中科院聲學所團隊不斷探索發展橫波遠探測成像測井技術

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略行動。其間累計發現17個億噸級大油田和21個千億立方米級大氣田，新形成32處非油氣礦產資源基地，主要礦產保有資源量普遍增長。

石油能源建設對我們國家意義重大，中國作為制造業大國，要發展實體經濟，能源的飯碗必須端在自己手里。端牢能源的飯碗，必須發揮科技創新第一動力作用，通過技術進步解決能源資源約束、生態環境保護、應對氣候變化等重大問題和挑戰。

近年來，中國科學院聲學研究所超聲學實驗室固體聲學與深部鉆測團隊，數十年如一日不懈探索用井下聲波來探測能源的核心技術，開發出性能更優越的井下聲學探測儀器，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，并且存在巨大風險。那么，要想找到油氣田，需要經歷哪些步驟？

中國科學院聲學研究所研究員、超聲學實驗室主任陳德華說：“找油氣田的過程，可以用傳統醫學中的‘望聞問切’四字來概括。”

首先，地質學家會進行區域概查，確定可能存在油氣田的地區和范圍。這一步相當于“望聞問切”中的“望”和“聞”；然后進行區域普查，利用人工地震方法推斷地下巖石的結構，這一步相當于“問”，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，進行區域詳查，相當于“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，還需要結合一些高科技手段，比如測井技術。”

測井被稱為“石油工業的眼睛”，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據并傳輸到地面，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行精細探測，精度能達到厘米級甚至更高。通過測井，可以確定地層的性質，進一步對地層作出準確評價，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。“相比其它幾種方法，聲波測井不僅環保，成本相對還低，更重要的是能夠獲得許多至關重要的地層巖石力學參數。”陳德華說。

圖1：聲波測井示意圖
圖片來源：中科院聲學所

國產高端聲波測井裝備，是如何研發出來的？

“從零開始”解難題，反復試驗終量產

本世紀初，世界范圍內油氣資源勘探和開發的競爭不斷升級。“當時，我們缺乏自主研發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技術。這不僅影響了我國高端聲波測井裝備的國產化，還嚴重阻礙和制約了我國油氣勘探、開采的進度。”陳德華回憶。

面對棘手難題，中科院聲學所的研究團隊迎難而上。

研究可以說是“從零開始”，團隊成員們除了能看到市面上已有換能器嵌入儀器后的“長相”，了解它可以實現的一些基本功能外，其余相關材料、結構、參數等具體信息幾乎一無所知。

此后，經過近3年的反復摸索、試驗，經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：“但是，這批換能器樣品一旦放入高溫環境中進行測試，要么整體開裂，要么壓電陶瓷破碎，導致試驗失敗了一次又一次。”