论文部分内容阅读
能源是国民经济的命脉，能源安全攸关国计民生，这是毋庸置疑的。
1964年，在大庆油田，诞生了一首豪迈的歌：
“头顶天山鹅毛雪，面对戈壁大风沙，嘉陵江边迎朝阳，昆仑山下送晚霞……茫茫草原立井架，云雾深处把井打，地下原油见青天，祖国盛开石油花……”
这首歌叫作《我为祖国献石油》，这激昂的旋律把石油工人建设祖国的情怀抒发得淋漓尽致。不过，这种情怀不仅体现在石油工人身上，还深藏于每一位为能源安全殚精竭虑、兢兢业业的地质工作者心中。
我们知道，石油和天然气并非均匀地分布在地层中，地质学上把这种不规则分布、可储存油气的孔缝称作储集体。
揭示储集体的分布规律，预测它可能存在的地质条件和方位，这便是地质人的光荣使命，也是姜在兴教授的研究方向。
姜在兴，中国地质大学（北京）教授。国家新世纪百千万人才工程国家级人选、中国石油天然气总公司跨世纪学术技术带头人、教育部油气沉积地质创新团队首席科学家。为祖国找油找气，是他和团队义不容辞的责任。
找矿难度增大，精度要求更高
石油作为主要能源，在经济发展中有着难以替代的重要地位。然而与其支柱能源地位形成鲜明对比的，是我国在能源结构上的短板——原油对外依存度高。据中石油经济技术研究院的发布《国内外油气行业发展报告》显示，中国原油产量跌破2亿吨，原油对外依存度超过65%。
虽然据中国国土资源部统计结果，2015年我国石油地质资源量1257亿吨，可采资源量301亿吨，待探明石油地质资源量885亿吨，仍有40%～45%的有效储层待发现，可供勘探的资源潜力很大，但现实情况仍是不容乐观的。
中国石油储集体类型多样，油田开发地质条件复杂，许多国外的相关技术无法直接应用，从常规油气资源到非常规油气资源，对储层预测的精确度要求越来越高，后续能源的开采难度越来越大。
在油田开发所遭遇的诸多问题中，有相当一部分是储层的预测精度不够所引起的，常见的有：油田地震资料中对对象的解释停留在勘探阶段，地质数据在开发阶段因滞后性而精度下降；诸多新井的测井成果不具备统筹性；新式的储层反演软件大量引入，但精度和适用性太低等等。
“十二五”规划指出：加大石油、天然气资源勘探开发力度，稳定国内石油产量，促进天然气产量快速增长，推进煤层气、页岩气等非常规油气资源开发利用。
在这种情况下，研究一套兼具动态性、统筹性、适应性的高精度储层预测技术，建立一套更适合我国地质环境特征的沉积学理论体系刻不容缓。
突破传统思维，带来理论飞跃
当前流行的是基于相控建模的地震储层预测方法，但近年来的研究表明，原有相模式、层序地层学理论和储层预测技术正面临着越来越多的挑战，许多沉积现象和油气发现不能用现有理论和方法技术有效解释。
基于相控建模的地震储层预测方法中，只考虑地貌和水动力的影响，建立的相控模型通常是定性或半定量的，只能进行二维平面控制，并不能进行精细的三维空间约束。而且，传统的地震反演技术得到的波阻抗作为岩性标志，难以区分滩坝等与泥岩波阻抗差异较小的砂体。
姜在兴教授认为，上述问题的产生是由于未充分考虑“物源”和“风浪”两个要素的作用所造成，因此需要建立一个综合考虑物源、风浪和盆地的沉积模式。同时，现有模式及技术对石油勘探开发所起的推动作用趋于饱和，迫切需要新模式和新技术的研发来进一步推动油气勘探开发的向前发展。
针对以上问题，2005年以来，以中国地质大学（北京）姜在兴教授为首的团队，在国家科技重大专项“十一五”“十二五”课题、国家自然科学基金项目，以及油田企业配套课题的持续支撑下，联合中石化胜利油田分公司等相关单位，结合我国的实际，突破传统思维模式局限，进行了十多年的室内水槽模拟、现代沉积观测、油田生产实践，最终提出了“风源盆”沉积模式，形成了优质储集体精准預测技术。
在“风源盆沉积模式优质储集体精准预测方法及油气重大发现”中，三维精细地震解释法得到了应用，这种方法将测井资料与地震资料进行了有机结合，令解释的精度得到了很大的提高，优化了中后期油田开发的工作质量和工作效率，使储层预测精度大幅提高——与国内外常用的相控建模技术相比储层预测精度提高了15%左右。
它就好比给传统地质导向技术加了一双“透视眼”，使地下千米储层状况一览无余。
从“一元”到“三元”，“透视”能力强大
都说理论是为了指导实践，油气藏预测更是一门应用导向很强的专业。“风源盆沉积模式优质储集体精准预测方法及油气重大发现”一经问世，便显示出其强大的现实指导意义。
通过应用该预测方法及技术，在胜利油田东营凹陷迎风带发现高青—纯梁油田，新钻探井81口，钻遇优质储集体75口，使探井成功率从原来63%提高到93%；运用该技术方法，在东营凹陷的八面河、王家岗、广利、陈官庄、孤北鼻状构造带等地区也钻遇了具有良好油气显示的整装滩坝砂岩储层，预计整个东营凹陷南部迎风带滩坝砂岩储层有利分布面积可达678余平方千米，资源潜力在2.5亿吨以上。
经统计，该成果在胜利油田、中油国际尼日尔分公司成功预测了11个区块，新增地质储量2.5亿吨，2011年至今总计新增国内利润25.93亿元，创收外汇1.328亿美元，潜在经济效益35.09亿元。
“风源盆沉积模式优质储集体精准预测方法及油气重大发现”为什么会成为能看穿地下储集体的“透视眼”，它到底强大在哪里？
姜在兴教授从以下三个方面解释了它的创新含量。
首先，它在世界上首次提出了“风场—物源—盆地”系统优质储集体沉积模式和定位方法。
在本成果形成之前，储集体的解释和预测方法是相模式。姜在兴团队提出了“风—源—盆”系统沉积模式，认为储集体是“风（风浪）—源（物源）—盆（盆地演化）”系统综合作用的产物。 他们以沉积学基础研究领域的前缘视角，引入“风力场”的思路和方法，把储集体研究从“一元”的傳统相模式和“二元”源汇系统，推进到“风场—物源—盆地”的“三元”沉积动力学体系。
他们通过古地貌、古水深、古风场、古物源的“四古”恢复，建立了区域的“风—源—盆”沉积动力学模型。在模型约束的基础上，可以把风源盆沉积系统分为“迎风体系、背风体系、侧风体系和深盆体系”四大体系。根据每个体系内部各要素的相互关系，定量预测有利储集体展布，实现优质储集体的平面定位。
这一系统理论和预测技术的提出在国内外尚属首次。它解决了不同类型、不同体系的优质储集体的地质预测问题，同时也丰富和扩展了沉积学理论，填补了国际上该领域的研究空白。
该项方法技术形成国家专利10项，软件著作权2项，国内外知名期刊论文50篇。
其次，形成了基于天文旋回（注：一般认为，旋回地层学主要是研究由于行星轨道参数变化所造成的地层韵律性变化，已经涉及到几乎所有天文因素）的优质储集体定层技术。
此前，国内外主要采用层序地层学方法对储集体进行等时格架和层位的确定。然而，层序地层学不能运用于深水环境，导致无法进行横跨深水、浅水的全盆地的等时旋回对比和定年。层序地层学也不能解决大套砂砾岩、砂岩储集体内幕期次划分的难题。
本项技术根据天文旋回信号在全盆地均有记录的特点进行深水、浅水的等时地层对比，利用风场、物源在天文旋回格架下周期性变化的属性，并结合盆地特征，解决了风源盆综合控制下的优质储集体发育层位和内幕期次划分的难题，填补了国内外研究空白。
姜在兴团队发现，在天文旋回的两个参数（125千年的偏心率旋回和23千年的岁差旋回）内，受日晒量周期性变化的影响，物源、风场强弱均表现为一次旋回变化，进而控制沉积旋回。该技术首先对单井进行米兰科维奇旋回分析，判断出与各天文旋回相对应的沉积旋回，确定储集体在单井旋回格架中的垂向位置。利用精确定年的“锚点”或全区稳定分布的标志层，综合运用测井、地震实现高精度旋回格架对比，在横向上统一深水细粒沉积与浅水粗碎屑沉积，从而确定优质储集体的有利分布层段和内幕期次。
该项技术已形成国家专利8项，软件著作权3项，国内外知名期刊论文35篇。
第三，开发了DNA沉积序列神经网络三维储层精准预测技术。
此前，国内外主要采用相控建模的测井约束波阻抗反演技术预测砂体分布，所用相控模型以二维平面相约束为主，只考虑地貌和水动力的影响，且依赖波阻抗参数作为岩性识别依据，对于与泥岩波阻抗数值差异较小的滩坝等砂体，预测效果较差。
本研究成果依据风源盆系系统中迎风体系、背风体系、侧风体系和深盆体系四个模式，借鉴生物DNA识别思想，利用三维地震资料对重点区域进行优质储集体三维储层精准预测，提出DNA沉积序列神经网络三维储层预测技术。
该技术首先构建风源盆沉积体系数字表征DNA标准数据库，从三维地震资料对应沉积体系空间分布的反射特征和几何特征进行数字表征，将传统地震沉积学的定性描述转换为定量表征。
利用DNA序列的模式对比技术，通过三维地震资料对未知区域沉积体系进行匹配，自动判定该未知区域沉积类型，完成沉积体系在三维空间的智能划分，将得到的沉积体系构建地震地质反演初始模型。采用递进相关分析方法确定风源盆系统不同模式中优质储集体对应的敏感岩石物理参数，经过卷积神经网络对沉积体系样本集的学习训练后，利用神经网络的仿真功能，对三维地震资料进行仿真计算处理，完成优质储集体在三维空间的分布预测。
该项技术形成国家专利7项，软件著作权4项，国内外知名期刊论文30篇。
上述一系列创新已形成授权国家专利25项，软件著作权10项，出版专著4本，发表SCI论文56篇。已形成一套集理论方法与技术应用为一体的完备科技成果。
与此同时，他们不仅将创新成果发表在纸面上、运用到实践中，还推动它走向国际，大幅提高了我国在该领域的专业话语权：团队成员先后数次参加AAPG年会、国际沉积学大会、国际地质大会、国际层序地层学大会、国际湖泊地质学大会等重要国际会议交流研究成果，得到了国内外同行专家的广泛关注与高度评价。
中国科学院贾承造院士、王成善院士，中国工程院马永生院士、美国德州大学奥斯丁分校Ron Steel教授、德国埃尔朗根-纽伦堡大学Roman Koch教授、美国科罗拉多矿业学院Dag Nummedal教授、澳大利亚科廷大学Keyu Liu教授，美国Chevron公司Feng Xu Jian博士等多位教授和专家认为，该成果建立了一套具有普遍适用意义的沉积模式及储层预测方法，已达到国际一流水准，通过技术应用，在尼日尔、渤海湾等地成功发现了大量油气藏，是油气勘探领域的一次革命式进展。
该成果创新了传统的油气勘探技术方法，开辟了储层预测的新领域，为我国乃至海外油气区块的勘探开发提供了方法技术和实际指导，具有广阔的应用和推广前景。
让“地下原油见青天，祖国盛开石油花”，这不仅是一辈又一辈石油工人的心愿，更是一代又一代地质人的心声。他们正殚精竭虑，用智慧和汗水辛勤开拓，试图揭开地层深处的秘密，找到那些埋藏地地层深处的国家“血脉”，为祖国发展供给源源不断的力量。
1964年，在大庆油田，诞生了一首豪迈的歌：
“头顶天山鹅毛雪，面对戈壁大风沙，嘉陵江边迎朝阳，昆仑山下送晚霞……茫茫草原立井架，云雾深处把井打，地下原油见青天，祖国盛开石油花……”
这首歌叫作《我为祖国献石油》，这激昂的旋律把石油工人建设祖国的情怀抒发得淋漓尽致。不过，这种情怀不仅体现在石油工人身上，还深藏于每一位为能源安全殚精竭虑、兢兢业业的地质工作者心中。
我们知道，石油和天然气并非均匀地分布在地层中，地质学上把这种不规则分布、可储存油气的孔缝称作储集体。
揭示储集体的分布规律，预测它可能存在的地质条件和方位，这便是地质人的光荣使命，也是姜在兴教授的研究方向。
姜在兴，中国地质大学（北京）教授。国家新世纪百千万人才工程国家级人选、中国石油天然气总公司跨世纪学术技术带头人、教育部油气沉积地质创新团队首席科学家。为祖国找油找气，是他和团队义不容辞的责任。
找矿难度增大，精度要求更高
石油作为主要能源，在经济发展中有着难以替代的重要地位。然而与其支柱能源地位形成鲜明对比的，是我国在能源结构上的短板——原油对外依存度高。据中石油经济技术研究院的发布《国内外油气行业发展报告》显示，中国原油产量跌破2亿吨，原油对外依存度超过65%。
虽然据中国国土资源部统计结果，2015年我国石油地质资源量1257亿吨，可采资源量301亿吨，待探明石油地质资源量885亿吨，仍有40%～45%的有效储层待发现，可供勘探的资源潜力很大，但现实情况仍是不容乐观的。
中国石油储集体类型多样，油田开发地质条件复杂，许多国外的相关技术无法直接应用，从常规油气资源到非常规油气资源，对储层预测的精确度要求越来越高，后续能源的开采难度越来越大。
在油田开发所遭遇的诸多问题中，有相当一部分是储层的预测精度不够所引起的，常见的有：油田地震资料中对对象的解释停留在勘探阶段，地质数据在开发阶段因滞后性而精度下降；诸多新井的测井成果不具备统筹性；新式的储层反演软件大量引入，但精度和适用性太低等等。
“十二五”规划指出：加大石油、天然气资源勘探开发力度，稳定国内石油产量，促进天然气产量快速增长，推进煤层气、页岩气等非常规油气资源开发利用。
在这种情况下，研究一套兼具动态性、统筹性、适应性的高精度储层预测技术，建立一套更适合我国地质环境特征的沉积学理论体系刻不容缓。
突破传统思维，带来理论飞跃
当前流行的是基于相控建模的地震储层预测方法，但近年来的研究表明，原有相模式、层序地层学理论和储层预测技术正面临着越来越多的挑战，许多沉积现象和油气发现不能用现有理论和方法技术有效解释。
基于相控建模的地震储层预测方法中，只考虑地貌和水动力的影响，建立的相控模型通常是定性或半定量的，只能进行二维平面控制，并不能进行精细的三维空间约束。而且，传统的地震反演技术得到的波阻抗作为岩性标志，难以区分滩坝等与泥岩波阻抗差异较小的砂体。
姜在兴教授认为，上述问题的产生是由于未充分考虑“物源”和“风浪”两个要素的作用所造成，因此需要建立一个综合考虑物源、风浪和盆地的沉积模式。同时，现有模式及技术对石油勘探开发所起的推动作用趋于饱和，迫切需要新模式和新技术的研发来进一步推动油气勘探开发的向前发展。
针对以上问题，2005年以来，以中国地质大学（北京）姜在兴教授为首的团队，在国家科技重大专项“十一五”“十二五”课题、国家自然科学基金项目，以及油田企业配套课题的持续支撑下，联合中石化胜利油田分公司等相关单位，结合我国的实际，突破传统思维模式局限，进行了十多年的室内水槽模拟、现代沉积观测、油田生产实践，最终提出了“风源盆”沉积模式，形成了优质储集体精准預测技术。
在“风源盆沉积模式优质储集体精准预测方法及油气重大发现”中，三维精细地震解释法得到了应用，这种方法将测井资料与地震资料进行了有机结合，令解释的精度得到了很大的提高，优化了中后期油田开发的工作质量和工作效率，使储层预测精度大幅提高——与国内外常用的相控建模技术相比储层预测精度提高了15%左右。
它就好比给传统地质导向技术加了一双“透视眼”，使地下千米储层状况一览无余。
从“一元”到“三元”，“透视”能力强大
都说理论是为了指导实践，油气藏预测更是一门应用导向很强的专业。“风源盆沉积模式优质储集体精准预测方法及油气重大发现”一经问世，便显示出其强大的现实指导意义。
通过应用该预测方法及技术，在胜利油田东营凹陷迎风带发现高青—纯梁油田，新钻探井81口，钻遇优质储集体75口，使探井成功率从原来63%提高到93%；运用该技术方法，在东营凹陷的八面河、王家岗、广利、陈官庄、孤北鼻状构造带等地区也钻遇了具有良好油气显示的整装滩坝砂岩储层，预计整个东营凹陷南部迎风带滩坝砂岩储层有利分布面积可达678余平方千米，资源潜力在2.5亿吨以上。
经统计，该成果在胜利油田、中油国际尼日尔分公司成功预测了11个区块，新增地质储量2.5亿吨，2011年至今总计新增国内利润25.93亿元，创收外汇1.328亿美元，潜在经济效益35.09亿元。
“风源盆沉积模式优质储集体精准预测方法及油气重大发现”为什么会成为能看穿地下储集体的“透视眼”，它到底强大在哪里？
姜在兴教授从以下三个方面解释了它的创新含量。
首先，它在世界上首次提出了“风场—物源—盆地”系统优质储集体沉积模式和定位方法。
在本成果形成之前，储集体的解释和预测方法是相模式。姜在兴团队提出了“风—源—盆”系统沉积模式，认为储集体是“风（风浪）—源（物源）—盆（盆地演化）”系统综合作用的产物。 他们以沉积学基础研究领域的前缘视角，引入“风力场”的思路和方法，把储集体研究从“一元”的傳统相模式和“二元”源汇系统，推进到“风场—物源—盆地”的“三元”沉积动力学体系。
他们通过古地貌、古水深、古风场、古物源的“四古”恢复，建立了区域的“风—源—盆”沉积动力学模型。在模型约束的基础上，可以把风源盆沉积系统分为“迎风体系、背风体系、侧风体系和深盆体系”四大体系。根据每个体系内部各要素的相互关系，定量预测有利储集体展布，实现优质储集体的平面定位。
这一系统理论和预测技术的提出在国内外尚属首次。它解决了不同类型、不同体系的优质储集体的地质预测问题，同时也丰富和扩展了沉积学理论，填补了国际上该领域的研究空白。
该项方法技术形成国家专利10项，软件著作权2项，国内外知名期刊论文50篇。
其次，形成了基于天文旋回（注：一般认为，旋回地层学主要是研究由于行星轨道参数变化所造成的地层韵律性变化，已经涉及到几乎所有天文因素）的优质储集体定层技术。
此前，国内外主要采用层序地层学方法对储集体进行等时格架和层位的确定。然而，层序地层学不能运用于深水环境，导致无法进行横跨深水、浅水的全盆地的等时旋回对比和定年。层序地层学也不能解决大套砂砾岩、砂岩储集体内幕期次划分的难题。
本项技术根据天文旋回信号在全盆地均有记录的特点进行深水、浅水的等时地层对比，利用风场、物源在天文旋回格架下周期性变化的属性，并结合盆地特征，解决了风源盆综合控制下的优质储集体发育层位和内幕期次划分的难题，填补了国内外研究空白。
姜在兴团队发现，在天文旋回的两个参数（125千年的偏心率旋回和23千年的岁差旋回）内，受日晒量周期性变化的影响，物源、风场强弱均表现为一次旋回变化，进而控制沉积旋回。该技术首先对单井进行米兰科维奇旋回分析，判断出与各天文旋回相对应的沉积旋回，确定储集体在单井旋回格架中的垂向位置。利用精确定年的“锚点”或全区稳定分布的标志层，综合运用测井、地震实现高精度旋回格架对比，在横向上统一深水细粒沉积与浅水粗碎屑沉积，从而确定优质储集体的有利分布层段和内幕期次。
该项技术已形成国家专利8项，软件著作权3项，国内外知名期刊论文35篇。
第三，开发了DNA沉积序列神经网络三维储层精准预测技术。
此前，国内外主要采用相控建模的测井约束波阻抗反演技术预测砂体分布，所用相控模型以二维平面相约束为主，只考虑地貌和水动力的影响，且依赖波阻抗参数作为岩性识别依据，对于与泥岩波阻抗数值差异较小的滩坝等砂体，预测效果较差。
本研究成果依据风源盆系系统中迎风体系、背风体系、侧风体系和深盆体系四个模式，借鉴生物DNA识别思想，利用三维地震资料对重点区域进行优质储集体三维储层精准预测，提出DNA沉积序列神经网络三维储层预测技术。
该技术首先构建风源盆沉积体系数字表征DNA标准数据库，从三维地震资料对应沉积体系空间分布的反射特征和几何特征进行数字表征，将传统地震沉积学的定性描述转换为定量表征。
利用DNA序列的模式对比技术，通过三维地震资料对未知区域沉积体系进行匹配，自动判定该未知区域沉积类型，完成沉积体系在三维空间的智能划分，将得到的沉积体系构建地震地质反演初始模型。采用递进相关分析方法确定风源盆系统不同模式中优质储集体对应的敏感岩石物理参数，经过卷积神经网络对沉积体系样本集的学习训练后，利用神经网络的仿真功能，对三维地震资料进行仿真计算处理，完成优质储集体在三维空间的分布预测。
该项技术形成国家专利7项，软件著作权4项，国内外知名期刊论文30篇。
上述一系列创新已形成授权国家专利25项，软件著作权10项，出版专著4本，发表SCI论文56篇。已形成一套集理论方法与技术应用为一体的完备科技成果。
与此同时，他们不仅将创新成果发表在纸面上、运用到实践中，还推动它走向国际，大幅提高了我国在该领域的专业话语权：团队成员先后数次参加AAPG年会、国际沉积学大会、国际地质大会、国际层序地层学大会、国际湖泊地质学大会等重要国际会议交流研究成果，得到了国内外同行专家的广泛关注与高度评价。
中国科学院贾承造院士、王成善院士，中国工程院马永生院士、美国德州大学奥斯丁分校Ron Steel教授、德国埃尔朗根-纽伦堡大学Roman Koch教授、美国科罗拉多矿业学院Dag Nummedal教授、澳大利亚科廷大学Keyu Liu教授，美国Chevron公司Feng Xu Jian博士等多位教授和专家认为，该成果建立了一套具有普遍适用意义的沉积模式及储层预测方法，已达到国际一流水准，通过技术应用，在尼日尔、渤海湾等地成功发现了大量油气藏，是油气勘探领域的一次革命式进展。
该成果创新了传统的油气勘探技术方法，开辟了储层预测的新领域，为我国乃至海外油气区块的勘探开发提供了方法技术和实际指导，具有广阔的应用和推广前景。
让“地下原油见青天，祖国盛开石油花”，这不仅是一辈又一辈石油工人的心愿，更是一代又一代地质人的心声。他们正殚精竭虑，用智慧和汗水辛勤开拓，试图揭开地层深处的秘密，找到那些埋藏地地层深处的国家“血脉”，为祖国发展供给源源不断的力量。