2011年至2021年，我國用10年時(shí)間實(shí)施找礦突破戰略行動(dòng)。其間累計發(fā)現17個(gè)億噸級大油田和21個(gè)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(cháng)。

　　石油能源建設對我們國家意義重大，中國作為制造業(yè)大國，要發(fā)展實(shí)體經(jīng)濟，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(dòng)力作用，通過(guò)技術(shù)進(jìn)步解決能源資源約束、生態(tài)環(huán)境保護、應對氣候變化等重大問(wèn)題和挑戰。

　　近年來(lái)，中國科學(xué)院聲學(xué)研究所超聲學(xué)實(shí)驗室固體聲學(xué)與深部鉆測團隊，數十年如一日不懈探索用井下聲波來(lái)探測能源的核心技術(shù)，開(kāi)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。

　　——編 者

　　找到油氣田，有哪些步驟？

　　“望聞問(wèn)切”定位置，測井儀器作“眼睛”

　　油氣勘探是一項復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(shí)驗室主任陳德華說(shuō)：“找油氣田的過(guò)程，可以用傳統醫學(xué)中的‘望聞問(wèn)切’四字來(lái)概括。”

　　首先，地質(zhì)學(xué)家會(huì )進(jìn)行區域概查，確定可能存在油氣田的地區和范圍。這一步相當于“望聞問(wèn)切”中的“望”和“聞”；然后進(jìn)行區域普查，利用人工地震方法推斷地下巖石的結構，這一步相當于“問(wèn)”，可以大體確定地下哪些位置存在油氣儲層；接下來(lái)，工程師會(huì )鉆開(kāi)潛在油氣田的第一口井——探井，進(jìn)行區域詳查，相當于“切”。

　　陳德華說(shuō)：“如果想了解油氣層的具體位置以及油氣的開(kāi)采價(jià)值，以上的‘望聞問(wèn)切’還不夠，還需要結合一些高科技手段，比如測井技術(shù)。”

　　測井被稱(chēng)為“石油工業(yè)的眼睛”，因為在漆黑而又高溫的地下，無(wú)法直接觀(guān)察到地層巖石信息，必須通過(guò)測井儀器記錄數據并傳輸到地面，這個(gè)過(guò)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，我們就可以對地下幾千米處的油氣層進(jìn)行精細探測，精度能達到厘米級甚至更高。通過(guò)測井，可以確定地層的性質(zhì)，進(jìn)一步對地層作出準確評價(jià)，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(shuō)，“這個(gè)過(guò)程就好比人們在醫院體檢時(shí)‘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(lái)的聲波從而獲取地層信息的方法，被稱(chēng)為聲波測井。“相比其它幾種方法，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。”陳德華說(shuō)。

　　國產(chǎn)高端聲波測井裝備，是如何研發(fā)出來(lái)的？

　　“從零開(kāi)始”解難題，反復試驗終量產(chǎn)

　　本世紀初，世界范圍內油氣資源勘探和開(kāi)發(fā)的競爭不斷升級。“當時(shí)，我們缺乏自主研發(fā)的偶極子聲波測井換能器，也難以大面積推廣應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，還嚴重阻礙和制約了我國油氣勘探、開(kāi)采的進(jìn)度。”陳德華回憶。

　　面對棘手難題，中科院聲學(xué)所的研究團隊迎難而上。

　　研究可以說(shuō)是“從零開(kāi)始”，團隊成員們除了能看到市面上已有換能器嵌入儀器后的“長(cháng)相”，了解它可以實(shí)現的一些基本功能外，其余相關(guān)材料、結構、參數等具體信息幾乎一無(wú)所知。

　　此后，經(jīng)過(guò)近3年的反復摸索、試驗，經(jīng)歷了成百上千次的失敗后，團隊終于研制出了換能器的第一批樣品。陳德華說(shuō)：“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(kāi)裂，要么壓電陶瓷破碎，導致試驗失敗了一次又一次。”

　　究竟是哪里出了問(wèn)題？近4個(gè)月的時(shí)間里，團隊成員反復研究材料選型，換了十幾批材料，并不斷改進(jìn)粘接工藝，經(jīng)過(guò)上百次的反復試驗，終于克服了耐高溫、高壓聲波測井換能器的制作難題，研制出了達到國際先進(jìn)水平的成品。

　　國產(chǎn)換能器交付后，隨即投入實(shí)際應用，并進(jìn)行了小規模的量產(chǎn)。

　　如何克服測井技術(shù)的“一孔之見(jiàn)”？

　　優(yōu)化設計“探得遠”，激發(fā)聲源“聽(tīng)得清”

　　常規聲波測井的探測范圍往往局限在井周幾厘米至幾十厘米的范圍內。這就像兩個(gè)人說(shuō)話(huà)時(shí)，雙方距離越遠，越難以聽(tīng)清對方的話(huà)；而如果藏在密閉空間里說(shuō)話(huà)，外面人聽(tīng)到的聲音會(huì )更小。

　　由于測井是在非常狹小的鉆孔中進(jìn)行的，常規測井技術(shù)的探測范圍非常有限，因此測井技術(shù)常被人形容為“一孔之見(jiàn)”。

　　如何既“探得遠”又“聽(tīng)得清”？

　　“對聲波測井來(lái)說(shuō)，這就需要不斷優(yōu)化設計激發(fā)聲源，讓聲波不僅傳得更遠，還能‘戴上瞄準鏡’，具有‘指哪打哪’的方向性。”陳德華介紹。

　　我國超聲學(xué)領(lǐng)域幾代科技工作者從上世紀80年代就開(kāi)始探索。經(jīng)過(guò)不懈努力，近年來(lái)，中科院超聲學(xué)實(shí)驗室不斷發(fā)展低頻橫波遠探測技術(shù)，將聲波測井的探測范圍拓展到了井周數十米甚至上百米。

　　“偶極橫波遠探測的聲源相較于普通聲波測井的頻率范圍要低很多。低頻聲波衰減較小，故而能實(shí)現更遠的橫向探測距離。”陳德華說(shuō)，“同時(shí)，偶極聲源的信號存在方位差異性，采用多分量的聲波發(fā)射和接收，通過(guò)信號處理可以確定聲波反射體的方向，這就讓聲波具有了指向性。”

　　2012年，中科院超聲學(xué)實(shí)驗室成功研發(fā)出偶極子陣列聲波測井儀；2013年，開(kāi)始著(zhù)手橫波遠探測關(guān)鍵核心技術(shù)的研發(fā)；2021年底，第三代橫波遠探測成像測井儀在超深井中實(shí)現了清晰的井外地質(zhì)成像及8340米深度的探測紀錄，創(chuàng )下該類(lèi)國產(chǎn)儀器深度探測紀錄，對保障國家能源安全具有重要意義。（吳月輝）