馬中良

我國油氣增儲上產(chǎn)的一個重要領(lǐng)域疊合盆地經(jīng)歷了多次構(gòu)造改造、多期生烴、多期成藏、高溫高壓，使得油氣成藏歷史與油氣分布極為復(fù)雜，傳統(tǒng)的技術(shù)方法難以有效再現(xiàn)其復(fù)雜的油氣成藏過程，制約了對油氣藏分布規(guī)律的認(rèn)識及大油氣田的進(jìn)一步勘探發(fā)現(xiàn)

近年來，結(jié)合智能化制造技術(shù)，石勘院無錫石油地質(zhì)研究所石油地質(zhì)實驗儀器研發(fā)團(tuán)隊又研制了“烴源巖有效性動態(tài)定量評價儀”等成烴評價類儀器10余臺（套），揭示了有機(jī)質(zhì)與油氣形成賦存機(jī)制，研發(fā)烴源巖有效性評價的關(guān)鍵實驗技術(shù)和定量評價方法，有效解決了烴源巖評價“品質(zhì)好不好、油氣有多少、常規(guī)與非常規(guī)油氣資源找什么”的關(guān)鍵難題，為油田企業(yè)落實不同油氣資源類型優(yōu)質(zhì)規(guī)模儲量、探索“三新”領(lǐng)域和實現(xiàn)效益開發(fā)提供了有力支撐

聚焦深層油氣生、排、運、聚等關(guān)鍵地質(zhì)過程，依托國家自然科學(xué)企業(yè)聯(lián)合創(chuàng)新基金，團(tuán)隊成功研制源—儲協(xié)同成烴成藏物理模擬儀，實現(xiàn)了依據(jù)埋藏史，智能化動態(tài)模擬疊合盆地近萬米條件下的油氣成烴成藏動態(tài)演化過程，各項指標(biāo)優(yōu)于國內(nèi)外同類儀器

科學(xué)儀器是科學(xué)家探索未知領(lǐng)域的“眼睛”，因其精密程度高、從理論模型到技術(shù)路線再到機(jī)械制造的鏈條長，常被比作高端制造業(yè)皇冠上的明珠。習(xí)近平總書記在2018年7月13日召開的第二次中央財經(jīng)委員會會議上強(qiáng)調(diào)，“關(guān)鍵核心技術(shù)是國之重器，要培育一批尖端科學(xué)儀器制造企業(yè)”。

在油氣勘探領(lǐng)域，油氣的生成與聚集過程對于準(zhǔn)確認(rèn)識和預(yù)測油氣藏的分布至關(guān)重要，直接影響勘探成功率和投資回報率。但油氣的形成，畢竟是億萬年前已經(jīng)發(fā)生的過去時，因地質(zhì)演化與改造的復(fù)雜性，要重構(gòu)、還原和認(rèn)識整個過程，談何容易！科學(xué)儀器，作為一種正演研究的關(guān)鍵手段，屬于以小見大、見微知著、窺一斑而知全豹，貫穿于成盆、成烴、成藏的各個環(huán)節(jié)，再現(xiàn)地下溫度、壓力、巖性和構(gòu)造變化等不同條件下油氣生成、運移、聚集、保持與破壞的過程，在油氣成烴成藏機(jī)制與主控因素分析研究中發(fā)揮著重要作用。

國內(nèi)外成烴成藏實驗儀器發(fā)展現(xiàn)狀

油氣成烴領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的就是生排烴熱壓模擬實驗裝置，主要理論基礎(chǔ)和原理是隨著溫度的增加，有機(jī)大分子可以分解成有機(jī)小分子。自20世紀(jì)60年代以來，基于有機(jī)質(zhì)熱演化的化學(xué)動力學(xué)（時溫補(bǔ)償）原理，建立了各種生烴模擬實驗裝置。最具代表性的如法國萬奇公司生產(chǎn)的Rock-Eval巖石熱解評價儀和美國HAWK研發(fā)的頁巖分析儀，在快速加熱的條件下可獲取烴類生成的潛力，具有經(jīng)濟(jì)、快速等特點。同時，德國工程院院士Brian Horsfield開發(fā)GeoS4公司獨家代理生產(chǎn)的小體積密閉生烴模擬裝置（MSSV）、美國加州理工大學(xué)與中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所研制的黃金管—高壓釜限定體系、美國地質(zhì)調(diào)查局研發(fā)的密閉金屬高壓釜體系，測定不同類型烴源巖的最大生烴量，在油氣成因機(jī)理研究和油氣資源評價方面，在不同時期都發(fā)揮了重要作用。

油氣成藏領(lǐng)域的模擬研究，主要包括流體與儲集巖間的相互作用模擬和不同尺度的油氣運聚、充注成藏模擬兩大方面。主要采用人工制備材料或真實儲層巖芯，放置于一定溫度、壓力控制的夾持器內(nèi)，配制相應(yīng)的地層流體或模擬油氣在一定壓力下充注的過程，觀察分析儲集巖物性變化和含油氣飽和度變化。代表性儀器包括高溫高壓流體—巖石相互作用模擬裝置、二維油氣運聚成藏模擬實驗裝置等。隨著致密油氣等非常規(guī)油氣的勘探開發(fā)，微觀領(lǐng)域油氣運聚成藏機(jī)制成為研究的焦點。中國石油大學(xué)（北京）油氣資源與工程全國重點實驗室與德國蔡司公司聯(lián)合研制了非常規(guī)油氣成藏模擬實驗裝置，可三維在線展示致密砂巖、頁巖中油氣的聚集過程及聚集特征，為微米級孔隙網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)油氣賦存特征研究提供技術(shù)支持。

在關(guān)鍵科學(xué)儀器國產(chǎn)化、產(chǎn)業(yè)化緊迫形勢下，國內(nèi)科研院所、企業(yè)、高校紛紛投入成烴成藏科學(xué)儀器自主研發(fā)，掀起了科學(xué)儀器研發(fā)與應(yīng)用的熱潮。然而，我國油氣增儲上產(chǎn)的一個重要領(lǐng)域疊合盆地經(jīng)歷了多次構(gòu)造改造、多期生烴、多期成藏、高溫高壓，使得油氣成藏歷史與油氣分布極為復(fù)雜，給我國油氣勘探帶來了極大的困難。傳統(tǒng)的技術(shù)方法難以有效再現(xiàn)其復(fù)雜的油氣成藏過程，制約了油氣藏分布規(guī)律的認(rèn)識及大油氣田的進(jìn)一步勘探發(fā)現(xiàn)。

中國石化成烴成藏實驗儀器研發(fā)與實踐

秉承“需求導(dǎo)向—理論研究—儀器研發(fā)—生產(chǎn)應(yīng)用”一體化的科研思路，中國石化石油勘探開發(fā)研究院（以下簡稱“石勘院”）無錫石油地質(zhì)研究所石油地質(zhì)實驗儀器研發(fā)團(tuán)隊基于“科研自信自立、高精尖儀器國產(chǎn)化”的創(chuàng)新要求，自2005年以來，經(jīng)過大量研討論證，反復(fù)推敲數(shù)學(xué)模型、物理模型和機(jī)械設(shè)計方案，經(jīng)過反復(fù)試驗，印證數(shù)據(jù)揭示生排烴過程重建的準(zhǔn)確性，于2011年成功研發(fā)出第一臺技術(shù)較為成熟的地層孔隙熱壓生排烴模擬實驗儀。該技術(shù)儀器成為石勘院榮獲2016年國家技術(shù)發(fā)明二等獎成果的一個重要發(fā)明點，之后在不斷應(yīng)用中完善參數(shù)、在改進(jìn)中提升自動化水平。

近年來，結(jié)合智能化制造技術(shù)，團(tuán)隊又研制了烴源巖有效性動態(tài)定量評價儀等成烴評價類儀器10余臺（套），大大拓展了該技術(shù)系列的應(yīng)用廣度，受到業(yè)界廣泛關(guān)注和歡迎，滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)的科研實驗，也為石勘院服務(wù)油氣勘探開發(fā)作出了應(yīng)有的科技貢獻(xiàn)。

基于這些科學(xué)儀器，在中國石化“十三五”油氣資源評價期間，團(tuán)隊積極支撐項目組在參數(shù)選取、生烴量計算、富集規(guī)律分析等方面作出科學(xué)回答，發(fā)揮了重要作用。針對“十四五”資評項目（中國石化重大項目）新要求，團(tuán)隊立足油氣系統(tǒng)立體勘探、效益勘探，以生烴為主線，正演與反演相結(jié)合，深化重點領(lǐng)域烴源巖生—排—滯烴機(jī)制與品質(zhì)評價，依據(jù)大量的生排烴模擬實驗，現(xiàn)已形成不同類型海、陸相烴源巖系列生—排—滯油氣定量模型。揭示有機(jī)質(zhì)與油氣形成賦存機(jī)制，研發(fā)烴源巖有效性評價的關(guān)鍵實驗技術(shù)和定量評價方法，有效解決了烴源巖評價“品質(zhì)好不好、油氣有多少、常規(guī)與非常規(guī)油氣資源找什么”的關(guān)鍵難題，為油田企業(yè)落實不同油氣資源類型優(yōu)質(zhì)規(guī)模儲量、探索“三新”領(lǐng)域和實現(xiàn)效益開發(fā)提供了有據(jù)有力的支撐。

聚焦深層油氣生、排、運、聚等關(guān)鍵地質(zhì)過程，依托國家自然科學(xué)企業(yè)聯(lián)合創(chuàng)新基金，團(tuán)隊成功研制源—儲協(xié)同成烴成藏物理模擬儀，實現(xiàn)了依據(jù)埋藏史，智能化動態(tài)模擬疊合盆地近萬米條件下的油氣成烴成藏動態(tài)演化過程，各項指標(biāo)優(yōu)于國內(nèi)外同類儀器，相繼在美國、加拿大、德國等國家進(jìn)行了專利布局?；凇暗刭|(zhì)模型—實驗原理—模擬過程—揭示機(jī)理”的研究思路，團(tuán)隊堅持地質(zhì)與實驗相結(jié)合，深化海相烴源巖大埋深、高壓力條件下的生烴演化模式，揭示古老烴源巖成烴作用機(jī)制及深層油氣相態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律，明晰了超深層液態(tài)烴的保存的關(guān)鍵地質(zhì)因素，建立了超深層原油保存能力評價方法?；诖朔椒?，定量評價了塔里木盆地順托果勒地區(qū)早期充注原油的保存能力，指出順北地區(qū)獨立油相消亡的深度下限可達(dá)萬米，給塔里木盆地“深地工程”吃了一顆烴源的“定心丸”。針對四川盆地茅一段富有機(jī)質(zhì)碳酸鹽巖烴源巖非常規(guī)天然氣的形成，定量揭示從低熟到高—過成熟全演化階段泥灰?guī)r的油氣形成和儲集空間動態(tài)演化過程，明確了生烴和儲集配置較好的有利演化階段，研究成果為四川盆地棲霞組、石牛欄組、寶塔組等碳酸鹽巖非常規(guī)天然氣藏的勘探開發(fā)提供了新的地質(zhì)參考案例。

成烴成藏實驗儀器未來發(fā)展趨勢

當(dāng)前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革方興未艾，全球科技創(chuàng)新進(jìn)入了空前密集的活躍期，科學(xué)技術(shù)正以前所未有的力量驅(qū)動著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展。誰擁有先進(jìn)的科研儀器，誰就能在當(dāng)代科學(xué)研究中掌握主動權(quán)和話語權(quán)。以美國、德國等為代表的國家，在這方面具有獨特的優(yōu)勢，在很多產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域處于引領(lǐng)和壟斷地位。我國工業(yè)母機(jī)國產(chǎn)化、裝備生產(chǎn)線國產(chǎn)化、核心零部件國產(chǎn)化、科研儀器國產(chǎn)化，都還有很多的課要補(bǔ)、很長的路要趕，還需要付出極其艱巨的努力。

黨和國家要求我們持續(xù)加大油氣勘探開發(fā)力度，保障國家能源安全，從高質(zhì)量發(fā)展來看，就是要在找油找氣、增儲上產(chǎn)中蘊含更多的科技含金量、體現(xiàn)更多科技工作者的貢獻(xiàn)。超深層常規(guī)油氣、致密油氣、頁巖油氣等領(lǐng)域地質(zhì)條件異常苛刻復(fù)雜，對勘探開發(fā)提出了更大的挑戰(zhàn)，需要不斷逼近深部高溫高壓極限條件。從微觀研究角度來看，要持續(xù)攻關(guān)微區(qū)、原位、在線實驗分析技術(shù)，不斷追求全過程動態(tài)描述的實驗儀器。利用高時間分辨率的圖像和譜圖技術(shù)來展示實驗全過程，打開實驗的黑箱，探索地下油氣藏。借助激光、電子束、離子束等微區(qū)手段，綜合運用多項技術(shù)開展原位在線分析，基于分析微區(qū)內(nèi)化學(xué)信息、組分結(jié)構(gòu)等變化和差異，探討油氣成烴成藏機(jī)理。

聚焦以上目標(biāo)導(dǎo)向和問題導(dǎo)向，需要持續(xù)加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，以探索的思想建立新方法，以轉(zhuǎn)化的思維應(yīng)用新技術(shù)，推動關(guān)鍵科學(xué)儀器研發(fā)升級與國產(chǎn)化研發(fā)，發(fā)展關(guān)鍵核心技術(shù)，向深地深海和更為復(fù)雜的地質(zhì)條件進(jìn)軍，助力我國油氣勘探不斷取得新突破。

作者系中國石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所副總工程師、實驗研究中心經(jīng)理