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【中国科学报】西安数学与数学技术研究院副院长高静怀专访:“磨

【论文时间: 2019-10-27 14:53

  如果把常规油田勘探开采比作“从海绵里挤水”,非常规油气开采则是“磨刀石里榨油”。

  按西安交通大学西安数学与数学技术研究院副院长、电子与信息学部教授、海洋石油勘探国家工程实验室副主任高静怀的说法是,非常规油气聚集在像“磨刀石”一样致密的砂岩里,想要寻找油气聚集的“甜点”或挖掘地下深处的“宝藏”,需要日复一日地苦练“火眼金睛”的本领,拥有“金刚钻”,方能揽“瓷器活”。

  “火眼金睛”和“金刚钻”指的就是他作为主持人所承担的国家自然科学基金重大项目“非常规油气勘探与开发地球物理基础理论与方法研究”中的创新理论与核心技术。自2014年起,高静怀带领项目团队提出并创建我国致密油气探测与开采的地球物理理论和方法,取得了丰硕成果。

  谈及自己油气地球物理勘探的职业生涯,高静怀至今仍怀念他的恩师——被誉为“中国海洋地质之父”的中国科学院院士刘光鼎。

  1997年,高静怀进入中国科学院地球物理所博士后站,师从刘光鼎并参加了由其主持的国家自然科学基金重大项目“陆相油储地球物理理论及三维地质图像成图方法”。

  研究过程中,高静怀提出了一种用于薄互层储层分析的“最佳匹配地震子波”的相空间变换,为后来从事的非常规油气勘探理论研究奠定了基础。

  “刘光鼎院士一直教诲我们,一定要为国家做事情。”回忆起那段激情燃烧的岁月,这位年过半百的学者语气高昂坚定,带着老一辈科学家为国奉献的浩然之气。

  大洋彼岸,美国率先取得被称为“页岩气革命”的突破,成为世界头号天然气生产国,其页岩油产量也突飞猛进。这意味着,从此美国油气将自给自足不再依赖于中东。

  不能再等了!彼时,我国常规石油天然气产量增速已趋于平缓并呈现缓慢下降趋势,需要尽快找到它的替代能源——非常规油气资源。经过多番求索之后,高静怀将目光投向了探测非常规油气的地球物理理论与核心技术上。

  他告诉《中国科学报》,我国非常规油气包括页岩油气、致密油气、煤层气等,资源非常丰富。其中,可采致密油气占我国非常规油气比例约一半以上,致密砂岩油气、致密碳酸盐岩油气总和大约接近于煤层气和页岩气的油当量之和。若能实现对致密油气有效勘探与开发,必将从根本上改变我国能源严重依赖进口的现状。

  然而,想要实现非常规油气有效勘探开发,需解决两个关键问题,即准确预测非常规油气富集有利区(甜点)和表征压裂过程非常规油气运移状态。

  高静怀表示,要解决非常规油气这两个关键问题,与主办方共同打造“上海有礼-老字号特,必须打破常规思维框架,创建非常规地球物理新的理论与方法。为此,他邀请本领域内相关专家多次进行研讨,提炼科学问题、设计研究方案,并向国家自然科学基金委员会(以下简称自然科学基金委)提出立项建议。

  2013年,自然科学基金委批准了该建议,并发布重大项目“非常规油气勘探与开发地球物理基础理论与方法研究”申请指南。高静怀组建的团队申请并获批。

  按项目计划书,高静怀领衔西安交通大学团队,联合西北大学教授杨华和蒲仁海、清华大学教授杨顶辉、厦门大学教授柳清伙和中国科学院地质与地球物理研究所研究员常旭等众多学科领军人物,协同各自团队开展多学科交叉研究联合攻关。

  如何探测非常规油气分布?如果用一个形象的比喻就是给地球做CT,以查明砂泥岩薄互层空间分布、油气层结构及流体分布。

  不过,这场“体检”远比常规油气探测复杂,非常规致密油气藏具有油气源储共生、非均质性极强、无明显边界等特点,其储层渗透率一般小于0.1毫达西,孔径是头发丝的1/100。常规地球物理方法面对如此复杂的对象几乎失效。

  拼了!项目专家组建议聚焦非常规油气中的致密油气,并以鄂尔多斯盆地致密油气为目标,兼顾松辽和其它盆地,以期取得具有普适性的相应理论和技术突破,继而撬开这一非常规能源宝藏。

  该项目聚焦的核心科学问题是“如何利用地球物理方法表征非常规油气富集区及其特征,表征储层压裂改造过程中油气的运移和分布规律”。历时五年,取得了丰硕的成果。

  高静怀透露,该项目所提出的方法与技术已在中石油长庆油田分公司、中石油大庆钻探工程公司、中海油国内探区及海外十余个探区得到推广应用,取得了巨大经济效益。

  非常规油气的勘探与开发是一个庞大的系统工程,它涉及地质学、地球物理学、油藏工程、信息科学、材料科学、数学等众多学科,也涉及井筒工程、储层压裂改造等技术领域。在高静怀看来,正是众多的学科交叉才打造出这一“最强阵容”。

  依托这一最强阵容,很多原本就极具威望的“武林高手”迈向了更高层的国际舞台。

  例如,因在该重大项目中首次提出了用于低频电磁勘探的混合谱元法和混合有限元方法,2016年,厦门大学教授柳清伙荣获国际应用计算电磁学学会杰出成就奖。2018年,他又因提出求解致密油气波动方程的快速、高精度时域伪谱算法荣获国际应用计算电磁学学会计算电磁学奖。

  而高静怀自己,也荣获2016年教育部科技进步奖一等奖,并担任了IEEE会刊《地球科学与遥感》副主编。

  与此同时,一批批科研新星也冉冉升起。包括入选2017年度“博士后创新人才支持计划”的高照奇、荣获2017年度“陕西省优秀博士学位论文奖”的贾骏雄和入选2019年度“博士后创新人才支持计划”的刘乃豪等。

  三人行,必有我师焉。在西安交通大学副教授贾骏雄看来,组内成员不仅是齐心的伙伴,更是强劲的“师资力量”。“研究过程中我们反复钻研,往往就一个科学问题召开多次研讨会。”他说。

  研究过程不可避免地也存在失败。西安交通大学博士生张兵告诉《中国科学报》,他主要研究“散射与吸收效应分离”这一国际难题。“我们在构建压缩映射算子及其数学理论等方面遇到了困难,最终通过与西安交通大学讲座教授韩渭敏等交流,历时两年才攻克了该难题。”

  他回忆说,无数个深夜凌晨,高静怀老师办公室的灯都亮着,有任何疑点他总会不厌其烦地给学生一遍遍解释分析。

  在高静怀看来,正是中国科学家代代言传身教,才使得这种坚韧不拔的精神得以传承。

  在他的案头,醒目地放着一本《陆相油储地球物理学导论》,那是凝结了刘光鼎等老一辈地球物理学家多年心血的著作。高静怀表示,多年来他从未忘记恩师的教诲,即让这个国家变得强大且富有尊严。他告诉记者,他们团队目前正瞄准“深地探测”这一重大科学目标,立志为中国深部油气资源探测和利用做出新的贡献。

  高静怀,西安交通大学西安数学与数学技术研究院副院长,数学与统计学院高静怀科学家工作室负责人,其团队主要聚焦中国非常规油气与深地油气探测与开采,以及相关的地下空间探测与安全利用等领域的科学问题,立足于地球物理学,联合数学、因此对南京长江岸线的保,信息科学、地质学、力学等学科,开展多学科交叉研究。

  近年来,作为总项目负责人主持国家自然科学基金重大项目1项,主持国家自然科学基金重大研究计划中的集成项目1项。承担国家油气重大专项中子课题2项。曾主持并完成国家自然科学基金重点项目、国家“973计划”预研项目等。曾承担国家十一五“863计划”项目中的子课题1项,国家十一五、十二五油气重大专项项目中的子课题4项。承担来自中石油、中石化、中海油等单位的科研攻关项目以及国际合作项目30余项,获2016年度教育部科学技术进步一等奖,申请发明专利40余项。


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