中国作家协会主管

李佩红，中国作家协会会员，巴州作协主席。2023年获第五届中华铁人文学奖，出版个人散文集《塔克拉玛干的月亮》《石油花开》《行色新疆》。

2023年3月9日那天，塔克拉玛干沙漠的天空异常纯净，没有一丝云，蓝得澄明透彻，海浪般起伏的沙丘绵延到遥远的地平线，9000米的钢铁钻塔耸立在金波荡漾的沙海之上，钻井平台上欢呼声震耳欲聋，扎着硕大红绸花的黑色钻杆高悬在半空，挥洒着激情和力量。横幅“热烈庆祝中国石油塔里木油田果勒3C井刷新亚洲最深水平井纪录”在站成一排的石油人的红色工装与阳光的双重映照下，透着喜庆。

富满油田在9396米深处顺利完钻，标志着油田超深油气钻探能力正式迈入9000米级新阶段，具备向万米深地进军的条件，为我国油气资源勘探开发打开了新大门。

这一天，我走进中国石油塔里木油田地质力学科技带头人、企业高级专家张辉的办公室，只见他锁着眉、凝神静气地坐在电脑前工作。工作专注的他等我走到他办公桌前才注意到我。我说：“了解到你们直面世界级难题，针对果勒3C井开展的地应力地质理论研究，准确预测出地层的孔隙压力、坍塌压力、漏失压力、闭合压力和破裂压力，清晰掌握了工程地质规律，为这口井做了全身‘PTCT’，实现超深井眼受力‘看得见’，护航超深井安全快速钻进，刷新了亚洲最深水平井记录，取得了这些成绩，您和团队不庆祝一下吗？”

张辉微笑回答，这算是我们的常规工作。9396米对塔里木油田来说并不是极限，下一步将挑战万米井，面对新的更大挑战，我们需要快马加鞭，时间对我们来说太宝贵了。

来见张辉之前，我是做了准备的，对他和他的团队的研究成果做了了解。他创建了超深油气地质力学建模与应用关键技术体系，培养了国内首批油气田地质力学科研人才和首个油田地质力学科研团队，解决了超深致密砂岩、页岩及碳酸盐岩储层地质力学建模、裂缝性“甜点”预测、井位井眼轨迹优化、钻井井壁稳定性预测、储层三维可压裂性预测、四维地应力与断裂活动性预测等技术难题，保证了复杂油气藏地质认识深化、储层品质准确评价、安全快速钻井、单井有效提产和裂缝性气藏稳产开发，并将自研技术体系向中石油、中石化和中海油相关深层砂岩、碳酸盐岩、页岩油气、煤层气和深水油气勘探开发领域推广与输送，解决实际生产问题并帮助建立相应的油气田地质力学科研团队。与此同时，他致力于研究与实践密切结合，创建的新技术已工业化应用于塔里木盆地2000余口油气井和30余个油气田勘探开发中，为油田超3000万吨油气上产做出了重要贡献。团队先后获省部级特等奖1项，一等奖6项，国家发明专利24件，获中国石油集团公司专利金、银奖各1项，获软件著作权登记13件，研发软件模块2套，发表科研论文61篇。以“张辉”命名的创新工作室成功创建为自治区“劳模和工匠人才创新工作室”，他本人也被评为新疆维吾尔自治区“青年岗位能手”、中国石油集团公司第八届“十大杰出青年”、第一届“科技立业英才”、塔里木油田公司“十三五科技建功人才”，当选新疆巴州第十一届党代表，入选2020年“享受国务院政府特殊津贴人选”。

第一盏灯：用地质力学预测单井钻井

由于张辉研究的地质力学领域属于国际石油勘探开发的前沿技术，专业性极强，为减少读者阅读障碍，有必要在此对地质力学做简要阐述。

广义上理解，地质力学是地质学和力学结合的交叉学科。在中国地质学界，地质力学是指中国地质学家李四光在研究中国和东亚构造的基础上于20世纪40年代创立的一种构造地质学说。

平常，我们感知的地球似乎是静止的、安稳的，压根儿感觉不到它在转动，然而事实上，地球每时每刻都在运动着、变化着。地球内部在相对稳定的情况下承受着来自上层和四周不同层面的压力，地质学家把这种压力叫做地应力。20世纪60年代，南非打井挖金子的人发现，井怎么打都不圆，井口永远是椭圆的，他们怀疑地下一定有种东西在左右着打井，有人说是魔鬼，但科学家可不这么想，他们认为，那是一种人类暂时不了解的力量在起作用。后来，他们确认这是地应力。

张辉研究的方向是油气田地质力学。油气田地质力学是研究油气田整体范围及相关地区岩石力学属性、地应力场、地层孔隙压力场等在油气藏中的分布特征，并研究这些地质力学属性与储层结构、断层、裂缝和流体流动之间交互关系的新兴学科，属于构造地质、岩石力学、地球物理和石油工程等多种专业交叉的研究领域。其研究工作通过大量的地质数据推算建模，无限接近地模拟地层自然形态，准确描绘石油天然气资源在地层的运移与变化规律，进而指导勘探开发，达到“知己知彼、百战不殆”的目的。

地质学家的眼中，古老的塔里木盆地是世界上最复杂的，像一摞盛着石油天然气的瓷盘被人用力摔在地上，又狠狠踹了几脚，石油和天然气就分散在打碎的圈闭、隆起、突起、拗陷、凹陷、洼陷、古潜山、断背山、斜坡、背斜、断裂，甚至裂隙之中。1952年起，塔里木石油勘探经过五下六上的漫长过程，一代一代石油人把容易找到的石油天然气解放出来，剩下的全是极为隐蔽的深层的储层。世界地质界公认，世界最复杂多变的地质构造在塔里木盆地，油气藏多样，不仅有河流湖泊的沉积，还有大海大漠的沉淀，不仅要找隐伏在崇山峻岭里的大背斜，还要探索倒海翻江中撕开的大断裂，80%以上的超深井都在塔里木油田。一口井打下去，不仅要克服恶劣地表，要钻穿巨厚高抗钻砾石层和高蠕变的盐层、经历强漏失的断裂带，还要时刻提防多套异常压力系统造成的井控风险；当钻头千辛万苦到达目的层时，发现又要面对高压、高应力、大尺度碎裂化岩体带来的威胁。

随着塔里木油田勘探开发的不断深入，遇到深层复杂地质条件引起的钻完井难题，特别是库车地区最严重最迫切，这些难题直接威胁到油田安全生产、油气井提速和提产等方面。地质力学作为连接地质与钻完井工程的桥梁，成为一项必须攻克的技术难题，以满足油田生产需要。

张辉2006年7月从吉林大学地球勘测与信息技术博士毕业奔赴塔里木报到，领导对他说：“在与外国公司交流时得知他们开始进行钻井地质力学方面的研究，这是全新的研究领域，没有现成的经验借鉴，是中国石油行业的一项空白，你试试做一下这方面的工作。”

张辉接到这个任务时，很兴奋。对26岁的张辉来说，前人没有走过的路才最具有吸引力和挑战性，世界上的创造大多都来自那些敢于尝试的勇敢者、敢于打破常规探索新方向新出路的人。年轻意味着无畏，年轻预示着无限可能。

接到科研任务的张辉一刻不耽误，甩开了就干，查资料、推公式、编程序，很快进入了状态。但没多久就遇到了难题。

他发现自己在学校学得虽然深，但窄。生产工作需要知识的广度和大量的积累。一时间他感觉很忙乱，算出来的数据和绘制出来的图件都没有什么应用效果。

领导一直鼓励张辉坚持。

张辉从一份国外的资料上受到启发，经过一段时间的探索，发现若要解决深层复杂地质条件引起的钻完井难题，必须首先摸清楚井筒地质力学涉及的孔隙压力、坍塌压力、破裂压力，计算出这三个压力对钻井井筒实际生产产生的影响。一口井的数据量非常大，依靠手工计算，耗时过长，根本不现实。当时油田根本没有地质力学方面的处理软件，而自己恰好有一定的编程基础，于是，张辉从油田档案馆借回一大堆资料，没日没夜地分析研究孔隙压力预测方法。

从八月份入职到过年期间，最艰苦的是对一个个生产难题的苦苦思考和百思不得其解，最大的乐趣也是对这些难题的一个个解决。

攻关之初为保证基础理论算法不出错，张辉仔细研读300余篇文献，其中很多都已经被翻得卷了毛边。为了更好地定量化描述盆地地质力学属性，需要他编写程序模块，用来处理数据分析成果，解决油田生产中的问题，还要将其设计成图模板，制作大量图件，编写报告，便于应用。

判断一口井钻井稳定与否，计算出地层应力和强度之后，难就难在许多计算的单个公式都有了，如何将它们像珍珠一样串联起来，组合成一条美丽的项链。张辉把应力和强度计算出来后，把每个点上如何影响钻井的稳定性画成一张平面结构图。他把结构图打印到A3纸上，挂在办公室墙上，每天盯着结构图研究，感觉自己的目光都快把那张纸看穿了，他想，应力、强度和钻井稳定性之间一定有着隐秘的联系。找到将一切穿引起来的那条线，问题就迎刃而解。

一天，研究院一位经验丰富的老师傅走进张辉办公室，盯着这张结构图看了很久。在大家眼中，这位老师傅平常工作认真，不苟言笑。没想到他从图上收回目光后对张辉说：“你这张图画得挺好，我认真看了，都看明白了。”

老师傅看懂了，说明这个结构图路径方向是正确的。张辉的心狂跳起来，看似云淡风轻的一句话，给了张辉很大的信心，接下来，张辉大胆地按照这个结构图编程序。编好程序之后，他内心忐忑，毕竟这是创新路上的第一步，是摸索着过河。召开院青年科技成果报告会之前，院里要召开小型的宣讲会。张辉在会上宣讲了自己的研究成果。讲完之后，他心里还是没底儿。

路过一个综合科室的时候，一位女同志探出头来说：“张博士你讲得太好了，我都听懂了。”张辉心里一阵惊喜。

“一个非专业的外行都听懂了，说明我把这件事情讲清楚、讲明白了。”为了让更多的人能够听懂他的这个软件，备战青年科技成果报告会，张辉一遍遍讲给爱人听，直到爱人听懂了，张辉才松了一口气。

一年时间很快过去，研究院青年科技成果报告会如期召开。张辉阐述了他编的软件。他的研究成果得到院领导的肯定。由此，获得研究院自主创新成果一等奖第一名。

虽然张辉研发的这个软件模块刚刚出壳，但是院领导发现蕴含其中的无限潜能。

一个人的力量终究有限。中国科学院硕士研究生李超，2005年来到塔里木油田从事轮古地区碳酸盐岩的研究。2007年10月，看到张辉旗下招募地质力学研究人员，筹备工程地质室，他就报名来了。李超和张辉共同研究，完善井筒地质力学评价软件模块，选区块、做孔隙压力、坍塌压力、破裂压力方法研究、钻井评价。

研究的过程中常常遇到各种困难。困难不只来自研究，当时，他们挂靠在采油气工艺所，隔行如隔山。加之油田机构变动大，到底该坚持还是该放弃，张辉和李超一时感到迷茫。夜晚，华灯初照，两人坐在孔雀河边长谈。发源于天山的孔雀河是一条内陆河，河水蜿蜒向南注入塔克拉玛干沙漠，最终消失在沙漠深处。前进路上，浩荡的河水会渐渐变得细瘦，直至消失，但河水依然不舍昼夜、义无反顾向前奔流。水的精神感动着他们，两人坚定了信心，立足当下、潜心研究、静待花开。

在张辉的带领下，两人第一步把井的相关资料吃透，了解已有的研究成果，看书、看文章，收集国外相关研究成果；第二步做相关的地质基础研究，做孔隙压力预测方法研究；第三步在张辉做的《井筒地质力学评价软件模块》基础上，建立自己的三压力预测方法，解决单井设计当中的压力预测问题。

张辉预见到不久的将来，他们会提着这盏灯，照亮井下黑暗的地层。

2020年6月起，张辉带领的团队又创造性地将三压力拓展到了五压力预测技术，使超深井钻井复杂由6.4％降至4.6%。

中国石油股份公司重点井满深1井实钻进速度比计划提前30天，未出现钻井复杂，提速效果明显，意味着塔里木油田在国内首创的超深复杂地层五压力预测技术获得成功。

钻前三压力预测缺少精细的漏失压力预测数据，且对局部异常高压的成因、分布规律认识不清，难以避免工程复杂情况。在传统三压力预测技术的基础上，打造五压力预测技术升级版，即地层孔隙压力、坍塌压力、漏失压力、闭合压力和破裂压力等钻井参数预测。

在研究攻关中，科研人员通过主攻漏失压力预测，推导出一套地层漏失泥浆密度计算公式，并通过30余口井实钻数据模拟和反复论证，投入生产使用。针对富满、克拉苏等主力油气田开发井，张辉带领科研人员及时掌握油气开采、注水注气引起的地层压力变化，精准开展钻前地层五压力预测设计，对漏失及异常孔隙压力风险加强提示，对重点探井加强邻并复杂分析，提高地层孔隙压力预测精度。同时，他们还编制新的五压力预测标准化绘图模板，方便现场施工人员使用。

此外，为提高五压力预测时效，他们将每口完钻井的钻井井况都做成一幅“井史图”。

说到这张“井史图”，引出一个有趣的小插曲。

张辉在与贝克休斯公司的技术交流中，发现他们有一种图，能反映每口井的钻井井史信息，很直观，给他很大启发。知人善任的张辉将任务交给了长于制表的科室成员赵崴，在张辉手把手的指导下，根据塔里木油田井史特点，将钻井周期和深度作为坐标轴，将泥浆密度等钻井参数和卡钻、漏失等20余种钻井信息分类集中体现在一张图上。由于塔里木油田钻井深度大、周期长，原来分析一口井的井史信息需要两三天时间，现在几分钟时间就能很清晰地了解钻井中的重要信息，大大提高了邻井复杂分析时效和精度。

根据油田井位部署中的技术需求，地质力学研究逐步在此项工作中开展应用。在2021年油田召开的第七轮勘探井位论证会上，地质力学项目组第一次参与井位讨论，并作了《克深19-21井区超深气藏地质力学研究与井位优化建议》报告，标志着地质应力学应用从被动转入主动，从钻前井位研究中就开始为一口油气井的提速提产提效服务。张辉记住了这个里程碑式的日子——2021年10月27日。

第二盏灯：哈拉哈塘三维空间地质力学建模

为进一步加强地质力学方面的研究，尽快实现从研究到生产地转换，2008年底，油田勘探开发研究院成立工程地质室，将西南石油大学测井专业毕业的尹国庆调到张辉旗下，此后，张辉、李超、尹国庆三人成团，按照油田公司要求，共同研究地层压力预测。

从哪个方向切入，如何建模依然两眼一抹黑。当时国外没有相应成熟的软件，听说斯伦贝谢公司有类似软件，但那是斯伦贝谢公司的商业秘密。张辉带领的团队在没有任何依靠、没有任何基础的条件下自行研究创新。

建立地质应力模型，复杂构造背景的地层构架搭建和三维地球物理反演就是挡在张辉面前的两座大山。第一步要建地层地质结构模型，在此基础上，才能建立地质应力模型。建模并不是张辉的专业，他首先要学会建地层地质结构模型，为此，他开始了新一轮学习和挑战。当时研究院有两个建模高手，其中一个就是绰号“大忙”的张耀堂。张辉虚心向张耀堂请教，几乎天天黏着张耀堂学习编程软件、建三维地层地质结构模型。张耀堂在背后表扬张辉：“这个博士不错，能静下心来学习。”

张辉花了一年时间系统学习了地质三维建模和数值模拟，又花了整整一年时间熟练掌握了三维地球物理反演的技术。然后又寻找到一个非常适合的三维可视化软件平台，但这个平台在Linux系统中，要实现计算必须用Shell语言编程，为此，他又学习了Shell脚本编程。

哈拉哈塘是塔里木油田公司开发的第一个碳酸盐岩油田，面积近六千平方公里，油层埋深普遍在6000米到8000米之间。2009年，哈拉哈塘油田刚开发，张辉带领的团队首先选择以哈拉哈塘为目标，对哈拉哈塘油田展开三维地层地质结构描述，在建模的基础上，再计算压力和应力。这种方法预测的地层应力太简单，不能描述复杂地质构造情况。

此时的张辉意识到只建三维框架没有意义。三维框架如同建好一间房子，里面没有装家具，人还是住不进去。要把计算出来的地层断裂情况装进去，研究断裂和裂缝的活动性才能与生产实际结合应用。

张辉说：“攻克这道难关时，因为没有条件，我和尹国庆两人把纸质图上断裂的长度、倾角、产向，按照比例用尺子量出来，再把数据一条条输入计算机，用模拟的方法把数值插进去。”

没有什么幸福比得上创造带来的快乐。

第一个模型终于建好了，张辉高兴得一夜未眠，咋看咋美。但不久，现实就给他泼了一头冷水，原来应力在地下是变化的，不是平均的恒定的。他们根据测井提供的孔隙度数据，编程做插值，没考虑复杂构造，也没有考虑断裂。利用这种方法做出来的地应力不合理，力学上达不到平衡。算出来的力，太平均了，没有考虑不同岩层产生的应力变化，误差比较大。再者各种数据的转换，在主程序的基础上需要自己动手单独编程序，如果手工操作，一是不准确，二是效率太低，处理一组数据可能需要几天甚至几十天。

一条路走不通就走另外一条路。

三年啊！多少不眠夜，多少困惑，张辉他们耗时三年终于攻克三维地质应力建模，实现了中国石油深层地质力学建模技术上的新突破。

在此基础上，张辉团队制定出油田技术流程，设计出一个标准，任何一位新来的员工，只要照着标准流程一步步操作，就可以完成三维建模。某国际油服公司得知中国石油塔里木油田公司的张辉团队地质力学技术的进展，特意邀请张辉专程去为他们讲课，张辉首次在国际石油行业的舞台上亮相。

第三盏灯：精准导航寻“甜点”

2012年，肩负着领导重托，张辉登上飞机，飞往大洋彼岸的美国休斯敦参加培训学习。

飞机在万米高空中飞行。张辉还是在思考他的地应力研究。

美国石油公司的石油专家们也意识到地质应力对石油勘探的影响。他们借鉴给飞机和桥梁受到各种压力情况建模的软件，改进后在地质建模上应用，这是当时世界上最先进的技术手段。

培训学习期间，每一天，老师上午讲的课，必须快速消化吸收，下午就要进行考试。张辉觉得自己像是被扒了一层皮。张辉的好学与钻研引起了一名美籍华裔老教授的注意，他很喜欢张辉，张辉向他请教，他都会毫无保留，一边推导公式，一边给张辉一步步地讲解。张辉非常感动。

张辉觉得每个人都有自己的使命，他的使命不在别处，就在塔里木。

四个月的紧张学习结束了，使命在身，张辉迫不及待地返回，当飞机越过重洋，经过十几个小时后降落在祖国的大地上，张辉感到格外亲切，内心翻涌着美好的情愫。

回国之后，油田公司非常重视，很快成立了项目组，张辉任项目组组长。同时，从油田各单位抽调了不同专业的技术人员，将测井、地震、地质三者结合起来，合力攻克三维地质应力建模的难关。2005年研究生毕业的王海应，在同学大多选择了天津、北京及沿海大城市的情况下，他逆势而行直奔塔里木，专攻气藏开发三维建模。王海应作为中石油业内公认的建模专家，2014年8月加入了张辉的团队，极大增强了团队的研究力量。

被地质学家称为“库车坳陷”的地方，紧邻天山南麓，是一个狭长的弧形地带。库车拗陷地表山壁陡峭、沟壑纵横。地表相对高差达到600～2800米，山与山之间几乎没有人行走的道路。千万年的风沙磨蚀，形成了独具一格的雅丹地貌。库车坳陷又被称为“库车山前”或“天山山前”。东起库尔勒，西到阿克苏，东西长约550公里，南北宽30~80公里，面积约2.9万平方公里，地质上属于富油气的前陆盆地。预测油气资源量不少于20亿吨。库车山地不仅地表重峦叠嶂、沟壑纵横，而且地下地质情况复杂。这是经历了多期构造运动，尤其是喜马拉雅运动造成天山山前地带强烈隆升，冲断挤压剧烈，断层发育。山前地下构造十分高陡，地层倾角大，钻进中极易造成严重井斜，要不断纠斜，如此往复循环，但井筒内部异常复杂，容易造成卡钻、断钻具等恶性事故。地层深处还有高压盐水层、盐层、膏盐层、复合盐层，钻井过程中泥浆使用不当会发生井壁坍塌、井眼缩径造成卡钻。由于山前地带挤压剧烈，地层存在巨大挤压应力，还会造成井眼变形。钻井专家形象地将山地钻井称之为“闯鬼门关”。

20世纪50年代起，经过几十年的艰苦攻坚，先后在库车坳陷发现依奇克里克、克拉2、大北、迪那、克深等油气田，随着本区域超深层勘探开发逐渐深入，油气井的钻探与生产也遇到了越来越多的问题。从前地质学家定完井位之后，张辉他们只是利用地层应力计算当前井眼下可能出现的地质问题，在井身结构、井壁稳定性和工程动态参数等方面提出建议。但是长期以来只有井筒一维的地质力学分析技术和成果，制约了工程问题的解决。若是有了三维地质力学建模技术，他们的研究与应用将从被动转为主动，在定井位之前提出意见，用通俗的话说，即精准导航钻井。通过斜井、水平井克服万难挺进目的地，用最短的路径和消耗，进入地质学家们指挥的区域，让那些藏在缝隙或更深层的油气重见天日，最大程度上减少失误，解放一大片区域，吃到一个个“甜点”，希望和成功的概率增大，找大油气田的可能性更大。

曾任石油部部长的王涛在他的回忆录《塔里木的答卷》一书中感慨：“库车山地天然气勘探历史，是一部艰苦卓绝地向科技高峰英勇攀登的历史……每前进一步，都要靠勇气和力量去开拓、攀登。”一代代石油人的拼搏精神激励着张辉，既然是最难啃的硬骨头，那还犹豫什么？张辉态度异常坚定地对他的团员说：“就从建立适合库车复杂构造强应力背景和超深碳酸盐岩储层的三维地质力学建模技术，研发塔里木三维地质力学建模软件，解决复杂地质背景下地质力学建模难题开始。”

复杂地质构造的三维显示非常之难。

地质力学的计算，建立在地震勘探和钻井测井的基础资料之上。先计算地层压力，再计算水平方向的压力，用颜色标注，再编程序建模块。二十多口井，上百条数据，编出来导入主体程序中，一套工作流程下来得一两天。因为是全新的区块，没有现场的三维地质模型，所以首先得自己建地质模型，在地质模型的基础上，将岩石的密度、声波、地层压力、孔隙压力计算出来，再输入主体模型。在做这些工作时，要熟练掌握几十种文件格式。在勘探开发的过程中，分别有预探井、探井、评价井和开发井。做预探井区块的三维应力模型是最难的。由于周边没有可以借鉴的资料，几十公里远才有一口井，有的没有钻井实测的孔隙压力，采用理论方法进行预测，在实际过程中有偏差，需要一点一点地进行修正。

经过两年的合力攻关，他们成功了，当“库车山前地质应力模型”呈现在张辉面前时，他不由得惊叹：“太美了！”

三维地质应力立体模型图像如一块切开的彩色蛋糕，一层一层、波澜起伏、清晰分明，应力大小、好与坏用深浅不一的红、黄、蓝、绿几种颜色标得一清二楚。上面插着一根根“大头针”，那是井的位置。美得似一幅立体抽象艺术画。

该套储层地质力学建模技术很快在塔里木油田的各个勘探开发区块广泛应用。其中，克拉苏构造带地质力学建模工作，包括2000平方的三维资料、90口井资料和100条断层资料的分析，张辉他们6个人协作，仅两个月就提交了成果。在张辉他们制作的克拉三维地质应力模型上，克拉2气田像潜入深海礁石中的一群鲨鱼。24年前，克拉2气田的发现只是找到其中的一头，如今有了新技术的护航，塔里木油田再度将目光锁定在这里，实现克拉2下面再找克拉2的目标。

多年来，他们共完成185个区块的三维建模、14个区块的四维模型。为认识复杂地质背景油气田储层、有的放矢地指导勘探开发发挥了不可替代的作用。

《三维岩石力学参数获取方法和系统》和《超深碳酸盐储层三维地质力学场建立方法和系统》两项成果于2019和2021年分获集团公司专利奖金奖和银奖，并形成企业标准一项——《油气田三维地质力学建模技术标准》。《缝洞碳酸盐岩地层地质力学参数预测方法与工程应用》获中国石油和化工自动化应用协会科技进步奖一等奖、《地质力学技术研究在复杂油气藏勘探开发中的应用》获中国石油集团公司科技进步二等奖。

第四盏灯：发现应力和裂缝、断层的关系

地球物理所地质力学室主任尹国庆办公室墙上挂着一张《完井地质工程一体化成果图表》，上面清晰地标明了水平最大和最小应力、垂向应力、水平应力差、脆性、可压裂性、天然裂隙、应力与裂隙。其中，图钉似的天然裂隙和飞镖盘似的应力与裂隙关系非常直观，经他一解释，我这个外行都能看懂。

世界上，把复杂的事情简单化很难，张辉他们做到了，这需要大智慧。

张辉发现传统找油的方法是根据岩石物理特征评价储层的好坏，就是孔隙度厚度和高低，通过研究发现单是孔隙度厚度和高低不能反映储层的好与坏，比如克深13区块，看起来孔隙度厚度和高低很均匀的储层，产量的差异很大，还有中秋1井，以传统的方法认为井要打在高点上，远离高点的地方不好。但是，事实上远离高点的井产量反而比高点部位的要高，这说明传统的评价方法无法支撑塔里木极端复杂的地质条件。

生命的魅力就在于它的幻化无常，科学研究的魅力也在于它的幻化不定。它们是多么美妙，张辉痴迷在万花筒般的世界，忘记了时间、忘记了自我。地层深处的应力包括来自地面的重力、地层构造之间挤压的力、地层深度的热应力、流体，还有岩石孔隙的压力。概括地说，应力有九个不同方向的力，所以，在运算的过程中要采取矩阵运算，地层应力建模之后把每个裂缝的方向、形态逐一装进去，如孩子摆弄复杂的积木。在组装的过程中，张辉发现应力和裂缝存在某种隐秘的关系，像夜空中闪烁的星辰，那么遥远、那么真实。头脑敏锐的张辉意识到了这一定不是偶然，其中必然包含着相互制约、对立统一的关联。

这个想法让张辉精神亢奋。接下来的日子，他带领团队，对不同的裂缝进行应力预测后发现，应力和裂缝大小、方向不同，油气走向会发生变化，产量就不同。简单地说，如果裂缝是竖直的，那么来自上方的压力越大，裂缝就越大。相反，如果裂缝是水平的，那么再从上方施压，裂缝会越压越小直到压死。如果是倾斜的，那么地层产状（倾角、倾向和走向）和应力的关系又是什么？地层岩石的硬度、裂缝的夹角大小、应力的方向和大小应有所不同。张辉带领团队把应力方位、裂隙评价出来，在此基础上把压力计算出来，计算采用多大压力能把裂隙压开，在断裂活动性预测基础上，研发裂缝型储层流动与地质力学之间的耦合建模技术，在储层物性分析基础上，通过对地应力场控制下的储层渗流与流动能力评估，得到更准确的裂隙储层甜点预测结果。

这是一个开创性的发现。因为在此之前，石油勘探时，专家只考虑裂缝的孔隙度大小、有没有储油气的可能性，没有考虑应力变化对裂缝的影响。他预感到，如果把应力考虑进去，解决好应力问题，匹配得好，可以增强油气渗透率，提高产气油量。他的第二个了不起的突破就是，给钻头安上了一双“眼睛”，在有利的位置钻，穿透最好的储层，提高油气采收率和产量。

一次会议中，油田的一位地质学家谈到断层才是真正的高速通道。细心的张辉听到这句话后，像有一股电流穿过他的心脏，激活了他的想象力。能不能将断层在现今条件下的活动性也预测出来呢？但当时没有任何的软件能做这件事，而且也没有任何已有的成果借鉴。张辉他们首先从解剖分析断层入手，没有现成的断层空间产状数据，他们就把图放大，铺在地上用尺子量，第一个工区用了两周时间，把断层产状信息量出来，加载到应力环境中，发现断层的力学性质与单井的产量、出水及井壁稳定性都有很强的相关性。他们开始了自主攻关“断层力学活动性预测技术”。至今，这项技术已在库车、塔中、塔北碳酸盐岩储层的每个区块的井位部署和开发方案中推广应用，这项技术的应用对确定高效井点、避水和明确开发机理等都有很好的帮助。

库车山地的大北1401井，打到了背斜翼部，原井眼处井壁垮塌十分严重，表明钻遇高应力场部位与区域应力场评价结果一致，同时主应力方位与储层主体发育方位不匹配，无法通过酸压改造获得高产。如果放在以前就硬生生地改造，或是放弃不要了。张辉提出根据区域应力场分布结果，在井的北西方向应力场较低、储层发育有利方位侧钻。钻井工程采用了他的建议，水平方向钻了140米，就钻出了储层的集中区域，投产后日产气12万方，油23万方，救活了这口井。

这一重大应用振奋了油田的决策者，很快，技术被广泛应用到克深2、克深8、克深9区块，为井位优选、储层改造方案优化和开发方案优化提供了依据，有力助推了开发井成功率的不断提升。

2023年正在钻的博孜25井，张辉团队根据地质给出的条件做了预测。由于地下情况过于复杂，预测出现了误差，这口井在6725米的地下开始漏。边漏边打，一天漏失钻井液近百方，耗资上百万，油田领导非常着急，是继续打还是放弃，谁心里也没有底。院领导指示张辉他们必须做两件事：一是预测下部储层好不好，二是怎么往下打。接到任务后的张辉团队，跑野外看剖面，夜以继日加紧研究，对整个区域进行分析，处理大量数据，修订完善了三维地质应力模型，发现博孜25井构造逆掩在大北11构造之下，两盘不但相互叠加，还扭动转圈了，穿过中间三百多米、比天山大峡谷还要宽的膏盐岩层，清楚地显现出下盘地层的油气储层发育良好，由此推测下面是低应力的地方，储层品质好，从而坚定了油田决策者继续往下打的信心。

第五盏灯：完井可压裂性预测技术

2018年塔里木油田在库车市境内打了一口比喜马拉雅山还高36米的超深预探井——轮探1井，在8200米以下的深层找到液态的石油烃，开创了世界石油勘探开发史上的先例。

在8000多米的地层，岩石所受应力之大好比每个指甲盖承受两吨的压力。在如此强大的应力的压迫下，依靠人力压开地层，是不可能的，人为动用的能力很弱、很弱。必须依靠地质力学的精细分析，明确地下裂缝与地应力之间的交互关系，“顺势而为”才能有效地实现油气井的提产。

在如此深的地下找油气，首先更新的是观念，观念更新了，行动随之改变。按照传统观念，只要找到地下的油，只要是有油的地方，全部都把它包揽，进行开采。有些地方，明知有油，但是油不运移，根本开采不出来。有了地质力学的应用之后，不仅是找没找到油的问题，而是在找到油的情况下，进一步地考虑应力和裂缝，必须找到应力弱、有裂缝、油气可能流动的地方开采，如导弹精准打击目标。在已有的裂缝基础上，通过应力让它相互摩擦、触动，提高孔隙度，达到油气运移的目的，用通俗的话说，就是借力打力。

中古112井，由于地层复杂，钻至井深侧钻点6150米左右打偏了几十米，钻井在地下偏离测钻点几十米是符合设计要求的，但是对地下如一把放飞的气球似的碳酸岩盐主体储层来说，差之毫厘，就谬以千里了。

按照设计，这口井到达目的层后，将进行酸化压裂，以打开裂隙，让储层相互沟通，方便油气运动。但是，张辉团队通过计算，发现应力方向与储层主体方向不匹配，就压裂与否的问题与专业部门产生了分歧，专业部门依照以往经验分析，地层压力200多兆帕，这么大的压力距离又不远，说不定能把主体储层压开。而张辉他们经过分析计算后认为，这么压，不但压不开，反而适得其反。充分论证之后，决策层采纳了张辉提出的意见，决策该井实施侧钻措施。2016年5月21日，开始侧钻，用时9天，侧钻至6400米，钻至储层主体部位，之后再压裂，获得了高产，不但节省了700多万元压裂费用，也节约了时间。

一口井的成功，改变了传统的先压裂后侧钻再压裂的做法，从此之后钻井全面采用在B超或CT指导下进行作业的形式，变被动为主动。

光有成果还不够，还得有结实的理论支撑。2014年夏天，张辉同爱人陪孩子去草原上放松，可是，他根本没心看风景，脑子塞满地质应力研究的数据、表格、图像，爱人开车，他坐在车后座，不顾一路上的颠簸，拿着平板电脑写论文。

2015年，张辉撰写的《碳酸盐岩储层断裂活动性研究与井位优化应用》《克深气田地质力学响应对气井产能的影响》《超深裂缝性气藏改造机理与可压裂性技术研发》三篇论文在国际SPE（国际石油工程师学会）会议上宣讲，得到了国际同行的称赞。

不久，张辉分别接到了在美国休斯敦、澳大利亚布里斯班、阿拉伯联合酋长国首都阿布扎比召开的三个SPE国际学术会议的邀请函。

在人才济济的国际石油擂台上登台亮相，是多少科研人员梦寐以求的高光时刻。张辉认为成绩属于团队的每一个人。

初夏，张辉团队的尹国庆在美国休斯敦宣讲了论文《碳酸盐岩储层断裂活动性研究与井位优化应用》。

盛夏，张辉在阿拉伯联合酋长国首都阿布扎比宣讲了论文《超深裂缝性气藏改造机理与可压裂性技术研发》。

金秋，张辉团队的袁芳在澳大利亚布里斯班宣讲了论文《克深气田地质力学响应对气井产能的影响》。

SPE会议中分会场主席、国际专家Fred评价张辉团队的研究成果：“感谢你们有趣而极具创造性的论文。我认为这在油气行业中非常重要，但是业界鲜有此类研究，你们填补了业界空白。我赞扬你们的团队。”

这一年，是中国石油的闪光年。张辉说，当他站上万众瞩目的国际会议宣讲台，他为自己是中国人而感到自豪和光荣，强烈的爱国情结、使命感和责任感油然而生。

对科研人员来说，成功的喜悦往往非常短暂，大部分时间里，他们像蛰伏在地下的知了，拼命地在黑暗的道路上向上攀登。

2020年，位于克拉苏构造西段的博孜3断控三口井相继打出了高产，油田上下沉浸在一片喜悦之中，决定将该断块打造成为克拉苏构造带西段的高产示范区。可叠置于地下多层的断裂、地应力、孔隙压力、优质储层等分布不清楚，给该区块井位部署带来了挑战，如何科学布井，成了高效开发示范区建设的拦路虎。

张辉临危受命。

我在王海应的工作电脑上看到博孜区块的模型图，不同的地层分别排列着博孜15、博孜3、博孜12和博孜11，像斜插在不同地层的犬牙，尖锐狰狞。要钻取下盘的油层被上面的博孜15地层盖住，上面是厚达几百米的盐层。

你能相信吗，这么复杂的地层模型就是让一个人照着画也要花很长时间，而张辉的团队三十多个小时不眠不休，快速准确地把三维应力模型建好了。有了三维应力模型，地下情况一目了然。采用水平井钻探是不是能够提高钻遇率，张辉为这个想法兴奋不已，紧接着论证了在博孜3断裂带钻探水平井的可行性，最终获得油田高度认可。后来实施的四口水平井，张辉团队建立的高精度三维地质力学模型，可谓功不可没。

张辉团队建立的这种新的适用于裂缝性致密储层的可压裂性计算模型，不但解决了库车坳陷气田储层改造定量优化中的难题，助力单井提产，而且该模型已在库车坳陷400余井次中推广应用，为储层改造设计中的施工层段确定、射孔位置优选、注入压力选择和泵注程序优化等提供了量化依据，为克拉苏气田单井提产3倍以上提供了重要的技术支撑。

第六盏灯：自主创新四维地质力学分析技术

根据克拉2、迪那2、克深2等气田开发中对动态的应力场预测的迫切需求，张辉提出了一种“时间—压力—应力”四维地质力学建模方法，发现了库车山前气田开发中影响产能变化和气井出水的重要内在机理。该方法能够将开发过程中随压力下降而不断变化的地应力场信息与气藏综合表现密切关联，从而诊断和预警一些开发中出现的问题。

克拉2气田是西气东输的主力田。从彩色地质构造图上看，克拉2气田的形态很像一条睡着的金龙鱼，侧身躺在蓝色的水中。但是，转动构造图，它又呈现出了完全不同的样貌，像蓝色的托盘上堆着许多黄金。张辉解释说，黄色的是天然气，蓝色的是水，水从哪里来却不清楚，他们研究地应力发现一种奇怪的现象，同样的地层有的井出水了，有的井不出水，理论上水界面应该是平的，要出水应同时出水。监测表明构造不同，气水界面抬升情况不一致，且偏差较大，达100米左右。把地应力加上之后，又添加上时间轴，能够看到在不同的时间点上，应力在地层的不同变化。在开发过程中，随着压力下降，应力场会发生相应的变化，如果用常规方法分析，就无法判断水是从哪里上去的。气田西南部及东南构造高点应力变化较大，而中间部位变化较小，进一步分析，还是地下发育丰富的断层在作怪。在不同应力状态下，断层活动性变化趋势呈现一定差异，断层活动性变好、变差区域有一定区别，气田应力变化的路径是不同的，会直接影响渗透率，找到了原因，接下来张辉他们通过裂隙、断层等评价，找到了出水快慢的原因，预测气田什么时间会产生突变、发生水侵，解释清楚水是如何上去的，由此做出生产方面的调整，对出水风险高的井减缓采收速度。

这一科研成果广泛应用在了迪那2、克深2、克深8、柯克亚气田，保障了能源安全。

中国进入天然气时代后，对天然气的需求量逐年增加，特别是到了冬季，用气达到高峰。夏天用气量相对较小，油田计划把夏天淡季生产的天然气储存起来，以备冬季之需。若是建设储气大罐，投资多、占地面积大、维护成本高、安全管理难度大，那把天然气存在哪里好呢？这是新的课题。

根据地下注水的经验，有人提出可不可以把天然气注入地下储气库，夏季用气低峰时，把气存在地下，冬季需要再取出来。在东部的辽河、四川、重庆等油田，这是一个相对成熟的专业技术，东部油气田基本没有断裂，相当于在盐层中挖一个洞，把气装进去就行了。但是，塔里木油田情况要复杂得多，一般井深在6000～8000米之间，断裂非常发育，在这样的地质条件下能否像其他油田那样操作，谁都没有把握。比如克拉2气田，一口井每天生产100万方左右，注气和采气的量都很大，注气和采气的强度非常高，像吹气球，把握不好度，很容易吹爆。

挑战深层油气藏型的储气库密封性创新的核心技术，在塔里木属于首次，而且在储气的过程中要把石油挤出来。油田公司把这个重担交给了张辉团队，张辉他们一刻也不敢放松，开始在新的领域进行研究。他们首先要研究注气时地应力不能超过的数据是多少，储气库有盖层，压力大了盖子顶飞了，气全跑了。困难的是地层并非完整规则的，地层中有许多裂隙和断层，通常情况下，地层压着这些裂隙和断层是闭合的，注入天然气后，要计算压力保持在哪个范围内裂隙才不会涨开，裂隙顶涨开，气会顺着裂隙或是断层溜走。

通过研究，他们发现，影响密封性的因素有：油气藏圈闭整体完整性、盖层微观孔隙结构、宏观水动力系统、岩石毛细管突破压力、盖层与断裂系统的力学完整性，其中最后一项是密封性评价中的最重要因素。

他们将这一研究成果首先应用到老油田东河1井，之后是塔中4井、牙哈、柯克亚，之后将这项技术延伸应用到富满油田注水开发和二氧化碳驱油，提高油田综合采收率。

张辉每年阅读大量应力方面的外文资料，及时掌握地质应力前沿技术与发展，每周两到三次，做文献分享，有什么亮点，与工作结合，从来没有放松专业技术上的进步，仍然站在技术的最前沿。他像一面旗帜。

工作中，张辉从不固化个人观点，而是启发大家，遇到一个生产难题，先科学分析问题，然后去攻关，再用科学指导生产。

地质力学在油气勘探开发中的应用不过短短十多年。科室人员从最初的一个人发展到现在十几人，汇集了油田各个专业的精英人才。在张辉的带领下，研究工作从最初只做一个个点——单井的预测、应力的参数影响地层垮塌、漏失的程度，发展到现在从井位部署、钻井五压力预测、井史图、钻井工程和油田气四维建模、完井、压裂改造、油气田开采、老油气田改造、储气库等勘探开发全过程参与，实现了一次又一次飞跃。

科研的道路永无止境，2023年塔里木油田正在挑战万米深井，张辉他们也将对此展开研究。张辉说：“由于地层越往下温度越高，岩层的脆性逐渐减弱，而韧性不断增加，岩层的韧性直接影响钻井，影响储层改造和开发。地壳在靠近万米的地方会出现脆韧转换带。我们的任务是找到鸡蛋壳和鸡蛋清的边界，这就是脆韧转换带。我们要研究在砂岩、泥岩、砾岩、盐层、硅质结核等复杂岩下，如何安全钻进到目的层，预测套管如何下，下到哪一层，下几层套管，用多大压力级别的套管和安全泥浆密度，选择井探装备的压力级别，保证不能垮、不能漏、不能喷，安全快速高质量钻进；预测天然裂隙可压裂性、压裂部位、在哪里射孔，分化储层品级，最终保证把油气采出来。”

这是又一项完全陌生的研究领域，又是一次全新的探索和挑战。在铁人精神、塔里木精神的感召下，相信张辉带领的团队，在不久的将来一定能突破难关、再创辉煌。