资源有限 创新无限 挑战极限——访中国工程院院士、中国石化副总工程师孙焕泉

□ 文/唐大麟

记者：孙总您好！首先祝贺您当选中国工程院院士。您曾带领团队攻克深层、薄层超稠油开发技术，成功开发了我国埋藏最深的超稠油油田和油层最薄的超稠油油田。关于稠油开发，能否请您介绍一下我国在这个领域的发展现状及未来前景。

孙焕泉：随着我国国民经济持续稳定发展和人民生活水平不断提高，石油消费需求也日益增长，国内供需矛盾突出，这导致我国石油对外依存度越来越大，国家能源战略安全形势也越来越严峻。截至2020年底，我国石油的对外依存度已高达73.5%，必须要加大国内石油资源的勘探开发力度。稠油是我国原油产量的重要组成部分，资源占我国石油总资源的20%以上。同时，稠油也是加工高等级沥青、高端机油、航空航天燃料等的重要原料。在此形势下实现稠油资源的高效开发，对降低石油对外依存度、保障国家能源安全具有重要的现实意义。

我国是世界第四大稠油国，稠油资源量仅次于美国、加拿大和委内瑞拉。目前我国已在国内十几个盆地中发现了大大小小70多个稠油产区，但最主要的产区还是集中在辽河、胜利和新疆。目前我国稠油的探明储量约40亿吨。产量上，近年来靠技术的突破，基本稳定在每年1500万到1600万吨的规模，稠油在未来的增储上产上也还是很有潜力的。

国际上通常将黏度极高的重质原油称为天然沥青砂或沥青油砂。我国稠油主要分三大类：一是普通稠油，指地层温度条件下原油黏度50-10000毫帕·秒，且相对密度大于0.92的原油。其中，又可分为两个亚类：地下黏度在50-150毫帕·秒的稠油油藏可以注水开发；黏度大于150毫帕·秒、小于10000毫帕·秒的稠油油藏，采用注蒸汽开发或者其他方式开采。二是特稠油，指原油黏度在10000-50000毫帕·秒，且相对密度大于0.95的原油，采用注蒸汽开发。三是超稠油，指原油黏度大于50000毫帕·秒，且相对密度在0.98以上的原油，在油层条件下，这种稠油流动性差或不能流动，多采用热力开采方式。

目前，稠油油藏依靠天然能量开采采收率很低，仅为3%-5%。注蒸汽热采是稠油的主要开采方法，蒸汽吞吐、蒸汽驱、蒸汽辅助重力泄油（SAGD）是已经成熟的稠油热采技术。溶剂萃取等冷采技术、水平井注空气火烧技术、井下蒸汽发生器等新兴技术也取得一些进展。

我曾长期在胜利油田工作，胜利稠油属复杂类型稠油，开发难度大。有的稠油储量发现十多年开发不了，照搬国内外稠油开发技术不可行，要么没有产能，要么产能低，达不到效益开发标准，必须依靠自主创新。这些复杂类型稠油具有以下几个特点：

一是“稠”，黏度大于50000毫帕·秒的储量占14%，常规蒸汽吞吐无法动用。胜利王庄油田就属于典型的超稠油，油田根据实际开发状况对超稠油进行细分，将黏度大于10万毫帕·秒的超稠油称为特超稠油。而我国东部稠油相当一部分是特超稠油，其在地面常温下跺上几脚都不变形。而巧克力在50摄氏度下的黏度才17000毫帕·秒。

二是“深”，埋藏深度超过1200米的储量占92%，导致蒸汽注到井底干度大幅度降低。如王庄油田井深最深达到2000米，常规直井注蒸汽开发这种稠油无法获得产能。针对这种情况，开发的关键是如何让蒸汽有效影响更深部的稠油。作为主要温室气体的二氧化碳进入我们研究团队的视野。在温度高于31摄氏度、压力高于7.38兆帕时，二氧化碳就会达到超临界状态，具有独特的物理化学性质，其黏度接近气体、密度接近液体，具有极强的扩散能力和溶解能力，可以进入油藏深部，大幅度降低稠油黏度。我们研究发现，在油藏条件下饱和二氧化碳的超稠油降黏率超过99%。更重要的是超临界二氧化碳不仅自己扩散，而且带着蒸汽扩散，其溶解度随温度而变化，蒸汽注入后温度升高，二氧化碳溶解度下降，析出的二氧化碳携带蒸汽的热量扩散进入油藏深部，强化了蒸汽的热力作用，扩大了热波及范围，使原来不流动的超稠油流动起来、采出来。基于大量研究取得的这些创新认识，我们用二氧化碳开发深层超稠油，取得了成功。如今这项“二氧化碳强化热力开发技术”已在胜利油田得到了规模化应用，成功开发了我国埋藏最深（达2000米）的超稠油油田——王庄油田。该技术在老的稠油油田应用，提高了稠油老区采收率19.3个百分点。

三是“薄”，油层厚度小于10米的储量占27%，其中小于6米的储量占24%。油层越薄，注入蒸汽的热损失越大。胜利的春风油田、陈家庄油田油层厚度仅2至6米，低于传统稠油热采的油层厚度界限。针对这类薄层稠油，我们提出以提高油层保温性能为核心的新技术思路，研究发现注入蒸汽的热量主要通过薄油层顶部围岩散失，阻隔顶部热散失是关键。我们在不断实验过程中，发现氮气开发具有无可比拟的优势：它膨胀性强，可为地层补充能量，同时可在油层上方形成一堵“气墙”隔热，把注入蒸汽留在油层中，就像为热采稠油盖上一层“保温被”，并且对氮气形成隔热层的控制参数进行了系统研究。我们还发明了耐高温降黏剂。研发出氮气保温、蒸汽和降黏剂协同增效降粘的热复合开发新技术。利用这一技术，成功开发了我国油层最薄（2米）的超稠油油田——春风油田，并建成了100万吨/年薄层超稠油高效开发示范基地，已连续5年稳产100万吨以上。

深层、薄层超稠油开发技术突破了美国国家石油委员会（NPC）热采稠油开发3000英尺（约915米）的深度界限和20英尺（约6米）的厚度界限，开辟了稠油开发新领域，成为开发稠油的升级换代技术。

在稠油的开发上我认为还有一个关键点，就是提质增效。我们现在的稠油开发，其中很重要的一个指标是油汽比，你注多少蒸汽，能采出多少油来？全国目前稠油开采的油汽比是0.37左右，平均下来注3吨蒸汽才能采1吨稠油，经济性有待提升。我认为在稠油研究和开发上，要把提高采收率和提高经济效益结合起来，这样才能做到提质增效。

总之，从稠油的开发前景来讲，稠油具备稳产、上产的资源基础，稳产1600万吨也是有空间的。在未来稠油开发中，老区大幅度提高采收率，新区向更深、渗透率更低的区域扩展，将是保证稠油稳产、上产的关键。

记者：在化学驱油方面，国内外通常采用三元复合驱技术以提高油田采收率，我们知道您曾带领团队发明了无碱二元复合驱油新技术，您为什么要发明这种新的驱油技术，它对我们提高采收率有何帮助？

孙焕泉：目前，我国东部主力老油田已进入特高含水（含水大于90%）开发阶段，这类资源的储量、产量分别占全国的32%和27%。特高含水期是油田重要的开发阶段，如何在该阶段实现高效开发对东部老油田持续稳定发展具有重要意义。特高含水老油田采收率仅为41%，仍有大量原油滞留地下，老油田采收率每提高1个百分点，相当于发现一个地质储量4亿吨级的大油田。但常规开发技术开采难度大，亟需发展新的开发理论、低成本开发技术以大幅度提高采收率。目前，化学驱油技术是特高含水老油田大幅度提高采收率的有效技术，对于增加经济可采储量、实现可持续发展具有重要支撑作用。

我国化学驱油始于20世纪80年代，到目前形成了聚合物驱、三元复合驱、无碱二元复合驱、非均相复合驱等技术。化学驱项目数量和年产油量分别占全球总量的60%和80%，化学驱油技术整体处于世界领先水平，在老油田稳油降本中发挥了重要作用。

我国渤海湾盆地化学驱资源以河流相为主，储层非均质性强，平均渗透率级差大于16；原油粘度高，地下原油粘度为50-2000毫帕·秒；油藏温度为65-120摄氏度，地层水矿化度为6000-100000毫克/升，属于条件苛刻的高温高盐高粘油藏。通过我们团队的持续攻关研究，中国石化在高温高盐油藏化学驱领域率先取得突破，形成了无碱二元复合驱和非均相复合驱等特色技术。

针对原油酸值高特点，胜利油田在20世纪90年代先后开展了三元复合驱先导试验和扩大试验，采收率分别提高了13.4%、14.7%。但由于油藏温度高、地层水矿化度高，碱的存在造成严重结垢、堵塞，无法有效开发，寻求与国际大石油公司合作攻关无碱化学复合驱油提高采收率技术，国外公司研究后认为：高温高盐技术难度大，放弃合作。其关键难题是高效驱油机制认识问题和缺乏达到超低界面张力的高效驱油用表面活性剂。我们针对高温高盐油藏特点，创新发展了“聚合物/表面活性剂”无碱二元复合驱提高采收率技术，实现两大技术突破：一是提出了以“油剂相似富集、阴非加合增效、聚表抑制分离”为核心的二元复合驱理论认识，研究发现与原油结构越相似的阴离子磺酸盐类表面活性剂界面活性越高，驱油性能最佳；利用非离子表面活性剂与阴离子磺酸盐类表面活性剂协同，增强了界面密度，达到超低界面张力，解决了无碱条件下驱油体系难以获得超低界面张力的世界级难题，实现了高效驱油。二是创造性地提出“取自原油、用于驱油”表面活性剂研发新思路，以原油为原料研发出石油磺酸盐表面活性剂，并实现工业化生产，用这种“人工石油皂”代替加碱后地下形成的“天然石油皂”，以此为基础发明了高温高盐油藏无碱二元复合驱油技术。2003年在孤东油田开展了无碱二元复合驱先导试验，中心井区综合含水率由98.2%下降至60.4%，产油量提高11倍，利用原有井网、没钻新井条件下，提高采收率13个百分点。无碱二元复合驱先导试验成功后，胜利油田在国内率先实现工业化应用，已突破油藏温度85℃、地层水矿化度30000m g/L复杂油藏条件大幅度提高采收率技术，成为高温高盐油藏化学驱油核心技术。截至2020年底，累计产油2040万吨，提高采收率11个百分点。

突破高温高盐油藏大幅度提高采收率技术后，我和团队又瞄准新的研究领域：聚合物驱后油藏进一步提高采收率技术。我国这类油藏储量有15亿吨，经过50、60年的注水开发，又经注聚合物开发后，油藏非均质性更强了，剩余油高度分散，驱油效率大幅度下降，部分油井含水接近100%。如果没有接替技术，油田将很快进入废弃阶段，攻关研发进一步提高采收率技术已经成为老油田稳产、减缓递减的迫切需求。围绕聚合物驱后油藏进一步提高采收率重大技术难题，我们团队发明了新一代部分支化部分交联聚合物高效驱油剂，获中国专利金奖，首创支化——交联共存的软固体颗粒分子结构，实现了工业化生产。发明了基于新型驱油剂的非均相复合驱油方法，实现化学驱油由均相体系向非均相体系的升级，创建了非均相复合驱油技术，研发了具有自主知识产权的非均相复合驱油数模软件，实现油藏级数值模拟，创立了配套注采工艺。矿场先导试验在水驱、聚合物驱基础上采收率又提高8.5个百分点，达到63.6%，拓展了无碱二元复合驱油技术应用领域，成功挑战老油田提高采收率极限。目前该技术已通过示范工程在中国石化胜利油田、河南油田的聚驱后油藏推广应用，并拓展应用至特高含水等油藏类型，取得了很好的降水增油效果，实现了老油田绿色、高效开发。非均相复合驱油技术突破了传统均相化学驱油体系的局限，被业界专家认为是提高采收率领域的革命性技术，引领了化学驱油学科发展方向。

老油田提高采收率有大潜力、新作为。化学驱在理论认识和关键技术上持续取得重要突破，已经成为特高含水老油田增储稳产和高效开发的重要技术手段。未来，研发适合更高地层温度、更高地层水矿化度、更高原油黏度的化学驱方法，地面工艺向标准化、模块化、信息化方向发展，绿色开发的低成本化学驱油技术，是今后化学驱技术发展的主要方向。

记者：您曾长期工作的胜利油田去年已满一个甲子，老油田的稳产上产一直以来都是我们大家关心的话题，能否谈谈您对于这个问题的思考？

孙焕泉：60年来，胜利油田不断突破勘探禁区、挑战开发极限，原油产量连续9年保持3000万吨以上，连续20年年均产量超2700万吨，累计原油产量约占我国同期陆上原油产量1/5，实现了持续稳产。展望未来发展，我觉得胜利等老油田要稳产上产，首先要保持战略定力，增强发展自信。我们对老油田的认识始终处在一个持续深化过程中，老一辈地质家曾说“渤海湾盆地就像一个打碎的盘子”，非常复杂，虽然我们已经在这一区域勘探开发了几十年，但至今仍有新发现，地质上构造图还在发生变化，变化中育新机，复杂中有大潜力。要全生命周期来开发好老油田，持续抓好、抓实、抓细基础工作，比如保持井网/井筒的完整性。另外，我们要加大对老油田新层系、新领域的研究，比如深层超稠油、薄层超稠油的突破与开发、页岩油的开发。目前胜利油田正在开展陆相断陷湖盆页岩油国家级示范区建设，有几口井产量上了百吨，这将是我们国家石油工业发展新的战略性接替阵地。

总之，老油田要想取得新胜利，创新是关键，用新的理论、新的认识、新的技术去破解老油田的持续开采难题。如何让老油田可持续发展，这也是一篇大文章，还有很多工作需要去做，包括低碳发展、低成本发展。所以我觉得要实现老油田的稳产上产就跟我们种地一样，一分耕耘一分收获，功夫下不到，想产出油是不可能的，这就要求我们的工作必须做深、做实、做精细。

记者：中国石化上游业务近年来取得了一系列不俗成绩，请您和我们读者简单介绍一下中国石化上游业务发展现状和前景。

孙焕泉：这些年来，中国石化上游业务经历了从“陆地”到“海洋”、从“陆相”到“海相”、从“国内”到“国外”、从“常规”到“非常规”的发展过程，实现了“四大跨越”。“十三五”期间实现了原油产量“硬稳定”和天然气“快上产”，其中天然气产量增幅达63%。从发展目标上来讲，中国石化提出了“稳油增气、降本提效”这个目标，特别是国内上游深入实施七年行动计划，大力推进高质量勘探和效益开发，加快天然气产供储销体系建设，油气盈亏平衡点持续下降，稳油增气降本成效显著。未来，中国石化上游业务的增长点主要在天然气，其中非常规天然气将是主战场。集团的战略是“一基两翼三新”，打造世界领先洁净能源化工公司。从实施的要求来讲，那就是要“坐稳老区、加大新区、加快非常规”。“坐稳老区”主要是克服老油田特高含水带来的挑战，大幅度提高老油田的采收率，再就是克服主力油气田的递减，包括页岩气的递减，从而实现油气上产。另外老油田还需克服高折耗，大幅度降低盈亏平衡点。“加大新区”主要是加大天然气勘探开发与生产。“加快非常规”不仅包括页岩气，还有页岩油。我们的页岩气主要是往深层走，目前我们在四川盆地已经打到了地下4200米。页岩油目前在济阳、苏北、四川等盆地都有发现，尽管前景还不错，但是要走的路还很长。

记者：作为一名新晋院士，回首成长之路，您最难忘与感恩的是什么？

孙焕泉：在我成长道路上，最难忘的还是我的老师。高中时候的老师，我到现在只要有机会还会去探望。我大学和研究生是连读的，当时我的硕士生导师是洪世铎，他是我国油层物理学科奠基人，我们上大学的油层物理教材就是他编著的。我博士生导师是叶连俊先生，他是中科院院士、地质学家、沉积矿床学家。叶老师是山东日照人，早年毕业于北京大学地质系。他创建了我国第一个沉积学专业研究室，组织筹建了中国沉积学会，创办了《沉积学报》。记得当年我写博士论文开题报告时，去请教叶老师。当时老先生80多岁了，还拿着放大镜很认真地阅读我的报告，并且亲自画图批注，对我的研究内容进行修改指导。对于创新、亮点的地方标注上“OK”，他在我的开题报告上标了6个“OK”，这份开题报告原稿我一直珍藏。我从导师们的身上，学到的不仅仅是科学知识，还有那种敬业求实的科学家精神，以及做人做事的行为准则。

谈到感恩，我想首先得感恩组织的培养和老一辈科技工作者的指导帮助，如果没有组织搭建平台、压担子，我也不会有机会去攻克那些复杂的开发难题。记得1990年我硕士毕业参加工作后不久，就派我在全国性的大会上作报告，对于当时的科研人员来说，这种机会真是凤毛麟角。我毕业后在胜利油田地质科学研究院工作，那时有个传统，每年正月十五之前要召开全油田的开发技术座谈会。年年都要准备这个会，尽管老家在山东，我却连续6年没有回家过春节。从一开始在老师傅指导下整理资料、写报告，到后来我自己上台去做学术报告，这些都离不开组织对我的培养与鞭策。还要感恩时代，是时代赋予我们科研人员成长的机遇。我曾经多次说：“是复杂油藏开发的挑战给了我历练的机会”。过去这些年，国家大力支持人才培养和科技创新。正是基于时代对于知识、人才与创新的尊重，我们才有机会创造更多价值，服务国家与社会。还有重要的一点，如果说现在取得了一些成绩，那不代表我个人有多厉害，而应归功于我的团队，这背后无数次试验的失败只有我们自己清楚，而这也磨炼了我们的意志，使我们更加强大。

记者：您对石油开发战线的广大干部员工有何寄语？

孙焕泉：选择了石油就意味着艰辛和挑战，在石油开发的过程中不断会有一些新的难题出现。作为一名石油人，我总说我们的身上是带着“油味”的，当然这个“油味”不是只说现场工作的时候一身油、一身汗，而是我们要具有石油的品质，正所谓“井无压力不出油，人无压力轻飘飘”。作为石油人，我们首先得承压，这种压力不仅是一种责任，同时也是我们开拓创新的动力。现在石油工业的装备水平相较过去已有很大提高，但整体而言石油人的工作环境还是很艰苦的，所以我们搞石油也需要一种精神，就是“辛苦不言苦，有难不畏难”，越是难啃的骨头越要迎难而上，攻坚才能克难，才能把地下的石油资源开发出来。虽然石油资源是有限的，但创新是无限的，我们石油人还要有挑战极限的勇气与信心。习近平总书记在去年视察胜利油田时，对我国石油工业发展提出了殷殷嘱托——“能源的饭碗必须端在自己手里”。要端牢能源饭碗靠什么？还是要靠创新，只有不断创新，我们才能做到总书记对我们石油人提出的要求，再立新功，再创佳绩，在新时代保障国家能源安全的新征程上，做出石油人新的更大贡献。