覃建華
伊軍峰,董海海 (中石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院,新疆克拉瑪依 834000)
吳紹強 (中石油西部鉆探工程有限公司新疆試油公司,新疆 克拉瑪依 834000)
(中國石油大學(xué) (北京)石油工程學(xué)院,北京102249)中石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院,新疆 克拉瑪依834000
基于油井產(chǎn)能的油層分類及應(yīng)用
覃建華
伊軍峰,董海海 (中石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院,新疆克拉瑪依 834000)
吳紹強 (中石油西部鉆探工程有限公司新疆試油公司,新疆 克拉瑪依 834000)
(中國石油大學(xué) (北京)石油工程學(xué)院,北京102249)中石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院,新疆 克拉瑪依834000
不同于以孔、滲或孔隙結(jié)構(gòu)特征等為參數(shù)的儲層靜態(tài)分類,介紹了一種依據(jù)油井產(chǎn)能進行油層分類的方法。首先要分析影響油層產(chǎn)能的敏感地質(zhì)因素,根據(jù)在準(zhǔn)噶爾盆地、塔里木盆地等十多個油藏的經(jīng)驗:同一油藏內(nèi),有效厚度、含油飽和度或孔滲是控制產(chǎn)能的主要因素,即使對典型的裂縫性油藏而言,仍可發(fā)現(xiàn)有效厚度對產(chǎn)能的貢獻。組合篩選出的敏感地質(zhì)參數(shù)采用試湊法建立油層分類模型,對不同油藏而言建模參數(shù)可以有差異,這個過程是建立在油井產(chǎn)液剖面資料或生產(chǎn)資料基礎(chǔ)上的。統(tǒng)計表明,基于產(chǎn)能分類的油層具有明確的地質(zhì)意義,同一油藏內(nèi)部沉積或構(gòu)造差異是油層分類的地質(zhì)基礎(chǔ)。一類油層有更高的采液能力,通常也有更高的采油速度,在相同開發(fā)階段采出程度更高。一類油層的最佳調(diào)整時機是在開發(fā)中前期,中后期往往因為采出程度高,含水高而具有較高風(fēng)險;二類油層在開發(fā)各階段都是調(diào)整及加密的主要對象,尤其是中高含水階段;很多已開發(fā)的三類油層不具備經(jīng)濟開發(fā)的能力,水平井開發(fā)是一個方向。
油層分類;油井產(chǎn)能;有效厚度;含油飽和度;注水開發(fā);開發(fā)調(diào)整
有效厚度、物性、含油性等非均質(zhì)屬性導(dǎo)致開發(fā)效果及剩余油分布的非均質(zhì),這種差異將隨著開發(fā)進程而加劇。傳統(tǒng)油藏工程學(xué)采用流動系數(shù)Cf(Cf=Kh/μ,其中K為油藏有效滲透率,h為有效厚度,μ為流體黏度)表征油層生產(chǎn)能力及平均剖面差異[1],這在一定程度上可以描述生產(chǎn)的非均質(zhì)性,但該方法存在以下問題:①對低滲、特低滲以及稠油油藏而言,啟動壓力梯度導(dǎo)致的非達西流動會使計算產(chǎn)生誤差;②剖面壓力不均衡導(dǎo)致計算誤差;③相對含油飽和度與孔隙度而言,滲透率測井解釋誤差大。油藏開發(fā)中后期,積累了大量的油水井生產(chǎn)數(shù)據(jù)、產(chǎn)液剖面數(shù)據(jù)以及剩余油監(jiān)測數(shù)據(jù),這些資料為采用統(tǒng)計法及依據(jù)產(chǎn)能進行油層分類提供了基礎(chǔ)。
分類的對象多數(shù)是一個油藏,也可以將地理位置接近、油藏性質(zhì)相近的幾個油藏放到一起分類,如火燒山油田將縱向上4個獨立油藏放到一起分類。在油層分類時,首先要進行敏感性分析。即,把靜態(tài)地質(zhì)參數(shù)與油井產(chǎn)能聯(lián)系起來,找出影響油井產(chǎn)能的主控因素。然后,通過組合及優(yōu)化敏感地質(zhì)參數(shù)(試湊法建模),使其與產(chǎn)能相關(guān)性最好,在此基礎(chǔ)上建立分類模型。由于不同油藏產(chǎn)能敏感因素不完全相同,相同參數(shù)對產(chǎn)能的影響程度也不同,也因為資料條件的差異,所以不同分類體系下的分類參數(shù)選擇及標(biāo)準(zhǔn)都是不同的。最后一步是模型的地質(zhì)及開發(fā)驗證,以確保分類模型的地質(zhì)意義及開發(fā)上的區(qū)分度。
剖面測試資料充分時,可建立射孔井段產(chǎn)油量或產(chǎn)液量與敏感地質(zhì)參數(shù)的模型,在石南21井區(qū)頭屯河組、塔中4油田CⅢ油組 (有效厚度與油層孔隙度組合)等油藏都取得了較好效果。當(dāng)產(chǎn)液剖面豐度、精度較低時,統(tǒng)計油井累計產(chǎn)油量與射孔井段地質(zhì)參數(shù)的關(guān)系也可以建立分類模型,如火燒山油田、克拉瑪依油田八區(qū)中二疊統(tǒng)下烏爾禾組 (P2w)油藏 (有效厚度與含油飽和度組合)。由于每個油藏控制產(chǎn)能的主要因素不一致,因此應(yīng)具體分析,筆者在此不再贅述。
油層分類的原則有:①各類油層具有代表性,能代表一定規(guī)模儲量;②分類油層產(chǎn)能區(qū)分度盡量大;③分類油層有地質(zhì)意義,選擇分類參數(shù)及確定界限時需要考慮[2]。根據(jù)目前的經(jīng)驗,一般將油層分為3~5類,只有同一分類模型下的分類油層才能進行定量的地質(zhì)及開發(fā)差異對比,不同模型間的分類油層一般不具定量可比性,高滲透油藏的三類油層產(chǎn)能可能會高于低滲油藏的一類油層。本文涉及的油藏多是中低滲透或特低滲透儲層,在對分類粗化后 (粗化為3類)仍可定性分析其開發(fā)特征并歸納開發(fā)潛力特征。
在對18個油藏統(tǒng)計數(shù)據(jù)的分析中,發(fā)現(xiàn)有效厚度與累計產(chǎn)油量相關(guān)性最好。即使對于火燒山油田中二疊統(tǒng)平地泉組 (P2p)、克拉瑪依油田八區(qū)P2w這樣的典型裂縫性砂巖、帶裂縫的塊狀礫巖油層來說,有效厚度與累計產(chǎn)油量仍然有明顯的相關(guān)性 (圖2),說明基質(zhì)孔隙中的原油儲量是油井穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)。一般低滲及中滲油藏的產(chǎn)能與厚度的相關(guān)性更好,其次是含油飽和度。影響油井產(chǎn)能的地質(zhì)因素按重要程度依次為有效厚度、含油飽和度、孔隙度 (滲透率)、原油黏度,若同一油藏內(nèi)部原油黏度變化較大,其影響往往是第一位的。
圖1 一、二、三、五區(qū)T2k滲透率與采出程度關(guān)系(地層油黏度小于20mPa·s)
圖2 火燒山油田P2p2火3油藏油井累計產(chǎn)油量與有效厚度關(guān)系圖
這里以克拉瑪依油田八區(qū)P2w油藏為例討論油層分類模型的建立??死斠烙吞锇藚^(qū)P2w油藏是特低滲透 (1.2mD)厚度巨大 (平均砂礫巖厚度450m)的礫巖油藏。建立分類模型前,首先確定影響油井產(chǎn)能的敏感性因素。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),油井累產(chǎn)與孔、滲沒有關(guān)聯(lián),與油層厚度和含油飽和度略有正相關(guān)性 (表1)。
表1 累產(chǎn)油分級地質(zhì)參數(shù)對比表
由于認(rèn)識到孔隙度對累計產(chǎn)油量的影響較小,而含油飽和度影響大,因此進一步調(diào)整并設(shè)計了3個優(yōu)質(zhì)油層計算標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)準(zhǔn)如下:標(biāo)準(zhǔn)1——含油飽和度大于52%;標(biāo)準(zhǔn)2——自然電位小于-20mV;標(biāo)準(zhǔn)3——含油飽和度大于52%,自然電位小于-14mV。對比后,最終采用標(biāo)準(zhǔn)1作為優(yōu)質(zhì)油層標(biāo)準(zhǔn)。圖3為克拉瑪依油田八區(qū)P2w分段優(yōu)質(zhì)油層平面分布。
圖3 克拉瑪依油田八區(qū)P2w分段優(yōu)質(zhì)油層平面分布
根據(jù)篩選的敏感地質(zhì)參數(shù)(油層厚度ho、優(yōu)質(zhì)油層厚度hohq、含油飽和度So)進行多參數(shù)組合,以獲得最大的產(chǎn)能區(qū)分度,同時考慮分類樣品數(shù)量均衡,建立了油層分類模型,將該區(qū)油層分為3大類5亞類。一類油層包括Ⅰ、Ⅱ亞類,Ⅰ亞類標(biāo)準(zhǔn)——hohqS3o(So>52%)≥12.5;Ⅱ亞類標(biāo)準(zhǔn)——hohq>23m。二類油層Ⅲ亞類標(biāo)準(zhǔn)——ho≥25m。三類油層包括Ⅳ、Ⅴ兩亞類,Ⅳ亞類標(biāo)準(zhǔn)——12m≤ho<25m;Ⅴ亞類標(biāo)準(zhǔn)——ho<12m。分類油層的地質(zhì)意義:一類油層是厚度大、含油性好的部分,二類油層厚度大、含油性及儲層物性差,三類油層厚度小。以該模型計算得到的亞類參數(shù)見表2,亞類油層分布見圖4。
表2 八區(qū)P2w油層亞類地質(zhì)特征參數(shù)對比表
從3個方面進行模型的檢驗:地質(zhì)背景、油層屬性、開發(fā)上的差異。
圖4 克拉瑪依油田八區(qū)P2w小層分類油層平面分布
1)首先要明確分類油層的地質(zhì)背景。油層分類主要考慮與油井產(chǎn)能相關(guān)的地質(zhì)因素,如有效厚度、含油飽和度及孔隙度等測井解釋參數(shù)。分析不同類型油層的沉積或構(gòu)造背景既是為了驗證分類結(jié)果,又是為了描述方便。例如對P2w這樣的特低滲透巨厚塊狀礫巖儲層,對巖心分析的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),依據(jù)有效厚度、含油飽和度確定的一類油層 (厚度大、含油飽和度高)的沉積背景是:分選相對好的以含礫粗砂巖、細(xì)粒小礫巖為主的扇三角洲水下分流河道;三類油層 (厚度大、含油飽和度低)的沉積背景是以分選相對差的砂礫巖、細(xì)粒小礫巖為主,微相為離物源區(qū)更近的扇三角洲水上分流河道。
2)參與分類的產(chǎn)能敏感因素在分類油層中的差異容易理解,對未參與分類的地質(zhì)參數(shù)進行分析可以檢驗?zāi)P?。敏感性分析時,P2w的油層孔隙度與產(chǎn)能無明顯相關(guān)性,依據(jù)油層厚度與含油飽和度將油層分為五亞類,Ⅰ亞類到Ⅴ亞類的孔隙度分別為12.8%、12.2%、11.2%、11.4%、11.5%,表現(xiàn)出一定的區(qū)分性。好油層有更高的含油級別、孔隙度、滲透率,更優(yōu)的孔隙結(jié)構(gòu)及高驅(qū)油效率。如克拉瑪依油田五區(qū)中三疊統(tǒng)下克拉瑪依組 (T2k1)油層按照厚度及初產(chǎn)分為3類 (表3),一類油層平均孔隙度12.7%,滲透率113.01mD,Ⅰ、Ⅱ類孔隙結(jié)構(gòu)樣品比例為62.5%,驅(qū)油效率53.3%;二類油層平均孔隙度11.4%,滲透率20.08mD,Ⅰ、Ⅱ類孔隙結(jié)構(gòu)樣品比例為34.8%,驅(qū)油效率52.9%;三類油層平均孔隙度9.36%,滲透率6.75mD,Ⅰ、Ⅱ類孔隙結(jié)構(gòu)樣品比例為0,驅(qū)油效率32.1%。
《伊朗核協(xié)議》達成后,隨著國際社會對伊朗制裁的解除,伊朗經(jīng)濟開始快速復(fù)蘇。伊朗在中東地區(qū)的影響力快速增強,并在也門和敘利亞等地區(qū)熱點問題上同以美國和以色列為首的西方國家直接對抗,威脅到美國在中東的石油霸權(quán)。特朗普政府對伊朗采取“極限施壓”政策,希望通過制裁迫使伊朗接受美國的多項政治要求。
3)好油層在產(chǎn)液能力、壓力保持、見效特征、采收率上都有明顯的優(yōu)勢。同樣以五區(qū)T2k1為例(表4):一類油層產(chǎn)液指數(shù) (含水50%時)1.02t/(d·MPa),壓力保持程度79.5%,見效好的井?dāng)?shù)比例33%,水驅(qū)采收率預(yù)期34.1%;二類油層產(chǎn)液指數(shù) (含水50%時)0.38t/(d·MPa),壓力保持程度78.7%,見效好的井?dāng)?shù)比例10%,水驅(qū)采收率預(yù)期27.1%;三類油層產(chǎn)液指數(shù) (含水50%時)0.21t/(d·MPa),壓力保持程度68.1%,見效好的井?dāng)?shù)比例0,水驅(qū)采收率預(yù)期19.0%。
表3 克拉瑪依油田五區(qū)T2k1分類油層靜態(tài)參數(shù)
表4 克拉瑪依油田五區(qū)T2k1分類油層動態(tài)參數(shù) (含水率50%)
在對不同類型油層的地質(zhì)背景、油層屬性及開發(fā)差異分析的基礎(chǔ)上,可進一步評價其在不同開發(fā)方式、井型、井網(wǎng)井距下的預(yù)期開采效果。結(jié)合對經(jīng)濟指標(biāo)的評價,計算不同類型油層調(diào)整開發(fā)的潛力。相近開發(fā)方式下,隨開發(fā)時間增加,好油層采出程度增加快。如百口泉油田百21井區(qū)T2k1油藏,區(qū)塊采出程度17.4%時,一類油層采出程度達到28.7%,二類為17.21%,三類只有6.6%。
油藏開發(fā)中后期,一類油層往往因為采出程度較高,使得剩余油分散而不具備大規(guī)模水驅(qū)加密調(diào)整的潛力??死斠烙吞镂鍏^(qū)T2k1油藏主要由一類油層組成,儲層性質(zhì)較好,采用基礎(chǔ)井網(wǎng)就可取得較好的開發(fā)效果 (截至2012年底,采出程度32.36%)。從其剩余油分布來看 (表5),低飽和度的“強水淹區(qū)剩余油”占剩余油儲量的62.7%,而其余飽和度較高的如 “滲流滯留區(qū)剩余油”、“非主力層剩余油”等都呈零散分布狀態(tài)。對于這類油層,若開展全面調(diào)整,則新井鉆遇水淹層幾率較大。
當(dāng)還處在開發(fā)中前期時,如果整體采出程度低于20%,那么一類油層往往是調(diào)整開發(fā)的主力。如火燒山油田、克拉瑪依油田八區(qū)P2w油藏等。火燒山油田中二疊統(tǒng)平地泉組二段 (P2p2)火3油藏南部屬于一類油層集中分布區(qū),采出程度20.0%、綜合含水77.6%。該區(qū)井距由初期的350m加密到250m,采收率有望從25%提高到34%,以50美元/桶評價極限井網(wǎng)井距為200m,具備整體加密的潛力。2007~2008年實施加密調(diào)整,從350m反九點井網(wǎng)調(diào)整為250m反九點井網(wǎng),投產(chǎn)7口新井,單井平均初始產(chǎn)油6.3t,含水43.5%,截止到2012年3月新井平均累計產(chǎn)油5012t。
表5 克拉瑪依油田五區(qū)T2k1油藏剩余油類型
中等油層與差油層相比,具有一定的產(chǎn)能而能正常開發(fā);采用相同井網(wǎng)方式或與好油層合采時其產(chǎn)能往往被抑制。這種特點使中等油層往往成為注水開發(fā)中后期調(diào)整的主要對象,無論是細(xì)分開發(fā)層系還是加密注采井距,都是提高中等油層開發(fā)效果的重要手段。克拉瑪依油田八區(qū)T2k1油藏、五區(qū)T2k1油藏即是如此。五3中區(qū)T2k1油藏以二類油層為主,儲層性質(zhì)相對較差,基礎(chǔ)井網(wǎng)與儲層性質(zhì)匹配不好,開發(fā)效果一般 (截至2012年底,采出程度18.89%),從其剩余油分布來看,低含油飽和度的水淹區(qū)剩余油儲量占45.6%,其余較高含油飽和度的 “滲流滯留區(qū)剩余油”等占54.4%,具有調(diào)整潛力。
對低滲透或特低滲透油藏而言,其中的差油層多是厚度薄、滲透率低、含油飽和度低的單油層,直井開發(fā)產(chǎn)能低而無經(jīng)濟性 (實際上不少這類油層都投入了開發(fā),一定程度上降低了油藏整體開發(fā)的效果)。在五區(qū)T2k1對其開發(fā)界限進行了分析,隨著油層滲透率的降低,能夠投入經(jīng)濟技術(shù)合理開發(fā)所需要的有效厚度逐步上升 (圖5)。五區(qū)T2k1三類油層,58.9%的油井有效厚度小于5m,平均有效滲透率3.69mD,在當(dāng)前經(jīng)濟技術(shù)條件下,不能經(jīng)濟合理地開發(fā)。
開發(fā)中后期,鑒于三類油層采出程度低、油層薄,水平井開發(fā)是提高儲量動用的辦法?;馃接吞飳⒂蛯臃譃?類,最差的四類油層:油層厚度2~4m、滲透率0.6mD,大部分儲量沒有投入開發(fā)。2010~2011年針對這種薄層特低滲儲層,完成了6口水平井 (沒有壓裂),投產(chǎn)前一個月的平均單井產(chǎn)油為6.4t/d,含水18.6%,根據(jù)遞減預(yù)計單井累產(chǎn)為7829t,高于水平井的單井經(jīng)濟極限產(chǎn)油5595t。
圖5 克拉瑪依油田五區(qū)T2k1三類油層開發(fā)界限
即使采用水平井開發(fā),某些差油層也會因為豐度太低、物性太差、埋深太大等因素而不能投入經(jīng)濟有效開發(fā),如塔中4油田CⅠ油組的部分單砂層,在以往的研究中多建議采用水平井開發(fā),結(jié)合經(jīng)濟指標(biāo)評價部分主力單砂體,由于其油層薄 (1.5m)、含油飽和度低 (50%),即使采用水平井,也無法達到水平井經(jīng)濟開發(fā)的剩余可采儲量豐度界限13.5×104t/km2(大多數(shù)區(qū)域低于5×104t/km2)。
該方法已應(yīng)用在準(zhǔn)噶爾盆地、塔里木盆地的十幾個主力油藏中,涉及地質(zhì)儲量3.58×108t。油藏類型以砂巖、砂礫巖為主,其中還包括相當(dāng)數(shù)量的特低滲透并以儲層裂縫聞名的火燒山油田、克拉瑪依油田八區(qū)P2w油藏。下面將以八區(qū)P2w油藏 (代表采出程度相對低的油藏類型)為例簡單介紹這種方法的應(yīng)用。
克拉瑪依油田八區(qū)P2w油藏因為儲層滲透率特低并且發(fā)育垂直裂縫等,經(jīng)過三次加密,井距達到195m后仍未能建立有效的水驅(qū)體系。在油藏中部開展的小井距試驗顯示,井距達到135m后可以建立有效的水驅(qū)體系。由于油藏規(guī)模大,小井距試驗區(qū)儲量僅占全區(qū)的1/30,油層非均質(zhì)性強,應(yīng)選擇與小井距試驗區(qū)油層特征接近的區(qū)域推廣,油層分類成為評價加密調(diào)整潛力的重點。
分類模型的建立及驗證如前文所示。依據(jù)有效厚度、優(yōu)質(zhì)有效厚度、含油飽和度建立了油層分類模型,將油層分為3大類5小類。一類油層 (包括兩個亞類,以優(yōu)質(zhì)有效厚度區(qū)分)是厚度大、含油飽和度高的,多由扇三角洲水下分流河道相對均勻的含礫粗砂巖組成,儲層物性也明顯占優(yōu),產(chǎn)能明顯高于其他類型的油層;二類油層是厚度大、含油飽和度低的,為扇三角洲平原的分流河道不等粒砂礫巖,分選差,物性差,產(chǎn)能中等;三類 (包括兩個亞類,以含油飽和度區(qū)分)是厚度小、產(chǎn)能低的油層。
由于小井距試驗區(qū)以一類油層為主,類比確定一類油層區(qū)為加密調(diào)整對象,對二類油層開展試驗。方案設(shè)計新建產(chǎn)能50×104t,其中包括在二類油層的8口新鉆加密試驗井。調(diào)整方案目前已建成42×104t產(chǎn)能,平均新井初期產(chǎn)油 (投產(chǎn)前3個月)9.8t/d,含水32.1%,油藏生產(chǎn)指標(biāo)與設(shè)計相符,油藏年產(chǎn)油量由調(diào)整前的55×104t,上升到調(diào)整后的78.5×104t。在二類油層中已投產(chǎn)的7口試驗井生產(chǎn)效果明顯差于上述正常投產(chǎn)井,平均新井初期產(chǎn)油 (投產(chǎn)前3個月)5.2t/d,含水56.1%,一定程度上也證明了基于產(chǎn)能的油層分類的實用性。
1)除油層厚度外,含油飽和度是控制油井產(chǎn)能的主要地質(zhì)因素 (低黏的注水開發(fā)油藏)。
2)一類油層處于有利沉積相帶,儲層分選較好,除了厚度、含油性、物性優(yōu)勢外,儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)也更好。
3)同一油藏中,一類油層注水開發(fā)效果好,開發(fā)時間越長,采出程度越高。
4)開發(fā)中前期,一類油層的調(diào)整潛力較大,中后期二類油層潛力更明顯,而水平井是動用三類油層的重要手段。
[1]陳元千 .現(xiàn)代油藏工程 [M].北京:石油工業(yè)出版社,2000.
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[3]何更生 .油層物理 [M].北京:石油工業(yè)出版社,1993.
[編輯] 蕭雨
Key words:reservoir classification;well productivity;effective thickness;oil saturation;waterflooding;adjustment in development
ultra-high water-cut stage;pore network model;micro force applied;pore path selection Stratigraphic Classification and Its Application Based on Well Producibility
QIN Jian-hua,YI Jun-feng,DONG Hai-hai,WU Shao-qiang (First Author' s Address:School of Petroleum Engineering,China University of Petroleum,Beijing102200,China;Research Institute of Petroleum Exploration and Development,Xinjiang Oilfield Company,PetroChina,Karamay834000,Xinjiang,China)
It was different from static reservoir classification by using porosity or permeability of pore structure as parameters,a classification method was introduced based on well productivity.First the sensitive geologic factors influencing the productivity were analyzed.The experiences from more than 10oilfields in Junggar Basin and Tarim Basin indicated that the effective thickness,oil saturation,porosity and permeability were the main factors to control productivity in the same reservoir.Even if it was in the typical fractured reservoir,it could still be found the contribution of effective reservoir thickness to the productivity.The selected combination of geologic parameters were used to establish a reservoir classification model with cut and trial method,the modeling parameters could be varied for different reservoirs.The process was based on the data of well sections and production.Statistics show that the classification based on reservoir productivity has clear geological significance and deposition or structural difference in the same reservoir is the geological base of reservoir classification.Class A reservoir has higher fluid producing capacity,usually it also has a higher rate of oil production and a higher recovery percent at the same stage of development.The optimal adjustment time of Class A reservoir is at the late development stage,because it has high risk of the high water cut at high recovery degree stage;Class B reservoirs are the main objects of adjustment and infilling at each stage of development,especially at high watercut stage;many developed Class C reservoirs have no economic development ability,but horizontal well is an effective way of oil development.
TE32
A
1000-9752(2013)05-0098-06
2012-11-08
覃建華 (1970-),男,1992年西南石油學(xué)院畢業(yè),博士 (后),高級工程師,現(xiàn)從事油氣田開發(fā)方面的研究工作。