科学开展“CT”检测 精准探测石油资源——记西安交通大学数学与统计学院教授王治国

谢更好

石油是国民经济的命脉，也是重要的战略资源。要确保石油的长期供给，就要不断地发现新油藏。迄今为止，地球到底还有多少石油资源可以供人类生存使用？中国的油气资源还有多少开发的空间？为了探究这些问题的答案，有一群人奔走在祖国大地上，穿梭在沙漠、荒原中，为祖国的油气开采事业，默默贡献着光和热。也正是因为他们的工作，让我们了解了地球深层的真正面貌。西安交通大学数学与统计学院教授王治国就是从事相关工作的一位青年科研工作者。“不管是石油、天然气还是矿产资源，我们都无法用眼睛直接看到，还需要借助一些工具进行探测。现如今我们做的工作就是通过激发地下的震动信号，然后再以数学反演的方式将地下形态成像，就像给地球做CT一样，对石油、天然气、矿产等进行探测。”他说。

王治国

从事科研多年来，王治国和所在科研团队的成员们深耕于油气勘探地球物理领域研究中，为祖国大地把脉，他们的CT结果为我国探明了大量的石油资源，缓解了我国的能源紧张，并创造出巨大的经济效益。作为千千万万的石油工作者之一，王治国始终认为自己是普通的。从始至终，他的内心只有一个心愿：在科研中扎根，用科学技术成果造福于祖国的能源建设。

心系能源，用科学手段精准找油

中国石油的发展之路是一部励志奋斗史。作为曾经的贫油国，我国的石油工业经过了几十载岁月变迁，取得了巨大成就，已逐步成长为中国实体经济的“血脉”。

近些年来，随着人均消费水平和整体经济的持续发展，作为基本能源，成品油和天然气需求持续增长，根据数据显示，我国成品油和天然气表观消费量持续增长，截至2021年分别达到34 148万吨和3726亿立方米。由此可见，我国对油气资源的需求依旧巨大。

长期以来，石油产业的发展时刻牵动着我国领导人的心。习近平总书记曾说过：“石油能源建设对我们国家意义重大，中国作为制造业大国，要发展实体经济，能源的饭碗必须端在自己手里。”而为了实现这一目标，一批批石油领域科研工作者积极投身到这项伟大的事业中。在王治国心里，他也有着属于自己不变的能源情怀。

从大学阶段接触能源领域，到毅然决然投身油气探索中，王治国一路走来看似顺其自然，但却异常坚定。到西安交通大学之后，他加入高静怀科学家工作室，在这一有着几十人规模的科研大集体中，开始了全新的科研逐梦之旅。多年来，在高静怀教授的带领下，王治国和团队成员们聚焦中国非常规油气和深地油气探测与开采及相关的地下空间探测与安全利用等领域的科学问题，开展多学科交叉研究，在地学大数据分析、非常规油气、深部金属矿产资源和天然气水合物探测等方向中积累了丰富的科研实践经验。

油气产业链通常分为上、中、下游3个环节：上游环节主要是寻找地下的油气资源并将其开采出来，一般分为油气勘探、开发等；中游环节主要是将开采出来的油气进行预处理、储存和运输；下游环节主要是对石油进行炼制、深加工及其成品的销售等。而王治国及其同事所做的工作就主要聚焦在油气的上游环节。“在地球上，我们不可能盲目地为了开采能源而打井，首要任务是要对能源进行精准探测，我们的工作就是通过科学的手段精准定位地下的石油、天然气，只有确定相关位置之后，才能更好地指导后边的打井工作。”时光流逝，瞄准精准找油这一目标，王治国从未有过懈怠。

深入鄂尔多斯，定位非常规油藏

如果一个能源科研人员的思想里没有油，那他就肯定无法找到油。在王治国看来，找油首先要有激情，才能坚持干下去。

非常规油气资源，尤其是致密油气，是我国近年来能源保障战略中最重要、最现实的接替化石能源之一。据我国《中国油气产业发展分析与展望报告蓝皮书（2019—2020）》显示，2019年我国石油对外依存度高达70.8%，天然气对外依存度达43%，这严重威胁我国的能源安全。而多年来，王治国研究的关注点，就放在了寻找祖国的非常规油气资源上。

其实，世界上对非常规油气的开发由来已久。在此之前，美国一直是世界石油纯进口国。20世纪70年代，为了满足国内的石油需求，美国开始研究开发页岩油、页岩气等非常规油气的技术方法，历经大约30年的科研探索，他们成功从页岩油中开采出了气和油。2019年9月，美国单月原油和石油制品出口量大于进口量，70年来首次成为石油净出口国。

“在此之前，我们一直把无法开发的油气，称为非常规油气，而美国却通过相关技术手段打破了非常规油田的开采限制。事实上中国也有很多跟美国类似的地下情况，在这一背景下，我们也在试图通过科研技术对非常规油气进行开发。”王治国说。为了祖国的能源事业，多年来他身怀“头戴铝盔走天涯”和“我为祖国献石油”的壮志豪情，曾前往祖国的鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地、松辽盆地、塔里木盆地、四川盆地等地区，开展大量科研探索。特别是在鄂尔多斯盆地这一我国的能源新高地上，取得了一系列精准找油的创新性科研成果。

鄂尔多斯盆地占地37万平方公里，地跨陕、甘、宁、蒙、晋5个省区，这里便是我国石油资源的中坚供给力量——中国石油长庆油田的发源地。据2021年6月央视网报道，中国石油长庆油田在鄂尔多斯盆地探明地质储量超10亿吨的页岩油整装大油田，这标志着长庆油田成为我国目前探明储量规模最大的页岩油田。这一地区的油气资源有着极大的开发空间。

但是，由于鄂尔多斯盆地具有与我国东、西部明显不同的地质构造背景，因此油气规模储量有着低压、低渗、低丰度的特征。自2012年以来，在高静怀教授的带领下，王治国和团队成员在国家自然科学基金项目、国家油气重大专项等的持续资助下，开始致力于解决致密油气勘探与开发中的关键科学问题和“卡脖子”技术难题。

在这些项目工作中，王治国主要负责油气的甜点识别工作。在他的介绍下，记者了解到：油气甜点识别是制订油气井储层改造方案中极其重要的环节。在低渗透、非常规油气藏的多层、厚层或水平井长井段的油气井中，由于井的非均质性强、层间差异大，真正对井产量有较大贡献的“油气甜点”层往往不到30%，因此需要通过增产措施来改善油气甜点区域的渗流环境，使单井获得高产。如果油气甜点识别不准确，将会极大降低增产改造的针对性和有效性。

鄂尔多斯盆地的油田，油气储层坚硬致密，被称为“磨刀石”。要从这样的储层里打出油，如同从干毛巾里挤水。在此之前，其他团队的科研方法只能对30米厚度的储油层进行识别，而王治国团队的研究方法能成功识别20米厚度的储油层，在识别精度上有了大幅度提升，对后续的油气开采工作，起到了重要辅助作用。

除此之外，对于苏里格气田的开发，也是王治国团队工作的重要组成部分。

中国长庆油田麾下的苏里格气田作为保障京津地区、内蒙古周边城市天然气需求的主力气源，目前其管网已覆盖北京、天津、西安等40多个城市，惠及人口超过2.5亿，为清洁能源的有效运用贡献了巨大力量。苏里格气田自2007年开始进行大规模开发，在这一现状下，怎样再对其进行精准有效的打井开发，成为王治国团队面临的关键难题。

为了攻克这一难题，王治国团队开始了全新的科研开拓。通过研究，他们将旧有的科研方法进行了改革与创新，成功将苏里格气田开发的精准度提高了15个百分点，并产生了30多亿元的经济效益。王治国和团队成员们用实际成果，为祖国的能源事业开创了新的诗篇。

与时俱进，人工智能助力油气探索

国际勘探地球物理学家年会上，王治国与著名地球物理学家库尔特·J.马尔福（Kurt J. Marfurt）教授等合影

随着计算机科学的飞速发展，将人工智能应用到油气领域成为行业发展的大势所趋。处于迅速变化的数字化环境时代，大数据、云计算、机器学习、深度学习，正以不可阻挡的力量推动油气行业向高质量发展，而相关前沿学科的发展也引起了王治国所在团队的关注。

“因为油气储集层有非均质性，探测对象十分复杂，测井作业环境具有多样化、复杂化的特点，单靠人工费时费力，引入人工智能就可以实现更精准、更高效、更安全的作业和地质信息探测，工作效率会成倍地提高。”近些年来，王治国和他的研究团队在这一时代发展背景下，逐渐将人工智能与油气的精准寻找相结合，取得了一系列创新性科研成果。

针对“致密油气介质中地震波信息的多维度表征与解释”，王治国和团队成员们提出了一系列适用于致密油气介质地震波信息表示的频率同步挤压/时间同步抽取相空间变换系列，建立了一套基于机器学习的多维相空间地震属性智能提取和解释框架及其软件模块，在实践中认识了鄂尔多斯盆地致密气储层分布与产量间的幂指数关系，支撑了我国目前致密油水平井3035米的历史纪录，取得了巨大的经济效益。相关系列研究工作还在国际期刊《地球物理学》（

Geophysics

）、《IEEE地球科学与遥感汇刊》（

IEEE Transaction on Geoscience and Remote Sensing

）等发表论文十余篇。

值得一提的是，由王治国作为第一作者，高静怀教授作为共同通讯作者发表在国际期刊《海洋与石油地质学》上的论文《基于机器学习的鄂尔多斯盆地中部苏里格气田致密砂岩储层地震谱属性分析》还被国际著名科技机构工程进展（Advances in Engineering）遴选为关键科学文章，并进行了专题报道。

除此之外，人工智能技术在水平井的精准导航研究中也有王治国团队的身影。

水平井是最大井斜角达到或接近90°，并在目的层中维持一定长度的水平井段的特殊井。超长水平井能够控制更多的储层，提高油藏开采效率，节约土地资源，实现低品位油气资源的高效开发。

王治国介绍说：“在我们钻井的过程中，随着深度的增加，井下的压力和温度都会变大，因此越向下开采就会越难，所以必须确保找准油井的位置。”为了达到精确找油的目的，近些年来王治国团队也将团队的相关技术，与人工智能相结合，帮助油井实施精准导向，极大地提升了找油的精确性。

砥砺探索，终有所得。2021年6月，由王治国所在团队参与的科研项目——国家级页岩油开发示范区中国石油长庆油田华H90-3井顺利完井。这口井水平段长度达到5060米，刷新了亚洲陆上水平井最长水平段纪录，为非常规油藏提高单井产量以及效益开发走出了一条新路子。

展望前路，任重而道远。新的时期，王治国所在的科研团队也树立了新的科研目标。在中国力争于2030年前实现二氧化碳排放达到峰值、2060年前实现碳中和的大背景下，他们也将在新兴能源的研究中，进一步拓展自己的研究方向，为我国的低碳事业的发展贡献更多的科研力量。

心中有念，眼中有光，身上有劲，脚下有路。在王治国的身上，可以看到千千万万石油科研工作者的身影。虽然从事石油领域的相关研究环境艰苦，熬夜工作也是家常便饭，但王治国从未想过退缩。“做科研辛苦是常态，对于其中遇到的困难与挑战，我一直保持着平常心，认为只要坚持下去，就一定会攻克相关难题。”他坚定地说。未来，他还将奔走在油气开采的一线，在我国的能源建设中继续发挥自己的光和热。