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姜振学:点燃页岩“地火” 铸就能源丰碑

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姜振学在韩国地质矿产资源研究院作报告

长期以来,中国油气勘探对象是常规油气,而非常规油气资源的研究则近乎空白。深埋地下的页岩与致密砂岩,犹如被封存的“地火”,曾一度被视为毫无价值的岩石。

40年前,一位从吉林乡村走出的少年,将含油气盆地分析、常规和非常规油气形成与分布、常规和非常规油气资源评价等科研和教学工作作为毕生事业。他在致密砂岩气成藏机制与类型划分、页岩储层孔隙结构表征与页岩气富集主控因素与评价、页岩气富集机理与可动性评价、油气运聚门限控藏模式等领域取得了重要成果。他先后主持、参与国家自然科学基金、国家“973”计划和“八五”“九五”“十五”攻关项目以及国家重大专项等50余项科研任务,荣获省部级科技进步奖一等奖19项,连续6年入选爱思唯尔(Elsevier)“中国高被引学者”榜单,两度入选全球前2% 顶尖科学家榜单,成为全球油气资源研究的领军人物之一。

他是中国石油大学(北京)非常规天然气研究院原副院长、非常规油气科学技术研究院原副院长,中石油重点实验室油气赋存机制实验室主任姜振学。

初战告捷

突破致密砂岩理论

1963年,姜振学出生于吉林省梨树县,这是松辽平原腹地一座有着“东北粮仓”和“松辽明珠”之称的小城。他从大庆石油学院勘探系毕业的时候,我国非常规油气资源的研究亟待突破,为油气资源勘探事业奉献终身的信念,坚定了他在该领域继续深造的决心。

20世纪90年代,姜振学在中国地质大学(北京)攻读博士学位,并在中国石油大学(北京)从事博士后研究期间,敏锐地认识到中国油气工业的未来不仅依赖于新油田的发现,更在于如何有效解锁那些封存于致密岩层中的油气资源。

姜振学的科研生涯始于对致密砂岩气的系统性研究。在常规油气理论占据主导地位的时代背景下,他提出了一个具有颠覆性意义的问题:“当油气无法自由流动时,它们是如何聚集并保存下来的?”

这个问题,后来成为贯穿他科研生涯的一条主线。围绕这一核心,他带领团队创建了致密砂岩气“先成藏(浮力成藏)后致密和先致密后成藏(源储压差充注成藏)”两类成藏模式,揭示了致密砂岩气成藏机制,并建立了致密砂岩气类型划分的新框架。这一研究成果不仅直接应用于塔里木盆地库车坳陷,还指导了鄂尔多斯盆地和四川盆地油气资源勘探,为大规模非常规致密砂岩气开发提供了理论支撑。

后来,这一理论创新不仅获得学术界广泛认可,也为他赢得人生中的首个省部级科技进步奖一等奖。

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姜振学赴韩国地质矿产资源研究院学术交流留影

持续攻

助推页岩气产量增长

页岩气作为重要的战略接替资源,产量提升是我国实现“双碳”目标和能源转型、建设“美丽中国”的关键路径之一。在美国页岩气革命初现端倪时,姜振学将目光投向了这片在中国尚属空白的研究领域,从重新认识页岩开始,开启了相关基础研究工作。

过去,这种黑色岩石被认为“毫无价值”。为开辟天然气勘探新路径,姜振学率先开展了我国页岩储层孔隙结构的系统表征工作,他指导团队利用先进的成像技术和实验方法,揭示了页岩储层中复杂的孔隙网络。这些微小的孔隙,有的直径仅为头发丝的千分之一,却承载着巨量的天然气。

以此为基础,姜振学提出了页岩气富集的三大主控因素:有机质丰度、储集空间和保存条件。后来,这一理论框架成为我国页岩气勘探的基础,为四川盆地及周缘页岩气田的发现和开发提供了关键科学依据。他尤其关注页岩气的“甜点区”—富集且具备较高开发潜力的有利区带。通过多年的数据积累和模型优化,他率领团队开发出一套行之有效的“甜点区”识别方法,显著提高了页岩气勘探的成功率。

尽管理论研究至关重要,但要将非常规油气从概念转化为实际产能,仍需进行技术攻关。

为此,姜振学带领团队在页岩储层评价方面开发了多项新技术。例如,基于多尺度成像的孔隙结构表征技术,使科研人员能够直观“看到”页岩内部复杂的三维孔隙网络。在非常规油气资源的可动性评价方面,姜振学提出“资源的存在不等于资源的可采性”的观点,并系统研究了影响页岩油可动性的关键因素,建立了页岩油可动性评价的新方法。如今,这些技术已走出实验室,通过专利形式实现实际应用。截至目前,姜振学团队已授权国家发明专利30余件,这些技术在我国多个非常规油气田得到应用,产生了显著的经济效益。

在2011年之前,受海相页岩多期复杂构造演化的影响,我国海相页岩气开发面临两大挑战:优质页岩储层精细刻画与评价困难,页岩储层致密,发育纳米到微米多尺度孔隙,以往认为无储集能力,且高热成熟度条件下储层性质演化过程复杂,常规技术无法满足研究需求;页岩气成藏富集机理复杂,我国海相页岩地层时代老,经历了复杂的构造演化过程,气水赋存、运移和富集条件不清楚,北美页岩气成藏理论无法有效指导我国页岩气勘探。

面对上述挑战,姜振学团队先后投入200余名科研人员历时12年持续攻关,采用“模拟实验揭机制、学科交叉求突破、综合研究寻规律、理论实践谋创新”的研究思路,以“储层精细特征—储层演化过程—微观赋存机理—宏观富集规律”为研究主线,取得了一系列创新性的技术方法与理论成果。

“这项技术成果实现了4项关键技术创新。”姜振学介绍,首先,科研团队创新了海相页岩“孔隙结构定量识别、储集能力定量刻画、储层特征精细评价技术”;其次,科研团队创新了海相页岩“孔隙演化、润湿性演化、石墨化”储层演化过程评价技术;再次,科研团队揭示了海相页岩气藏中气水赋存状态及其竞争赋存过程,回答了页岩中气水能否共存及如何共存的难题,揭示了海相页岩气藏中气体微运移的形式、临界条件及运移能力,回答了页岩中气体能否运移及如何运移的难题,揭示了海相页岩气自封闭体系的构成和形成机制,回答了页岩中气体能否封闭及如何封闭的难题;最后,科研团队揭示了构造样式对页岩气差异富集的控制作用,构造演化对页岩气差异富集的控制作用,以及海相页岩气“生—储—保”时空匹配的成藏效应,还发现页岩“生气高峰、成孔高峰、初始抬升”时间,与“小幅度、低倾角、弱变形”空间的最佳匹配期,是页岩气成藏最佳时期。

这些创新成果实现了海相页岩气储集空间预测和富集层段优选,提升了海相页岩优质储层选区准确性,支撑了页岩气有利区分级评价,获得了多个页岩气“甜点区”商业突破,对我国进行海相页岩气勘探开发发挥了重要支撑作用。2023年,“海相页岩气富集机理与评价关键技术及应用成效”成果被中国石油和化学工业联合会评为科技进步奖一等奖。

知行合一

站在世界科研最前沿

作为中国石油大学(北京)博士生导师,姜振学在带领团队产出大量科研成果的同时,也培养了一批批专业人才,其中多人成为我国非常规油气领域的中坚力量。

秉持“严谨治学、勇于创新、知行合一”的育人理念,姜振学经常带领学生深入油田一线,直面勘探开发遇到的实际问题,让学生快速成长为能够解决实际问题的专业人才;尤其注重培养学生的国际视野,鼓励他们到国外大学或研究机构研学、参与国际合作交流,了解全球非常规油气研究的最新动态。

在担任中国石油大学(北京)非常规天然气研究院、非常规油气科学技术研究院副院长期间,姜振学还通过推动多项教育改革,加强中国石油大学在非常规油气领域的学科和人才培养体系建设,为我国非常规油气产业的可持续发展奠定了人才基础。

截至目前,姜振学团队的研究成果已成功应用于四川、塔里木、鄂尔多斯、准噶尔等多个大型盆地,推动了我国非常规油气产量的快速增长。

2023年和2024年,姜振学连续入选全球前2%顶尖科学家榜单,这不仅是国际科学界对他长期科研贡献的高度认可,也印证了中国科学家在非常规油气领域的研究已经达到世界先进水平。

作为中国地质学会石油地质专业委员会和非常规油气地质专业委员会委员、中国能源学会石油地质学专业委员会秘书长,姜振学还积极参与国际国内学术交流,多次受邀发表主旨报告,介绍中国非常规油气研究的最新进展,为全球非常规油气开发提供中国方案。

近年来,当能源转型浪潮滚滚而来,姜振学将目光投向更远的领域,开始关注非常规油气开发的环境影响和碳封存潜力,探索如何在保障能源安全的同时实现绿色发展。让深藏于地下的“石头”成为清洁能源转型的桥梁,在开采能源的同时保护生态环境,这也是关乎人类未来的共同话题。