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     用开放形成倒逼机制,用开放带动新一轮改革 

      

      

     

    2014年9月18日,上海自贸区用3张桌面向总理展示负面清单管理的探索:绿色桌面堆满改革前限制措施的186份文件,蓝色桌面摆着被调整的151份文件,橙色桌面上是目前留存的35份文件。总理指着空出大半的橙色桌面说,要继续压缩负面清单,给市场“让”出更大空间! 

     

      世界著名速递公司联邦快递的董事会主席施韦德,获得了中国总理李克强一个承诺:中国会更加广泛、有序地开放市场,让物流业形成更加公平竞争的市场。 

     

      当然,他同时也得到李克强一个善意提醒:要充分做好与中国同行竞争的心理准备。 

     

      这是发生在2014年3月举行的中国发展高层论坛年会上的一幕。 

     

      半年后,李克强总理主持召开的一次国务院常务会议上,决定全面开放国内包裹快递市场,对符合许可条件的外资快递企业,按核定业务范围和经营地域发放经营许可。 

     

    “进一步开放国内市场,让国内外快递企业同台竞争,有利于倒逼国内企业更好改善经营管理、提升服务水平,让广大消费者有更多选择。”李克强明确说道。 

     

    过往的国务院常务会议中,这样的情形并不鲜见。截至目前,至少有13个议题直接与“开放”相关。 

     

      开放,与改革一样,成为本届政府的最鲜明的标签。召开常务会的国务院第一会议室,敞开着通往世界的大门。 

     

    ■ 关起门来发展的结果就是保护落后 

     

      观察这扇大门,可以选择2014年4月30日,当天常务会议的一项议题是部署支持外贸稳定增长和优化结构等有关工作。 

     

    会上,李克强明确要求将便利化通关政策的表述由“继续推进试点”改为“全面推进”。“我们要加快改革进程。‘一次申报、一次查验、一次放行’的政策就别再‘试点’下去了,要直接‘全面推进’,为企业提供更多便利。”他这样强调。 

     

      观察这扇大门,也可以选择2014年9月29日,当天常务会议的一项议题是确定加强进口的政策措施,促进扩大对外开放。 

     

    “过去有人总觉得,要关上贸易大门,好像这样才能保护我们的工业。”李克强指着手里的文件强调,“但事实上,关起门来发展的结果就是保护落后。要真正让企业‘走出去’,在开放中提高创新能力和竞争力。” 

     

      观察这扇大门,还可以选择2015年6月10日,当天常务会议的一项议题是部署促进跨境电子商务健康快速发展,推动开放型经济发展升级。 

     

    “跨境电商不是简单的‘国内老百姓买国外商品’,大量的是企业进出口业务,是用‘互联网+外贸’,实现‘优进优出’,带动实体店和工厂的发展,同时也会有力地促进就业。”李克强说。 

     

    “优进优出”是李克强总理根据国际经济深刻变化所提出的应对战略。他指出,要推动中国外贸从过去“大进大出”转向“优进优出”,形成开放型经济新格局。这有利于培育对外开放新优势,使中国经济和世界经济在更高层次上深度融合。 

     

    ■ 负面清单逐步减少,大大提升了自贸区的开放度

     

      许多关心中国经济的人都记得2013年7月3日,那天的国务院常务会议通过了《中国(上海)自由贸易试验区总体方案》,这被视为中国将进一步扩大对外开放的重要信号。 

     

      一年多以后,2014年12月12日的国务院常务会议公布,中国将在广东、天津、福建特定区域再设三个自由贸易实验区。 

     

      这并不是一个简单的增量变化,其深远意义在于,由上海自贸区探索带来的政府职能转变与扩大开放的举措正在全国范围内推广。 

     

    李克强总理明确指出:“我们要用开放扩大内需,用开放形成倒逼机制,用开放带动新一轮改革。” 

     

    在2014年夏季达沃斯的开幕致辞中,李克强详解本届政府开出的三张“清单”:政府要拿出“权力清单”,明确政府该做什么,做到“法无授权不可为”;给出“负面清单”,明确企业不该干什么,做到“法无禁止皆可为”;理出“责任清单”,明确政府该怎么管市场,做到“法定责任必须为”。 

     

    他明确表示,中国在上海搞自贸区试验,探索准入前国民待遇加“负面清单”管理模式,这意味着向外资更多地开放,实行对内外企业一视同仁的开放。同时,政府要靠“权力清单”和“责任清单”来保证市场竞争是讲信用的、公平的、合理的。 

     

    有研究者注意到,2015年版自贸区“负面清单”包含122项特别管理措施,而2013年我国首份“负面清单”则包含190项,2014年减为139项,“负面清单的逐步减少,大大提升了自贸区的开放度”。 

     

    “自贸区是重要的顶层设计探索,意义堪比中国上世纪80年代沿海开放战略、1992年邓小平南巡、2001年加入WTO的三次扩大开放。”有媒体这样评论。 

     

    ■ 用开放倒逼改革,促进国内企业在国际市场上转型升级,提高竞争力 

     

      

      

    3月23日,国务院总理李克强在北京人民大会堂会见来华出席中国发展高层论坛2015年年会的境外代表,并同他们座谈交流。李克强指出,中国政府正在推进新一轮高水平对外开放。我们将继续放宽市场准入,重点扩大服务业开放,同时加强知识产权保护,为外商营造稳定透明的政策环境、高效规范的行政环境和公平竞争的市场环境。中国对外开放的大门会越开越大。希望在华外资企业把握中国经济发展大势,共享中国发展机遇,实现共同发展。新华社记者 庞兴雷 摄 

     

      2015年3月,时隔一年,李克强总理再次会见来华出席中国发展高层论坛年会的境外代表。 

     

      面对世界500强企业负责人、诺贝尔经济学奖得主、国际知名经济评论员等,总理表示:中国政府正在推进新一轮高水平对外开放,将继续放宽市场准入,重点扩大服务业开放,同时加强知识产权保护,为外商营造稳定透明的政策环境、高效规范的行政环境和公平竞争的市场环境。 

     

    “中国对外开放的大门会越开越大。”李克强承诺。 

     

    而在国务院常务会议上,总理反复强调“开放”之于中国经济的战略意义。就在决定全面开放国内包裹快递市场的那场常务会上,他讲起自己一周前在上海自贸区考察时的经历。他强调,中国未来发展必须进一步扩大开放,“要用开放倒逼改革,促进国内企业在国际上转型升级,提高竞争力”。 

     

    “中国人勤劳、有智慧,也有自信。在新业态快速发展的情况下,既要促进我们的企业与外国企业在国内同一起跑线上公平竞争,也要支持我们的企业走出国门与外国企业公平竞争。”李克强语重心长地说道,“中国经济长期保持中高速增长、迈向中高端水平,必须统筹国际国内两个大局,利用好国际国内两个市场。” 

    国务院常务会议回顾解读(二):开启新一轮高水平对...

    地图作为国际三大通用语言之一,是人们认识世界、改造世界、从事社会活动的重要工具,是社会文化现象的一部分。可以说,人们日常的出行、工作、旅游、学习都离不开各式各样的地图产品。

    地图通过丰富的线条、颜色、符号和文字等信息,描绘出地表的整体风貌,可是你知道它是怎么制作的吗?

    早在1700多年前,我国古代制图学家裴秀就提出了“制图六体”理论,通过分率(比例尺)、望准(方位)、道里(距离)、高下(地势起伏)、方邪(倾斜角度)和迂直(河流、道路的曲直)等理论总结了地图制作的经验和方法。裴秀的“制图六体”对后世制图的影响十分深远,直到明末西方的地图投影方法传入中国,中国的制图学才迎来再次革新。

    如今,一张纸质地图的制作需要通过测、编、绘、印四个步骤,下面就为大家详细介绍一下吧!

    第一步“测”

    地图制作的第一步是“测”,主要目的是获得地物的位置信息。由于地球并不是一个正圆体,其表面高低起伏变化大,确定地面点的位置,需要建立统一的坐标系,确定它的水平和高程的零点,也就是起算点(X、Y、Z)的(0、0、0)点。其中,大地原点是经纬度的起算点和基准点,水准原点是高程的起算点和基准点。在我国地图测量的起算点中,大地原点在陕西省永乐镇,水准原点在青岛。

    我国当前使用的最新国家大地坐标系是2000国家大地坐标系,其原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心 ,是 测制国家基本比例尺地图的基础。

    确定坐标系统之后,利用各种测量仪器、传感器以及集成系统,对自然地理要素或者地表人工设施的形状、大小、空间位置及其属性等进行测定、采集,并且通过关联各类型地物要素(如地貌、水系、植被和土壤等自然地理要素,居民地、道路网、通信设备、工农业设施、经济文化和行政标志等社会经济要素),形成基础地形图或基础地理信息数据库。

    目前获得地物空间地理信息的方式主要有外业测量、航空遥感测量、街景采集、无人机航拍、三维激光扫描等,由于获取信息的方式日趋多样便捷,所以数据的类型也更加丰富。

    第二步“编”

    地图制作的第二步是“编”。通过测量获得各类数据和信息后,如何在此基础上制作成各类用途的地图呢?这就需要为地图的绘制设计规则,并且遵循相关地图编制行业规范。

    编制中,根据实际工作需要,首先要确定地图制图区域和尺寸大小。

    制图区域关系着地图内容的范围大小和制图核心,一般有全国、省、市域、县域和城区范围,有时还会因工作需要定制特定区域范围的地图。

    尺寸大小关系着地图的载体大小和应用场景,一般有全开、对开、4 开、8 开、16 开等常规尺寸。景区旅游地图通常采用 2 开或 4 开的尺寸,这样更方便携带和手持查看,办公挂图或作战图则采用全开或更大尺寸,便于更全面详细地展示图中各类地理要素。

    不同的制图区域和地图尺寸决定了地图的比例尺大小,也同样决定了地图内容的详细程度。比如,一张实际比例尺为 1:3200万的中国地图,图中表示内容主要有省、自治区、直辖市界线,特别行政区界线、省级行政中心等信息。一张实际比例尺为 1:1600 万的中国地图,与 1:3200 万的中国地图相比,在内容上增加了地级市行政中心、县级行政中心等信息。

    一张实际比例尺为1:740万的城区地图,与1:1600万的中国地图相比,在内容上增加了地区界以及更多的县级行政中心。

    在尺寸不变的情况下,表示区域范围越小,比例尺就越大,地图所能展示的内容就越详细。

    其次是确定地图的内容表示。

    除了基础地图外,根据需要还会编制专题性地图,地图内容的主次信息表达会更加分明,地图设计的层次感也会更加强烈。

    最后是确定地图表达方式。地图的表达方式主要包括数学基础、地图符号、图例和图面视觉效果设计四个方面。数学基础设计即地图投影、制图网格密度及地图比例尺的设计。地图符号设计是专题地图中最重要的部分,具有科学性、准确性、实用性、艺术性。图例是地图上使用符号的归纳和地图内容的必要说明,便于读图和理解地图内容。图面视觉层次主要体现在专题要素突出、有层次差别。地图构图要保证地图主题得以充分表现,图名、图例、比例尺、文字说明、图片、图 表、附图等共同组成一个和谐的整体。

    第三步“绘

    地图制作的第三步是“绘”,就是依照设计好的规则利用数据成果绘制成地图。在传统制图时代,制图者使用专业绘图工具以手工绘制的方式制作地图,制作一张地图往往需要大半年时间。由于传统地图制作工艺复杂 、耗时较长,所以每一幅地图都十分珍贵。在古代,通常能使用地图的都是帝王,甚至大部分官员都没有资格使用地图。

    不过,到了数字化制图时代,依靠地理信息数据库进行数据提取、综合取舍、分层符号转化、图外整饰,可以更加便捷地实现地图数字化绘制。

    第四步“印”

    地图制作的第四步是“印”。地图绘制好之后,在印刷出版前,需要按照相关法律法规通过自然资源部门的地图审核,审核通过的地图 ,就可进行制版印刷了。

    通过以上四个步骤,最终我们才能看到一张精美的地图。所以,一张地图的诞生并不简单,它的背后凝聚着测绘专业人士的汗水和智慧。

    随着科学技术的发展,地图的内容、形式、载体也在不断变化,除了传统纸质地图,目前还有电子地图、手机地图、互联网地图等各类地图产品,它们以各自独特的方式服务于城市建设和人民生活。

    一张地图这样诞生

    蔡家品,教授级高工,自然资源部中国地质调查局北京探矿工程研究所(以下简称探矿工程所)海洋地质调查钻探室(金刚石钻头技术研发中心)主任。

    他不认为自己有什么“远大抱负”,“碰到问题就解决问题,这就是工作的最大意义。”然而,就是这样一个自认为“没有抱负”的人,却被评为中国地质调查局杰出人才。

    在中国的油气钻探领域,蔡家品的名字几乎就是一张名片,不认识他的人很少。地质人长期在野外工作,身上难免会有些江湖习气。在油气钻探这个江湖中,大家都直呼他“老蔡”,钻探过程中遇到难以解决的问题,想到的总是“赶紧把老蔡喊来”。

    蔡家品一直致力于钻具的研究,他带领团队研制的海洋地质调查取样工具及天然气水合物保温保压取样钻具,解决了我国在深水及超深水取样难的问题,均为国内首创,具有自主知识产权,填补了国内空白,打破了国外在该领域的技术垄断,为我国在海洋地质调查、资源勘查(含天然气水合物勘查)及工程勘察提供了技术支撑。

    此外,团队研制的孕镶金刚石钻头,有效解决了在地质及油气勘探开发中,钻头寿命短和机械钻速低的难题。特别是大直径的孕镶金刚石钻头,已成功替代国外同类产品,成为国内施工方的首选。

    在项目实施技术创新研发中,蔡家品始终重视青年技术人员的成长,强调团队意识,已初步建设一个在碎岩工具和海洋取样技术方面(特别是海洋天然气水合物取心技术方面)技术一流、凝聚力和战斗力强的优秀团队。

    最初的追求是跳出农门

    约访蔡家品,是一件并不容易的事。记者从约访到采访成功,经历了40多天的时间,因为他实在太忙,总在野外帮地勘单位处理一些钻探上的难题。可以说,在钻探领域,他已经“玩”得风生水起,很难有时间歇息。

    那天,记者好不容易“逮”着他了,见面时的蔡家品,不免显得有些疲惫。但即使是这样,记者也不可能放过这难得的机会。

    老蔡也乐于奔跑,手机一响,立刻就打包走人往机场赶,一年到头在办公室也待不了几天。这样的生活状态,他早已经习惯了。就像他说的,在北京待上几天没有电话接,心里反而空空的,有点儿无所事事的焦虑。

    这就是蔡家品,一个忙碌得坐不住的人,一个把忙碌当乐趣的科技工作者。

    实际上,就像许许多多农村长大的孩子一样,要说那时有什么崇高的理想和追求,未免有些虚伪,发奋念书的目的就是为了跳出农门。蔡家品来自湖北农村,之所以认为自己没有远大的抱负,也是基于同样的目的。“只要是拿工资吃饭,在农村人看来就是有出息了,再说农村长大的十几岁的孩子,没有什么见识,谁会去计划将来会干什么呀。”

    海上作业中的蔡家品

    就是因为没有什么崇高的理想和抱负,1984年,蔡家品高考结束,加之分数不算太高,高中的授课老师让他填报个地质类的专业,说这样容易录取,将来也好找工作。于是,他就听了老师的,填报了成都地质学院探矿工程专业。从此,他便与探矿工程结下了不解之缘。

    在大学学习期间,蔡家品越来越觉得这个专业很有意思,因为年轻人都有一种放浪的心理,将来毕业了,可以一天到晚泡在野外,纵情于山水,诗意而又浪漫,多美的差事呀。于是,他发奋学习。1988年,蔡家品以优异的成绩毕业,被分配到了原地质矿产部探矿工程研究所。

    蔡家品很感激高中时的授课老师,他确实没有骗他,学地质类专业不但好找工作,而且还被分配到了一个在北京的国家部委所属科研机构,在成都上学,能进北京,已经很了不起了,他觉得自己简直太幸运了。

    进了国家部委的科研机构,担任超硬材料研究室助理工程师,同届毕业的同学们的羡慕是可以想象的,蔡家品也觉得自己不是一般的牛,有点平步青云的眩晕,一股为国奉献青春的豪情油然而生,这种感觉真是爽极了。

    跟探工所三十年的不了情

    到今年为止,蔡家品在探矿工程研究所已经摸爬滚打了整整30年。弹指一挥间,蔡家品从一个意气风发的青年长成了一个成熟稳重的中年,从小蔡混成了老蔡。

    实际上,蔡家品也并不认为自己有多么高尚,多么有热爱事业的情操,在探矿工程所改制的时候,他也一度想过逃离。要知道,一个被财政拨款养着的科研机构,突然要改成到市场上找饭吃,这种心理的撞击是难以形容的。

    20世纪90年代,是地勘行业的低谷,尤其是地勘单位属地化,钻探任务锐减,很多打钻找矿的专业技术人员,受生活所迫,靠副业养家糊口,养鸡的养鸡,养猪的养猪,彼时的状况,让一直致力于钻具研究的蔡家品,心里油然而生出一种“英雄无用武之地”的没落感。

    此时,科技体制改革,原地质矿产部探矿工程研究所更名为北京探矿工程研究所,看似改变不大,干的活也还是原来的活,但这样的改变,却将一个铁饭碗变成了一个泥饭碗,随时可以摔破的。能不能在市场上找到饭吃?这样的恐慌与疑惑,一时压得人喘不过气来。

    是去?是留?对于还是踌躇满志的蔡家品来说同样是种折磨。而此时的蔡家品,已经是超硬材料研究室主任助理、工程师,到外面不可能找不到待遇更好的工作。当时,探矿工程研究所正在搞金刚石钻头技术的研发,作为所里钻头技术研发的中坚力量,一旦离开,于单位于个人,都不是一个好的选择。

    所里的领导早就看穿了蔡家品的心事,当面找他聊了很长时间,并语重心长地跟他说:“小蔡呀,留下来吧,拨开云雾见天明,这里才是你施展才能的地方。”

    人在彷徨的时候,是需要一个长者赋予精神力量的。加上对一起共事多年的同事们的不舍,蔡家品于是也就留了下来,这一留就留到了现在,风风雨雨中走过了30年。

    有幸觅获一得力助手

    搞科研工作,能获得一名得力助手,是可遇而不可求的事。阮海龙的到来,如同激活一池春水,让蔡家品的团队一下子更加活跃了起来。

    阮海龙,高级工程师,探矿工程所海洋地质调查钻探室(金刚石钻头技术研发中心)副主任,中国地质调查局优秀人才。

    阮海龙并不觉得自己干的事有什么高大上,他认为,研发出来的东西,能解决实际问题,能拿到市场上利用,能为单位赚钱,说得漂亮一点,就是成果转化能生出效益来,这事就算妥了。

    蔡家品深知,搞科研要有一个多专业技术人员组成的、互相密切配合的创新团队,并付诸持之以恒、坚持不懈的努力。个体的力量是有限的,但由多个个体组成一个知识结构合理、团结的战斗力强的团队,就可以发挥巨大的能量。

    阮海龙在海洋地质十号钻探船上

    阮海龙是个80后,2006年毕业于中国地质大学钻探专业,在随后读研的几年中,一直跟随在蔡家品左右。阮海龙出生于浙江农村,之所以爱上钻探专业,很多的想法与当初蔡家品大学时代的想法几乎不谋而合。后来参加工作后,才知道一切并非想象中的那么浪漫,那么有纵情于山水之间的诗情画意。

    研究生毕业后,阮海龙留了下来。对于自己专业的发挥,他觉得这是个再好不过的平台,加上蔡家品像老大哥一样对他的关爱,工作配合起来的那种“心有灵犀”的感觉,让人特别爽。很快,阮海龙就成了蔡家品团队的得力干将,并挑起了副主任的重担。

    从某种意义上讲,蔡家品和阮海龙的组合,几乎是天撮之合,这也为后来这个团队攻克一个又一个难题积累了创新的能量。这个科研团队一共15个人,大多都是80后,最小的1992年出生。

    年轻人的思想总是活跃的,科学有时就需要年轻人的浮想联翩,灵光一闪中激发出新的解决方案。每逢技术讨论会,蔡家品和阮海龙最喜欢干的事,就是让年轻人争吵起来,因为人在激烈的争论中脑子会飞速旋转,激发出隐藏于大脑中最潜在的智慧。

    决不能让外国人牵着鼻子走

    探矿工程所一直以服务国家重大战略需求为科研方向,近些年来,特别在服务油气钻探领域发挥了积极作为。研制的孕镶金刚石钻头有效解决了在地质及油气勘探开发中钻头寿命短和机械钻速低的难题,特别是大直径的孕镶金刚石钻头,已成功替代国外同类产品成为国内钻探队伍的首选。

    1999年~2001年,中国地质调查局科技人员首次在南海西沙海槽发现了显示天然气水合物存在的地震异常信息(似海底地震发射波“BSR”)。2002年,国务院批准设立我国海域天然气水合物资源调查专项。

    尽管随后我国在海域天然气水合物钻探上获得一系列突破,但令人尴尬的是,我国海底钻探取样却一直依赖于国外技术,国内几乎没有哪一家机构在此项技术上有所进展。因此,不得不让外国人随意开价。

    团队合影

    眼睁睁地瞅着外国人收取那么高的价钱,而中国人又毫无办法,这是一种什么样的感觉?作为从事钻具研究近二十几年的科研团队的带头人,蔡家品心里很不是滋味。其实当时的想法很简单,就是一定要打破外国人在该领域的技术垄断,把国外同类技术挤出去,这钱应该由中国人自己挣。

    实际上,对海洋钻探取样技术的了解,蔡家品最早是通过参阅了DSDP、ODP、IODP及IODP-china等网站与书面文献的大量资料,了解了国外在深海钻探技术所取得的成就以及今后发展的方向。当时他还在想,他的团队一直在陆地搞钻头和取心工具,什么时候也拓展到海上去发挥探矿工程研究所应有的作用。

    谈及被外国人卡脖子的事,作为蔡家品团队副手的阮海龙,脑子里多次泛起那个场景。那是一次随船出海的钻探作业中,几个帮忙取样的外国人,突然停下手中的活,将项目组的负责人叫过来,咕噜了一阵后,微笑着把旁边的其他人都驱赶开,然后才实施取样作业。

    阮海龙打听到,刚刚的一阵咕噜,是外国专家在关键的时候故意捏你一把,要求项目组提高取样价钱。事情都到了这个份上,不答应的话,之前的作业等于是废了,项目组只好答应了外国技术人员的要求。之所以把其他人都驱离,就是为了对中国人严格保密,不想让中国人看到他们的作业程序。作为一个钻探专业的毕业生,阮海龙内心被深深地刺痛,同时也滋生出深深的责任感,“这活应该由我们来干。”

    机会终于来了,2010年8月,中海油服承担的国家科技重大专项——“大型油气田及煤层气开发”子课题“深水随钻取样器设计和制造技术研究”负责人找到了北京探矿工程研究所,经过多次深入交流,最终同意由蔡家品的团队来承担这个课题。

    不久后,又从中国地质调查局传来好消息,为解决海洋钻探取样难题,中国地质调查局设立专项资金,将《海洋地质调查钻探取样器具及工艺研究》列为科技攻关项目,起止时间为2011年1月到2012年12月,蔡家品作为项目负责人,负责整个项目的实施。

    这真乃好事成双。蔡家品和阮海龙以及他们的团队尽管异常兴奋,但这样的科研项目,能否在短期内取得突破,心里实在没底。

    此时,从接手中海油服“深水随钻取样器设计和制造技术研究”课题,距项目结题时间不到一年(这个项目计划是3年),而且研制的随钻取样器要通过海试应用。时间紧、任务重、压力大,团队经过慎重考虑,最终接下这项任务,因为这是他们下海非常难得的机遇,也是拓宽他们技术领域绝佳的机会。

    经过团队的共同努力,2012年4月,从海洋石油708号深水工程勘察船传来好消息,北京探矿工程研究所研制的TK系列深水随钻取样器搭载海洋石油708号深水工程勘察船,在中国南海番禺区块水深约200米、6级风、涌浪3米的条件下,高效率、高质量地完成了孔深10米(PY34-1-PL10-BH)全孔取样作业和孔深300米(PY34-1-CEP-BH)分段取样作业,一举打破我国海洋钻探船钻孔深度、取样深度两项纪录。

    本次试验还检验了北京探矿工程研究所为海洋钻探取样专门研制的抗涡动金刚石复合片钻头。结果表明,该钻头在作业过程中钻进效率高、成孔质量好、地层适应性强,完全满足海洋钻探各种复杂工况的要求。

    这意味着,这项由国外垄断的深海钻探取样技术,已被中国地质调查局北京探矿工程研究所的科研团队彻底打破,取样成本只接近外国专家取样的一半。

    保温保压取样钻具破题

    天然气水合物是甲烷气与水在高压低温条件下类冰状结晶物,大家形象地把它叫做“可燃冰”,一旦温度升高或压力降低至一定程度,甲烷气则会逸出,固体水合物便趋于崩解。如利用常规取心(非保压取心)设备将含天然气水合物沉积物从海底取至海面时,压力或温度的变化会导致天然气水合物分解,这会扰动沉积物,有时会使岩心遭到完全的破坏,分解成一堆泥浆。

    由于天然气水合物存在环境和性质的特殊性,使用保温保压取样技术成为获得原位天然气水合物最有效的方法之一。保温保压取样钻具是获得天然气水合物真正物化特性的主要器具。而当时,这项技术也一直被一些西方少数几个发达国家所掌控。

    在突破深海钻探取样技术后,蔡家品和他的团队就开始讨论研制保温保压取样钻具的可行性,由于想取到大直径岩心,当时初步设计按照翻板密封来进行,很有挑战性,但是在翻板密封的方式上有不同的意见,最后蔡家品决定两种方式同步进行,根据室内试验的结果再来选定,整个工作有条不紊。

    实际上,保温保压取样钻具的研制难度是非常大的,当时,有关单位依托863项目也在试制研发,项目进程采取了严格的保密措施,他们具体进展到什么程度,外界一无所知。但在2014年3月初,国内一家海洋油气勘查单位突然通知蔡家品,他们计划在4月初出海给相关单位搞保压工具的实验,问蔡家品团队的进展如何,可以免费搭载试验。蔡家品觉得这是一个难得的试验机会,在他和阮海龙的带动下,团队成员加班加点赶进度。

    在室内实验过程中,团队成员充分发挥智慧,对在海试中可能遇到的复杂情况做了充分的预判。比如,海底的泥沙对管子的摩擦,提起钻管过程中的卡管等,一切可以预判的状况,都在实验室中模拟完成。这段时间,团队成员深夜加班加点是家常便饭。为了给这帮年轻的队员鼓劲打气,常常干到晚上十一二点的时候,蔡家品和阮海龙便带着所有的加班人员上街烤羊肉串,喝个啤酒,然后又接着干。

    由于这样的钻具是自我研发的,所有的部件不可能在市场上轻易买得到,团队成员大都学会了车工,所有的零部件几乎都是他们自己一点一点地车出来的。阮海龙跟大家自嘲,将来失业了,大家都是一个优秀的车床工人,工作随便找,饿是饿不死的。

    在团队所有成员的共同努力下,终于按照海洋油气勘查单位的要求时间把钻具运到船上参加海试,这次试验的结果初步保温保压成功,对方未成功。之后,团队又回来在室内做了大量的技术改进及试验工作,于2014年7月由蔡家品亲自带队参加海试,也是与对方PK,结果是探矿工程所完胜。

    2014年9月,海洋油气勘查单位专门安排一个航次到天然气水合物靶区取样,蔡家品团队再次很好地完成了任务,这是我国首次采用国产装备成功提取到保压天然气水合物样品,为我国“十三五”开展天然气水合物勘探及试开采提供了有力的技术支撑。

    “没有抱负”的成就者

    9月24日,中秋节,石油城大庆市已经处于深秋时节,最低气温已经下降到7℃左右,由于西北风的缘故,体感温度还要更冷一些。早上六点半,吃过早饭之后,甄甄像往常一样,来到了松页油2HF井井场,开始了一天的工作。她先参加了每日生产例会,了解钻探工程实施的具体进度和情况,记录好各项原始数据,在综合分析录井资料之后,绘制了试油选层综合柱状图。下午回到驻地后,继续编写松页油2HF井地层含油气性测试选层地质方案论证报告。晚餐时候,页岩油项目组成员一起庆祝了中秋节,“举头望明月,低头思故乡”是他们的真实写照,“但愿人长久,千里共婵娟”是他们的美好祝愿。吃过晚饭,在月光的陪伴下,甄甄继续制作选层设计PPT,一直忙碌到深夜。

    甄甄是自然资源部中国地质调查局沈阳地质调查中心“两重”工作—“松辽盆地页岩油调查项目”的一名普通技术人员,她只是沈阳地调中心广大青年地质工作者的一个缩影,像她一样“两节”期间坚守野外的青年人比比皆是。

    甄甄所在的能源地质研究室“松辽盆地页岩油调查项目”,除了项目负责人杨建国之外,都是40岁以下的年轻人,平均年龄不足35岁。“两节”期间,他们大多数人都一直坚守在野外现场。肖飞作为一名年轻人,国庆假期一天也没有休息,因为这段时间正是松页油2HF井施工的关键时刻,他忙着井场交接和地层含油气性测试微地震监测准备工作现场跟踪,所做的一切工作都是为压裂实验做最后的准备。能源室的其他年轻人也像他们一样坚守在松辽盆地的各个地方。

    基础地质研究室2018年度承担了4项1:5万区域地质调查项目和几项综合研究项目,几乎全部项目人员都是40岁以下的年轻人,4个区调项目今年全部进行了野外验收,两“两节”期间,他们中的多数人也一直坚守在野外进行着野外验收后的补课工作。

    矿产地质研究室与基础地质室类似,绝大多数承担野外项目的人员也是40岁以下的年轻人,中秋节期间,几个项目都在进行野外验收,项目成员和领导专家们一起度过了一个有意义的节日。

    东北亚地质研究室除了承担国内的黑土地调查项目之外,还承担了涉外项目,分别在马达加斯加、俄罗斯和蒙古开展工作,中秋节有部分人还坚守在异国他乡,他们也几乎是清一色的年轻人。

    水文地质和环境地质研究室,“两节”期间,多个项目组也是一直坚守在野外,从三江平原、松嫩平原再到渤海湾,都有他们的身影。

    勘查技术研究室的年轻人由于工作特点,分布在各个研究室的项目中,从大兴安岭深处到漫长的海岸带都留下了他们的足迹。

    在所有青年地质工作者中,还有一个更为特殊的群体,那就是女地质工作者,她们需要面对比男性地质工作者更多的困难,不但是身体上的,更是心理上的。在中国传统观念里,女人需要相夫教子,可是从成为一名地质工作者开始,这些已经远离她们,这让她们遭受了更多的不解甚至埋怨,背后的心酸只有她们自己最能体会。除了文章开头说的甄甄,沈阳地调中心还有许多长期奋战在野外一线的女地质工作者,其中,戴慧敏是她们中的典型。

    戴慧敏是沈阳地调中心唯一的女项目负责人,遇到的困难和挑战更多。在室内,她积极组织协调各类技术人员,推进项目实施,并承担着大量具体工作任务。在野外,她克服艰苦的工作环境和生理困难,翻越高山深谷,趟过草甸湿地,处处起到先锋模范作用。她说:“作为一名共产党员,就应该体现‘一块砖’的精神,为东北地区土地资源摸清家底及生态保护做出自己的贡献”。通过自己不懈的努力,她获得了事业上的成功,中国地质调查局优秀共产党员、杰出青年,辽宁省直机关优秀共产党员、优秀青年、“三八红旗手”,沈阳地调中心优秀职工、优秀共产党员……。可是各种荣光的背后是她对事业的巨大付出和对家人的重重愧疚,她是一个合格的项目负责人,却不是一个合格的爱人、母亲和女儿。不能为家人操持家务,不能为病床上的母亲尽孝,不能时刻陪伴女儿成长,女儿总是习惯地问她:“你工作怎么那么忙呢?”。这个时候她的心里是酸楚的,可作为一名党员,她为了顾全大局,为了集体利益,牺牲了个人利益,践行了自己的誓言,“做国家建设、单位发展的一块砖”。

    除了甄甄、戴慧敏之外,还有中秋节依然奋战在蒙古国的柴璐、常年奋战在基础地质调查一线的庞雪娇、坚守在水文地质一线的于慧明、科室女同事一个个离开却选择坚守矿产地质一线的韩仁萍、默默付出任劳任怨的石蕾、张帆、黄欣、陈聪……。她们巾帼不让须眉,扎根野外一线,在平凡的岗位上做出了不平凡的业绩。

    到今年,甄甄已经工作满五年了,这五年里她主要忙于野外工作,个人问题一直还没有解决,大家都替她着急,可野外的风吹日晒不但增强了她的体质,更塑造了她坚强的性格。“可能缘分还未到吧,我有大山为伴”,她淡淡地说。确实,很多的青年地质工作者都深有体会,选择了地质就选择了孤独,选择了地质就选择了负重前行。地质工作者需要更多的社会关注,从人文关怀到制度建设,各方面都应该加强对野外地质工作者特别是青年地质工作者的关心和关爱。沈阳地调中心近年来通过改善职工野外生活和工作条件、配备降温和取暖设备、领导下基层面对面谈心、发放过节福利等方式,不断提高野外一线职工的获得感和幸福感。

    截止2017年底,沈阳地调中心共有40岁以下青年职工162人,占在职职工总数的62%,这其中大部分是野外一线技术人员,共114人,约占单位青年职工总数的70%。这些年轻的地质工作者,年复一年、日复一日地坚守在艰苦的野外工作环境下,没有周末和节假日,他们远离城市、远离家人,跋山涉水,风餐露宿。当别家老人生病期间儿女守护在病床前时,当别人全家围坐在餐桌旁其乐融融的进餐时,当别人节假日带着孩子轻松愉快的畅玩时,他们却奋战在野外一线,心甘情愿工作,默默无闻付出,这就是他们的真实写照。

    他们是沈阳地调中心年轻的一代,是东北地质调查事业的接班人。面对千山万壑,他们勇于攀登,面对艰难困苦,他们迎难而上,他们用实际行动践行了新时代地质工作者核心价值观,用激情和汗水谱下了青春赞歌。青春,是人生中最美的那一部分,是世界上任何一种语言中最动人的词汇之一。青年,是国家的未来和民族的希望,是社会上最富有朝气、最富有创造性、最富有生命力的群体。他们“一定能够担当起党和人民赋予的历史重任,在激扬青春、开拓人生、奉献社会的进程中书写无愧于时代的壮丽篇章!”

    献身地质,青春无悔!

     

     

     

     
    献身地质 无悔青春

    2017年6月28日上午,中国地质调查局岩溶地质研究所特邀桂林市安监局副局长吴根山为广大职工上了一堂安全生产知识公开课。培训中,吴根山副局长剖析了《中共中央 国务院关于推进安全生产领域改革发展的意见》及《安全生产法》的有关精神,使岩溶所广大职工全面了解安全领域国家大政方针、法律法规。结合事故案例,吴根山副局长讲解了生产经营单位安全生产基础管理知识。吴根山副局长的讲课案例丰富,贴近生活,针对性强,得到了听课职工的一致好评,切实起到了培训、警示的作用。对岩溶所做好职工的安全教育和培训,树立安全发展理念,起到了促进作用。

    会议对做好安全生产工作提出六点要求:一是树立责任意识和红线意识,安全红线不能逾越;二是警惕麻痹意识,时刻敲响安全警钟,使安全生产真正入脑入心;三是管业务必须管安全,牢固树立安全第一的意识;四是要把排查安全隐患做到常态化,无盲区,无死角,无灯下黑;五是实行安全分级管理,安全生产不是一个人或一个部门的事,要做到人人参与;六是对北斗使用及汛期关注气象信息作了特别强调。

    岩溶所相关领导、安委会成员、部门安全员、项目负责人共计50余人参加了培训。

    岩溶所举办安全生产公开课专题讲座

    1 前言

    近年由于常规天然气资源量和产量的下降,特别是在北美洲,非常规天然气得到了高度的重视。一些估计表明,全球非常规天然气资源量(不含水合物)超过30000万亿立方英尺,大约有50%的资源来自页岩气。Julander能源公司的首席执行官Fred Julander认为页岩气(SG)是“自发现石油以来最重要的能源进展”。

    水平钻井技术的进步、水力压裂、相对高的天然气价格(相比2009年之前)和近来在巴内特页岩(Barnett Shale)和美国其他几个页岩气藏的商业成功都使页岩气在美国成为了热门能源,而且页岩气的勘探开发已开始蔓延到加拿大和世界其他几个地区。

    由于页岩气远景的复杂性和广泛性,针对页岩气的应用不能采用普遍用于常规气和煤层气的应用技术,而需专门设计开发工具和方法。多名学者包括Gray等人(2007)和Harding(2008)认为基于确定性解决方案的决议不适用于页岩气开发,因其没有考虑与复杂成藏有关的风险和不确定性,且经常导致过于乐观的结果。

    到目前为止,尽管在北美和欧洲的勘查活动活跃以及近期商品价格下降,页岩气远景分析工作也只完成了极少的部分。商品价格的下降使最高质量远景区的开发至关重要,这些区域的开发不仅最符合公司的利益,并且赋予公司与国外的低成本常规气田(即卡塔尔和沙特阿拉伯相关的天然气)竞争的最佳潜力。Williams-Kovacs和Clarkson(2011)提供了与非常规的远景分析有关的现有工作的回顾,并提供了一种专为页岩气应用而设计的综合的六阶段远景分析及开发评价方法(PADEM)。本文中,作者还展示了一个专门开发用以筛查页岩气远景区并且选择最适合详细分析远景的工具。本文以Williams-Kovacs和Clarkson的工作为基础,致力于远景评价并选择进行更深入分析的远景区的试点位置。

    当前工作的目标是:①开发一种协助页岩气勘探开发阶段的方法和配套的分析工具;②演示已开发技术在加拿大西部致密砂岩/页岩远景区的应用。这项工作的主要贡献是开发与示范一种针对页岩气远景区的严格分析方法。当考虑共存关系时,基于先导试验井输入变量的不确定性,该方法能生成其预测的分布。以前所有的工作一直专注于全域开发方案,然而无法利用勘探开发早期阶段可获取的少量数据快速形成这种全域开发方案。

    2 工具开发

    在这项工作中,开发了一种用于分析页岩气远景的工具。该工具选择使用(以Williams-Kovacs和Clarkson提出的方法(2011)为例的)预筛选的方法。本文将重点放在该工具的开发和应用,分析某一远景区的不同区域,以确定它们是否是适合的试点项目,并描述了图1所示的PADEM工作流程的勘探阶段。勘探阶段的目的是对从更多的详细资料中筛选的远景进行调查,以增加对油藏流动性和碳氢化合物生成能力的了解。在这项工作中,我们对个别类型油井采用概率范围经济学(probabilistic scoping economics)作为勘探标准,以确定该远景区是否适合实行试点项目。表1中完整提供了Williams-Kovacs和Clarkson(2011)详细讨论整体勘探开发方法的总结。

    表1  勘探开发方法概况

    发展阶段

    概述

    靶区筛选

    评估所有潜在的远景区,并选择能提供最好的商业成功机会的远景区

    勘探

    对远景区进行更详细地调查,提高对油藏流体特性和相应碳氢化合物生产能力认识。确定有代表性的试点项目适合的地区

    试采

    继续提高对远景区的认识,集中验证试采区单井的供给能力,评估完井方法

    商业示范

    在项目提交全部资金预算之前,完成开发部分(30%)针对错误的试验结果的测试

    全域开发

    完成全域开发计划,开始制定退出战略

    新的远景/退出

    完成项目详细回顾,评估区域及具体化开发过程中新的远景相关区域。调整和实施退出战略以及任何所需的补充措施

    在这项应用中解析模型比数值模拟更适用,其原因在于应用程序自设置和初始化的时间很短,整合的蒙特卡罗模拟法简单易行,并且在勘探早期阶段不容易获得形成精准的数值模拟所需的详细数据。尽管数值模拟技术已得到改进,但解析方法在工业和文献中依然被大量使用。下文给出了开发工具的关键部分的概要。

    2.1 属性图

    勘查方法最关键的组成部分可能是关键储层、地质力学、岩石物理和地球化学特性的精确属性图的开发。从地质模型、产量不稳定分析(RTA)、压力不稳定分析(PTA)、岩石物理调查等组合中可以推导出这些属性图。这些属性图用于远景的可视化、区块选区以及单一区块的分析。天然气原始地质储量图(OGIP)、Km-h图、压裂脆性图等有助于选择代表性区块以及具备更大开发潜力的区块,甚至高度非均质性区块。区块作为一种评价不同区块远景生产特性的方法,基于地质和岩石物理的观察,比较简单易于操作。采用区块方法不需要针对每个勘探网区块开发一种标准井进行分析,然而通过应用蒙特卡罗法依然解释了其变化性和不确定性。Clarkson和McGovern(2005)采用区块方法评价了煤层气(CBM)远景。通过输入X-Y坐标值以及PetrelTM软件的储层属性Z值可以在Excel中创建储层属性图。随后,数据透视表程序被用于对数据排序,并利用二维绘图应用软件创建属性图。由于早期的岩石物理模型通常利用有限的数据集开发,单一区块在蒙特卡罗模拟中选择不确定的输入数据和参数范围可以解释模型参数的不确定性。这种解释不确定性的方法将在本文所示实例中进行演示。

    2.2 水力压裂模型

    该项工作中,水力压裂裂缝的半长采用Valko(2001)提出的在常规和致密气中应用的简单双翼压裂模型来预测。该模型采用基质渗透率、剪切模量(杨氏模量与泊松比的函数)以及其他储层参数作为输入数据,且如果建模的输入参数不确定,则都必须重新计算每次蒙特卡罗迭代。采用简单的关联(Acm=4xfh)可将裂缝半长转换为与压裂有关的面积。这个压裂模型可能无法代表部分更复杂的页岩气裂缝。为了更好的表示引入到大部分页岩气储层的复杂压裂网,Xu(2009,2010)等人建立了一个更具有代表性的水力压裂模型,该模型将被结合到本次工作中所演示的更新版本的方法中。该区的微地震观测表明,在本文预测的远景区横向双翼压裂的假设是合理的。

    作为所应用的速率预测模型中的关键组成部分必须估算裂缝半长,这一问题将在下面部分开展讨论。水力压裂裂缝半长在随机分析中作为不确定的输入量,其分布主要根据该地区的微地震事件或者其他方法来确定。

     

     

    图1  非常规天然气勘探阶段的勘探/开发方法工作流程

    2.3 速率预测

    Clarkson(2013)提供了关于页岩气井生产分析和速率预测综合全面的概述。在该工作中,我们将页岩气井理想化为一个矩形双孔介质系统,气体从基质岩块流入到裂缝且储层不随着裂缝延展(如图2的概念模型)。该模型忽略了包括体积压裂(SRV)在内的影响,其他作者认为大部分低渗页岩气井在合理的时间内不会发生体积压裂。此外,图2所示的概念模型假设了一个均质的完井——Amborse等(2011)和Nobakht等(2011a)讨论了非均质储层完井的预测。

    在本次工作中,该模型的解决方案首先由EI-Banbi(1998)提出来。人们普遍认为在页岩气藏中占主导地位的瞬时流动状态是从基质到裂缝的线性流。同时,也可能出现一个与水力压裂线性流动相关的线性流动周期,但是通常认为这个阶段持续时间很短,或者被水力压裂清理以及表皮效应所掩盖,而很少可用于分析。本项工作中,我们假设瞬时线性流(从基质到裂缝)之后是边界控制流,该流态与受表皮效应(见等式7)影响的线性流体模型存在早期偏差。压裂段之间的不渗透边界结构导致了边界控制流产生。由Wattenbarger等(1998)首先将早期线性到边界控制流体的假设引入到致密气的应用中,并且该假设被广泛应用于文献和页岩气行业的解析模型。

     

     

    图2  从线性流到边界流的解的概念模型

    2.3.1 瞬时线性流的速率预测

    EI-Banbi(1998)提出通过恒定速率和恒定流体压力来描述瞬时线性流的公式。本项工作中采用恒定流体压力的条件,这也是本文其他部分的重点——该边界条件最接近大部分产生达到最大水位降低值的页岩气井的流动条件。Samandarli等人(2011)采用不同的流体压力迭代方法,对页岩气生产进行分析建模,但是他们表明在大部分情况下采用恒定流体压力的假设就可以了。

    与常用于表征简单横向双翼压裂的裂缝半长(Xf)相比,相关储层面积(Acm)能更好的表示完井措施和增产措施效果以及生成复杂裂缝的能力。因此,在这一分析中,采用相关的储层(气藏)面积(Acm)取代裂缝半长(Xf)。许多业内专家相信由于页岩气藏超低的基质渗透率,复杂压裂对于页岩气的商业生产至关重要。

    无因次时间,tD,Acm,相关储层面积(Acm)依据公式1在恒定压力条件下定义。

                               (1)

    无因次速率,qD,Acm,由无因次时间定义:

                                           (2)

    基于储层特性的无因次速率表达式,如果可获得关于KmAcm估算值,通过公式(3)可确定气体流速。采用不稳定产量分析或者其他的模拟技术可估算KmAcmKm也可以通过实验室技术单独确定。

                                 (3)

    Ibrahim和Wattenbarger(2006)认为线性流的性能受水位下降程度的影响,同时提出水位下降量修正因子(fcp)。此次工作中采用的修正因子(fcp)由公式4给出。

                                (4)

    此处,

     

    Nobakht等人2011a和Nobakht等人(2011b)通过分析中采用校正时间(本次工作未采用)提出一种更严格的校正水位下降量的方法。

    将水位下降量修正因子应用到公式3得出公式5:

                           (5)

    除了水位下降量的修正,这些公式经过进一步修改可直接应用于页岩气井。与致密气井相比,大部分页岩气井在时间曲线的平方根中表现出的较大截距(在致密气井中曲线通常穿过原点),而在流量和时间双对数曲线上页岩气井则呈现出的一半斜率的偏差。多名作者最初认为是裂缝的有限导流能力造成了这种偏差,但是Bello(2009)和Bello和Wattenbarger(2009,2010)认为这种偏差可以通过采用表面效应来更好的解释。Bello(2009)、Bello和Wattenbarger(2009)在恒定流量和恒定流体压力条件下完成了大量的受表皮效应(skin effect)影响的线性流分析,且推导出了恒定流体压力条件下的解析解。在他们的分析中,将表皮效应作为一个常量。Bello(2009)和Bello和Wattenbarger(2009)证明恒定流量情况下表皮是附加量,而恒定流体压力情况下表皮的作用是非线性的。由Bello和Wattenbarger(2009)提出的解析式可以使用下面的近似代数方程:

                    (6)

    从方程(6)可以看出,当tD(t)值大时,包含表皮的项就会变小。

    Nobakht等人(2012)研究了巴内特、马塞勒斯和蒙特利的大量页岩气井(这些气井在相对恒定的流压下产量不断降低),同时得出结论:通常这些页岩气井更多表现出恒定流量的情况而不是恒定流压的情况。作者假设这种意想不到的表现可能是由于Bello(2009)以及Bello和Wattenbarger(2009)提出的表皮模型太过理想化,因此无法代表野外条件。通过假设恒定的表皮效应,模型不能说明由压裂清理、压力敏感地层、变化的压裂导流能力、变化的井底流压、压力相关的流体性质、变化的井筒流体梯度、液体加载等导致的表皮改变。作为这项工作的结果,作者提出了一个可应用于公式(2)的替代表皮修正项:

                       (7)

    包括水位最低量和表皮的影响,公式(1)、(5)、(7)能够利用预测的气体流量,作为时间的函数,在线性流区域可对KmAcm给出独立的估测。

    2.3.2 边界控制流的流量预测

    上面描述的方法适用于有效的储层边界相互接触,边界控制流形成之前。基于图2所示的几何图形,边界控制流紧随着瞬时线性流的末期出现。当外部SRV的影响较为显著时,这一观点较为保守。Clarkson和Beierle(2011)认为如果遇到了其他的瞬时流区,则应采用多重分区的方法,此外,如果多级压裂井需要进行非均质性储层的完井(heterogeneous completion),早期线性流之后不会立刻发生真实边界控制流,且需要更复杂“混合”预测技术。如同下面叙述的,我们选择采用更为保守预测程序,假设线性流之后紧随边界控制流。

    利用公式8计算达到线性流的拟稳态时间(或者是瞬时线性流的结束时间):

                           (8)

    正如图2中看到Ye是压裂到储层边界的距离,计算公式如下:

                           (9)

    多名作者已经提出了页岩气井拟稳态线性流的预测方法。包括Fraim和Wattenbarger(1987),Palacio和Blasingame(1993),Doublet等(1994),Agarwal等(1999)和Mattar和Anderson(2005)认为可采用物质平衡类模拟程序预测边界控制流。Clarkson和Pedersen(2010)将这种方法应用于致密油研究,同时本文也将采用这种方法。公式(10)给出采用物质平衡方法预测边界控制流的生产速度:

                  (10)

    此处qpssi-Linear是边界控制流初始的页岩气流体速度,Pri)pss是边界控制流初始的平均储层压力,且Pwfi)pss边界控制流体初始时井筒流体压力。通过物质平衡计算平均储层实际气体拟压力。对于含有大量吸附气的页岩气开采(application),一般使用Clarkson和McGovern(2005)提出的MBE方法。而在以游离气为主的情况下,则使用定容气藏的常规MBE方法。物质平衡计算需要地质储量和气体特性(比如天然气压缩因子),这两者都是由关键PVT输入量和状态公式(EOS)确定的。

    (a)

    收入总额

    (b)

    收入总额

    扣减

    使用费

    扣减

    使用费

    扣减

    运营成本

    扣减

    运营成本

    得出

    税前运营现金收入(OCIBT)

    扣减

    资金成本补助(CCA)

    扣减

    收入税

    扣减

    加拿大开发费用(CDE)

    得出

    税后运营现金收入(OCIAT)

    扣减

    加拿大勘查费用(CEE)

    扣减

    资本支出

    扣减

    加拿大油气物业费(COGPE)

    得出

    税后现金流(CFAT)

    得出

    生产应税所得

    贴现

    税后贴现现金流(DCFAT)

    生产税率

       

    得出

    应付税款

       

    扣减

    免税额度

       

    得出

    应付净所得税

    图3  现金流分析:(a)现金流;(b)收入税(加拿大税制)

    结合El-Banbi(1998)改进的瞬时线性流的无因次公式和边界控制流的物质平衡模拟方法,可以开发一种综合的预测方法:

    1)        获取Acm(或者Xf)和Km(来源于微地震和/或RTA模拟/已有生产数据或者其他估计)的独立估算值。

    2)        使用公式(1)和(7)作为时间函数计算tD,AcmqD,Acm

    3)        线性流部分的数据利用公式(5)作为时间函数计算qg

    4)        指定排放区(来源FMB模拟/已有的生产数据或者其他估算)。

    5)        使用公式(8)和(9)计算tPSS-LinearYe

    6)        确定

    7)        采用公式(10)通过废弃量(边界控制流)从tPSS-Linear预测产量。

    上面描述的解析模型是假设模型(最小变化)区块内的体积平均值参数是恒量,并从认为是不确定的参数的概率分布中选择一个值。每一次蒙特卡罗迭代将选择不同的值,导致不同的流量预测和不同的主要经济指标值。在许多参数高异质性水平的情况下,存在明显的不确定性,这种不确定性反映在关键输出参数的显著变化。

    2.4 经济模块

    将经济模块与速率预测集成来计算与生产相关的现金流。因为通常行业采用名义美元计算实际(通常的)现金流和名义(现行的)现金流,虽然采用实际的盈利指数计算项目的最低预期资本回收率,且通过不同的通货膨胀率来比较项目。采用图3中的业务流程计算现金流和收入税(加拿大税收制度)。

    该模块中的天然气价格的确定实行了价格操纵,而非价格预测。采用价格操纵表明了项目十分稳定(不论是单独而言还是相较于其他项目),并且不再需要预测极不稳定的天然气价格,该模块中也设置了以价格预测为基础引导经济的选项。

    方法中建立了多个实际盈利能力的指标,包括净现值(NPV)、内部收益率(IRR)和投资收益率(ROI),用来比较项目和公司设定的最低预期资本回收率,同时可给项目进行排序。

    2.5 蒙特卡罗模拟的一体化

    本次工作将蒙特卡罗模拟整合到方法开发中。采用@RISKTM(Palisade Corporation,2010)对关键PVT和储层属性(原始参数)进行概率分布和模拟操作。概率分布的输入变量根据不同项目的数据数量和质量而变化。Clarkson和McGovern(2005),Haskett和Brown(2005)和Harding(2008)认为对数正态分布最能代表PVT、储层和经济特性,因此本文使用了这种分布类型。这些概率分布拟合按P10(低)、P50(中)和P90(高)不同的值输入各个不确定变量。这些输入值可能来自勘探/远景数据、个人经验、模拟数据等。缩减所有输入变量的分布保证每个实现只选择合理的数值(缩减分布将选择少量接近无穷大的数值,从而影响输出变量)。

    上面讨论了@RISKTM输出变量定义的关键经济参数,以及气体速率和累积天然气产量。由于每个输出变量允许量化与项目相关的不确定性,可对其生成一个概率分布,以便做出与远景选取和开发有关的明智决策。

    通过在x轴上找到相应的最低预期资本回收率时的位置,向上垂直移动至曲线处,然后再水平投影到y轴,这样可以从累积概率分布计算出超过设定最低预期资本回收率的概率。用1减去y轴上求出的值,得出超过最低预期资本回收率的概率。这个方法在本文中将作为范例进行演示。

    在这一应用中(如在孔隙度和渗透率之间),采用了拉丁超立方体抽样,如果有必要的话,还可合并相关性(如孔隙度与渗透率)。典型的多相(气+水)页岩气/致密气应用的主要参数如表2.3所示。在某些情况下,参数的依赖关系可使用行业普遍接受的经验模型进行解释,而在其他情况下会使用来自现场数据或者估算得到的基于方向的相关性(如较高的正相关关系)。例如,与压力有关的渗透率(绝对的渗透率比值)使用Yilmaz等人(1991)的方法可与储层压力和岩石力学特性关联。相反,束缚水饱和度与孔隙度密切正相关。可能的参数关系如表2所示。

    蒙特卡罗模拟运用了一个类似于Clarkson和McGovern(2005)使用的煤层气气藏远景分析的方法。

    表2  基本参数、可能的相关性和参数关系

    基本参数

    可能的相关性

    关系

    有效厚度/英尺

    孔隙度/%

    粒径,有机质

    适用于某些情况下和正相关情况的实证模型

    初始含水饱和度/%

    孔隙度

    高度正相关

    束缚水饱和度/%

    孔隙度

    高度正相关

    基质渗透率/毫达西,初始状态

    孔隙度,有机物

    适用于某些情况下和正相关情况的实证模型

    基质渗透率/毫达西,初始比

    储层压力,力学性能

    野外/岩心数据经验曲线

    相对渗透率

    含水饱和度,束缚水饱和度

    野外/岩心数据经验曲线

    初始储层压力/磅/平方英寸

    深度,渗透率(超压)

    气压梯度

    储层温度/℉

    深度

    温度梯度

    天然气比重

    朗缪尔体积/标准立方英尺/吨

    容积密度

    来自岩心/岩屑的线性关系

    朗缪尔压力/磅/平方英寸

    体积密度/克/立方厘米

    流泄区/英亩

    含气量/标准立方英尺/吨

    TOC

    正相关

    井眼半径/英尺

    表面

    增产效果

    高度正相关

    压裂总半径/英尺

    剪切模量(+),渗透率(-),有效厚度(-),井眼半径/英尺

    变化—见括号中相关方向

    井底流压

    井眼长度

    高度正相关

    3 该方法应用于远景勘探

    本文中开发的方法广泛应用于SG远景将其分成区块进行分析的目的,以确定是否适合作为一个试点项目。由于SG试点和开发项目成本高,且其详细分析需要大量数据,页岩气远景勘探至关重要。

    对于远景勘探应用而言,其方法的选择以当前远景数据和模拟数据相结合为基础。理想情况下,对于关键PVT和储层参数情况良好的估计,作为空间坐标的函数可用于远景勘探。如果事实并非如此,可以对模拟气藏或者其他数据源进行估算以获取数据,同时分析该方法带来的不确定性。

    假定整个远景区PVT和其他储层特性不变,输入数据可用于生成主要储层特性图。关键生产指标图如OGIP和基质渗透率乘以可以开发的净投入(千米/小时),可用于区块的选择。区块的选择基于区域类似的关键生产指标的值。对页岩气储层而言,压裂的指标,如压裂指数或脆性也可能用于区块选择,同时许多作者表明建立复杂裂缝网的能力对于页岩气商业开采至关重要。

    选择区块后,开始进行蒙特卡罗模拟,按照P10、P50、P90的概率预测和可以开发累积产气的区块,且结合使用关键经济指标的分析来确定区块能否适合一个试点项目。其他因素比如公司的经验,企业和商业策略,可用的资源和基础设施等都将纳入评估,以便为公司以及股东们确定哪些区域可以作为最佳试点选项作出明智的决策。

    远景勘探方法工作流程见图4所示。

    4 采用两段页岩开发模型的样本示例

    为了进一步说明该方法的应用,对加拿大西部的某处致密砂岩/页岩(假定没有吸附气体)远景区的两段进行了分析。在之前的研究中,PetrelTM开发的远景地质模型采用可用的岩石物性、储层和生产数据。图5所示研究区域内4口井的三维孔隙度模型和孔隙度相关的钻/录/测井记录。在该区域,存在两处可获益的产气水平井段(井段3和井段4)。

     

    输入数据

    关键储层属性的填图属性

    PVT,其他储层和水力压裂属性

    生产数据

    经济投入

    区块选择

    根据OGIP或者其他关键属性确定区块

    蒙特卡罗模拟

    模拟输出

    P10、P50、P90的概率预测和累积产气量

    水力压裂运行情况

    经济参数

    可行的商业区块标志

    其他

     

     

    图4  远景勘探方法的工作流程

     

     

    图5  三维孔隙度模型和孔隙度相关的测井

    模型开发期间这个开发区拥有11口垂直井,2口倾斜井和4口水平井。最初钻完成垂直井,紧随其后的是开始于2008年的水平井。Clarkson和Beierle(2011)在该区选择一系列井进行不稳定产量试井(RTA)。模型开发中使用的水平井的总结显示在下面表3中,同时在图6中(在下面描述)该区域的天然气原始地质储量(OGIP)图上显示了井的近似轨迹。

    表3  研究区水平井概况

    井名

    井向

    进入层位

    完井方式

    1号井

    水平

    井段4

    尾管注水泥

    2号井

    水平

    井段3

    自膨胀封隔器

    3号井

    水平

    井段4

    自膨胀封隔器

    4号井

    水平

    井段4

    自膨胀封隔器

    所做的分析主要集中在大部分是水平井的井段4。为了简化分析,采用孔隙度下限为4%,通过Excel加权平均井段4层位,将PetrelTM多层模型转换成一个单层模型。这一平均化过程是为了完成对基质的孔隙度、初始含水饱和度和渗透率的处理。利用孔隙度下限值还可以计算总有效收益和毛净收益(有效收益假设包括所有孔隙度下限值以上的层)。图7a和图8a显示了OGIP和Km-h属性图。

    模型采用的网格大小如表4所示。在整个开发过程中假设为常量的PVT、储层和生产参数如表5所示。

    表4  网格属性

    网格属性

    数值

    网格尺寸

    135×129

    区块长度,X/英尺

    49.76

    区块长度,Y/英尺

    49.76

    网格区块面积/Ac

    0.057

    对于这种情况,人们认为井筒流动压力(pwf)为常量1750磅/平方英寸,接近开发区水平井最初的井筒流动压力。随着时间的推移井筒流动压力降低,后期模型中压力驱动力低于开发井,模拟气率并不乐观。这种情况下,在可获取日常生产和流动压力期间内,平均两个收益井的流动压力大约是1550磅/平方英寸,因此到开发后期之前,这种假设的影响并不很明显。在实际勘探中,该地区还没有投入生产,由于我们不需要将可用的生产数据与模型匹配,而是采用实际的流动压力估计值尝试得到一个准确的潜在生产能力估计值,所以这种假设的影响不是一个值得关注的问题。

    表5  PVT常数、储层和生产投入参数

    参数

    PVT参数

     

    气体比重

    0.648

    N2/%

    0.46

    CO2/%

    0.2

    H2S/%

    0.0

    温度/℉

    166.5

    Cw/磅/平方英寸-1

    2.9×10-6

    Cr/磅/平方英寸-1

    5.6×10-6

    VL/标准立方英尺/吨

    N/A

    PL/磅/平方英寸

    N/A

    储层参数

     

    Pi/磅/平方英寸

    3500

    排放面积/Ac

    80

    生产参数

     

    Pwf/磅/平方英寸

    1750

    rw/英尺

    0.3

    3个区块中假设关键属性的变化情况如表6所示。各属性的数值是每个区块的各个网格值的算术平均数。由于基质渗透率是蒙特卡罗输入量,且利用基质渗透率值可计算总压裂半径(虽然也可使用压裂分析模型在每次迭代时作为基质渗透率函数计算总压裂半径),故给出了一个基质渗透率值以显示区块之间总值的变化情况。

    表6  储层变量和水力压裂输入参数

    参数

    区块1

    区块2

    区块3

    储层参数

         

    有效厚度/英尺

    102

    74

    58

    孔隙度/%

    7.1

    6.5

    6.0

    Sw/%

    18

    15

    16

    Km/毫达西

    0.0084

    0.0079

    0.0077

    水力压裂参数

         

    剪切模量/磅/平方英寸

    2×106

    2×106

    2×106

    总压裂半径/英尺

    1432

    1477

    1489

     

     

    图6  研究区地质储量图呈现近似水平井轨迹

    4.1 区块选择

    利用从PetrelTM多层模型开发的单层模型,其单层等量地质储量如图7a所示。根据类似颜色为代表的区域具有类似地质特征和岩石物理性质,通过视觉观察可选择区块。虽然已知气藏具有高度的横向非均质性,可以看到关键的地质和岩石物理性质明显凸出部分。该图形显示了更复杂的异质性模式的情况,需要更多的区块并且可能有必要用区块代表具有相似属性的不连续块段。图7b显示基于天然气原始地质储量选择的区块远景区。在计算天然气原始地质储量时,虽然该远景区吸附气体量很容易被包含其中,但还是假设其可以忽略不计。

     

     

    图7  地质储量图:(a)地质储量;(b)选区

    从图7b可以看出选取的三个区块中,区块1具有最高的天然气原始地质储量(红色和橙色),区块2具有的地质储量(光和暗绿色)次之,区块3具有的地质储量(紫色和蓝色)最低。从这幅图中可以推断出区块1将有最理想的属性,因此可能具有最高的产量,而区块3产气物性最不理想,因此可能具有最不理想产气量。如同气藏地质储量图(图7)一样,如果绘制Km-h图我们也可以分辨出三个相似的区块。此次应用区块选区采用的天然气原始地质储量图和Km-h图作为代表资源的程度/密度和储层特性的两个要素,这是工业上常用的评估致密砂岩和页岩远景好坏的关键因素。区块选区的属性根据不同项目而变化,取决于驱动特定资源类型远景的关键要素。

    对于这种情况,假设简单的水平双翼压裂(如所使用的压裂模型所假定的)就足够了,因为微地震数据对同一区域的补充水平压裂井的解译说明复杂程度较低,如果不是水平情况,则进行压裂(图9)。采用水平和垂直观察井用以观察,同时采用双阵列处理会产生一个好的数据集。一般情况下,各个阶段仅出现一个水力压裂裂缝。水力压裂裂缝通常选择北东-南西方向,与加拿大西部沉积盆地(WCSB)部分最大水平应力方向一致。

     

     

    图8  Km-h图:(a)Km-h;(b)选区

    通过比较图6与图7b和8b可以看出在开发区所有水平井部分或全部在区块1范围内。因为这个原因,剩余的分析还将在区块1中开展。对区块1区域的水平井的预测情况而言稍微乐观,因为这些水平井水平延伸超出区块1区域进入地质储量和Km-h更低的区域(该区水平井采用恒定的流体压力与(Pwf)i相比将获得相反的影响)。

     

     

    图9  根据微地震数据解译的研究区内水平井水力压裂裂缝几何图形

    4.2 经济分析

    分析假设只有天然气价格是变量,而所有其他经济参数都保持常量。表7列出了其他主要经济参数的值(基于Magyar和Jordan的估算(2009))和表8介绍了主要的专利权使用费、税和贴现参数。

    在本文的分析中,净现值(NPV)作为重要的收益经济指标且最低资本回报率为0。

    分析远景的工作流程图如图4。

    表7  资本和运营成本参数

    参数

    土地成本

     

    租金/美元/亩

    2500

    代理费/美元/亩

    50

    单井成本

     

    钻井/百万美元

    1.5

    完井/模拟/百万美元

    2

    配套设施/管道/百万美元

    0.35

    储层表征

     

    地震/百万美元

    0

    测井/百万美元

    0

    提取岩心/百万美元

    0

    其他/百万美元

    0

    运营成本

     

    固定成本/美元/月

    5800

    可变成本/美元/千标准立方英尺

    1.25

    表8  使用费、税收和折现率

    经济参数

    费率

    使用费率

    20%

    税率

    30%

    实际贴现率

    15%

    名义贴现率

    18.45%

    通货膨胀率

    3%

    4.3 蒙特卡罗模拟

    在区块选择之后,本文进行了蒙特卡罗模拟研究。蒙特卡罗模拟中,基质渗透率(km)和页岩气价格不断变化,而所有其他的PVT、储层参数和经济参数保持不变。为了更好地进行说明,我们选择了将“不确定”的输入变量的数量显著限制在基本控制远景的油藏性能(储层渗透率)和经济情况(天然气价格)。基于P10、P50和P90值按照对数正态分布模拟参数。在大多数的勘探情况下,许多参数都是不确定的,可以通过这些参数的概率分布(见表2)来定义。对于需要使用概率分布进行定义的一些关键参数,可通过评估给定区块内重大变化的属性图来直接确定,或用更严格的统计技术,如采用区块内部数值计算变异系数(Cv)。由于基质渗透率是基质流动的主要控制要素,以及未来商品价格造成的天然气价格的高度不确定,针对这种情况,我们选择基于视觉观察的基质渗透率。

    基质渗透率按照P10、P50和P90的值计算如下。通常情况下,可以通过岩石物理模型中的参数值拟合分布来生成概率分布,但是因为我们处理的是远景的早期评估,因此我们采用了替代的方法,即最大限度提高模型获取的不确定性来解释其他早期参数估算无法获取的变化性。如果需要,对其他不确定参数也可以使用相似的方法。

    P10——区块1中比第十百分位值的基质渗透率低20%

    P50——区块1中的基质渗透率值居中间数

    P90——区块1中比基质渗透率的九十百分位值高20%

    表9中定义了2个输入变量的分布。将模型内部不确定参数合并关联(见表2)也很重要。虽然孔隙度和渗透率之间的相关性被加入到原始岩石物理模型(幂律相关),并且压裂半径与剪切系数(正相关)、基质渗透率(负相关),净收益(负相关)和压裂模型井眼半径(负相关)相关,但是出于演示的目的,本文对这一方法进行了简化,使蒙特卡罗模拟中的主要变量之间没有相关性。由于压裂半径取决于基质渗透率,压裂模型必须在每次迭代时重新计算。气体流量,累积产气量和净现值被定义为@RISKTM输出变量。

    本文进行了5000次蒙特卡罗迭代,以确保蒙特卡罗输入变量充分覆盖样本空间。要求覆盖足够的样品空间,是为了确保每个模拟输入相同参数运行时,能得出同样的结论。出于演示的目的,用上述方法获得的迭代数并不是最优化。但是,通过将无限大(非常大)的样本输出分布与减少样本数量的输出分布比较,同时寻找要求充分重复“已知”输出分布的最小值,可以获得优化的迭代数。当进行多个模拟时,优化处理可用于减少处理时间和容量。

    4.4 结果

    图10显示了区块1中单口气井的确定产气量和累积产气量预测。这个“确定性”的基质渗透率的值来自于表9所示输入分布的斯旺森平均值(SM),假设这个值代表区块收益的平均水平(静态平均Km=0.0095毫达西)。虽然Bickel等人(2011)指出了斯旺森平均值(SM)的缺点,但它仍然被广泛地用于工业,因此在这种情况下还将使用。此外,斯旺森平均值在输入分布的平均值的5%范围内(使用@RISKTM计算),因此认为在这个例子中的平均值是准确的。另外,可以使用另一个估计的平均值(即分布平均值、区块值的算术平均值等)。图10a显示的产气速率与时间半对数图以及累积气体的产生与时间的笛卡尔曲线,而图10b显示了产气速率和时间的对数分布图。

     

     

    图10  开发模型情况下的确定速率预测:(a)产气速率和时间、累积产气量和时间的半对数;(b)产气速率和时间的对数关系

    图11显示了产气速率与时间的半对数图,图11b显示一个产气速率与时间的对数图和图11c显示预测(约14年)最初5000天累积产气与时间的笛卡尔曲线。

    通过比较图10和图11,可以再次看到确定性预测与P50概率预测相比,具有更大的IP,持续的生产速度和累积产气量,表明确定性预测是比中位数情况稍微乐观,并且明显远超过P10的情况。这些结果再次支持使用概率分析取代非常规应用的确定性分析。

     

      

    图11  开发模型情况中概率速率预测:(a)产气速度和时间的半对数关系;(b)产气速率和时间的对数关系;(c)累积产气量和时间

    随后,P10、P50和P90产量预测与区块1内水平井可获取的生产数据进行对比,以测试开发方法的稳健性和准确性。在这个比较中,由于完井的复杂性,只有井3和井4可用,而井1表现不佳,且井2在此次分析区块外部。井3的产量被缩减了30天,以便使该井产量自然下降的初始时间与概率预测的一致(指修正井3)。生产的前430天的对比曲线如图12所示。

    如图12所示,两口井的生产数据(修正井3和井4)普遍落在P10和P90之间(使用@RISKTM生成的预测)。除了生产的前20天和第300天左右时的大约20天两个时间段(模型没有指出的操作问题导致的结果)外,约80%的数据点如预期处在P10和P90预测之间。初步预测产量可能更高,因为它不考虑压裂清理干扰、启动效应等,该模型增加了表皮效应来提高与IP的匹配程度。但是,在真正的勘探情况下表皮效应的大小无从得知,这是因为无法获取产气远景区域的数据且需要将其作为不确定的输入量以最大限度地提高模型的准确性。

     

     

    图12  3号井和4号井生产数据和概率速率预测的对比:(a)产气速率和时间的半对数关系;(b)产气速率和时间的对数关系;(c)累积产气量和时间

    虽然这不是一个令人满意的统计样本,只有一个关键属性(Km)被认为是不确定的,但结果令人鼓舞。图13显示了净现值的增加的累积概率分布,直方图和回归系数托那多图。图13a再次显示超过最低预期资本回收率概率计算的累积概率分布图。

    从图13a可以看出这个模拟平均净现值为53万美元,可能超过最低预期资本回收率的50%。然后,可将平均净现值和超过最低预期资本回收率的概率与相同远景的其他区块,以及与其他潜在远景的区块进行比较,从而确定哪些远景区域可提供最好的经济成功机会。这一分析显示了积极的NPV平均值和超过最低预期资本回收率的适度概率。基于这样的分析,可以得出结论:区块1的样品远景对于试点项目是极好的备选。这一分析支持了该地区的开发,但是这一测试中所采用的天然气价格网格假设对其结果影响极大。图13C中托那多图表明天然气价格对净现值带来的影响最大,基质渗透率给净现值带来的影响其次(区块1中最小的基质渗透率变化的结果)。这表明假设较高的气体价格(比如该区水平井钻探时期的气体价格)将提高远景的可取性。从图13b直方图可以看出模拟中大部分的净现值在300万美元和350万美元之间,众数等于-1.5万美元,相当于平均数53万美元左右。

     

     

    图13  开发模型应用NPV法得出的经济结果:(a)累积概率分布;(b)柱状图;(c)回归系数的龙卷风图

    此分析程序可在在开发区的其他2个区块内完成,以协助选择最适合公司的试点项目的位置。2号和3号区块的填图属性的直观观察(图7b和8b)表明,这些地区情况没有区块1理想,因此在本次分析所使用的气体价格假设中可能不适合作为试点项目。

    5 结论

    在本文中,开发了一种方法理论和基于excel的方法以协助页岩气和致密砂岩气藏的勘探。这个方法包含了来自不同来源的映射属性、一个用于估算水力压裂半径的简单的压裂模型、目前应用于页岩气井开采的速率预测技术、计算关键盈利能力指标的经济模块以及解释非常规资源中内在的风险和不确定性的蒙特卡罗模拟。本文所描述的方法和工具可被工业界用于评估远景区域内的各个区块和选择适合试点项目的地区。该方法较为严谨,以岩石物理、地质和现在产业应用的分析储层模型为基础,且通过重建现有实例的油藏动态来证明其准确性。由于不需要建立复杂的数值模型和详细的开发方案(所需数据是在开发早期通常无法获取),这种方法既简单又高效。

    感谢代金友副教授对本文提出的宝贵意见。本文受中国地质调查“地学情报综合研究与产品研发”(121201015000150002)项目支持。

    资料来源:Williams-Kovacs J. D., Clarkson C. R. A new tool for prospect evaluation in shale gas reservoirs. Journal of Natural Gas Science and Engineering,2014,18(5):90-103.

    一种用于页岩气藏远景评价的新方法

        在迷你系列“页岩气神话和现实”三部曲中的第二部分里,我想论述的问题是围绕页岩气这一新型资源的一系列核心问题中的一个:页岩气究竟是便宜还是贵?上周,在安得烈蒙特福德的“Bishop Hill”博客上的激烈讨论中,我声称页岩气是贵的,而非便宜。这一观点引发了一系列长篇大论的怀疑和反对。
        相反观点认为,页岩气便宜而且很便宜。因为使用页岩气还可以节省许多钻探和输送页岩气所需的钢管的费用,以及制造钢管所需的人工费。
        根据前期对页岩气成本所做的一些调查,我认为保本价格可能在4美元到8美元/千立方英尺之间(每一千立方英尺的价格大致相当于每百万英制热量单位的价格,即美元/百万btu)。一个应注意到的极其重要的情况是:如果是在欧洲,目前4美元到8美元的价格是便宜的;如果是在日本则是非常便宜的;但是如果是在北美,这个价格很贵(图1)。因此,对全生命周期生产成本简单地做出贵或便宜的结论不是一个明智的方式。


    图1  全球天然气年平均价格的变化(据英国石油公司)

    北美页岩气开发、福岛核事故和液化天然气的短缺是推动价格变化的几个主要因素。右边的灰色栏显示美国页岩气保本价格的最小值、最大值和中值(据贝克研究所Ken Medlock)。如果是在日本,这3种价格都非常便宜,但在美国却会被认为是很高的价格,基本上仍然高于美国当前的现货价格(每百万英热量单位3.85美元)。
       

        在对已公布的页岩气全生命周期盈亏成本估计数字进行更详细的分析前,这里将首先非常简要地概述美国页岩气生产的历史和页岩气产量惊人的增长速度。因为了解过去,有助于理解现在,并有可能预见未来。

       一、美国页岩气产量

        图2显示了David Hughes编制的美国页岩气产量增长的历史。可以看出,美国页岩气主要产自Haynesville、Barnett、Marcellus和Fayetteville这4个地区(图2和图3)。页岩气产量已经从2007年每天约40亿立方英尺增长到2012年每天约260亿立方英尺!页岩气产量的增长对美国天然气总产量有实质的影响,美国天然气总产量从1995年~2002年每月2万亿立方英尺的稳定水平增长到2012年每月2.5万亿立方英尺(图4)。一些人认为这是美国向能源独立的迈进,然而也有人认为受成本和递减率的影响,这可能是一个能源泡沫。


    图2  2000~2012年美国各地区页岩气产量累计
    (产量从21世纪初的停滞状态到现在惊人的每天250亿立方英尺)

    图3  美国和加拿大主要页岩气和石油产地(资料来源:美国能源信息署)

    图4  自1993年以来美国不同类型天然气产量的变化(基于美国能源信息署数据制作)
    2006年数据系列的异常是因为页岩气数据的引入。在此之前,页岩气产量包括在传统的干气产量中。2011年末,页岩气占美国天然气总产量的32%。据David Hughes的调查结果,页岩气产量到2012年末已占美国天然气总产量的40%(图2)。

        美国页岩气产量的超常增长并不是偶然发生的。从2003年开始美国钻探工业进入超速发展期,到2008年夏天钻探设备总数是2003年的两倍多,达到2000台(图5)。大多数钻探设备是开采天然气的,把图5、图2和图4结合起来,就会明显地看到越来越多的钻机把开采页岩气作为目标,这是以常规天然气产量的减少为代价的,其维持多年的稳定水平从2007年开始下降(图5)。2008年8月金融危机爆发后,钻探活动急剧减少,因为当时所有人都在评估今后全球金融体系的格局。美国的钻探活动在2009和2010年迅速恢复。随后又开始了从页岩气开采向页岩油开采的大转移(图5)。金融危机以前,大约有400台石油钻机,1600台天然气钻机。现在是大约1400台石油钻机,400台天然气钻机。


    图5  美国贝克休斯油田服务公司提供的美国钻机数与美国能源信息署提供的天然气总产量对比


        1995年以来,美国钻探队伍的规模已经从大约700台钻探设备增长到2000台。在很长一段时间里,美国增长的钻探工作量仅仅能够弥补减少的工作量,从而维持总体工作量不下降的局面,直至钻探行业把目标转向页岩。与开采非常成熟的常规天然气相比,新的页岩气开采项目显然给公司带来了更高的产量回报。是否页岩气开采也能给公司带来更高的经济回报尚待分晓。有证据显示天然气总产量在过去的24个月里始终维持在一个稳定水平上。
        油气公司从开采天然气转向开采石油的原因很简单。页岩气的生产过剩使价格从2008年6月的超过13美元/千立方英尺下降到2012年4月的不到2美元/千立方英尺(图6)。在相同的时间段里,石油价格要高得多,从而激励了页岩气开采向页岩油开采的大转移。不到2美元/千立方英尺的天然气价格对于美国消费者和经济增长来说是一个异想天开的数字,但却导致了埃克森美孚公司首席执行官Rex Tillerson的著名宣告:“今天我们的财产全部化为乌有”。他在纽约外交关系理事会的一次发言里说,“我们没赚到钱,账面上都是红色赤字。”


    图6  亨利中心天然气现货价格(资料来源:美国能源信息署)


        欧洲和亚洲各国政府对美国的低价格羡慕不已,因为福岛核事故和2012年液化天然气供应量的下降导致了国际市场上天然气短缺,使价格飙升到历史最高水平,同时也导致了不同地区天然气价格的巨大差距(图1)。美国天然气价格下降到小于2美元/千立方英尺的情况制造了一个错觉,即页岩气是便宜的。但实际上是生产过剩使得美国天然气价格大跌至公司可以获益的水平以下。这种情况对社会是不利的,因为社会的生存有赖于可以赢利的能源工业,但社会没有意识到这一点。

       二、页岩气的实际成本是多少?

        在北美,页岩气的全生命周期实际生产成本是多少?没有单一的和简单的回答,有大量的变量需要考虑:
         1. 气井的最终回收率(EUR)
         2. 钻井的沉没成本
         3. 土地成本
         4. 管道、加工设备和运输至市场的成本
         5. 税和权利金
         6. 付出利息和利率
         7. 公司日常管理费
        不同州之间在某些变量上的差异是很大的,例如税制,北美和欧洲之间税制差异更大。在以下给出的各种各样的评估结果里,在某些情况下还不清楚是否使用了全生命周期经济评估法或“远期点”(point-forward)经济评估法。下面是莱斯大学贝克研究所能源研究中心资深总监Ken Medlock的评估结果。
        “一些井每千立方英尺只投入2.65美元成本就可以盈利,其它的需要投入8.10美元……中值是4.85美元。”


    图7  Ruud Weijermars在其学术论文中指出,美国不同产地的页岩气最低价格在每千立方英尺4到6美元之间。

    左图:2007~2011年美国主要的页岩气产区的产量;右图:美国主要页岩气产区的盈亏平衡点边际价格

        图1中已标示了上述3个价格。图7引自一项学术研究的结果,显示最低成本为每千立方英尺4到6美元。
        页岩气分析和评论家Arthur Berman在其2012年的论文中指出,按8%的贴现率计算,美国Barnett、Fayetteville和Haynesville三地生产的页岩气的全生命周期成本超过了8美元。Berman认为公司一直在高估最终回收率,因此相对成本实际上比公司公布的要高。按天然气的现价计,美国所有页岩气产区都是非盈利的。
       一家主要石油公司的前首席执行官说:一切都取决于页岩气的价格。如果价格在每千立方英尺4~5美元,则页岩气产量会很高。
        总之,情况似乎很明显,如果价格低于每千立方英尺2美元,则整个页岩气行业就无利可图。现有的证据表明,贝克研究所Ken Medlock对页岩气价格的估计是比较合理的。各个公司的利润率取决于他们总体业务的质量。只有时间能够证明Weijermars和Berman估计的高价格是否会因页岩气产量低于当前的预测量而实现。但这是一个极端不稳定和活跃的行业,效率一直在提升,因此对成本,尤其是今后成本的预测极其困难。

       三、美国页岩气的未来

        有迹象显示,美国页岩气产量增长速度的急剧放缓已经开始导致美国天然气总产量增速放缓。在过去24个月内,美国天然气总产量始终稳定在一个水平上可能就是证据(图5)。令人惊奇的是开采速率下降之后,产气量继续上升。部分是由于开采与输送系统之间的时间滞差。气井需要等管道接通,任何时候都有储备的新井闲置在那里等待连接管道。而且钻井效率也提高了,水力压裂和完井技术也正在改善,类似宾夕法尼亚州Marcellus的一些地区,生产的热点地区正在被发现和钻探。以下这段话引自“傻瓜投资指南”网:
        根据贝克休斯的数据,相当多公司都在采用垫块钻井方法。因此北美地区2013年第三季度的钻井工作量比2012年第一季度高出15%不应该感到惊讶。
    根    据美国能源信息署的数据,在美国北达科他州的巴肯页岩区,今年新井每台钻机的日产油量预计将提高将近一倍。去年的日产油量略高于250桶,而今年12月的日产油量估计可达到496桶。同样,在德克萨斯州的老鹰堡页岩区,新井每台钻机的日产量预计可从去年的约200桶增加至今年的413桶。
        这样一来,油气的供求似乎有可能实现平衡。400台钻机能够生产出足够多的石油以弥补天然气产量的下降。美国对廉价天然气的需求已经提高了,还需要从加拿大进口少量天然气。在现在市场条件下,很难想象还会有钻机从开采石油转向开采天然气。因此,合理的预测似乎是:石油产量的增长可能会停下来,甚至在中期可能逆转,这种情况将持续到天然气价格回升到某个水平上,足以使上述在巴肯和老鹰堡页岩区开采石油的钻机又转向开采页岩气。
        页岩气开采效率的惊人增长速度肯定会在达到某个水平后放缓。从长远看,产量将取决于能够发现多少高效和高产的气井。只要新井的质量继续高于老井,那么页岩气的奇迹似乎将永远继续下去。
        根据上面的分析,美国天然气价格可能将继续上涨,并在短期内升至每千立方英尺5美元。市民可能会因此而抱怨,但应该认识到只有把价格维持在这个水平,页岩气开采业才有可能至少在一段时期内繁荣发展,美国经济才会受益。按照5美元/立方英尺的价格,那些拥有低成本、高效率气井的公司可以赚许多钱,而那些只有高成本、低效率气井的公司则可能无利可图。

    美国页岩气的真实成本是多少?

    煤炭发电站排放污染物

    1957年美国内华达州原子弹爆炸

    白垩纪恐龙时代

    国际年代地层表

    编者按 近日,一些科学家投票选出了一个新的地质年代——人类世,以此表明人类对地球做出的深刻改变。由34名成员组成的人类世工作组(AWG)做出的这一决定,标志着正式定义一个新的地质年代的工作迈出了重要一步。为什么要划分人类世?人类世始于何时?“金钉子”将选在哪里?……本版带您一起了解。

    事件

    地球进入“人类世”

    近日,人类世工作组(AWG)的科学家投票决定,地球已进入新地质时代——“人类世”,并指出20世纪中叶是“人类世”的起点。人类活动已经对地球造成了重大影响,甚至可能改变地球的演化方向。科学家们是在审阅了现有证据之后,投票赞成将我们所处的时代划分为一个新的地质时代——人类世。

    自从十多年前这个术语首次被正式提出以来,专家们一直为此进行激烈的争论。人类世工作组(AWG)确定,人类对地球产生了如此深远的影响,这一说法是有理有据的。国际地层委员会旗下的第四纪地层学小组委员会于2009年设立人类世工作组,该工作组负责考察和界定“人类世”,共有34名地质学、考古学、生物学、海洋学、气候学等多种学科专家参与,由英国莱斯特大学的简·扎拉斯维奇担任主席。

    国际地层委员会(ICS)尚未批准这个新术语,但AWG将在2021年之前向ICS提交一份正式提案,以正式定义我们当前的时代。

    AWG是由第四纪地层小组委员会建立的,该小组委员会是国际地层委员会的一部分。在这次投票中,AWG的29名成员支持人类世的定义,并投票赞成以20世纪中期作为人类世的起点——当时迅速增长的人口加快了工业生产、农用化学品使用和其他人类活动的步伐。与此同时,第一次原子弹爆炸产生的放射性尘埃在地球上飘荡,它们随后嵌入沉积物和冰川中,成为地质记录的一部分。

    此次投票的结果并不让人感到惊讶,因为它只是巩固了2016年在南非开普敦召开的国际地质大会上的非正式投票结果。但这一结果鼓舞着科学家尽快找到代表全新世结束和一个由人类活动塑造的新地质年代开始的地质标记。

    一旦AWG提出正式建议,国际地层委员会的其他几个小组将对其进行审议。如果获得通过,那么将由国际地质科学联合会下属执行委员会作出最后的审批。

    释疑

    1 什么是“人类世”

    “人类世”这个概念最早由诺贝尔化学奖得主、荷兰大气化学家保罗·克鲁岑于2000年提出。他认为,地球已告别1.17万年前开始的地质年代“全新世”,快速增长的人口和经济发展对全球环境造成巨大影响,人类活动对地球的改变足以开创一个新的地质年代。

    2002年,《自然》杂志发表了他的文章《人类地理学》。在这篇文章中,保罗·克鲁岑正式提出“人类世”的概念,并对“人类世”一词给出了具体阐释:“自1784年瓦特发明蒸汽机以来,人类的作用越来越成为一个重要的地质营力;全新世已经结束,当今的地球已进入一个人类主导的新的地球地质时代——人类世。”

    “人类世”概念的核心在于,人类活动对地球的影响已经大大超过了自然变化的影响,尤其是自工业革命以来,人类在土地利用、建坝挖河、水资源利用等方面极大地改变了地球的面貌和环境。更为重要的是,人类活动改变了大气成分,化石燃料的巨量燃烧造成大气中温室气体浓度飙升,改变了气候变化的方式,地球的历史演变自此进入了全新的阶段。

    2008年,英国地质学家、莱斯特大学地质学教授扎拉斯维奇和他的团队发表提案,论定地球已经进入“人类世”。

    2011年5月,约20名诺贝尔奖得主向联合国提交《斯德哥尔摩备忘录》,建议将人类现在所处地质年代改为人类世。

    2016年8月29日,第35届国际地质大会在南非召开,会议正式通过“人类纪”“人类世”和“人类期”的概念。

    2 为什么要划分“人类世”

    保罗·克鲁岑认为,人类活动对地球的影响足以开创一个新的地质时代。从工业革命开始,人类活动的影响已经大大超过了自然变化的影响,并且这种影响在未来数万年依旧会持续。因此,有必要专门划分出一个地质历史时期,来看待人类对地球环境重大且持续的改变。

    在过去的300年间,地球面貌发生了翻天覆地的变化。全球人口增长了10倍以上,克鲁岑在2002年发表文章的时候,全球人口为60亿左右,而到2018年初,全球人口已经飙升到了74.4亿以上。因为化石燃料燃烧引起大气中温室气体增加,2002年,大气中的二氧化碳浓度达到370ppm(百万分之一浓度),比工业革命前高30%;到2018年中期,大气中的二氧化碳浓度达到410ppm以上,这比工业革命前高了45%以上,比过去80万年中的任何时候都高,甚至是过去300万~500万年以来的最高值。

    “‘人类’本身已经变成了一个地质过程。”英国地质调查局的地质学家科林·沃特斯说,“塑造地球的主要地质力量——它不再是河流、冰或风了,而是人类。”

    2008年,英国地质学家扎拉斯维奇认为已正式进入了人类世。第四纪地层学小组委员会网站发布的文章指出,与“人类世”相关联的现象包括,生物栖息地减少,全球气候变暖,混凝土、塑料等物质出现……这些变化将存留千年或更久,它们正在改变地球系统。

    3 “人类世”始于何时

    关于“人类世”的起始时间,科学界存在不同的观点,其中最早的日期是1万年前的农业革命。而克鲁岑把人类世的起始地质年代精确定为1784年,即从瓦特改良蒸汽机开始。

    2016年,《科学》杂志发表综述《人类世在功能上和地层上与全新世截然不同》,来自英国地质调查局的科林·沃特斯等人依据大量数据,提出人类世应该被认作是一个新的地质时间单位,其开始的时间应该为20世纪中期,即1950年左右,当时核能时代开始、人口膨胀、工业急剧发展、矿产和能源加快使用。人类活动给地球留下了无处不在而且持久的印记,与之前的全新世截然可分。

    大多数支持人类世命名的科学家更倾向于以1945年为起点。由于20世纪中叶人口的快速增长及工业化消耗了更多的自然资源并产生了更多的温室气体,标志着人类对地球物种的影响“大加速”。

    AWG大多数成员认为,20世纪中期是“人类世”的起点,当时迅速增长的人口加快了工业生产、农用化学品使用和其他人类活动的步伐。不过,有4名AWG成员不赞同这一观点。AWG的4名成员投票反对将人类世定为新地质年代的想法。他们反对工作组试图在全球地质记录中找到一个单一明确信号的做法,认为应该承认人类从史前农业开始便对地球产生了渐进性的影响。

    英国莱斯特大学考古学家、AWG成员埃奇沃思说:“地层证据压倒性地表明,这是一个跨越时间的人类世,它有多个起点,而不是一个单一的起点时间。”他认为,仅仅根据放射性核素信号来命名一个新的地质年代,“阻碍而不是促进了对人类参与的地球系统变化的科学理解”。

    尽管围绕着人类世的概念还有很多学术争议,但是人类世的概念深刻影响了全球各界看待世界的方式。我国“黄土学之父”、已故著名地质学家刘东生院士指出:“人类世的提出是一个值得考虑的问题,因为它不仅是一个地质学分期的问题,同时还涉及人在自然界的地位的问题和人类认识自己的问题。”

    4 “金钉子”将选在哪里

    人类世要想作为新的地质年代,它就需要具备相应的年代地层,这首先就需要确定边界。AWG的下一步工作重点是确定一个具体的地质标记或“金钉子”,这在技术上被称为全球界线层型剖面和点位(GSSP)。这是一个国际公认的岩层基准点,科学家们用它来定义地质时代之间的边界。

    根据国际地质科学联合会和国际地层委员会规定,“金钉子”是确定和识别全球两个时代地层之间界线的唯一标志。地球上的宙、代、纪、世、期都要由“金钉子”来区分,它一旦在世界某个地方“钉下”,该地点就变成一个地质年代的“国际标准”。现在这个被称为全新世的时代大约始于1.17万年前的最后一个冰河时期的末期。

    AWG列出了10个“金钉子”候选地点,它们可以用来区分全新世和人类世,包括意大利北部的一个洞穴、大堡礁的珊瑚和中国的一个湖泊。他们还在考虑是否使用来自第一次核试验的放射性碎片痕迹来支持他们的主张。目前,许多参与这项工作的科学家正在德国柏林协调未来两年的研究工作,他们希望在正式提案中包含一个单一地点。

    扎拉斯维奇表示,工作组正在考虑是否选择1945年原子弹爆炸至1963年《有限禁止核试验条约》缔结期间产生的放射性核素作为证据。

    “我们需要非常详细地分析每个地点存留的地质信号,并比较所有信号,以判断哪些能最清楚地反映与‘人类世’起始相关的全球变化。鉴于存在多种信号,例如矿物质含量、化学性质、不同种类的化石等,而且它们存在于湖底、极地冰川、热带珊瑚等不同环境中,选定‘金钉子’是一个漫长的过程。”扎拉斯维奇说。

    小知识

    地球地质年代的划分

    地球46亿年历史可分为三大阶段——天文时期:46亿~35亿年,地球上基本未保留这一时期的地质体;隐生宙时期:35亿~6亿年,地质体在部分地区有保留,已有原始生命出现;显生宙时期:6亿年至今,此期地质体遍布全球。

    也因此,地球历史年表中主要是以有地质体的时间来划分的,其中最大的时间单位是宙(eon),宙下是代(era),代下分纪(period),纪下分世(epoch),世下分期(age),期下分时(chron)。以代来划分,新生代是地球历史上最新的一个地质时代,从6400万年前开始一直持续到今天。随着恐龙的灭绝,中生代结束,新生代开始。新生代又分为古近纪、新近纪、第四纪,然后是纪下的七个世:古新世、始新世、渐新世、中新世、上新世、更新世和全新世。

    人类就是在距今约260万年的全新世之时,从灵长目中的猿逐渐完成了从猿到人的演化。过去认为,如果把地球的历史比喻成24小时,人类只存在了3秒。但是,由于发现了更早的人类化石,又把古猿转变为人类始祖的时间向前推进到700万年前。

    当然,人类的出现与进化是第四纪最重要的事件。第四纪可分为更新世(早更新世、中更新世、晚更新世)和全新世。如果现在要划分人类世,就是把第四纪从更新世、全新世延续到了人类世,也是与全新世道别。

    与地球46亿年的历史相比,人类短短300万年的历史犹如“一瞬间”,然而,就在这“一瞬间”,人类已将自己的印记深深“烙”在了这颗蓝色星球上。

    “人类世”来了

    “地下七千多米藏着什么?”“海洋地质调查船都有哪些用处?”“海马号ROV能到达海底么?”“2米/8米光学卫星可以在太空中观察到什么?”......小观众们化身问题宝宝,围绕在工作人员身边,踊跃提问,认真记录。

    眼前这一幕并不是发生在什么科技馆中,而是在联合国世界地理信息大会技术与应用展览中自然资源部中国地质调查局的展台上。11月18日,联合国世界地理信息大会技术与应用展览在浙江德清开幕,为期6天的展览吸引了社会各界观众参观。自然资源部中国地质调查局的展台为观众呈现了一场地质调查信息获取新技术新装备与信息应用的视听盛宴。

    一张照片

    照片中站在中国地质调查局展台前的是一位年轻的外国女士,也是本次大会的参会代表之一。这张合影的背后还有一个小故事——在分会上偶然得到了关于“地质云”的宣传手册,对中国地质数据集成与共享十分感兴趣的她还想了解更多的情况,在展区来来回回找了几次才发现,人气最旺的那个“中国风”展台就是她要寻找的地方。

    这不是一个个例。很多参会外国代表、政府企业人员在报告结束后特地来到展台深入了解“地质云2.0”,对“地质云”产生了浓厚兴趣。了解到“地质云”的架构、主要内容、应用领域和使用方法后,他们纷纷称赞地质调查信息化的飞速发展。

    前来参观的高校学生普遍关注“地质云”平台在学习中发挥的作用,工作人员为他们详细介绍了地质数据、地学文献、专业书籍等信息查阅下载方法及“地质云”定制工具使用。大学生们表示,“地质云”信息将成为自己学习的优势资源平台。

    一个请求

    “爸爸,我还不想走。”一个小娃娃坐在展台的大屏幕前,目不转睛地盯着松科二井的科普视频,并且随着视频的播放,时而眉头紧锁,时而手舞足蹈。年轻的爸爸拗不过孩子,坐在了一旁。

    “这已经是他们父子俩看的第四遍啦。”展台工作人员笑呵呵地对记者说。

    据介绍,本次中国地质调查局展台精心设计,通过三部分重点展示科普内容。一是3D立体调查技术,展出了中国地质调查局新建并投入使用的海洋地质调查船、水下4500米级“海马号”ROV,航空地球物理探测系统、应用于自然资源调查的卫星、便携式深部探测取样背包钻,全方位地展示深空、地面、地下、海洋三维立体空间地质信息获取的先进技术方法与设备。二是中国地质调查局地质调查重大成果相关知识,介绍中国地质调查局的整体情况,展出九大计划和地质科技攻坚战的主要目标任务与重大创新成果进展、新一代的地质图件及山、水、林、田、湖、草自然资源分布图等。三是以“地质云2.0”为主要内容的地质调查信息共享平台,向社会公众展示地质云中集成的地质调查信息,介绍地质云的使用方法。展台同时突出特色科普,用球形显示屏展示地球基础知识和地质演化史、“松科二井”地球科学钻探系列科普视频等。

    “现在的地质科普产品丰富多样,有图文有动画,那些晦涩的地学知识通过通俗易懂的方式传达,很容易让孩子理解并爱上地质。”展台负责人说道。

    一个梦想

    “我的梦想是成为一个地质学家。”在展台前,一名小学生工工整整地在表格上写下了自己的愿望。

    记者在想,地质科普是为了让人们“知其然才能知其所以然”,让更多人了解我们的地球,才能更好地保护地球。同时,通过这种科普展示出创新精神在推动科技进步和社会发展中的重要位置,使科学的思想、理念、精神在他们的脑海里生根发芽。

    更为重要的是,当有越来越多的孩子通过地质科普的活动了解到这一学科,并且怀揣梦想投入学习,地质调查工作才能有一个欣欣向荣的未来。

    中国地质调查局科普工作相关负责人对记者表示,中国地质调查局将坚持秉承公益性的职能定位,根据《中国地质调查局科学技术普及规划(2017~2020年)》中部署的开发重点科普产品、创建科普活动品牌、打造科普传播平台等重点科普任务,发挥优势,继续通过形式多样的科普活动和展览等,面向社会公众进行全面的地质调查科学普及。

    播种地质梦想

    肖序常

    肖序常,1929年10月出生,贵州安顺人。中国著名的构造地质学家。

    1952年毕业于北京大学地质系。同年赴甘肃白银厂641地质队工作。

    20世纪50年代后期,肖序常师从黄汲清。在黄汲清的指导下,参与《中国大地构造图》及《中国大地构造基本特征》一书的编著。60年代,在铬铁矿全国大会战的背景下,肖序常参加国家急需矿产铬铁矿的科研项目。70年代,板块构造学说由李春昱等引进中国,肖序常师从李春昱研究板块构造。与此同时,作为中法合作青藏高原科学考察的中方队长,引领了青藏高原地质学研究。80年代开始,肖序常先后任中国地质科学院地质研究所副所长、所长等职,进行多项国际合作交流,并先后赴法国南特大学及美国斯坦福大学地学系做短期访问学者及学术交流,获得国际地学界认同,曾任国际岩石圈委员会喜玛拉雅地区委员会(CC-1)副主席。

    1991年,肖序常当选为中国科学院学部委员(院士)。

    目前肖序常仍坚持在科研一线工作,并承担着国家重大科研项目的组织领导和业务指导。挂在肖序常心上的是对中国西部等地区短缺矿产——铬铁矿前景的评价及油气能源成藏地质背景,以及生油机理的研究,而这也是广大地质工作者的共同关注的问题。

    肖序常到过最高的海拔高度是6400米,这是他颇为自豪的一次野外经历。肖序常强调地质工作野外实际调查的重要性,按他的话“中国地质学家‘得地独厚’,应珍惜中国广袤、结构复杂多样的大地这一最好的天然实验室”,他也总是说,“做地质的,不跑野外,怎么行呢?深入野外是做地质的基本功,虽然很苦,但是苦中有乐。”60多年来,肖序常足迹踏遍了我国东南西北,直到耄耋之年,仍赴青藏高原。

    回顾肖序常的学术生涯,毕业之初,新成立的中国百废待兴,需要地质队员作为业务尖兵,奔向偏僻的角落为国家找矿,这个过程中,他与这个国家一起完成了成长。最重要的是,他始终能够站在更前沿的角度,接受世界地质学的信息和反馈,也让一个时代的世界地质学通过他来看中国地质学的发展。他的学生评价他说,有时他就像是一座桥,连接此岸和彼岸。

    少年出贵州

    也许只有时间才能告诉你事物的本来样子。就像1929年出生的肖序常、1919年出生的大姐肖序容、1928年出生的三姐肖序仪三位老人坐在你面前,你会发现,他们的容貌、说话神态,甚至他们的老年病,几乎都有共性。时间在这三位老人面前画了一个圈。

    1929年10月,肖序常出生于贵州省贵阳市南明区。出世前的11天,父亲肖灿牺牲于北伐战争中的湖南战场。母亲黄伯芬带着肖序常及其大姐肖序容、二哥肖序刚、三姐肖序仪回到距离贵阳100公里左右的家乡安顺。

    肖家在安顺当地曾经是一个大家族,肖家的入黔始祖于明末时期由湖南到贵州作为将军镇守边关,当地现有“将军坟”,每年清明等重大节日,肖家子孙会前往拜祭。而曾经的“将军邸”为了配合旧城改造,正被拆除,那处三进院子有着70多个房间,是肖序常度过了童年以及少年时光的地方。曾经这个大家族也其乐融融,现在离散于各地。

    肖家没落始于肖序常的祖父辈,肖序常父亲的英年离场,对那个家来说更是雪上加霜。

    好在母亲黄伯芬出生的家族也是安顺当地的大家族。其父黄志丞也就是肖序常的外公,是清末的举人,正当赴京考进士之际,清政府崩溃,举人制度瓦解,遂留在家乡。其伯父黄尧丞,也是肖序常的大外公,民国初在北京当议员,后返回贵州参与讨袁(世凯)、讨曹(锟)运动,并成为黔江中学落户安顺的推动者之一,这所学校也是肖序常后来就读的学校。其家族中还有一位有影响的重要人物,即“四八”烈士黄齐生,同为“四八”烈士的王若飞为其侄儿,他们分别是肖序常的远房外公和远房舅舅。

    这样的家族背景,让母亲黄伯芬作为女性可以去读书,并且顺利地读完了师范专业。这样的背景也让肖序常的童年与少年时光受益颇深。新、旧时代交替的年月里,黄伯芬当老师抚养子女。黄伯芬信奉“万般皆下品,唯有读书高”,回首往事,关于母亲黄伯芬给予的教诲,肖序常说:“母亲说过,可以不做大官,但一定要做大事。”

    长肖序常9岁的哥哥肖序刚如父般的引导和影响,让肖序常时刻希望能考进“名牌的进步大学”,先在贵州大学地质系读了一年书以后,1950年随大哥肖序刚从贵州到北京,并转考入北京大学地质系。

    自那以后,肖序常很少再回家乡。一共两次回家乡,第一次距离当初的离开有50年的跨度,第二次是2003年。用97岁大姐肖序容的话说,“走的时候,他还是学生,再回家乡,就是个科学家了”。

    风雨飘摇的年代里,姐弟四人的人生自分别后,逐渐分叉,每个人在随后的岁月里逐渐成长为独立的枝干。几十年过后往回望,个人际遇也自成系统,别有况味。

    肖序仪说:“我的弟弟老老实实,除了去野外爬山找矿作研究,就是天天在办公室,白天在办公室,晚上还在办公室,看书,读外国书、看中国书,研究他的地质,这是他的一辈子。”

    走出家乡的肖序常像那个年代的很多人一样,与新中国一起成长。通过地质与这个世界对话,产生联结,完成作为个人与国家、时代以及地质学的人生交代与使命。尽力满足国家建设与发展刚性需求的同时,与世界地质学保持了同步,在中国当代地质学史上留下了痕迹,完善了中国地质学的理论,也滋养了后人。

    为国家找矿

    今天看来,20世纪的中国对矿产资源的需求出现过两次高潮:第一次是在30年代,抗战前国民政府为建立自己的工业体系开展了矿产资源勘查工作;第二次是新中国成立后,由于西方国家的封锁,为建立新中国的工业体系,开展了大规模的矿产资源勘查开发工作。新中国工业体系初创时期的20世纪50年代到70年代,是中国矿产资源工业的黄金时代。

    肖序常于这个黄金时代里走出了自己的黄金时代。

    1952年8月,从重工业部中分设出来的地质部正式成立。也是这一年的8月,从北京大学地质系毕业的肖序常到达地质部直属的641地质队工作(甘肃白银厂),正式参加野外勘查工作。某种意义来讲,这是他职业生涯中的处女地。

    肖序常满腔热情地投入到新中国的找矿勘探工作中去。

    那时的大西北一片荒芜,各方面条件都极为艰苦,蔬菜、肉食极为匮乏,经常食用干菜或者咸菜,新鲜菜、肉很少见到;缺乏饮用水,饮水要从40~50公里以外的黄河运来,有一辆敞篷的大解放车资助地质队,因为所处的地方是大型硫化矿床,所以,矿区水硫酸根含量很高,饮后容易让人产生腹泻,长期饮用,则致使头发脱落;住宿不但没有像样的宿舍,还十分拥挤,地质、物探和测量等人员挤在60~70平方米的旧老君庙里。

    宋叔和等老同志的家都在南京,入冬年关,肖序常就对他们说,我们留下来,你们回家过年吧。但是后来年轻的地质人中,最终也就肖序常一个人留下来了。肖序常就带着两个工人在那儿填图,因为第二年要上钻,而没有大比例尺地质图就不能打钻,肖序常说:“所以要赶着把1:2000和1:5000的地质图填出来。只有打钻,才能搞清这个地方究竟有多少矿。”而那时候填图,也没有现在这些现代化的工具,肖序常他们就看望远镜测量。

    因为肖序常的坚持,在短时间内完成了矿区大比例尺地质填图,所以第二年初在矿区建立了小型岩矿鉴定分析室,短短数月内进行了岩矿鉴定、分析测试和综合研究等基础性研究工作,为1953~1954年白银厂含铜黄铁矿型大型铜矿床的顺利勘探,乃至尔后的开发,提供了确切的、有用的实际资料。

    肖序常和两名工人,三个年轻人守在一起过春节。快过年了,肖序常对两位工人说:“我们去县城把头发剪一剪吧。”

    坐在车里走了好长时间,终于到了距离白银100多公里的兰州市,坐在理发店里。一批两批三批,排在他们后面的人都剪完头发走了,还没给他们剪。肖序常就问那个老板怎么回事?老板说:“你们忙什么?你们不是刚放出来的吗?”

    理发店老板认为肖序常等三人是劳改队的。这让肖序常和工友们很生气。生气以后,也带来思考,反思自己的形象到底是哪里出了问题。但是自然环境那么恶劣,怎样去注意自己的形象?

    1954年3月,肖序常被地质部调回北京,4月在地质部地矿司有色金属处任职。

    1952年中旬至1954年3月,甘肃白银厂工作期间,肖序常工作认真、努力,升任工区组、外围填图组组长;与第一任夫人周天厚建立了恋爱关系。后,两人于北京结婚,育有两女。

    如今,白银厂早已是“白银市”,是新中国唯一一座以有色金属命名的地级市,因为找到了丰富的矿产,也被称为“铜城”,对于肖序常来说,那是他地质人生启航的地方。

    后来,肖序常又去了新疆、内蒙古、西藏等地方,每次出发与奔赴,都是因为国家的需要。

    他在这样的宏观背景里,不温不火地走着自己的道路,完成个人成长与国家使命之间的平衡。

    师承黄李

    也因为在白银厂时的表现和能力,1957年,28岁的肖序常迎来人生另一个大的转折,跟随黄汲清当学术助手。直到黄汲清年龄大了,肖序常当了接班人,再然后,肖序常也培养自己的学生。传帮带就这样走了下来。

    当黄汲清的助手,用肖序常的话说,某种意义上是转行了,因为他曾经是找矿的,而黄汲清是做地质(大地构造)的,但黄汲清的严谨治学精神对其有着深刻的影响。

    在黄汲清的指导下,肖序常参与了《中国大地构造图》及《中国大地构造基本特征》一书的编著。书中系统、详细地划分了中国大地构造的构造单元并论述了各构造单元的特征及其演化,总结了中国大地构造演化的旋回性,以及印支运动与燕山运动在中国大地构造演化过程中的重要性。对区域地质调查、普查找矿及某些重大基础地质问题的研究,均具有重要的指导意义。

    60年代,肖序常参加国家急需矿产铬铁矿的科研项目。在项目实施过程中,他结合中国实际情况,编著了《含铬基性、超基性岩地质构造特征》一书,从大地构造分析出发,对世界(国外为主)主要含铬基性、超基性岩的地质构造特征作了总结,对不同地质时期、不同大地构造阶段含铬基性、超基性岩产出特征、铬铁矿成因规律、赋存状态及找矿标志作了较详细的论述,铬铁矿一直是国家急缺矿产,此书是查阅了大量世界重要铬铁矿特征,并结合中国地质实际情况完成的著作,为铬铁矿战略部署及普查找矿等提供了较重要的科学依据。

    经历过“文化大革命”的人,都知道那不是一个能够安心工作的年代。也许肖序常自认为的“出身不好”恰恰成了能够保护他的原因。因为“出身不好”,所以他为人处事谨慎、小心、温顺,淡名薄利,很少有纷争,由此有了好人缘,让他在“文革”期间并没有受到太多冲击。

    十年里,虽然没有非常固定的任务,但是也有“抓革命,促生产”时需要进行的野外考察,业余时就多读书,此时因大哥肖序刚“一定要学好外语”的教诲而有的很好的英语基础,再次让肖序常的人生又有了新的机遇。中国很多学术因“文化大革命”而停滞不前,但是国际上在发展,他坚持听国际广播,看外文书,所以在那样的背景下,虽然行动上有所禁锢,但是思想领域,他一直与国际同步。

    20世纪70年代初,被誉为划时代地学革命的板块构造学说兴起,肖序常结合中国古造山带对板块构造“登陆”重要的依据——蛇绿岩、高压变质带及其大地构造意义以及有关成矿作用等,在《祁连山古蛇绿岩带的地质构造意义》(1978,地质学报),《藏南日喀则蛇绿岩及有关的大地构造问题》(1980,中法喜玛拉雅考察成果论文集),《喜玛拉雅岩石圈构造演化总论》(专著,1988)等论著中作了详细阐述。

    李春昱是国内较早接受并引入板块构造学说的地质学家,20世纪70年代肖序常开始跟随他从事中国板块构造的研究工作。这时候,板块构造学说引起了众多年轻人的兴趣,与此同时,高考制度恢复,70年代末期,肖序常开始带学生,那时候肖序常还没有招收研究生的资格,很多年轻人是奔着李春昱来的,李春昱年纪大了,肖序常就带学生一起跑野外。

    由此,肖序常挂在嘴边的有一个词:教学相长。他说,学生和老师一起成长,相互促进。肖序常带的第一批学生中的高延林,也认为与肖序常的关系“亦师亦友”。

    肖序常先后培养硕士生7名,博士生5名,如今他们已经在各自领域作出了成绩,成为佼佼者,其中高俊36岁就担任国家“973”计划项目首席科学家,2人获得国家杰出青年基金,1人获得国家优秀青年基金资助。

    学生就像肖序常的一面镜子。

    他们如同肖序常曾经的那样,常年奋斗在西藏、新疆。那是中国最荒凉、苍茫的地方,也是国际地学界关注的中国焦点。

    这支从黄汲清、李春昱传承走来的学术体系,在中国偌大的科研发展系统里,也算是行风稳健、作风清白。学生数量不多,科研成果却是显赫。

    1991年,肖序常被选为中国科学院学部委员。多年来,肖序常曾获全国科学大会奖,省、部级一等奖1项、二等奖2项,李四光地质科学奖,何梁何利奖等。

    总在前沿

    20世纪60年代后期到现在,肖序常一直参与青藏高原及新疆的野外地质工作。

    1979年的秋天,美国加利福尼亚理工学院地质地球物理系C·艾伦教授为团长、纽约州大学地质科学和环境研究系吴大铭教授为副团长的、由著名地质学家和地球物理学家组成的板块构造代表团一行十人抵达中国,他们的主要目的地是中国的西藏。

    因为肖序常的“三会”,即会英语、俄语、德语,肖序常作为中方代表人物带领与陪同。

    1980年年初,庆祝国际地质大会成立100周年暨第26届国际地质大会在巴黎召开,肖序常参与完成的《中国特提斯蛇绿岩及其构造意义》被选为中方三篇大会发言之一,当时正值中国科技界开放不久,论文宣读引起与会地质学家的高度关注。

    同样的时间里,中国地质界开始了大规模的中法合作,肖序常主持中法“喜马拉雅地质构造与岩石圈的形成和演化”合作研究项目,这是多学科喜马拉雅地学考察,历时三年,肖序常作为中方队长(法方负责人先后是Prost和C.J.Alleger教授等),多次深入青藏高原进行野外地质综合考察。

    此为新中国成立后中国地质向世界打开大门的标志性事件。肖序常由此迈进世界地学的大门,获得国际地学界的认同。

    20世纪80年代后期,肖序常先后在内蒙古、新疆以及青藏等地区进行地质科研工作,负责“305”项目中有关北疆地质构造演化项目(含中美北疆地质构造演化及油气地质背景研究)、IGCP-283项目及有关青藏高原构造演化等重大的国内、国际合作项目。

    20世纪90年代,正值中国地质行业发展的低谷期。1996年在北京召开的第30届国际地质大会,无疑是给中国地质工作者打了一剂强心针。时任中国国家主席的江泽民和时任国务院总理李鹏在会议期间接见了中外知名地质学家。肖序常为中国地质科学院代表团副团长,在大会上作了“青藏高原构造演化和隆升机制”的主题发言,大会共计4个主题发言,其中两个中方发言。

    “九五”期间,肖序常负责青藏高原西北缘岩石圈结构、构造演化多学科的探测研究项目,根据深地震反射探测和岩石学及地球化学等综合研究,对当前流行的青藏高原形成、隆升的“双俯冲”模式提出质疑:提出青藏高原西北缘后期(中、上新世后以来)的隆升是由于“岩石圈双向水平挤压”和“拆沉作用”引发的新认识和模式。并与同行一起首次在西昆仑康西瓦断裂带等地新生代火山岩中发现幔源包体和巨晶,为青藏高原西北缘岩石圈三堆结构、演化的研究提供了重要信息。

    目前挂在肖序常心上的是对西部等地区短缺矿——铬铁矿前景的评价及油气能源成藏地质背景,以及生油机理的深入研究……这也是广大地质工作者的共同关注的问题。

    用学生高延林的话说,“肖先生在学术上总是有很前沿的精神。他始终是一个弄潮儿”。对于地质的热爱,也让历经中国政治与经济浪潮的肖序常能够“任周边潮起潮落,我自岿然不动”。对于学生及后辈而言,这已成为一种精神的象征,“就像是一个平静的港湾”。

    因为肖序常所关注的恰都是世界地质学所关注的领域,比如青藏高原,比如无机生油机理,肖序常能很快地接收到这些前沿信息反馈出来的能量,并结合中国实际情况作出自己的评价和论证。这些再成为营养,滋养中国地质学人士,而他就像烟火的点燃者,烟火美丽芬芳自由燃放,他又去寻另一方向。

    这也许是众人称道他“淡泊名利、谦逊”的原因。某种意义上,似乎也回应了母亲当年的教诲:不一定要做官,但得做大事。

    1929年出生的肖序常,身体并不硬朗,2015年因为学生翟庆国的及时发现,他被送进医院,诊断为“脑血栓”。他的记忆力也出现了很大的衰退,他偶尔自嘲为“痴呆症”。

    但是这所有的一切,不影响他再去地质的海洋里抓捕跑在最前端的信息,如“无机生油”、石墨烯等,他说:“我们应该开辟新的方向,对传统的科学理论要有勇气和能力去质疑。”

    中国工程院院士多吉说:“80多岁的先生还这样关注前沿信息,并且尝试找出案例、提出论证,其实对于功成名就的人来说,这是有风险的。这件事情最大的益处是丰富科学认知,让后来的年轻人看到榜样、拥有平台。”

    也许只有如此,方能如肖序常所说,“科学才能进步”。

    (作者单位:中国地质调查局中国地质科学院地质研究所)

    ①上世纪60年代,肖序常(左一)与黄汲清一起讨论地质问题。

    ②1980年,肖序常(右一)与法国地质学家在西藏野外考察。

    ③1982年,肖序常(前排左一)与李春昱及研究生合影。

    ④2009年,肖序常(左三)在西藏野外考察。

     

    山高水远,你在路上

    即便已近90岁,医生叮嘱走路须持拐杖,但是肖序常依然每天都要去办公室。虽然家距离办公室并没有那么远,但是对于一个腿脚并不便利的老人来说,也需要走20分钟左右。

    肖序常的家在一幢老建筑楼的二层,没有电梯,好在到了中国地质科学院以后,可以坐上电梯,下了电梯,再走到自己在三楼的办公室。

    这个年龄,这样的身体,也许在办公室,并不一定有什么效率和产出,但是在不能去野外的情况下,在去办公室成为习惯的过程中,每天都在办公室里,也成为了一种寄托。就像他在办公室里总是会对学生或者其他晚辈说的那样:“做地质的,不去野外怎么行?”反映在此时的肖序常身上就是,怎么能不去办公室呢?那里有他多年地质工作的成果和痕迹:摊开的地质图、地质图上的放大镜,办公桌上那一摞摞的书等等。

    每次见,都像是第一次见。一样的事情再说一遍,就好像是按下了重说键。

    每次的情绪起伏点也一样,比如说哥哥肖序刚对其好以及不好的影响、去甘肃白银厂初涉为国找矿虽然艰苦但苦中有乐的自豪感、中法合作中美合作期间带队去国际地学界都关注的西藏时的见闻、铬铁矿寻找的担忧,以及蛇绿岩与无机生油之间关联论证的焦虑等等。如果说人的生命是一条直线,这些明显就是那条直线上隆起的各个部分。

    正是它们一起组成、构建了属于肖序常特有的一生。因为年龄,已有严重衰退或者受到严重损伤的记忆力里,它们就像是海洋里的石头,硬硬的,一直都在。

    肖序常会觉得他的学术生涯似乎是一个圆,因为到最后他的兴趣点又回到了他学术刚启程时的起点,都与油气有关。他实习是在玉门油田,历时5个月,还写了学术生涯中的第一篇论文,现在他最挂心的是蛇绿岩与石油之间的关联,他认为自然界中“费托效应”是存在的。

    使肖序常思想转变的是,上世纪90年代初在美国新墨西哥州召开的“国际大陆科学钻探”大会。会议期间,肖序常获悉前苏联乌克兰顿湟茨盆地前寒武纪结晶基地(深3000~4000米)花岗质岩石、角闪岩以及外喀尔巴阡山等火山岩中发现了较大油气田;对此,他与前苏联与会地学家就前寒武纪微体古生物及深部“排气作用(The Outgassing Function of the Earth)”以及非沉积地层(火成岩)成藏等进行了讨论,深受启发。

    鉴于油气需求量日益增长,肖序常认为应该尽快有权威论证出来。

    肖序常有一个手写的笔记本,它每天都摊开在他的办公桌上。肖序常说他希望能快点把相关的文章写出来,科学就要走出曾经成果的禁锢,勇于开拓新的方向。“最重要的是,天上飞的,地下跑的,以及水上航行的,没有油气怎么行?一个国家的发展没有油气,主要靠进口,怎么行?”

    2003年,肖序常获何梁何利基金会科学与技术进步奖之地球科学奖,奖金20万元。肖序常曾设想将所获奖金拿出来成立专项基金,以资助青年学子做科研,种种原因,设想未能实现。此为肖序常至今认为是遗憾的事情。

    类似想法在肖序常这里并不突兀。

    改革开放初期,因为“三会”,即会英语、俄语、德语,肖序常有各种去国外讲学、交流的机会。那时去国外的硬件,比如说大衣、皮箱等,都是单位暂借给他,但国外的讲学报酬,回国后他就捐了。

    女儿肖芹回忆说:“也许是钱的数额太大了,因为可以买一辆小汽车了。”时间进入21世纪,肖芹希望父亲能帮她凑一笔钱买一辆汽车,“发了工资就还”,虽然数目并不大,但是肖序常拿不出来。

    女婿张洪涛被肖序常认为“非常优秀,比我优秀”。一定意义上如同岳父对他的欣赏一样,张洪涛也一样敬重自己的岳父,“他是一个大科学家,大才子”,但是“他不是一个称职的父亲”。

    两个女儿的学习、工作等,肖序常没有很好地参与,更不要说扶助。张洪涛说:“可能对他来说,家庭生活可有可无。他这一辈子,就是做科学、做业务。”

    就像是一面鲜明的旗帜,爱国、爱人民曾经引导着老一辈人进行各种精神追求。要热爱、要奉献、要忍让、要吃亏、要大度等,也由此成为老一辈人的人生哲学。只是这样的旗帜,在互联网时代,在市场经济、消费主义盛行的今天,似乎正在被淡忘,而这样的精神追求和人生哲学,甚至被认为不合时宜。

    也或者说,在当下这个时代,人们并不知道怎样可以像肖序常那辈人那样,“即使遭遇种种,依然执着与热爱,且无怨无悔。”

    也如高延林参照老师一生的事迹,于某个夜晚思考时,问自己的一句话:“我做到了吗?谁做到了?”

    《中国科学报》 (2017-12-04 第8版 印刻)

    肖序常:山高水远路多花