我国油气岩芯数字化工作现状与思考

陈 敏，孟 刚，苗 琦，曲俊利，张 聪，方镕慧，王天元，陈 雪

(1.自然资源部油气资源战略研究中心，北京 100860；2.中国地质调查局油气资源调查中心，北京 100083)

岩芯包含着与油气勘探开发密切相关的丰富地质信息，是油田最重要的基础地质资料，但由于自然条件的变化和人为因素的影响，岩芯被取至地表后会逐渐失去其原始的真实面貌，甚至破碎、灭失。随着信息时代的到来，人们逐步开始利用信息化手段开展岩芯数字化，帮助实现岩芯信息的长久保存和远程使用。

1 油气岩芯数字化工作内容及常用技术方法现状

1.1 油气岩芯数字化工作内容

根据采集目标参数的差异，总体可以将我国常见油气岩芯数字化工作划分为四大类[1-2]：一是以获取油气钻井岩芯外表面图像为主要目的的表面图像数字化；二是以获取岩芯内部化学元素、矿物组成为主要目的的岩芯化学参数数字化；三是以获取岩芯内部孔隙空间、孔喉结构为主要目的的岩芯物理参数数字化；四是以获取岩芯内部孔隙分布及结构图像来进行储量评价等分析的微观孔隙图像数字化。四类油气岩芯数字化工作中，我国目前只有表面图像数字化的普及程度相对较高，绝大部分相关单位已开始开展相关工作，但各单位工作进展不一，少数单位油气岩芯表面图像信息采集程度高达90%，如中国海洋石油集团有限公司(以下简称“中国海油”)天津分公司等；但也有单位刚起步或完成程度较低，如中国石油天然气集团有限公司(以下简称“中国石油”)大庆油田，仍有70%的库存岩芯有待表面图像数字化。化学参数、物理参数和微观孔隙图像数字化在我国的普及程度低，多是各单位因勘探开发研究等工作需要才开展少量工作。四类油气岩芯数字化工作的常用技术方法、采集的目标参数、主要用途、常用仪器设备以及国内普及程度见表1。

表1 我国常见油气岩芯数字化工作分类汇总及特征情况Table 1 Classification,summary and characteristics of oil and gas core digitization in China

1.2 常用油气岩芯数字化技术方法

表面图像数字化主要是通过图像拍照，结合图像剪切拼接等处理技术获取油气岩芯表面图像，最常用的技术方法为白光图像扫描和荧光图像扫描。化学参数数字化主要是通过X射线光谱能谱分析采集岩芯光谱能谱信息，或通过X射线衍射分析技术采集岩芯矿物晶格特征，再结合数据解译处理技术，最终获取岩芯化学元素或矿物信息，最常用的技术方法为XRF、XRD及Qemscan。物理参数数字化主要通过CT扫描或核磁共振扫描技术采集岩芯三维结构灰度信息，再经过计算机处理和孔隙特征分析，获取岩芯物理结构参数，常用的技术方法为CT扫描。微观孔隙图像数字化主要是通过高分辨率扫描电镜分析，结合高能电子散射等技术，获取岩芯内纳米级微观孔隙图像，常用的技术方法为FE-SEM和FIB-SEM。目前国内各单位开展油气岩芯数字化工作的方式主要是购买服务，即将岩芯数字化工作整体外包给相应的技术服务公司或具备油气岩芯测试能力的实验室。岩芯数字化设备方面，表面图像数字化工作主要使用国产岩芯图像扫描设备；化学参数、物理参数和微观孔隙图像等相对复杂的油气岩芯数字化工作主要采用国外进口设备，虽然目前国内也有一些自研设备，但总体市场接受度和占有率较低。从表面图像数字化到微观孔隙图像数字化，其工作对象越来越小，采集信息难度越来越大，成本费用和对设备的要求越来越高。虽然我国油气岩芯数字化工作已开展了二十多年[6]，但总体发展和普及的步伐较缓，目前仍主要处于起步和探索阶段。

2 油气岩芯数字化管理现状

2.1 现有技术标准要求

我国现行各类技术标准中，国家、行业、中国地质调查局、企业层面均有相关技术标准涉及，具体情况见表2。

表2 我国油气岩芯数字化相关技术标准Table 2 Relevant technical standards for oil and gas core digitization in China

国家技术标准《岩心分析方法》从岩芯分析角度提及了岩芯伽马测量与岩芯光谱伽马测量、岩芯成像的原理、优点和应用限制等内容，但缺少对各类方法的具体操作步骤和规程等技术要求。行业技术标准《油气井岩心扫描规范》重点从规范岩芯图像扫描方面提出了相关技术要求，如明确岩芯图像分辨率不小于150 dpi等，但总体内容要求比较简单、笼统。对于油气岩芯表面图像扫描，国内三大石油公司均有制定相应的企业技术标准，进一步对表面图像采集、资料处理、成果保存等技术要求进行了细化、补充和要求上的提高，如中国石油、中国海油进一步对岩芯、井壁取芯、岩屑分别提出了技术要求，中国海油、中国石油化工集团有限公司(以下简称“中国石化”)将岩芯表面普光扫描图像分辨率提高至不低于300 dpi或350 dpi、荧光扫描图像提高至不低于200 dpi[7-9]。同时，中国石油还针对利用CT图像构建数字岩芯制定了技术标准，丰富了油气岩芯数字化技术标准内容。中国地质调查局于2022年3月1日发布实施3项岩芯数字化地质调查技术标准，其各项操作技术要求较国家标准和行业标准更为具体，也能切合当前技术条件，但由于这3项技术标准均同时面向固体和油气岩芯数字化，缺少油气岩芯特有的数字化技术要求，如荧光表面图像扫描等。

总体上，目前我国在行业、地质调查和企业层面均有相关技术标准涉及油气岩芯数字化工作，但是主要内容和侧重点有所不同。

2.2 现行管理政策要求

根据《矿产资源法》《地质资料管理条例》等制度文件，岩矿芯等实物资料属于重要的地质资料，应按规定保护和保存。现行法律法规、制度文件中，与油气岩芯数字化相关的政策文件情况见表3。

表3 我国油气岩芯数字化相关管理政策汇总Table 3 Summary of management policies for oil and gas core digitization in China

根据现行管理政策要求，油气岩芯及数字化工作管理要求的主要内容可总结概括为以下五点。一是应汇交的油气岩芯原则上应向自然资源部(国务院地质资料主管部门)提交，由中国地质调查局自然资源实物地质资料中心(以下简称“实物地质资料中心”) 接收和保管[10]。二是自然资源部已委托35家单位保管油气岩芯等原始和实物地质资料，其中33家为中国石油、中国石化、中国海油下属的32家油气分公司，以及陕西延长石油(集团)有限责任公司[11-12]。各石油公司应汇交的油气岩芯可以选择汇交至实物地质资料中心或35家委托保管单位。委托保管单位应具备一定资质条件，按照国家政策要求保存保管已汇交岩芯，并按年度向自然资源部报送汇交的实物地质资料目录清单[13]。三是油气岩芯资料立卷归档应符合《国土资源部关于加强地质资料管理的通知》和《石油天然气地质岩心与岩屑管理规则》有关要求，如提交实物地质资料移交清单，填写存放登记表，含油岩芯应蜡封，岩芯上标明取芯回次、岩芯块数和块序，岩芯箱外标明井号、井深、编号及箱号等。四是保管单位应在勘查或采矿许可证有效期及其延续期届满之日起30日内或汇交之日起90日内，公开矿业权人等汇交的地质资料。保护期内地质资料，可有偿使用，具体由利用人与汇交人协商[14]。五是《自然资源部办公厅关于做好岩心数字化与信息共享工作的通知》首次对固体矿产岩芯数字化工作提出了工作要求。对于油气岩芯，只是要求中国地质调查局在油气等重点领域发挥引领示范作用，在汇交实物资料前率先完成岩芯的图像、矿物成分、元素浓度及物性参数等数字化，推动岩芯数据的更好共享利用[15]，这也是政府管理部门首次提及油气岩芯的数字化工作要求。企业管理层面，各委托保管单位为做好油气岩芯保管工作，均有在国家管理要求基础上，结合岩芯库实际情况和其集团公司的企业技术标准，细化制定了相应的油气岩芯管理制度，如中国石油西南油气田制定了中国石油西南油气田分公司岩芯管理办法、岩芯管理实施细则、岩芯管理操作规范等。

总体上，国家管理政策层面，目前主要侧重于油气岩芯作为实物地质资料的入库归档要求，对于油气岩芯数字化工作全国没有统一的政策要求。

3 油气岩芯数字化成果共享应用现状

3.1 国家层面的共享应用情况

近年来，自然资源部高度重视地质资料信息的服务共享工作，为促进岩芯数字化信息服务，于2021年底发布和启用了全国数字岩心平台，向社会公开共享岩芯数字化相关资料信息。该平台由实物地质资料中心负责建设，目前主要收录了实物地质资料中心和各省份地质资料馆相关数字化成果及信息，还未收录各委托保管单位油气岩芯数字化成果。目前平台中实际展示的油气岩芯数字化成果较少，仅显示了一口油气井的柱状图，缺少数字化相关具体成果。

3.2 企业层面的共享应用情况

目前，国内各油气岩芯委托保管单位在开展岩芯数字化工作的同时，也均有研发岩芯数字化数据库或信息服务平台，用来存储、应用展示已完成数字化的岩芯数据成果信息，多数单位还进一步将测井录井、分析化验、地震等信息综合汇总到岩芯数字化成果数据库中，搭建了一个信息更为全面、综合的工作平台，如中国石油大庆油田的勘探开发数据服务系统、中国石化胜利油田的岩芯综合应用数据库、中海油天津公司的实物地质资料信息管理系统等，可以实现线上实时查询、浏览、下载，甚至连井分析、绘制地质综合柱状图等功能，丰富了油气岩芯数字化成果应用范围的同时，实现了更加智能化的数据分析和地质绘图功能。但是，各委托保管单位建立的油气岩芯数字化信息平台，仅供油田单位内部人员使用，并没有对外开放，大多甚至没有对同一集团公司下的其他油气分公司进行开放共享。

总体上，国家层面和石油公司层面均已开始考虑和布局岩芯数字化成果的存储、展示及应用等相关工作，但在共享方面仍未有效开展。

4 油气岩芯数字化工作存在的主要问题

4.1 油气岩芯数字化工作的基础性保障不够，总体普及程度较低

首先，油气岩芯数字化专业人才队伍保障不足，主要表现为化学参数、物理参数及微观孔隙图像数字化方面技术人才匮乏。因这几类数字化工作涉及数据解译、成果分析、参数求取等操作，对技术人员的专业背景、工作经验等要求较高，各保管单位缺乏这方面人才，自行开展这类工作的能力不足。即使是将这类数字化工作外包，同样面临可选服务机构少、工作完成时间长的问题。其次，油气岩芯数字化工作经费保障不足，主要原因有两个，一是由于国家制度中未明确要求各石油公司应开展油气岩芯数字化工作，目前各石油公司开展的岩芯数字化工作均属于自主行为，经费保障程度的不确定性高；二是部分单位领导不够重视油气岩芯数字化工作，相应地该项工作分配到的经费往往不足。最后，油气岩芯数字化设备保障不足，主要表现在各石油公司及相关服务机构自持高精尖油气岩芯数字化设备少，也限制了数字化工作效率，主要原因在于这类设备主要依赖于进口，价格昂贵，对经费预算要求高。上述基础性保障方面的不足，制约了油气岩芯数字化工作快速推进和普及。

4.2 全国性政策及技术要求缺位，各单位工作开展情况差异大

首先，对于油气岩芯数字化工作，目前全国层面仍没有统一的制度文件及政策要求。面对我国大部分油气岩芯是由委托保管单位保管的实际情况，对于各委托保管单位是否有必要开展岩芯数字化工作、应开展哪些岩芯数字化工作、应采集哪些数字化成果参数以及以何种格式保存这些参数、数字化成果是否共享及如何共享等，缺少管理政策要求。其次，全国性的油气岩芯数字化技术标准缺位。一是油气岩芯数字化方面行业技术标准制修订滞后，如当前行业技术标准缺失化学参数、物理参数及微观孔隙图像数字化方面的内容；表面图像数字化方面的《油气井岩心扫描规范》(SY/T 6748—2008)制定时间久远，其规定的不低于150 dpi的图像分辨率等部分技术要求已明显低于当前时代技术实际，有待修订。二是油气岩芯数字化方面国家技术标准缺失。国家技术标准《岩心分析方法》主要侧重于油气岩芯分析技术，不算是油气岩芯数字化方面的国家标准。由于缺乏全国性政策及技术要求的引领，各单位对油气岩芯数字化工作要求把握不一致，采用的岩芯数字化工作操作方法不统一，数字化成果的参数指标选取和保存格式等五花八门。

4.3 油气岩芯数字化成果共享工作进展慢，岩芯信息应用范围及潜力受限制

首先，我国油气岩芯数字化成果共享成效不明显。一是全国数字岩芯平台上共享的油气岩芯数字化成果内容少，这既与实物地质资料中心实际保管的油气岩芯少有关，也与中国地质调查局于2020年才起步开展油气岩芯数字化工作有关；二是各委托保管单位岩芯数字化结果未对外分享。其次，各石油公司主动共享其保护期内数字化成果的意愿不强，主要原因是各石油公司担心相关资料信息的共享会引起更加剧烈的同行竞争，而选择性地忽视信息共享可能带来的社会价值和其自身可从中获取的收益。最后，数字化成果全国油气岩芯数字化成果共享应用机制仍未建立，主要表现在缺少保障共享成果单位权益、激励单位积极共享成果等方面的措施。上述三方面因素综合导致了我国油气岩芯数字化成果共享进展缓慢，跨部门、跨行业、跨单位共享数字化成果的局面仍未打开，制约了岩芯数字化成果在更大范围的应用。

5 油气岩芯数字化管理工作的对策建议

5.1 出台全国性制度文件，明确油气岩芯数字化工作的管理要求

为填补国家层面油气岩芯数字化管理政策的空缺，建议尽早研究制定全国性制度文件，明确有关管理要求，为油气岩芯数字化工作提供政策指导和制度保障。一是明确应汇交油气岩芯应普遍开展数字化工作，并按照不同重要程度区分应开展的数字化工作内容，如应新钻取的油气岩芯应广泛开展表面图像数字化工作，参数井重要层位的岩芯还应同时开展物理参数数字化工作，深海、极地的科探井岩芯应尽量四类数字化工作均覆盖等，合理确定工作范围。二是明确完成油气岩芯数字化工作的时限要求，如新钻井岩芯应在3个月内完成表面图像扫描工作，在采集岩芯样分析化验前完成所有应开展的数字化工作；库存岩芯应在2年内总体完成等。三是明确油气岩芯数字化成果参数的基本要求，统一全国数字化工作数字化成果参数的类别、格式等，为导入全国数字岩心平台、提供信息服务奠定基础。四是明确油气岩芯数字化成果共享的基本要求，包括应汇交油气岩芯数字化成果共享渠道、共享程度、共享内容和共享范围等，如实物地质资料中心和各委托保管单位对其接受保管的油气岩芯数字化成果，除涉及国家机密及安全的，均应通过全国数字岩心平台进行公开共享。五是提出加强油气岩芯数字化保障措施的要求，如加强组织领导，提高领导重视程度；强化数字化人才培养，支持各单位大力度引进油气岩芯数字化方面技术人才或加强本单位职工岩芯数字化工作技术能力水平的提升；保障工作经费，为数字化工作配套充足的资金支持等。

5.2 建立健全油气岩芯数字化成果共享应用工作机制，更好发挥数字化成果的作用

为加速推进油气岩芯数字化成果共享应用工作，建议建立健全油气岩芯数字化成果共享机制，促进岩芯信息在更大舞台发挥作用。一是充分发挥中国地质调查局的示范和引领作用。通过实物地质资料中心尽快在全国数字岩心平台补充、上传更多的油气岩芯数字化成果，提供便捷的信息查询、浏览及使用功能等方式，做好政府层面的数字化成果共享服务。二是加强对各委托保管单位共享岩芯数字化成果情况的监督检查。通过在每个委托保管单位设立一名数字化工作联络员等方式，督促各单位及时向自然资源部报告其岩芯数字化工作及成果共享情况。自然资源部按年度对各委托保管单位工作情况进行积分制考核评估，对共享服务考核优秀的单位提供表彰奖励及政策优待，对不及格的单位采取通报、约谈、取消优待政策、甚至将其所属集团公司列入失信名单、取消委托保管资格等惩戒措施，督促各委托保管单位履职尽责。三是保护共享成果单位的知识产权权益。严格要求科研机构、研究人员等在引用油气岩芯数字化成果时，应按照“引自实物地质资料中心”“引自××岩芯库”(引用各委托保管单位应汇交岩芯的数字化成果)“引自××公司”(引用各石油公司共享的保护期内油气岩芯的数字化成果)的形式标注引用情况，充分体现共享单位的贡献。四是积极引导和鼓励各石油公司公开共享其保护期内油气岩芯的数字化成果。通过建立全国各单位数字化成果的共享及应用情况排行榜，引导社会关注和重视各单位共享数字化成果及影响力、政府对共享成果数量和被引用次数排名靠前的岩芯保管单位及石油公司进行褒奖等措施，让积极共享岩芯数字化成果的石油公司切实感受和享受到相应的收益，提升石油公司共享数字化成果的意愿。

5.3 加快制修订相关行业及国家技术标准，明确岩芯数字化技术操作规程

为解决现有岩芯数字化相关国家及行业技术标准不全面的问题，建议抓紧研究制修订油气岩芯数字化相关技术标准，在明确油气岩芯数字化定义和内容的基础上，规定不同类型油气岩芯数字化方法的操作流程、设备基础参数、工作环境、资料处理、成果质量审核、成果命名、资料归档等方面技术要求，从技术上统一规范岩芯数字化工作，为保障数字化成果质量和各单位开展油气岩芯数字化工作提供技术指导。制修订相关技术标准过程中，一是建议根据当前技术能力，及时修订《油气井岩心扫描规范》(SY/T 6748—2008)中已不适宜的部分，如提高图像扫描分辨率要求等；二是建议补充完善油气岩芯化学参数数字化、物理参数数字化、微观孔隙图像数字化等方面的行业技术标准；三是充分吸收、借鉴当前已发布的中国地质调查局技术标准和石油公司企业标准。四是在各项行业标准的研究基础之上，谋划制定油气岩芯数字化操作相关国家技术标准。

5.4 政策扶持高精尖设备研制及推广，从技术上推动和保障油气岩芯数字化工作的开展

当前国际形势风云诡谲，贸易争端时有发生，面对我国高精尖油气岩芯数字化设备主要依赖于进口的实际情况，建议采取多单位联合攻关、减费降税等财税政策定向扶持和支持国产高精尖油气岩芯数字化设备的研发、制造及推广使用，加速提升和优化我国油气岩芯高分辨率扫描电镜、矿物分析等设备的自研能力，推进国产油气岩芯数字化设备的使用和普及，通过技术上的降本增效，间接地推动岩芯数字化工作由表及里、由宏观普及逐步向微观普及，促进物理参数及微观孔隙图像数字化工作普及程度的提高，同时减少对国外设备的依赖性，避免今后在数字化设备及相关技术上面临“卡脖子”的情况。