第三届青年人才培养典型案例(宗兆云、赵峦啸)

青年人才培养典型案例
——潜心钻研,研制高温高压弹性各向异性测量系统

  一、引言
  赵峦啸入选了中国科协2017-2019青年人才托举工程,近年来,在青托平台的协助下,作为团队核心成员研发设计了一套高温高压各向异性测量系统,从而可以满足岩石在压力为150MPa、温度为200oC条件下弹性性质的测量,为表征深层-超深层的地震岩石物理性质、进行深层-超深层储层地震刻画奠定了基础,也为服务于国家深层油气资源重大战略提供技术支撑。
  二、案例描述
  当前,我国油气资源对外依存度已超过了70%,国家油气资源安全供给面临巨大挑战。我国大部分中、浅层(<4500m)油气田勘探开发已进入中后期,含油气沉积盆地深部是我国未来油气资源勘探开发的战略接替区。但是,深层-超深层(油气勘探面临诸的挑战,一些关键基础科学与技术问题仍未得到解决。2016年,习近平总书记在全国科技创新大会上指出,“向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题”,因此,开展面向深层-超深层油气勘探中的基础科学问题研究,对支撑我国超深层油气勘探开发具有重大的战略意义。深层储层通常面临着上部盖层复杂、储层成岩作用显著、异常压力普遍与应力场复杂等特殊的地质环境。在这种特殊的地质环境下,油气储层的岩石骨架、孔隙结构、孔隙压力以及流体性质都将发生特殊的物理和化学变化。针对深层-超深层、面向油气勘探的岩石物理弹性性质的实验尚未开展,高温、高压如何改变岩石孔隙结构以及对流体弹性性质的影响机制目前尚不完全清楚,而相对应的地震解释岩石物理模型也基本为空白。
在高温高压各向异性弹性测量系统的调研和研发设计过程中,中国地球物理学会的青托平台提供了很好的专家建议。设计实验平台主要包括六大系统:围压控制系统、孔压控制系统、温度控制系统、信号输入输出、压力夹持密封系统、各向异性弹性测量系统。因为高温高压下测量岩石的弹性性质对声波探头、样品密封、高压柱塞泵的性能、压力密封腔的可靠性都有很高的要求,每次遇到困难时,青托的各位导师也给予很好的鼓励和帮助。我们联合在地震岩石物理领域享有世界声誉的休斯顿大学岩石物理实验室联合研发高温高压下岩石各向异性测量系统,尤其对高温条件下测量纵横波速度探头的稳定行和可重复性进行了大量试验,通过大量的试验最终找到一种能够在高温条件下仍然能够产生较好的纵横波信号的材料,完成了高温高压条件下超声测量的核心部件研制。接下来,我们在江苏海安的珂地石油仪器公司完成最后的组装,并成功搭建了高温高压岩石弹性测量系统。
  三、主要成效
  研发的测量系统相应的技术指标为150MPa(压力)200oC(温度),同时可以对样品的各向异性特征进行刻画。建成的高温高压各向异性弹性测量系统可以对一块样品的五个速度(三个纵波速度、两个横波速度)进行同时测量。深层-超深层碳酸盐岩储层的地震弹性和各向异性特征对面向深储层的地震成像、速度建模、叠前反演、定量地震解释和流体识别都具有重要意义。
  通过基础的岩石物理试验和非均质多孔岩石地震岩石物理表征相结合,赵峦啸青托执行期间一共发表了15篇SCI收录文章。其中第一作者和通讯作者共9篇, 含3篇《JGR-solid earth》、2篇《Geophysics》、1篇《Surveys in Geophysics》、1篇《Geophysical Prospecting》、1篇《Journal of Petroleum Science and Engineering》,1篇《地球物理学报》。应邀做国际会议特邀报告2次,发表了各类国际会议论文8篇,并获2018年SEG储层地球物理国际研讨会最佳口头报告奖励。此外,以第一申请人申请了6项专利,与企业合作申请多项专利。
  四、经验做法
  1) 平台的指导和助推作用:
  依托中国地球物理学会提供的青托平台,专家团队及导师对托举人的学术成长与发展路径给予指导。在实际工作遇到具体问题的时候,青托平台提供的专家资源给与了很多好的建议,有效地开拓了解决问题的思路,对托举人的科研和个人成长起到了助推作用。另外, 定期与导师进行沟通交流,可以从资深的前辈处得到很好的经验、科研指导以及职业发展建议。
2) 平台的分享和交流作用:
  通过参加中国地球物理学会的青托经验交流会和青年论坛,与学科内其他不同研究方向的托举人进行研讨和交流,启发科研思路、加强科研合作,进一步提升了平台的共建共享作用。
  五、下一步工作考虑
  总结青托执行以来的有效经验,继续利用好中国地球物理学会提供的学术分享和交流平台,拟以解决国家非均质、非常规储层地震岩石物理刻画的挑战为科研需求引擎,继续围绕着复杂含流体非均匀孔隙介质的地震岩石物理响应机理这一基本科学问题, 尊重地质过程和地质印记对岩石物理特征的控制作用,发展“下一代”非均质储层地震岩石物理刻画和表征技术。同时,以“地震岩石物理”的科研工作为支点,加强跟其他学科的交叉合作和国际交流,从而带动托举人在三全育人、学科发展、创新团队建设、社会服务等方面的工作。