中科院聲學(xué)所團(tuán)隊不斷探索發(fā)展橫波遠(yuǎn)探測成像測井技術(shù)
給大地“做B超”，用聲波找油氣
人民日報記者 吳月輝
2011年至2021年，我國用10年時間實施找礦突破戰(zhàn)略行動。其間累計發(fā)現(xiàn)17個億噸級大油田和21個千億立方米級大氣田，新形成32處非油氣礦產(chǎn)資源基地，主要礦產(chǎn)保有資源量普遍增長。
石油能源建設(shè)對我們國家意義重大，中國作為制造業(yè)大國，要發(fā)展實體經(jīng)濟(jì)，能源的飯碗必須端在自己手里。端牢能源的飯碗，必須發(fā)揮科技創(chuàng)新第一動力作用，通過技術(shù)進(jìn)步解決能源資源約束、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、應(yīng)對氣候變化等重大問題和挑戰(zhàn)。
近年來，中國科學(xué)院聲學(xué)研究所超聲學(xué)實驗室固體聲學(xué)與深部鉆測團(tuán)隊，數(shù)十年如一日不懈探索用井下聲波來探測能源的核心技術(shù)，開發(fā)出性能更優(yōu)越的井下聲學(xué)探測儀器，對支撐我國深地勘探、保障國家能源安全具有重要的意義?！?者
找到油氣田，有哪些步驟？
“望聞問切”定位置，測井儀器作“眼睛”
油氣勘探是一項復(fù)雜而又有高難度的工作，并且存在巨大風(fēng)險。那么，要想找到油氣田，需要經(jīng)歷哪些步驟？
中國科學(xué)院聲學(xué)研究所研究員、超聲學(xué)實驗室主任陳德華說：“找油氣田的過程，可以用傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中的‘望聞問切’四字來概括?！?
首先，地質(zhì)學(xué)家會進(jìn)行區(qū)域概查，確定可能存在油氣田的地區(qū)和范圍。這一步相當(dāng)于“望聞問切”中的“望”和“聞”；然后進(jìn)行區(qū)域普查，利用人工地震方法推斷地下巖石的結(jié)構(gòu)，這一步相當(dāng)于“問”，可以大體確定地下哪些位置存在油氣儲層；接下來，工程師會鉆開潛在油氣田的第一口井——探井，進(jìn)行區(qū)域詳查，相當(dāng)于“切”。
陳德華說：“如果想了解油氣層的具體位置以及油氣的開采價值，以上的‘望聞問切’還不夠，還需要結(jié)合一些高科技手段，比如測井技術(shù)?！?
測井被稱為“石油工業(yè)的眼睛”，因為在漆黑而又高溫的地下，無法直接觀察到地層巖石信息，必須通過測井儀器記錄數(shù)據(jù)并傳輸?shù)降孛?，這個過程就好比人的眼睛接收到光信號，并處理成圖像以供辨別。
“將先進(jìn)的測井儀器放入鉆孔內(nèi)，我們就可以對地下幾千米處的油氣層進(jìn)行精細(xì)探測，精度能達(dá)到厘米級甚至更高。通過測井，可以確定地層的性質(zhì)，進(jìn)一步對地層作出準(zhǔn)確評價，從而確定地層是否含有油氣、含油氣量多少、油層厚度以及評估油氣可采量?！?陳德華說，“這個過程就好比人們在醫(yī)院體檢時‘做B超’?！?
測井方法通常分為聲法、電法、核物理法和核磁共振法四種。其中，向地層發(fā)射聲波、接收處理反射或折射回來的聲波從而獲取地層信息的方法，被稱為聲波測井?！跋啾绕渌鼛追N方法，聲波測井不僅環(huán)保，成本相對還低，更重要的是能夠獲得許多至關(guān)重要的地層巖石力學(xué)參數(shù)。”陳德華說。
圖1：聲波測井示意圖
圖片來源：中科院聲學(xué)所
國產(chǎn)高端聲波測井裝備，是如何研發(fā)出來的？
“從零開始”解難題，反復(fù)試驗終量產(chǎn)
本世紀(jì)初，世界范圍內(nèi)油氣資源勘探和開發(fā)的競爭不斷升級。“當(dāng)時，我們?nèi)狈ψ灾餮邪l(fā)的偶極子聲波測井換能器，也難以大面積推廣應(yīng)用偶極橫波測井的先進(jìn)技術(shù)。這不僅影響了我國高端聲波測井裝備的國產(chǎn)化，還嚴(yán)重阻礙和制約了我國油氣勘探、開采的進(jìn)度?！标惖氯A回憶。
面對棘手難題，中科院聲學(xué)所的研究團(tuán)隊迎難而上。
研究可以說是“從零開始”，團(tuán)隊成員們除了能看到市面上已有換能器嵌入儀器后的“長相”，了解它可以實現(xiàn)的一些基本功能外，其余相關(guān)材料、結(jié)構(gòu)、參數(shù)等具體信息幾乎一無所知。
此后，經(jīng)過近3年的反復(fù)摸索、試驗，經(jīng)歷了成百上千次的失敗后，團(tuán)隊終于研制出了換能器的第一批樣品。陳德華說：“但是，這批換能器樣品一旦放入高溫環(huán)境中進(jìn)行測試，要么整體開裂，要么壓電陶瓷破碎，導(dǎo)致試驗失敗了一次又一次。”
