩是南方页岩气勘探的首选层系。二是,发现南方复杂构造区页岩气的富集规律,首次提出了南方复杂构造区高演化海相页岩气“二元富集”理论,即深水陆棚相优质页岩发育是海相页岩气富集的基础,保存条件是海相页岩气富集高产的关键因素。其中,高压、超高压是良好保存条件的表征,也是含气性好尤其是游离气含量高的重要保障。三是,形成了南方复杂构造区页岩气选区评价体系与标准。建立了以页岩品质为基础、以保存条件为关键、以经济性为目的的三大类18项参数页岩气评价体系,确定了18项参数的赋值标准,为定量评价优选有利区带和目标提供了科学方法。四是,创新形成南方复杂构造区地球物理“甜点”预测技术,建立了有机碳含量、可压性、压力系数等六种预测模型,创新形成了以有机碳含量叠前地震定量预测技术和脆性指数叠前预测技术为核心的页岩气“甜点”综合预测技术体系。创新形成了基于先验趋势约束的层速度场建模技术,建立了矿物组成脆性指数与弹性参数之间的多元计算模型,提出新的脆性指数计算方法。在这些方法技术的指引下,实现了涪陵页岩气的大突破。

  目前,元坝气田已探明天然气地质储量2194亿方,三级储量合计1.14万亿方。该气田是我国首个超深层大气田,也是目前规模最大、埋藏最深的生物礁大气田。涪陵页岩气田已探明地质储量1067.5亿方,三级储量合计2504.51亿方,为建成100亿方产能奠定了扎实的资源基础。

  近期,郭旭升与团队应用上述理论技术创新,在扩大涪陵、元坝气田的同时,又新发现丁山、屏边、南天湖和广西宜山等7个千亿方级的页岩气勘探目标。在深层超深层领域,相继取得川西海相、建南等多个新突破。

  思路、理论、技术的创新,带来新领域的突破。郭旭升在上述领域取得的成果,拓展了找气空间,开辟了我国超深层及页岩气天然气勘探领域。从普光到元坝,再到涪陵焦石坝,一个个勘探重大突破,大家都说他是一位名副其实的南方海相新区勘探的拓荒者。

  (刘中戎 谢红斌)

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