油然而生成迷藏 渗流聚力铸辉煌

倪海龙

2020年6月，中国石油大学（华东）教授姚军突然收到一封来自海外的邮件，邮件的内容是恭喜他当选国际石油工程师协会（Society of Petroleum Engineers， SPE）荣誉会员。这是SPE向个人颁发的最高荣誉。SPE是全球最大的个人会员组织，在154个国家拥有超过15.6万名成员，自1941年设立以来，全球仅有156人获得荣誉会员。姚军成为国内首位获此殊荣的科学家。这份荣誉是对他在该领域里做出的杰出贡献和所拥有国际影响力的充分肯定。

投身油气开发事业30余载，姚军一直致力于油气渗流理论与应用研究。凭借深厚的学术功底、高远的学术视野、敏锐的学术思维和执着的求索精神，姚军和他带领的团队在油气渗流领域早已成为引领学科发展的一面旗帜。即便如此，他带领他的团队依旧在科学的道路上锐意奋进、砥砺前行。深耕基础保持引领态势，致力学科交叉解决实际新问题，以开放的姿态携世界之手共同进步……一步一个脚印，他们走得坚定而扎实。

强本固基 守正创新

——力破能源难题

什么是油气渗流理论与应用研究？它们对油气开发乃至对国家发展及提高人民生活水平有什么现实意义？对很多非专业老百姓来说，也许他们并不知道其中的深意。走入姚军和他同行的研究故事，或许您能了解一二。

油气是国家生存和发展不可或缺的战略资源，对保障国家经济和社会发展起着举足轻重的作用。但如此重要的资源在我国却面临着严峻的考验——当前，我国是世界第一大油气进口国。2019年，中国原油对外依存度已超过70%，连续10年超过50%的石油安全警戒线，严重危及国家能源安全。

国家需要即使命召唤，在国家能源告急的紧迫形势之下，众多石油工作者奋战在开发一线并为此殚精竭虑，姚军和他的同伴更是冲锋在前。凭借多年科研实践积累的丰富经验，他们对中国油气开发面临的困难和挑战有着深刻的感触和独到的领悟。而他们的突破点，都精准放在制约油气高效开发的瓶颈问题上。这些年来，无论是阐明非常规油气藏的流动机理、创建非常规油气藏和缝洞型碳酸盐岩油气藏数值模拟方法，还是提出基于机器学习和大数据方法的智能油田生产优化方法……姚军及其团队为有效推动油气渗流理论的发展和工程应用做出了卓越的贡献，而这些技术和手段的突破为解国家能源燃眉之急，提供了强而有力的支撑。

因为在相关领域积累的创新突破，1999年，姚军领衔的“水平井试井分析方法研究及应用”获得山东省科技进步奖二等奖；2010年，“特低渗透油藏有效开发非线性渗流理论和开发方法及其工业化应用”获国家科技进步奖二等奖；2017年，“非常规油气藏多尺度渗流理论与方法”获高等学校科学研究优秀成果奖自然科学奖一等奖；2017年，“海相碳酸盐岩缝洞型油藏精细描述、数值模拟及高效注水开发技术”获国家技术发明奖二等奖……当奖励和荣誉纷至沓来，在众人都为他们的满满收获给予掌声的时候，姚军做得最多的却是沉下心来不断总结经验教训，以此激励前行。

地基坚实才可筑起万丈高楼，多年耕耘方能取得累累硕果。姚军坦言这些年取得的成果完全得益于多年来扎实的基础研究。

20世纪90年代末，油气资源紧缺已成为制约我国经济社会可持续发展的瓶颈之一。为了满足我国日益增长的油气需求，非常规油气藏的勘探开发被寄予厚望。非常规油气藏通常包括稠油油藏、页岩油气藏、致密油气藏等。数据显示，全球非常规石油可采资源量达6000亿吨，是常规石油资源量的1.2倍；非常规天然气资源量达900万亿立方米，是常规天然气资源量的1.9倍。但因为非常规油气藏渗流机理复杂，开采难度大，很多意欲在这一领域有所作为的科研人员都被困住了脚步。

凭借深厚的学术功底和敏锐的洞察力，姚军带领的中国石油大学（华东）油气渗流研究中心早在2000年就已经开始相关方面的探索，并在页岩和致密油气开采的微纳尺度流动模拟等方面形成了特色研究方向。

机遇总是留给有所准备的人。经过数年的积累和思考，姚军及其团队在非常规油气藏渗流方面的探索赢得了业界的关注。2003年，他们提出的“孔隙尺度流动模拟”研究项目打动了评委，得到了中国石油化工股份有限公司的支持。“这是一个世界级的难题，但也是令人痴迷的研究方向。”业内专家的评语一语中的，也揭示了相关研究的价值和意义。项目旨在探索一种能够定量描述岩石中每个孔隙和喉道中的流体分布状况的方法。“如果成功，将能为剩余油挖潜奠定基础。”事实证明，他们的努力没有白费，接下来他们陆续在孔隙尺度的流动模拟方面取得一系列创新成果——首次发现了外电场扰动下纳米孔隙内流体的电共振输运現象，首次提出了多尺度多矿物数字岩心及孔隙网络模型构建方法……为他们日后在页岩和致密油气藏的流动机理、油气藏数值模拟和优化等多个研究领域“全面开花”，奠定了坚实的理论基础。

值得一提的是，纳微尺度多孔介质流体流动研究显然跨越了石油工程研究的传统领域，实现了化学与物理、数学等多领域学科在其中的跨界融合。电共振输运现象相关成果发表在化学领域顶级期刊《德国应用化学》上，不仅成为中国石油大学（华东）发表在该杂志上的第一篇论文，而且还是领域里相关探索最早的文章，获得了诺奖获得者A.Geim和K.Novoselov的高度重视，并利用实验验证了该现象。

2012年，姚军参加中国科学院数理学部的能源论坛，在科学院的大礼堂作了一个关于“页岩气开发中的关键力学问题”的报告，介绍了他们在相关领域的成果，并将论文发表在《中国科学》G辑上，不到1年的时间，下载量、中文引用量和SCI期刊的引用量都排在期刊的第一名。这些具有开创性的基础性探索为很多有志于探索非常规油气藏开发领域却苦于难寻门径的科研工作者带来了启发性的影响，姚军及其团队也因此走入更多学术同行的视野，为他们广泛开展交流合作搭建起了桥梁。姚军及其团队还申请了国内第一个与页岩气相关的国家自然基金重点项目，这一项目在结题的时候获得了7位专家评委一致给出的A的成绩。

“合抱之木，生于毫末；千里之行，始于足下。”多年锐意求索于科学的蹊径，让姚军及其团队深刻体会到了夯实基础的必要性，也让他们充分体会到了将数学、物理、化学等基础学科充分应用到油气渗流领域的重要性，“以一个基础支点撬动起整个领域突破向前发展的快乐感”。“工程问题科学化”“Petro+X（石油+）”……这样的科学理念让他们无论在什么时候都非常重视将数学、物理等基础学科与工程的交叉结合。“夯实基础调头快”，也正得益于扎实的基础，在风向调头来临前，他们一次又一次站在了转舵的领航盘前，继续引领着学科的前行。

顶天立地 敢为先行

——力引学科发展

从常规油田迅速转向非常规油田开发研究，又从传统油田开发先行转向数字化、智能化油田的建设……这些年姚军及其团队为业界所津津乐道、连连称赞的是他们凭借扎实基础锻就的未雨绸缪、敢为先行的勇气和魄力，对前沿准确判断的洞察力。

近几年，“新基建”成为中国经济政策的新热点。“新基建”背景下，中石油、中石化、中海油三大油气公司纷纷提出了数字化发展智能化转型的方向。风樯动、起宏图，在众多领域里的工作者纷纷涌入到数字油田、智能油田的研究与开发中贡献己力的时候，姚军和他的团队早已在风浪涌动之前积累了深厚的优势。

早在10多年前，姚军就已经敏锐地捕捉到大数据对未来科技发展的推动前景，他还专门邀请了美国相关研究的知名教授Craig Douglas来给团队成员及学生们普及大数据相关基础知识。2005年，在姚军的努力之下，中石化给予他们团队项目支持——在国内率先开展了数字岩心相关探索，并出版了该领域国内第一本专著。充分运用大数据分析、CT等现代技术手段，开发一系列智能优化的方法去解决过去传统油气开发想都不敢想的难题。姚军及其团队很早就尝到了数字化、智能化发展的甜头，更坚定了他们扩展这一方向的决心。

但在数字化、智能化相关积累推进的过程中，他也面临过不少质疑和压力。“做这些是用来干什么用的？”“你做的这些能真正用到油气开发中去吗？”……很多人都对此表示不理解。姚军为此做了很多的努力，不停地给大家解释相关工作的意义及重要性，排除万难也要一步步向前推进。正因为有了这些积累，当数字化和智能化的号角吹响，姚军及其团队已经形成了系统的学科方向，拥有了较为厚实的技术积累和人才储备。

2012年，姚军成功申请到国家原“863”计划“深水油气田智能完井关键技术”的课题。智能井技术作为一项提高油藏采收率和提高油藏经营管理水平的国际性前沿技术，在深水油气田开发中极具应用前景。姚军所带领的智能井&智能油田课题组自2007年以来一直致力于智能井&智能油田相关技术和理论研究，建成了国内首套智能井仿真实验系统、出版了《国外智能井技术》专著1部、获得“智能油田仿真实验系统及工作方法”授权发明专利1项、发表领域论文20余篇，从更高起点开始了智能油田基础的研究。

2018年，由姚军及其团队完成的“油藏生产实时优化与智能调控技术及工业化应用”获中国石油和化学工业协会科技进步奖一等奖，该项目通过10多年的攻关，创建快速高效的“历史拟合-动态优化-生产调控”智能生产解决方案，提升了油田智能化技术和管理水平，突破了国外公司的技术垄断，对于高效开采和提高采收率具有重要意义。经专家鉴定：整体达到国际先进水平。同年，由姚军教授及张凯等团队成员编写的《智能油田开发理论及应用》由科学出版社正式出版。

“做科研既要顶天，又要立地。”夯实基础引领学科破浪前行的同时，姚军及其团队从未忘记研究是为油气开发解决实际问题的初衷。一直以来，他和团队都十分重视研究与实际应用方面的紧密结合。不论是早年在非常规油气藏开发方面的积累，还是近10年在智能油气田方面的探索，他们都竭尽所能地结合实际应用。多年坚持理论与实践相结合，他们收获了累累战果。至今，非常规油气藏渗流力学和数值模拟技术等成果在长宁—威远页岩气示范区、中海油北美鹰滩页岩油气区块等国内外6个油气田进行了应用推广。油藏生产优化智能油田技术已在中石化胜利油田、中海油天津分公司等10余个油藏推广应用，解决了油气田开发工程中的关键技术，为我国油气高效开发做出了实质性贡献，取得了显著的经济和社会效益。

缝洞型碳酸盐岩油气藏数值模拟技术的研究及应用推广是姚军及其团队非常具有代表性的成果，也是他们研究结合實际应用的典范。

碳酸盐岩油气藏在全球油气资源中占有极为重要的地位。中国碳酸盐岩油气资源也十分丰富，据统计，中国碳酸盐岩油气资源为385×10⁸t，占全国总资源量的27%，而约一半以上为缝洞型碳酸盐岩油气藏。近年来，随着塔河油田、普光气田、安岳气田等碳酸盐岩油气田的开发，碳酸盐岩油气藏成为中国油气勘探开发和油气增储上产的主要阵地。但中国碳酸盐岩油气藏储集空间类型多，气藏多为孔隙型介质，油藏多为裂缝-孔隙型和岩溶缝洞型介质，流体表现为多种流动形式，大洞、大缝内以自由流为主，小尺度储集空间以渗流为主，特征差异大，开发难度也大。

多年前，姚军及其团队就瞄准中国对缝洞型碳酸盐岩油气藏的探索需求，充分发挥他们在渗流力学上积累的优势，展开了长期深入的研究，收获了一系列卓越的创新果实。他们发现了基岩和微裂缝区域的渗流与大缝和溶洞区域的自由流耦合界面上的流动控制机制，并建立了油水两相界面条件；首次创建了离散缝洞网络（DFVN）模型，实现了渗流与自由流的耦合，形成了相应的多尺度有限元数值算法，解决了缝洞型碳酸盐岩油气藏数值模拟这一国际难题。

相关成果多次发表在国内外权威期刊上。Web of Science显示，姚军团队关于缝洞型碳酸盐岩油藏数值模拟研究领域发文占总发文量的10.1%，而姚军教授的发文量排第一，占总发文量的7.1%。

从迈开理论探索的脚步，姚军及其团队就立足解决缝洞型碳酸盐岩油藏开发中遇到的实际难题去提供具体的解决方案，其编制的基于渗流与自由流耦合的缝洞型碳酸盐岩油藏数值模拟软件，在中石化塔河、中石油塔里木等油田得到了很好的实践应用，解决了很多过去没办法解决的棘手问题，获得用户的高度好评。不仅如此，相关探索成果也已走出国门，广为国际专家所认可，引领了缝洞型碳酸盐岩油藏数值模拟的研究方向。

“跟油田人合作，你的理论公式再漂亮也没有用，最重要的还是要看你的这些理论是否能转化为能够帮他们解决实际增产问题的技术和能力。”一手抓基础引领学科发展，一手抓研究与应用的结合解决实际增产面临的难题，这些年姚军和他的团队“顶天立地”“敢为先行”，因此收获了比一般团队更为系统、全面的知识体系及解决实际问题的能力。他们构建了一套具有鲜明特色的现代渗流多尺度力学体系，将传统的渗流研究向大尺度和微尺度两个方面做了不少的理论创新扩展，与此同时，他们坚持面向实际应用让成果落地生根，且随时调整用于解决实际生产当中遇到的问题。富有前瞻的基础积累和解决实际问题的能力赢得了三大油气公司的高度认可和信任，成为他们眼中值得信赖的“知心人”。

不忘初心 牢记使命

——力促奋进步伐

为我国非常规油气田的开发打下坚实基础，首创多尺度多矿物数字岩心及孔隙网络模型构建方法，解决缝洞型碳酸盐岩油气藏数值模拟这一国际难题，为我国数字、智能油田的转型奠定坚实基础……在油气渗流领域耕耘30余载，姚军带领团队向祖国和人民递交了一份又一份让人为之钦佩的满意答卷，他也因此成为我国行业公认的油气开发领域的“权威”和“大腕”。但回首多年走过的艰辛历程，除了自己热爱的科研之外，他谈得最多的，还是他多年身处其中的学科团队和这些年帮助过他的人。

姚军1964年出生在山东平邑，16岁考入华东石油学院（中国石油大学前身）采油工程专业，从此与石油、中国石油大学（华东）石油工程学科结下了不解情缘。

作为中国石油大学最早设立的主干院系之一，中国石油大学（华东）石油工程学科的发展史可以说是一部见证中国石油、中国石油大学发展的浓缩史。汇聚北京大学、天津大学、大连工学院等多个著名高校学府在专业上的积累，历经多次搬迁辗转，经几代教职工半个多世纪的不懈奋斗，终有如今的规模和沉淀。

进入中国石油大学（华东）石油工程学科以来，姚军耳闻目睹和亲身见证了学科的发展。遥想当年，多位出自全国著名高校学府的名家大师汇聚于此，为专业人才的培养和学科文化的建设奠定了坚实基础，姚军沐浴其中受益良多。从学养深厚、为人正直的导师张琪教授到渗流力学的研究大家郭尚平院士……细数起那些曾对自己影响一生的老一辈恩师，不管是学科内的还是领域内的，姚军教授都常怀感恩，感慨是他们为自己照亮了科研前行的道路。

因为出身于教师家庭，又因为曾经沐浴师恩得以茁壮成长，姚军对教书育人有着一份特别的执念，这也是他最终选择走入高校的原因。石油科研與教书育人双轨并行，在兴趣释放中他收获了满满的成就感和价值感。也正因如此，这些年来，他成长得很快。35岁晋升教授，38岁成为博士生导师。在学校里，姚军是学生们公认的油气开发领域“教学能手”和青年学生成长成才的“良师益友”。凭借出色的表现，姚军还获众人推举历任院长、副校长。在他担任管理职务期间，团队树立了“国际视野，世界一流”的目标，实施起“Petro+X”（石油学科+基础学科）多学科交叉战略，形成了“双导师制”“1+X+1”等不同的人才培养模式，建成了多个国家级和省部级高质量科研平台。学院多名教师成为长江学者、百千万人才、杰青、教育部新世纪优秀人才等国家层面人选，科研经费屡获突破……学科发展赢来了跨越式发展。

虽然这些年姚军为不辜负大家信任做了不少行政工作，但他内心更愿意去做的还是潜心学术研究和教书育人。卸下重任后，他有更多的时间去一桩桩完成自己多年积累的愿望，比如继续扩大团队在学术上的影响力，力争实现团队“学术会议上有声音、学术协会上有地位、学科方向上有引领、学术成就上有影响”的目标。这些年来，他坚持参加各种国内外的学术交流活动，如从2007年开始，他会在每一届全国渗流力学大会上作主旨报告等。

很早以前，姚军就笃定了要走国际化的发展路线。凭借实力，他所在的团队已为国际同行所熟知，很多团队和专家慕名而来希望交流合作。姚军和团队也从来都是“迎来送往”，以开放的姿态，在沟通与交流中共同进步。近年来，他们先后组织、参加了多届高级别的学术会议，其中数字岩心分析技术研讨会从2012年起每两年举办1次，姚军及团队每届都会邀请来自斯坦福等国际知名学府的院士、专家及国际知名石油企业的负责人等到会作报告，如今，这一会议已经在国际领域拥有了极高的知名度。

2020年，姚军及团队赢得了第十二届国际多孔介质年会的举办权，他本人担任组委会主任。这是国际渗流力学最高级别的会议之一。这一会议在欧美之外的国家举办尚属首次，也证明了姚军团队在国际领域的影响力。

携世界之手，共同进步。除了日常的学术沟通交流之外，姚军及其团队还与世界著名的5个大学或科研机构有着密切的合作关系。2010年，姚军团队与美欧科学家共同创建了国际碳酸盐岩油藏中心，为进一步就碳酸盐岩油气藏的研究与应用开展国际间的沟通交流与合作搭建起了良好的平台。为提升学生的国际视野，这些年来，姚军也一直坚持让学生走出去，到国外著名的大学深造学习，不断在国际杂志上发表高质量的文章。通过参加各种国际学术会议不断提升自己的同时，发出中国声音，“让世界认识我们，了解我们”。

油然而生成迷藏，渗流聚力铸辉煌。在姚军的持续推动之下，如今团队扩大国际影响力的同时，内部也在不断优化：人才引进还在持续，多学科交叉团队也已颇具规模。一方面强化基础推动原始创新，另一方面强化能力落实应用转化……一点一滴积累，姚军相信只要打好内部基础，他们就会离目标越来越近。继续关注解决深层开采面临的系列问题，针对国外“卡脖子”的工业软件加快推进自主研发及按商业化标准加速推广……继续保持奋进的步伐，姚军以渗流之力，破能源难题的科研之路“虽然辛苦，虽然累，但一切都是值得的。”

专家简介

姚军，中国石油大学（华东）油气渗流研究中心主任，长期从事多孔介质多相流的研究和教学工作，提出了现代渗流力学的理论架构，形成了分子尺度、微观孔隙尺度、岩心尺度、宏观达西尺度和缝洞大尺度5个尺度的渗流模拟方法及尺度关联升级方法，创建了非常规油气藏、缝洞型碳酸盐岩油气藏数值模拟方法，以及基于机器学习和大数据方法的智能油田生产优化方法，推动了渗流力学的理论发展和工程应用。主持国家原“863计划”项目、原“973计划”课题、国家自然科学基金（重大、重点、面上）、国家油气重大专项等多项科研任务；在国内外著名期刊Angew. Chem. Int. Edit.、Nano Lett.、Journal of Fluid Mechanics、Water Resources Research、SPE Journal、Journal Comput. Phys.、《科学通报》和《中国科学》等发表高水平学术论文340余篇，出版英文专著2部、中文专著4部；获国家技术发明奖二等奖1项、国家科技进步奖二等奖1项、高等学校科学研究优秀成果奖自然科学奖一等奖1项、中国石油和化学工业联合会科学技术奖一等奖2项。