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宋考平:以创新载起稳产之舟

来源:  发布时间:2022-06-27

蔡巧玉

 

1959926日,“松基三井喷油”的好消息传来,这成为穿破西方对我国重重封锁的天窗,为在建设现代工业之路上艰难行进的新中国投下的一束希望之光。油花飞溅中,这座松辽盆地上新发现的、被命名为“大庆”的油田,就此翻开了我国石油开发史上具有历史转折意义的崭新一页。作为中国最大、全球罕见特大型陆相砂岩油田,大庆油田的建成,不但为我国摘掉了贫油国的帽子、驳斥了“中国贫油论”的论断,更为我国第一批成长起来的工业种子提供了“独立水源”、为我国建立现代石油工业体系提供了强大原动力。此后,基于石油在国家工业化建设和稳固发展层面的巨大作用,在波澜壮阔的石油大会战和一代代石油人的共同努力下,大庆逐渐成长为中国石油开发历史上承载着无数光荣和梦想的梦寐之地,其持续稳产高产的骄人业绩,也成为中国石油工业“稳定东部,开发西部”战略目标实施的有力保证。

然而近年来,随着石油需求量的增大,我国从海外进口的石油量也随之逐年增加。截至2020年,我国石油对外依存度达到70%以上。在日趋复杂多变的地缘政治背景下,如何保障我国石油能源安全?如何让我国自有油田的“利用率”更高?这成为中国石油人一直在思考的问题。抱着“石油能源的饭碗必须端在自己手里”的坚定信念,东北石油大学副校长、油气田开发工程国家级重点学科带头人宋考平几十年如一日地奔忙在油气田开发技术创新的一线,他期待用自己的力量,为中国油气田稳产、高产提供行之有效的解决方案。

 

与“君”初相逢:

诸多“意外”终成热爱

 

1979年是高考制度恢复的第三年。彼时正在准备高考的宋考平未曾想到,他的人生即将开启一场全新的旅程。盛夏之时,高考尘埃落定,尽管没有被当时钟情的化学和水利专业录取,选择服从分配的宋考平仍是带着早早收到的录取通知书,欣喜地踏上了前往油城大庆的列车。

对于当时的宋考平来说,被大庆石油学院(现东北石油大学)录取、就读未曾了解的油气田开发工程专业,是他成长路上遇到的第一个“意外”。当到达学校所在地安达之后,第二个“意外”也很快到来——“当时从安达火车站到学校,甚至一直走到校园大门口,一路上的路况都是很不好,车开在上面叮叮咣咣地响。这和我来之前‘幻想’的大学有点不同。”宋考平笑着回忆道,“等到安顿下来以后,我在校园里溜达,走到了教学区,我看到教学楼,也看到很多人在那里学习,这时候心才安定下来。我觉得这样的大学很好,‘既来之,则安之’。我是个挺知足的人,能在这里学习生活,我觉得很满足。”

就这样,年轻的宋考平迅速投入学习中,在油气田开发这个研究领域扎下根来。据他介绍,油气田开发工程专业是油田的主干专业,更是当时具有开创性和独创性的新型专业:“这个专业国外至今没有,而我恰巧是这个专业在全国恢复高考后,乃至中国历史上的首届学生之一。”宋考平说。自此以后,这一包含了渗流力学、油层物理、油藏数值模拟、水利学、油气田开发、油气田开发设计等核心内容的专业正式“启动”,而作为首届学生的宋考平也就此与大庆石油学院、与大庆油田结下了不解之缘。

穿梭于校园与油田之间,宋考平心中对于石油事业的热爱与日俱增。求知不倦、重视实践、一切从油田的实际需求出发,宋考平迅速地成为大庆石油学院和大庆油田科研攻关中的新生力量。1983年为升平油田制订开发设计方案时,即将本科毕业的宋考平加入其中,成为油田的开发指标预测计算及设计方案优选课题组的成员之一。“这个课题组有4名老师,带我一个学生。这项工作需要进行大量的公式推导和计算机编程工作,但是当时整个学校只有两台z80微机,全校都等着用,我们就必须争分夺秒地使用。很多时候都是程序编完了就上机运行,发现错漏也只能打印出来手工去改,改好了再上机测试……如此循环往复。”宋考平回忆道,“就在这样的情况下,我们还是在指标控制、方案优选和编程运用等层面得到了想要的结果,现在想来还是挺不容易的。”

对宋考平来说,这份“不容易”,不只带来了收获,同样伴随着失去。为了“赶进度”,1984年除夕当天,宋考平仍忙碌在工作岗位上,最后还是被老师和领导联手“撵”回了家。除夕夜的火车厢里空荡荡的,只有宋考平一人。吃着车上提供的免费肉馅儿饺子,晚归的宋考平感慨着享受到“国家待遇”的幸运,那份香甜至今记忆犹新。然而到家后,他如往常一般,想第一时间去屋里看看奶奶时,却发现那间屋子已经空了。这时候父母才告诉他,奶奶已经在几天前去世了。父母知道宋考平很忙,生怕这个噩耗影响他工作,就没有告诉他。从小因为家里孩子多,宋考平其实是奶奶亲手带大的,与老人的感情极为深厚。这场猝不及防的别离,让宋考平的这个团圆节变得异常酸涩。

逝者不可追,唯有继续向前。收拾起悲伤的情绪,宋考平迅速回到了工作岗位。最终,凝结了众人心血的研究成果赢得了油田相关部门的肯定。经逐级审批后,宋考平所在课题组提出的升平油田开发设计方案很快投入应用。油田于1984年交付投产,迅速成长为稳定产油的新油田基地,时至今日仍保持着年产20多万吨的卓越“实力”。“回头一看,我们预测得还是挺准的。”提及往事,宋考平欣慰地说,“这个方案有几十人参与,最后给我放在排名第六的位置,前后都是我的老师。除了感恩,这也激发了我从事科技攻关的更大热情。”

以此为开端,再一次服从分配的宋考平留在大庆石油学院,继续科研和学习的历程。在先后取得油气田开发工程专业硕士和博士学位的同时,他从未间断油田的技术攻关,凭借着“永不言弃”的坚韧和执着,攻克了一道道难关,也成了油田遇到开发难题时,领导们第一时间想到的人。国家“人民楷模”、“新铁人”王启民也常常找他一起深入探讨油田开发的理论和技术问题,共同为祖国献石油的志向,使他成为“铁人”的忘年之交和追随者。20世纪90年代后,大庆油田进入了高含水开采期,注入油层的水在驱出原油的同时也出现了低效无效循环致使油井出水不出油的“水患”问题,从此,他更加紧密地与油田结合,将精力全部投入到了“治水”的研究工作中,他与时任大庆油田副总地质师计秉玉一起,经常为了攻克一个技术难题夜以继日地奋斗在一线,最终,他们带领攻关团队完成的项目,在多项国家自然科学基金重点项目、国家科技攻关和油田重点攻关项目中斩获亮眼的成绩——“水驱油藏注入水低效循环识别与治理技术”项目获得2008年度国家科学技术进步奖二等奖,“高含水期油田整体优化工艺、关键技术与工业应用”项目获得2009年度国家科学技术进步奖二等奖,有重要贡献的项目“大庆油田高含水后期4000万吨以上持续稳产高效勘探开发技术”获2010年度国家科学技术进步特等奖(集体奖)。截至20世纪末,宋考平仅从大庆油田就获得了5项科技进步奖一等奖,这也是油田外部人员获奖的最高纪录。此后,大庆油田相关奖项不再授予非油田单位,否则这项“最高”的纪录或许还会被宋考平自己打破。不过,宋考平并未满足于此,他仍步履不停,坚定地寻找着能让油田增产稳产的“窍门”。

 

十年磨一剑:

与“水患”“杠”到底

 

基于石油的重要战略地位,增产稳产、未雨绸缪的观念一直深植于中国石油人心中。发现油田只是第一步,如何从地下多采出原油、提高油田的采收率,才是后续油田建设及利用过程中的主要课题。而油田的采收率如何,主要取决于驱油流体的驱油效率和波及体积两个因素。

1959年,美国从业者提出并申请了水中添加多糖稠化剂专利,利用水溶性聚驱这一新型采油技术迅速引起了世界范围内石油工作者的注意,这其中自然也包括刚刚“打下地基”的大庆人。看到水溶性聚驱的广阔应用场景和发展潜力,耕耘在大庆的石油人迅速布局,从20世纪60年代末即展开研究聚驱技术,在大量理论研究、室内实验、矿场试验的基础上,大庆油田在1996年率先实现了相关技术的工业化应用,并形成了以大庆油田为代表的、居世界领先地位的聚驱技术体系。通过强化驱油效率,水驱后大庆油田主力好油层聚驱采收率提高值由国外最高的12%提升到14.5%,使我国在这一领域实现了从引进吸收到自主创新再到领跑世界的历史跨越。然而,宋考平及其团队在不断的科研实践过程中,发现了这场持续数十年的技术创新有其局限性——半个世纪以来,由于聚驱采用恒粘度大段塞的注入方式,优先在单一高渗透油层使用,大庆油田乃至世界各国都把研究重心放在了进一步提高驱油效率上,而忽视了波及体积这一重要影响因素,“一条腿走路”的情况随着油田开采的逐渐深入而日益凸显。而当大庆油田的聚驱技术由单一的高渗透油层转向储量更为巨大的中低渗透油层后,由于中低渗油层差异悬殊的多层同采和强非均质性,会导致越来越严重的聚合物波及体积回缩。这样的情况带来的直接结果就是,尽管此时驱油效率已“调”至最高,生产中仍然存在严重的聚合物水溶液突进使生产井含水大幅度上升的“水患”现象,导致48%60%的原油储量没有采出。就此,宋考平决定从扩大波及体积入手,找到提升效率的全新突破口。

在使用传统采油技术的背景下,由于多层强非均质性导致注入剖面返转,长期水驱与高驱油效率化学驱造成大级差渗透率的油层易形成无效低效循环,再加上在用的线型聚合物受高孔喉比剪切降解严重的影响,改善流度比效果差,会使得波及体积严重受限。想要突破极限,就必须各个击破“剖面返转”“低效循环”“剪切降解”这3个棘手问题。为此,宋考平及其团队从2008年开始,即提出要扩大层间、层内、微观波及体积,从3方面共同发力,逐一解决上述3个世界级技术难题。

针对“剖面返转”问题,宋考平及其团队依据冲击波、粘弹性力学、随机分析等理论,基于微观观测、岩心驱油等实验,结合油田实测资料,发现了多介质逐次降粘“冲击波”分子团随机冲量“剂-孔配伍”原理,攻克了“如何使聚合物能够进入低渗层”和“如何调控驱油剂粘度、分子量与油层孔喉相配伍”这两个技术难点,发明了以“矿场复杂油层的多介质分注系统”“变渗流阻力驱油的方法”为核心专利,包含26件授权技术发明专利群构建成的两项关键技术。其中,多层多介质分注技术解决了低渗透层难以注入较高粘度和分子量段塞而出现的剖面返转难题,变渗流阻力驱油技术则创建了“剂-孔配伍”图版,发布了生产流程、规范和行企业标准,形成了聚驱新工艺。在实际应用和技术对比过程中,相关成果达成了不出现剖面返转的目标,同时实现油层吸液厚度提高18%、低渗透层吸液量占比增加10%、层间波及体积提高8%的显著提升。

对于“低效循环”和“剪切降解”问题,宋考平及团队引入物理化学渗流、界面化学、大分子交联等理论,发现了复杂物化介质环境下非均质油藏变粘度聚驱前缘推进和胶质自桥接原理,打通了“聚驱低效循环精准快速识别”和“大级差渗透率下高渗流通道低效循环靶向调堵”这两个技术难点,发明了以“多油层深部调剖”和“耐高温高盐调剖堵水剂”为核心专利、包括23件发明专利群的3项关键技术。其中,单油砂体内聚合物驱低效循环条带精准快速识别技术识别速度比国际上同类技术快20倍以上。而耐温抗盐双膜结构微米级自桥接功能颗粒调堵剂,则将封堵率由50%提高到90%。另外多油层深部靶向调堵工艺,可以将新发明的功能颗粒定点准确送入低效循环关键点桥接封堵,封堵靶深由原技术的85米延深到120米以上。在这些技术的共同“加持”下,“低效循环”和“剪切降解”难题得到了很好的解决,极大地提升了石油开采过程中的循环效率。

走过十余年的时光,宋考平和他的团队将这些沉淀的成果凝结于“新型聚驱大幅度提高原油采收率关键技术”项目中。通过与大庆油田有限责任公司副总地质师王渝明、中海油研究总院有限责任公司海洋石油高效开发研究中心主任张健、东北石油大学副研究员皮彦夫、中国石油大学(北京)教授侯吉瑞和大庆油田有限责任公司开发事业部副主任王加滢等团队和专家的通力合作,这一项目取得了1项理论新认知,发现了3方面高含水油藏高效多采油的新原理,突破了三大技术瓶颈,取得了3项技术发明,以此为核心,研制成1套完整的聚驱新技术,取得了扩大层间、层内和微观波及体积的显著效果,并最终斩获2020年度国家技术发明奖二等奖的荣誉。

目前,这一项目的相关技术成果已大面积推广应用到10个油田、9700多口矿井中,实现多增油700多万吨。这项经济有效的新一代大幅度提高原油采收率技术,标志着我国自有的采油技术开始“两条腿走路”。而这种齐头并进的新型技术模式,在面临油层性质变差的情况下,将采收率在水驱基础上进一步提高16%,较我国原有技术提升4%,超国外现有先进技术7%,预计可使大庆油田多采出1.32亿吨难采储量,可增加国内及海外权属石油可采储量10亿吨,相当于新发现数个亿吨级储量的大油田,采收率指标和应用范围均破世界纪录,为国家能源安全及石油年产摆脱2亿吨高危警戒线提供重要技术支撑,亦为打造新时代节水节电、环境友好的绿色油田转型提供了强大助力。

“所有的成果都不是一蹴而就的。可以说,我们团队和合作团队十余年的研究成果,都沉淀集结在‘新型聚驱大幅度提高原油采收率关键技术’这个项目中。从我们开始往提升波及体积的方向主攻,到攻下这个小山头,已经过去13年了。所幸这‘十年磨剑’,我们收获了不错的成果。更重要的是,这些理论成果在油田的实际工作中取得了良好的实施效果。对我来说,这是最好的奖励。”宋考平不无感慨地说。

 

实践出真知:

要做对油田有用的事

 

投身科研中,寒暑不知年。从懵懵懂懂的学生,到东北石油大学的领军人物,宋考平已经在东北石油大学度过了40余年时光。在他看来,大庆油田的发展史,既是一部中国石油工业的艰苦创业史,更是一部自主创新、持续攻关的科技进步史。而他投身科研的出发点,便是“要做对油田有点用的事儿”。

“有很长一段时间,我都想要到油田一线去工作。”宋考平笑着谈起青年时代的“志向”,“虽然最终因为种种原因没能成行,但是让我的研究成果到一线去、参与到现场的项目中,这也是一种很有成就感的‘圆梦’方式。”他是这么想的,也是这么做的。

当被问及“到油田一线苦不苦”,宋考平笑着说:“搞科研虽然经常有身体上的累,但我从来没有精神上的苦,每解决一个问题都给我带来很大的快乐。”他回忆起当初的经历,颇为感慨地说道:“刚毕业那十几年,条件还是蛮艰苦的,特别是到冬天,气温能低到零下30多度。我们乘坐大庆1路汽车去采油厂,那车据说是从苏联进口的,很大,但到处透风,车里比车外还冷,在车上坐着或站着就得不停地跺脚,到地方之后脚后跟都冻麻木了,下车得赶紧跑步才能恢复知觉。但是等干完活,油田的师傅会把我们请到家里大鱼大肉地招待,虽然天气冷,但心里总是非常温暖的!”

一路收获累累硕果,宋考平总说自己是“幸运的”。“我首先是遇上了好的时代,党和国家给了我一心一意报效祖国的机会;我所取得的成绩也与油田和学校的支持分不开。同时,遇到了不断勉励和指导我的导师、强力支持我的油田领导和团队成员,以及无私给予我经验分享的专家学者,这都是我的幸运之处。”

成为东北石油大学的副校长后,宋考平的工作变得更加忙碌,而这并没有让他的科研热情稍减分毫。他总是平和地说:“我觉得我做的这些行政工作很多人都可以做,换别人可能会做得更好。但是科研工作就不同了,科学研究容不得半点马虎和‘大概’,就是要沉下心来、下苦功夫。”无论是亲自到现场,与油田环境、油田工作者接触,倾听来自一线的声音,然后切实地解决生产中产生的具体问题;或是在室内实验中,不断追求跟现场无限接近的“极致”,建立更精准、更全面的物理模型,系统地测试不同的驱油方式、施以对应的调整措施,最终确定采收率最高的产油方式,都让宋考平心生愉悦:“因为油田科研是我的兴趣所在,投身其中并不觉得辛苦。”在他的带领下,一支囊括油气田工程、界面化学、数学、计算机等不同领域人才的专业团队逐步成形,并在多孔介质渗透力学、油藏动态分析、剩余油分析和数字模拟及三次采油等重点研究领域贡献自己的点滴光热。

谈及未来,现任国家“十三五”重大专项项目“高含水油田提高采收率新技术”副项目长、国家自然科学基金重点项目“驱油相自扩大波及体积提高采收率新方法”负责人的宋考平坚定地说,在保障我国油气安全的攻坚战中,占全国产量65%的东部特高含水(含水率90%以上)油田肩负重任,降成本大幅度增产提效实现特高含水油田高效开发是必然要求。国内适合聚驱的探明储量达到165亿吨(其中中低渗油层占82%),主要分布在东部老油田,在相关技术的支持下,这些老油田每多采1个百分点,就相当于大庆油田高峰期3年的产量。在此基础上,如何通过合适的驱油方式,有效发挥油田的长尾效应、减缓油田产量递减的速度、让油田“活”得更久,即是他下一个阶段的研究重点所在。岁月峥嵘,使命在肩。经年沉淀的对石油事业的热爱和对科研工作的坚持,是宋考平继续前行的不竭动力。他说:“创新永无止境,诸多问题待解,我还不能停下,还要继续走在为中国石油生产贡献力量的康庄大道上。”

(责编:唐一白)


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2022年7月

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