透明油田”设想与实施

——地上地下一体化油藏精细管理技术及其实现

高志亮郭花利

2010年1月28日

1、问题的提出

1.1国外的研究

自1998年“数字地球”提出之后，有关对地球的虚拟表示及其研究问题纷纷出炉，在1999年悉尼矿产勘查研究组（SMEDG—AIG）覆盖层之下勘查讨论会上，就有Cars博士第一次系统介绍了“玻璃地球”的概念；2001年7月，Cars博士在另一次研讨会上又作了“通过玻璃地球底部的勘查——为2010年发展新的勘探能力和技术”的主题报告；而把玻璃地球计划正式列入预算，则是在澳大利亚联邦科学和工业研究机构矿产勘查与采矿部2000年—2003年预算规划项目。目前，澳大利亚玻璃地球计划并未以一个完全明确、独立的计划运作，而是由一系列项目组成。

玻璃地球（GlassEarth）即澳大利亚“玻璃地球”计划的宗旨是使大陆地表以下1km的深度以及发生于其中的地质过程变得“透明”。“玻璃地球”计划作为一种勘探的理念，是澳大利亚100多年金属矿产勘查经历了巨大的成功和探索，勘探越来越深化，各种资料密度越来越大，精度越来越高的形势下提出来的，也是基于过去20多年诸多因素，如各大地质块体的深度风化、块体隐伏和勘探成熟度增加等造成勘探成功率大幅下降的背景下提出的。“玻璃地球”计划包含３个主题，即：获取新资料的能力建设；新资料判识；综合和解译的能力建设，基于澳大利亚大陆的勘探模式的建立。项目主要包括：机载重力梯度研究，机载磁力梯度研究，航空、航天和地面矿物化学填图，地球化学勘探过程中的同位素示踪，使用新型切割介质的高级钻探技术多重作用耦合的地质模型，基于网络的虚拟与假设的验证能力。“玻璃地球”计划的预期成果是建立可验证的针对澳大利亚不同地质块体的４维地质模型，并验证这些模型与实际资料的近似程度，最终这些模型将被用于对潜在的成矿区带进行客观的预测。

本世纪初，澳大利亚开始实施“透明地球计划”，这是深部找矿的新发展。同时，加拿大等矿产资源大国也在实施类似的计划。

据悉，世界范围内发现地表矿、浅部矿的几率已日趋减少，深部和覆盖区的矿产资源预测已成为今后找矿预测的新方向。同时，世界上已发现的超大型矿床大都具有较大深度，一些矿业大国矿床的勘探开采深度已达两千五百米至四千米。为发现下一代巨型矿床，各国都在纷纷制定“透明”计划。

1.2.国内的研究

2009年9月21日和22日，国务院总理温家宝在召开的三次新兴战略性产业发展座谈会上，听取经济、科技专家的意见和建议后。温家宝总理在题为“让科技引领中国可持续发展”报告中指出：国际上正兴起海岸带可持续发展研究，我们也要切实加强这方面的工作。在地球深部资源探测方面，中国已有固体矿产勘探开采的深度大都小于500米，而世界一些矿业大国已经达到2500米～4000米，南非计划开采的深度达到6000米。澳大利亚在本世纪初率先提出“玻璃地球”计划，也就是要使地下1000米变得“透明”。加拿大人近期提出的类似计划，要搞到3000米。中国人均资源短缺，资源勘探水平不高，开采利用率也比较低，这是制约我国未来经济发展的突出矛盾，我们要千方百计提高资源勘探开采水平和效益，充分挖掘和利用好各类资源。

基于国际现象和国家领导人的高度重视，中国科学院在2000年公布了中国二○五○年科技发展路线图，其中提出“中国地下四千米透明计划”，力争到二○四○年，使中国主要区域地下四千米以内变得“透明”，为准确圈定覆盖区和深部的矿产资源提供理论与技术支撑。
专家称，中国矿产勘探开发领域目前存在着缺乏隐伏矿床成矿理论和成矿预测研究、缺乏深部隐伏矿床精确定位技术方法、已有矿床勘探开采深度大都小于五百米等问题，因此中国覆盖区和深部找矿潜力巨大，而实施“中国地下四千米透明计划”，系统开展覆盖区和深部矿产资源探测理论和技术方法的研究，将可为国内新增一大批矿产资源储量。
据悉“中国地下四千米透明计划”旨在解决三大关键科技问题：一是揭示矿床形成深度及其控制因素、矿化规律与矿床的保存条件，建立不同尺度的矿床成矿模型；二是突破深部矿化信息的地球化学提取技术、深部矿床探测的物探和钻探技术等；三是建立定位盲矿床和深部矿床的勘察评价方法体系及三维可视化模型。

在浅部工作程度较高的地区深部找矿已成为包括我国在内的世界地质工作的大势所趋。陕西是自然和矿产资源大省，已探明的煤、石油、天然气等各类矿产资源储量价值达47万亿元之巨。

2006年，我们研究所就尝试在延长油田吴起采油厂柳沟油田进行油田地下三维可视化研究，选取了柳沟油田40余平方千米，470余口油井，进行地层三维可视化研发，取得了很大的成果；2008年我们又把吴起采油厂所处地域3792平方千米实现了三维可视化，并在柳沟油田采用0.6米高精度数据完成了地上地下一体化的研究与三维展示，主要目的是：

1）对我们提出的地上地下一体化思想和三维可视化技术做一次有意的探索；

2）希望通过这一探索，能够对开发相对成熟的老油田未来的油藏管理，特别是对精细化管理来说是一个有意的探索；

3）实现地上地下一体化就是将一个完整的油田直观地、一览无余地“暴露”给所有的地质工作者和油藏工程专家，实现“透明”化，为今后发现剩余油和二次开发、三次开发提供条件。

在国内，实施“透明油田”的研究和探索，我们还是第一家。

2、“透明油田”及其关键技术问题

2.1、关于“透明油田”

数字油田建设方兴未艾，数字油田的关键技术在我国已列入国家“863”计划，正在研究。自2006年以来，我们研究所实施的油田地上地下一体化三维可视化技术与国家透明地球计划不谋而合，并借此技术又致力于利用油田地上地下一体化三维可视化技术及其透明油田技术，实施油藏精细管理研究，希望利用油田中的钻井、录井、测井数据和地球物理勘探（地震、非地震）数据，将地层展布、地层接触关系三维可视化，将砂体特征及构造还原三维可视化；将油藏精细特征描述与地质建模有机结合，通过油藏数值模拟技术计算孔、渗、饱和各项产能参数的变化，可在四维空间中获得其储藏规律与渗流关系等。

因此，我们提出的“透明油田”就是将油田4000米以内的空间和地表三维可视化，并实施地上地下一体化，实现油藏的精细化管理。

下面是我们研究所2006年以来地上地下一体化技术研究的初步成果

图4 某油田地上地下三维可视化与地层展布及层与层接触关系展示

图5 地层构造（隆起、洼陷、河流、支流河道）展示

图6 地下层与层叠合分离关系展示  

目前，我们已实现了地面三维可视化技术所有资源的三维展示及其二、三维图形联动以及地下油气井的立体三维展示、地层接触关系及部分地层的构造特征三维展示，以及动态四维动态数据集成展示。

2.2“透明油田”关键技术问题

1）地下地层三维可视化需要多学科、多方法、多技术的合作，要实现多元、多尺度和四维资源信息透明化的关键技术需要研发和联合攻关；

2）对这项技术的认识还需要一个过程，目前，油田企业更多关注于利用某项技术找到了多少油气资源，能采出多少油，因此，这样的高新技术只有寻求研究机构、具有超前思想的科技专家、组织的支持；

3）除了寻求技术力量合作外，我们还需要寻求资金和现场的合作，只有油田企业能做到并提供充分的技术实施和发展空间。

需要攻克的关键技术需要油田企业和专门的研究机构共同来攻克，在研究和实践指导的基础上完成设想，使得研究成果在技术上领先、在行业中切实可行，为可持续发展奠定基础。

3、我们的设想

目前，我国还处在传感器研究阶段，还需要走很长一段路。如果我们（油田企业和研究机构）能利用油田已有的钻井数据、录井数据、测井及其他地质研究和地球物理数据并将其进行整合，从而实现油田地上地下一体化三维可视化的研究设想，这对国家“透明计划”来说是一个很有意义的探索和补充，并且比较容易实现。

在我们即将公布的数字油田新思维中，我们设计的未来“四维地震监测”系统，其实就是对“透明油田”提供数据支持的一个最好办法。国家科技部已经启动了传感器研究，如果这一先进技术诞生了，就可以实现对油田的四维监测，那么，我们的“透明油田”计划实现的可能性就更大，特别是可以解决油井中数据不足的问题。目前还有很多的技术难题，有了这些数据的补充，真实地再现地层和砂体，就会不期实现。

陕西省矿产资源分布区域特色明显。延长油田和长庆油田在经济发展中都发挥着举足轻重的作用。在当前后备资源难寻找，已有资源难动用，新井油气难上产的情况下，亟待解决的是目前油田企业面临的开采难度大，对地下的储层、地质构造不明等问题。我们处在陕西本土，愿意和在陕的两大油田企业合作实施“透明油田”计划，以利用这一先进技术直观地对地层和油藏加以认识，解决地层关系难清楚、油藏精细管理难等等问题。

因此，我们研究所希望有更多的油田企业和我们合作，在全国掀起一个实施“透明油田”研究的高潮，响应国家“透明地球”战略计划，攻克关键技术，为未来寻找油气资源和老油田改造提供先进技术，以先进技术为指导，有效开发，合理规划，为油田可持续发展做出贡献；进而在透明地球背景下的“透明油田”计划战略中实施“透明油藏”战略，可以很好地解决老油田的各项难题。

同时，我们认为“透明油田”计划、“透明油藏”战略，也是数字油田建设的一个纵深发展和未来发展的必然趋势。