非常规天然气勘探的“秘密武器”：用数字技术给岩心做纳米级扫描｜进击的实验室

天然气，这个深埋在地下多孔隙岩层中的自然馈赠，通过亿万年的孕育不断幻化成人间烟火。几十年来，科研人员集智慧与努力寻找更多天然气，并通过数字技术试图看清岩石内部纳米级结构，开启与微观世界的“对话”。

4月8日，我国首次在距今5.4亿年的寒武系页岩地层中，钻获了具有商业开发价值的高产工业气流。此次重大突破背后，“数字岩心”技术立了大功，科研人员通过获取岩心数据，分析地质结构进行页岩储层评价，为该井的成功勘探提供了重要基础资料。

随着页岩气为代表的非常规气成为天然气生产的主力军，岩心数字化分析工作越来越在勘探领域发挥重要的支撑作用，这正是油气行业新型工业化发展的生动缩影。4月17日，封面新闻记者走进中石油西南油气田页岩气研究院“数字岩心”实验室，揭开页岩气勘探开发“秘密武器”的神秘面纱。

西南油气田页岩气研究院“数字岩心”实验室

给岩心做纳米级扫描

深入页岩微观孔隙发现油气富藏

在成都府南河边，“数字岩心”实验室就“藏在”西南油气田页岩气研究院内，虽然实验室面积不大，但里面的设备可以说是行业中的“高精尖”。 记者穿上鞋套走进实验室，科技感十足的各种设备呈现在眼前，穿着白衣大褂的一名科研人员把1平方厘米的岩心样品放置于氩离子抛光设备中，调整参数按下启动键，机器便开始自动运作。

“经过设备氩离子抛光后，岩心表面高低起伏差只有纳米级别了”，不久后，科研人员便开始通过实验室最先进的高分辨率场发射扫描电镜，给已抛光的岩心样本进行高精度扫描。

神奇的事情发生了，这块只有指甲盖大小的岩心肉眼所见一片漆黑，但在镜头之下呈现出来的是“一片汪洋”，“微观世界下全是我们想象不到的形貌构造，你看这块岩心遍布着蜂窝状孔隙，这些孔隙大小只有几埃米至几百纳米，相当于头发丝直径的1/10000，天然气就藏在这些孔隙之中”，实验室相关负责人罗超博士对记者说道。

罗超博士和90后科研人员进行科研交流

数字技术的扫描，能清楚地识别出矿物、有机质和孔隙等图像信息，科研人员再结合一定的算法处理，提取相应的微观孔缝网络特征，并重构形成三维模型进行后期数值模拟等，罗超博士向记者介绍，以往的“电子显微镜”只能看单视域扫描，视域大小与分辨率无法兼顾，现在这个设备实现了大视域条件下还能有高分辨率的效果。

科研人员正在观察岩心抛光情况

“特别是油气风险勘探中，因为资料不足，可靠性比较弱，所以岩心样品分析对于一口井的评价有着至关重要的作用，也对区域的勘探开发提供了基础指导”，罗超博士说。

打通地质工程一体化

支撑页岩地层中钻获高产气藏

2022年初，“数字岩心”实验室启动运行，罗超博士带领90后储层攻关团队完成了技术攻关，并形成完善样品前处理、扫描、数据处理和分析的工作流程。一年多的时间，实验室已经支撑了四川盆地多口页岩气探井和评价井的论证、跟踪和效果分析。

不久前，我国页岩气勘探又有新的突破。西南油气田部署在四川盆地的资201井在测试过程中，稳定日产气量达到了73.88万立方米，创造全球寒武系页岩气井测试产量新高，这也是全球首次在寒武系的页岩储层测试获高产工业气流。初步估算，单井可采储量超过1.7亿立方米，可满足100多万户家庭1年的用气需求。

扫描设备可以看到纳米级岩石孔隙

如果说页岩气藏在数不尽的纳米级的孔隙中，如何才能有效获取这些天然气？

在资201井的勘探过程中，罗超博士带领储层攻关团队首先做了地质上的分析，“通过岩心的数字化分析，我们可以判断这口井储层品质最好的位置在哪里，根据这些参数，再做地质工程一体化设计，在实施过程中也可以根据我们提供的参数，针对性地做调整”。

罗超博士告诉记者，页岩气勘探开发是国际难题，特别是深层页岩气钻井温度超过140度，压力超过80个兆帕，“但是我们做了岩心地质分析后得出了很好的结论，发现它储层品质优，具备高产能力，最终在资201井上也得到了验证”。

从宏观到数字化微观

让非常规技术应用成为常规做法

页岩气属于天然气的一种，通常滞留在页岩纳米孔隙中，因此开采难度大，并被称为非常规气。数据显示，四川盆地天然气产量位居全国第一，未来非常规气对推动川渝地区国家天然气千亿立方米级产能基地建设，拉动区域经济社会发展，保障能源安全具有战略性意义。

从页岩气井取回的岩心样品

“我们最初研究页岩气以来，数字科研几乎不曾想象，以往都是通过宏观标准或者经验判断，设备及数据处理也都只是半自动化，并且许多研究需要依靠外界的力量”，2015年，罗超博士开始深深地感受到，必须要用微观扫描技术，非常规的手段来做非常规的事情，并形成一套自己的方法。

经过几年的筹备，如今该实验室已成功运行，并有效支撑了页岩气井位部署、井位论证、跟踪评价、储量提交和开发方案编制等生产任务，极大程度缓解了对外技术依存度。

数字岩心技术也不止于实验室的物理范围内，因为数据是可以永久保存、重复利用的，罗超博士表示，他们正在建立一个可以共享的数字化平台，针对勘探面临的难点、痛点、堵点，也会联合国内同行实验室做对比研究，支撑四川盆地页岩气勘探开发，引领行业发展。

“为什么勘探成功率高，这跟我们这个技术是必不可分的！”未来3—5年，罗超博士希望这套看起来非常规的方法也能变成一套常规模式，不断地应用到非常规油气勘探开发的大场面中。