我國油氣巖芯數字化工作現狀與思考

陳 敏，孟 剛，苗 琦，曲俊利，張 聰，方镕慧，王天元，陳 雪

(1.自然資源部油氣資源戰略研究中心，北京 100860；2.中國地質調查局油氣資源調查中心，北京 100083)

巖芯包含著與油氣勘探開發密切相關的豐富地質信息，是油田最重要的基礎地質資料，但由于自然條件的變化和人為因素的影響，巖芯被取至地表后會逐漸失去其原始的真實面貌，甚至破碎、滅失。隨著信息時代的到來，人們逐步開始利用信息化手段開展巖芯數字化，幫助實現巖芯信息的長久保存和遠程使用。

1 油氣巖芯數字化工作內容及常用技術方法現狀

1.1 油氣巖芯數字化工作內容

根據采集目標參數的差異，總體可以將我國常見油氣巖芯數字化工作劃分為四大類[1-2]：一是以獲取油氣鉆井巖芯外表面圖像為主要目的的表面圖像數字化；二是以獲取巖芯內部化學元素、礦物組成為主要目的的巖芯化學參數數字化；三是以獲取巖芯內部孔隙空間、孔喉結構為主要目的的巖芯物理參數數字化；四是以獲取巖芯內部孔隙分布及結構圖像來進行儲量評價等分析的微觀孔隙圖像數字化。四類油氣巖芯數字化工作中，我國目前只有表面圖像數字化的普及程度相對較高，絕大部分相關單位已開始開展相關工作，但各單位工作進展不一，少數單位油氣巖芯表面圖像信息采集程度高達90%，如中國海洋石油集團有限公司(以下簡稱“中國海油”)天津分公司等；但也有單位剛起步或完成程度較低，如中國石油天然氣集團有限公司(以下簡稱“中國石油”)大慶油田，仍有70%的庫存巖芯有待表面圖像數字化。化學參數、物理參數和微觀孔隙圖像數字化在我國的普及程度低，多是各單位因勘探開發研究等工作需要才開展少量工作。四類油氣巖芯數字化工作的常用技術方法、采集的目標參數、主要用途、常用儀器設備以及國內普及程度見表1。

表1 我國常見油氣巖芯數字化工作分類匯總及特征情況Table 1 Classification,summary and characteristics of oil and gas core digitization in China

1.2 常用油氣巖芯數字化技術方法

表面圖像數字化主要是通過圖像拍照，結合圖像剪切拼接等處理技術獲取油氣巖芯表面圖像，最常用的技術方法為白光圖像掃描和熒光圖像掃描。化學參數數字化主要是通過X射線光譜能譜分析采集巖芯光譜能譜信息，或通過X射線衍射分析技術采集巖芯礦物晶格特征，再結合數據解譯處理技術，最終獲取巖芯化學元素或礦物信息，最常用的技術方法為XRF、XRD及Qemscan。物理參數數字化主要通過CT掃描或核磁共振掃描技術采集巖芯三維結構灰度信息，再經過計算機處理和孔隙特征分析，獲取巖芯物理結構參數，常用的技術方法為CT掃描。微觀孔隙圖像數字化主要是通過高分辨率掃描電鏡分析，結合高能電子散射等技術，獲取巖芯內納米級微觀孔隙圖像，常用的技術方法為FE-SEM和FIB-SEM。目前國內各單位開展油氣巖芯數字化工作的方式主要是購買服務，即將巖芯數字化工作整體外包給相應的技術服務公司或具備油氣巖芯測試能力的實驗室。巖芯數字化設備方面，表面圖像數字化工作主要使用國產巖芯圖像掃描設備；化學參數、物理參數和微觀孔隙圖像等相對復雜的油氣巖芯數字化工作主要采用國外進口設備，雖然目前國內也有一些自研設備，但總體市場接受度和占有率較低。從表面圖像數字化到微觀孔隙圖像數字化，其工作對象越來越小，采集信息難度越來越大，成本費用和對設備的要求越來越高。雖然我國油氣巖芯數字化工作已開展了二十多年[6]，但總體發展和普及的步伐較緩，目前仍主要處于起步和探索階段。

2 油氣巖芯數字化管理現狀

2.1 現有技術標準要求

我國現行各類技術標準中，國家、行業、中國地質調查局、企業層面均有相關技術標準涉及，具體情況見表2。

表2 我國油氣巖芯數字化相關技術標準Table 2 Relevant technical standards for oil and gas core digitization in China

國家技術標準《巖心分析方法》從巖芯分析角度提及了巖芯伽馬測量與巖芯光譜伽馬測量、巖芯成像的原理、優點和應用限制等內容，但缺少對各類方法的具體操作步驟和規程等技術要求。行業技術標準《油氣井巖心掃描規范》重點從規范巖芯圖像掃描方面提出了相關技術要求，如明確巖芯圖像分辨率不小于150 dpi等，但總體內容要求比較簡單、籠統。對于油氣巖芯表面圖像掃描，國內三大石油公司均有制定相應的企業技術標準，進一步對表面圖像采集、資料處理、成果保存等技術要求進行了細化、補充和要求上的提高，如中國石油、中國海油進一步對巖芯、井壁取芯、巖屑分別提出了技術要求，中國海油、中國石油化工集團有限公司(以下簡稱“中國石化”)將巖芯表面普光掃描圖像分辨率提高至不低于300 dpi或350 dpi、熒光掃描圖像提高至不低于200 dpi[7-9]。同時，中國石油還針對利用CT圖像構建數字巖芯制定了技術標準，豐富了油氣巖芯數字化技術標準內容。中國地質調查局于2022年3月1日發布實施3項巖芯數字化地質調查技術標準，其各項操作技術要求較國家標準和行業標準更為具體，也能切合當前技術條件，但由于這3項技術標準均同時面向固體和油氣巖芯數字化，缺少油氣巖芯特有的數字化技術要求，如熒光表面圖像掃描等。

總體上，目前我國在行業、地質調查和企業層面均有相關技術標準涉及油氣巖芯數字化工作，但是主要內容和側重點有所不同。

2.2 現行管理政策要求

根據《礦產資源法》《地質資料管理條例》等制度文件，巖礦芯等實物資料屬于重要的地質資料，應按規定保護和保存。現行法律法規、制度文件中，與油氣巖芯數字化相關的政策文件情況見表3。

表3 我國油氣巖芯數字化相關管理政策匯總Table 3 Summary of management policies for oil and gas core digitization in China

根據現行管理政策要求，油氣巖芯及數字化工作管理要求的主要內容可總結概括為以下五點。一是應匯交的油氣巖芯原則上應向自然資源部(國務院地質資料主管部門)提交，由中國地質調查局自然資源實物地質資料中心(以下簡稱“實物地質資料中心”) 接收和保管[10]。二是自然資源部已委托35家單位保管油氣巖芯等原始和實物地質資料，其中33家為中國石油、中國石化、中國海油下屬的32家油氣分公司，以及陜西延長石油(集團)有限責任公司[11-12]。各石油公司應匯交的油氣巖芯可以選擇匯交至實物地質資料中心或35家委托保管單位。委托保管單位應具備一定資質條件，按照國家政策要求保存保管已匯交巖芯，并按年度向自然資源部報送匯交的實物地質資料目錄清單[13]。三是油氣巖芯資料立卷歸檔應符合《國土資源部關于加強地質資料管理的通知》和《石油天然氣地質巖心與巖屑管理規則》有關要求，如提交實物地質資料移交清單，填寫存放登記表，含油巖芯應蠟封，巖芯上標明取芯回次、巖芯塊數和塊序，巖芯箱外標明井號、井深、編號及箱號等。四是保管單位應在勘查或采礦許可證有效期及其延續期屆滿之日起30日內或匯交之日起90日內，公開礦業權人等匯交的地質資料。保護期內地質資料，可有償使用，具體由利用人與匯交人協商[14]。五是《自然資源部辦公廳關于做好巖心數字化與信息共享工作的通知》首次對固體礦產巖芯數字化工作提出了工作要求。對于油氣巖芯，只是要求中國地質調查局在油氣等重點領域發揮引領示范作用，在匯交實物資料前率先完成巖芯的圖像、礦物成分、元素濃度及物性參數等數字化，推動巖芯數據的更好共享利用[15]，這也是政府管理部門首次提及油氣巖芯的數字化工作要求。企業管理層面，各委托保管單位為做好油氣巖芯保管工作，均有在國家管理要求基礎上，結合巖芯庫實際情況和其集團公司的企業技術標準，細化制定了相應的油氣巖芯管理制度，如中國石油西南油氣田制定了中國石油西南油氣田分公司巖芯管理辦法、巖芯管理實施細則、巖芯管理操作規范等。

總體上，國家管理政策層面，目前主要側重于油氣巖芯作為實物地質資料的入庫歸檔要求，對于油氣巖芯數字化工作全國沒有統一的政策要求。

3 油氣巖芯數字化成果共享應用現狀

3.1 國家層面的共享應用情況

近年來，自然資源部高度重視地質資料信息的服務共享工作，為促進巖芯數字化信息服務，于2021年底發布和啟用了全國數字巖心平臺，向社會公開共享巖芯數字化相關資料信息。該平臺由實物地質資料中心負責建設，目前主要收錄了實物地質資料中心和各省份地質資料館相關數字化成果及信息，還未收錄各委托保管單位油氣巖芯數字化成果。目前平臺中實際展示的油氣巖芯數字化成果較少，僅顯示了一口油氣井的柱狀圖，缺少數字化相關具體成果。

3.2 企業層面的共享應用情況

目前，國內各油氣巖芯委托保管單位在開展巖芯數字化工作的同時，也均有研發巖芯數字化數據庫或信息服務平臺，用來存儲、應用展示已完成數字化的巖芯數據成果信息，多數單位還進一步將測井錄井、分析化驗、地震等信息綜合匯總到巖芯數字化成果數據庫中，搭建了一個信息更為全面、綜合的工作平臺，如中國石油大慶油田的勘探開發數據服務系統、中國石化勝利油田的巖芯綜合應用數據庫、中海油天津公司的實物地質資料信息管理系統等，可以實現線上實時查詢、瀏覽、下載，甚至連井分析、繪制地質綜合柱狀圖等功能，豐富了油氣巖芯數字化成果應用范圍的同時，實現了更加智能化的數據分析和地質繪圖功能。但是，各委托保管單位建立的油氣巖芯數字化信息平臺，僅供油田單位內部人員使用，并沒有對外開放，大多甚至沒有對同一集團公司下的其他油氣分公司進行開放共享。

總體上，國家層面和石油公司層面均已開始考慮和布局巖芯數字化成果的存儲、展示及應用等相關工作，但在共享方面仍未有效開展。

4 油氣巖芯數字化工作存在的主要問題

4.1 油氣巖芯數字化工作的基礎性保障不夠，總體普及程度較低

首先，油氣巖芯數字化專業人才隊伍保障不足，主要表現為化學參數、物理參數及微觀孔隙圖像數字化方面技術人才匱乏。因這幾類數字化工作涉及數據解譯、成果分析、參數求取等操作，對技術人員的專業背景、工作經驗等要求較高，各保管單位缺乏這方面人才，自行開展這類工作的能力不足。即使是將這類數字化工作外包，同樣面臨可選服務機構少、工作完成時間長的問題。其次，油氣巖芯數字化工作經費保障不足，主要原因有兩個，一是由于國家制度中未明確要求各石油公司應開展油氣巖芯數字化工作，目前各石油公司開展的巖芯數字化工作均屬于自主行為，經費保障程度的不確定性高；二是部分單位領導不夠重視油氣巖芯數字化工作，相應地該項工作分配到的經費往往不足。最后，油氣巖芯數字化設備保障不足，主要表現在各石油公司及相關服務機構自持高精尖油氣巖芯數字化設備少，也限制了數字化工作效率，主要原因在于這類設備主要依賴于進口，價格昂貴，對經費預算要求高。上述基礎性保障方面的不足，制約了油氣巖芯數字化工作快速推進和普及。

4.2 全國性政策及技術要求缺位，各單位工作開展情況差異大

首先，對于油氣巖芯數字化工作，目前全國層面仍沒有統一的制度文件及政策要求。面對我國大部分油氣巖芯是由委托保管單位保管的實際情況，對于各委托保管單位是否有必要開展巖芯數字化工作、應開展哪些巖芯數字化工作、應采集哪些數字化成果參數以及以何種格式保存這些參數、數字化成果是否共享及如何共享等，缺少管理政策要求。其次，全國性的油氣巖芯數字化技術標準缺位。一是油氣巖芯數字化方面行業技術標準制修訂滯后，如當前行業技術標準缺失化學參數、物理參數及微觀孔隙圖像數字化方面的內容；表面圖像數字化方面的《油氣井巖心掃描規范》(SY/T 6748—2008)制定時間久遠，其規定的不低于150 dpi的圖像分辨率等部分技術要求已明顯低于當前時代技術實際，有待修訂。二是油氣巖芯數字化方面國家技術標準缺失。國家技術標準《巖心分析方法》主要側重于油氣巖芯分析技術，不算是油氣巖芯數字化方面的國家標準。由于缺乏全國性政策及技術要求的引領，各單位對油氣巖芯數字化工作要求把握不一致，采用的巖芯數字化工作操作方法不統一，數字化成果的參數指標選取和保存格式等五花八門。

4.3 油氣巖芯數字化成果共享工作進展慢，巖芯信息應用范圍及潛力受限制

首先，我國油氣巖芯數字化成果共享成效不明顯。一是全國數字巖芯平臺上共享的油氣巖芯數字化成果內容少，這既與實物地質資料中心實際保管的油氣巖芯少有關，也與中國地質調查局于2020年才起步開展油氣巖芯數字化工作有關；二是各委托保管單位巖芯數字化結果未對外分享。其次，各石油公司主動共享其保護期內數字化成果的意愿不強，主要原因是各石油公司擔心相關資料信息的共享會引起更加劇烈的同行競爭，而選擇性地忽視信息共享可能帶來的社會價值和其自身可從中獲取的收益。最后，數字化成果全國油氣巖芯數字化成果共享應用機制仍未建立，主要表現在缺少保障共享成果單位權益、激勵單位積極共享成果等方面的措施。上述三方面因素綜合導致了我國油氣巖芯數字化成果共享進展緩慢，跨部門、跨行業、跨單位共享數字化成果的局面仍未打開，制約了巖芯數字化成果在更大范圍的應用。

5 油氣巖芯數字化管理工作的對策建議

5.1 出臺全國性制度文件，明確油氣巖芯數字化工作的管理要求

為填補國家層面油氣巖芯數字化管理政策的空缺，建議盡早研究制定全國性制度文件，明確有關管理要求，為油氣巖芯數字化工作提供政策指導和制度保障。一是明確應匯交油氣巖芯應普遍開展數字化工作，并按照不同重要程度區分應開展的數字化工作內容，如應新鉆取的油氣巖芯應廣泛開展表面圖像數字化工作，參數井重要層位的巖芯還應同時開展物理參數數字化工作，深海、極地的科探井巖芯應盡量四類數字化工作均覆蓋等，合理確定工作范圍。二是明確完成油氣巖芯數字化工作的時限要求，如新鉆井巖芯應在3個月內完成表面圖像掃描工作，在采集巖芯樣分析化驗前完成所有應開展的數字化工作；庫存巖芯應在2年內總體完成等。三是明確油氣巖芯數字化成果參數的基本要求，統一全國數字化工作數字化成果參數的類別、格式等，為導入全國數字巖心平臺、提供信息服務奠定基礎。四是明確油氣巖芯數字化成果共享的基本要求，包括應匯交油氣巖芯數字化成果共享渠道、共享程度、共享內容和共享范圍等，如實物地質資料中心和各委托保管單位對其接受保管的油氣巖芯數字化成果，除涉及國家機密及安全的，均應通過全國數字巖心平臺進行公開共享。五是提出加強油氣巖芯數字化保障措施的要求，如加強組織領導，提高領導重視程度；強化數字化人才培養，支持各單位大力度引進油氣巖芯數字化方面技術人才或加強本單位職工巖芯數字化工作技術能力水平的提升；保障工作經費，為數字化工作配套充足的資金支持等。

5.2 建立健全油氣巖芯數字化成果共享應用工作機制，更好發揮數字化成果的作用

為加速推進油氣巖芯數字化成果共享應用工作，建議建立健全油氣巖芯數字化成果共享機制，促進巖芯信息在更大舞臺發揮作用。一是充分發揮中國地質調查局的示范和引領作用。通過實物地質資料中心盡快在全國數字巖心平臺補充、上傳更多的油氣巖芯數字化成果，提供便捷的信息查詢、瀏覽及使用功能等方式，做好政府層面的數字化成果共享服務。二是加強對各委托保管單位共享巖芯數字化成果情況的監督檢查。通過在每個委托保管單位設立一名數字化工作聯絡員等方式，督促各單位及時向自然資源部報告其巖芯數字化工作及成果共享情況。自然資源部按年度對各委托保管單位工作情況進行積分制考核評估，對共享服務考核優秀的單位提供表彰獎勵及政策優待，對不及格的單位采取通報、約談、取消優待政策、甚至將其所屬集團公司列入失信名單、取消委托保管資格等懲戒措施，督促各委托保管單位履職盡責。三是保護共享成果單位的知識產權權益。嚴格要求科研機構、研究人員等在引用油氣巖芯數字化成果時，應按照“引自實物地質資料中心”“引自××巖芯庫”(引用各委托保管單位應匯交巖芯的數字化成果)“引自××公司”(引用各石油公司共享的保護期內油氣巖芯的數字化成果)的形式標注引用情況，充分體現共享單位的貢獻。四是積極引導和鼓勵各石油公司公開共享其保護期內油氣巖芯的數字化成果。通過建立全國各單位數字化成果的共享及應用情況排行榜，引導社會關注和重視各單位共享數字化成果及影響力、政府對共享成果數量和被引用次數排名靠前的巖芯保管單位及石油公司進行褒獎等措施，讓積極共享巖芯數字化成果的石油公司切實感受和享受到相應的收益，提升石油公司共享數字化成果的意愿。

5.3 加快制修訂相關行業及國家技術標準，明確巖芯數字化技術操作規程

為解決現有巖芯數字化相關國家及行業技術標準不全面的問題，建議抓緊研究制修訂油氣巖芯數字化相關技術標準，在明確油氣巖芯數字化定義和內容的基礎上，規定不同類型油氣巖芯數字化方法的操作流程、設備基礎參數、工作環境、資料處理、成果質量審核、成果命名、資料歸檔等方面技術要求，從技術上統一規范巖芯數字化工作，為保障數字化成果質量和各單位開展油氣巖芯數字化工作提供技術指導。制修訂相關技術標準過程中，一是建議根據當前技術能力，及時修訂《油氣井巖心掃描規范》(SY/T 6748—2008)中已不適宜的部分，如提高圖像掃描分辨率要求等；二是建議補充完善油氣巖芯化學參數數字化、物理參數數字化、微觀孔隙圖像數字化等方面的行業技術標準；三是充分吸收、借鑒當前已發布的中國地質調查局技術標準和石油公司企業標準。四是在各項行業標準的研究基礎之上，謀劃制定油氣巖芯數字化操作相關國家技術標準。

5.4 政策扶持高精尖設備研制及推廣，從技術上推動和保障油氣巖芯數字化工作的開展

當前國際形勢風云詭譎，貿易爭端時有發生，面對我國高精尖油氣巖芯數字化設備主要依賴于進口的實際情況，建議采取多單位聯合攻關、減費降稅等財稅政策定向扶持和支持國產高精尖油氣巖芯數字化設備的研發、制造及推廣使用，加速提升和優化我國油氣巖芯高分辨率掃描電鏡、礦物分析等設備的自研能力，推進國產油氣巖芯數字化設備的使用和普及，通過技術上的降本增效，間接地推動巖芯數字化工作由表及里、由宏觀普及逐步向微觀普及，促進物理參數及微觀孔隙圖像數字化工作普及程度的提高，同時減少對國外設備的依賴性，避免今后在數字化設備及相關技術上面臨“卡脖子”的情況。