自1859年人类开始规模化利用石油以来,地壳深处流淌了数亿万年的油气,成为一个事关国家政治、经济、军事乃至日常民生的战略性能源。一个半世纪以来,油气极大地推动了人类生产力的发展。科学技术日新月异,石油科技也发生了翻天覆地的变化。中国石油发布的2021年《世界与中国能源展望》指出,2040年前,油气将维持主体能源地位,占一次能源比重保持在50%左右。与此同时,石油勘探开发难度越来越大,保持石油科技创新发展对于一个国家的长远发展至关重要。
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从贫油国到产油大国,中国石油工业的发展离不开石油科学家“问鼎地宫”的石油抱负和上下求索的石油精神。党的二十大专门就加快实施创新驱动发展战略做出具体要求,指出要“坚持面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康,加快实现高水平科技自立自强”。
▲刘同敬课题组老师与学生
中国石油大学(北京)教授刘同敬,扎根非常规油气科学技术研究院和克拉玛依校区石油学院,以近30年教学和科研诠释了一代石油科学家和工程师的梦想与征途,从大庆、长庆,到胜利、辽河,再到大港、新疆、玉门,全国大大小小近20个油田都有他科研成果的应用,成果还推广到印尼、巴西、加拿大、哥伦比亚等国外油气田。多年来,他承担了油气田开发十余项纵向课题及250余项横向项目的研究,研发了多项具有创新性的油气藏工程与提高采收率技术,在我国油气田建设中展示了科技的力量。
“产学研用”深度融合的成长路
石油是“工业血液”,长期以来被誉为世界第一能源。刘同敬与石油打交道多少有点命运安排的成分,也颇具有时代的烙印:1991年参加高考时,尽管他的分数达到了清华大学的录取分数,但却因当时信息沟通不畅,被阴差阳错地调剂到了源自清华大学石油系的中国石油大学,成为当年考入中国石油大学的高分学生之一。
刘同敬的专业领域是油气田开发的油藏工程方向。油藏工程是一门以油层物理、渗流力学为基础,从事油气田开发设计、开发管理及提高采收率理论与方法研究的学科,旨在研究油气藏开发过程中油、气、水、化学剂等在多孔介质中的运动规律和驱替机理,拟订相应的开发方案和配套措施,并开展跟踪评价和调整挖潜,深化地质认识,掌控开发规律,以求更高效、更经济、更安全地实施人为有序开发,从而达到预期的开采速度和采收率,并为今后碳捕获、利用与封存(CCUS)等远景技术奠定基础。在刘同敬看来,油藏工程一直是跟“地下”打交道,核心就在“地下”,一名合格的油藏工程专家不仅要认识“地下”,还要掌握“地下”,更要利用“地下”。
“干一行爱一行”是那个时代年轻人的普遍特质,刘同敬欣然接受了命运的安排,并将自己的学习热情投入对石油相关知识的探索中。当大多数学生还在接受基础知识教育的阶段,刘同敬已经尝试利用学到的知识开展集成创新应用。本科毕业时,作为一名优秀毕业生,他凭借一项人工智能在油田开发评价中应用的研究,得到了在油田现场交流汇报的机会,给时任胜利油田规划室领导的油气田开发工程专家孙焕泉院士汇报工作。这个机会让他顺利保研,开启了自己的科研生涯。
万事开头难,科研道路上总是充满了各种艰辛和挑战。油藏工程承上启下,要学的东西涉及领域广,刘同敬就综合着、交叉着学。课堂上的知识不够用,他就去图书馆求经问道。由于所借的图书经常超期,图书延期费他就交了不少。就读研究生时,利用研究生可以进教师阅览室的机会,他花了一年半的时间,把专业藏书上的知识消纳吸收,该复印的复印、该记录的记录。正是依靠这种“钉钉子”的精神,他逐渐建立起了自己的油气田开发理论知识框架。
油藏工程理论研究与矿场实践结合紧密,许多基础和关键的科技难题往往来自现场,而理论研究中解决不了的问题,有时候现场不经意的一句质疑的话、一个成功的做法,就可能命中问题的核心。在长年的科研中,刘同敬非常尊重现场技术专家和施工人员,虚心向他们请教,以现场为师的同时,他也为现场答疑解惑,在油田一线结交了不少志同道合的好朋友。
1998年,从中国石油大学(华东)油气田开发工程专业研究生毕业后,刘同敬留校任教,在中国石油大学(华东)石油工程学院讲授“渗流力学”“油藏工程原理”“油层物理”“现代试井”“油藏数值模拟”等课程。2005年,他再次考入中国石油大学(北京)石油工程学院,攻读油气田开发工程专业博士学位。在此期间,他继续支持多家科技公司,还陆续担任北京中油恒泰伟业石油天然气技术有限公司总工、董事及法人代表。
从学习到研究、教学,再到致力产业转化……产学研上的不断交叉融合循环,让刘同敬的油气田开发理论知识和应用技术不断得以升华。2008年博士毕业后,刘同敬二次选择留校,就职于中国石油大学(北京)提高采收率研究中心(现并入非常规油气科学技术研究院)。此后,他继续专注从事常规与非常规油气藏渗流力学、动态测试技术、注气开发技术、整体调堵技术、高效水驱技术等常规/非常规油气藏渗流理论及IOR&EOR高效开发技术研究,研发并推广了油气藏动态描述技术、气驱&化学驱精细模拟技术、复杂油气藏IOR&EOR高效开发技术、CO₂驱油与埋存协同油藏工程技术等多项油气藏工程理论与提高采收率技术。
二十余载风雨征程,二十余载积累沉淀,刘同敬一路走来印证了一句话:机会留给有准备的人。一路细心观察思考,更笃定了他既要仰望星空追索科学前沿,又要脚踏实地将所学应用到实践中去的决心。产学研用深度融合的成长经历,为他铺设了一条创新驱动理论技术发展的独特科研之路。
以科技创新促产业发展
近年来,我国探明油气资源品位持续走低,难动用储量占比逐年升高。陆上主力老油田已进入高含水后期开发阶段,综合含水达到90%甚至98%以上,产量持续降低。与此同时,新探明储量品位劣质化趋势加剧,非常规和超低渗油气藏占比达到85%。低效难动用储量是未来中国石油开发的主战场,如何进一步提高这类储量的采收率,是“十四五”及未来中国石油科技工作者面临的重大课题。
作为一名“既有高校科研经验又有企业实践经验的复合型人才”,擅长从企业的角度来发现问题,并从实践的角度来检验自己的研究成果,是刘同敬在长年的产学研融合经历中积累的习惯优势之一。找到推动目前开发技术进步的着力点,形成未来开发技术落地的支撑点,是他科研的研究目标之一。
世上无难事,只怕有心人,长期科技攻关带来的是丰收硕果。针对非常规、低品位油气藏,包括低渗-致密砂岩、页岩、高含水、稠油、碳酸盐岩等渗流机制复杂化、开发方式多样化、动态响应差异化、调控政策精细化的特点,刘同敬设计了全生命周期动态油藏描述技术,重构了地下认识体系,实现了动、静、测一体化的油气藏点、线、面、体、时多层次特征再认识,重建了低品位油气藏有效动用、高效开发技术体系。
在复杂介质油气藏井间示踪监测技术方面,刘同敬首次提出示踪剂渗流的“油藏特征色谱效应”,揭示了多孔介质储层中“示踪剂真实运移速度比水慢”的机理,建立了符合裂缝性低渗透油藏的井间示踪测试解释模型,形成了满足区块规模自动拟合的半解析井间示踪分析技术,解决了高含水、裂缝等复杂油藏井间精准识别的难题。
在复杂油藏复合介质压力精细评价技术方面,刘同敬首次提出了满足启动压力梯度方向性和时效性的低流度储层压降叠加机制,首次提出了拟函数时空域与时域的转换概念和方法,首次建立了多参数物理约束关联的数学模型及解释方法,首次明确了“视物质不守恒”理念,实现了静态非均质刻画和动态异常水窜量化,解决了低渗、热采等复杂油藏近井精准刻画的难题。
在油藏动静态多信息综合反演技术方面,刘同敬构建了开发大数据组合体系,首次提出了基于过程趋势性信息的参数系统校核方法,首次建立了基于瞬时动态流场和历史叠加流场的优势通道识别量化方法,研发了基于扩散方程的井间水窜通道识别量化方法,实现了多层次井间通道的刻画,解决了多层、断块等复杂油藏多维精准描述的难题。
在聚合物/凝胶/微球驱化学驱精细设计技术方面,刘同敬首次提出了多孔介质中大分子渗流的五类特性方程,首次提出了分相流动二元凝胶、多元颗粒体系的概念,构建了符合中国陆相沉积油藏特征的模拟评价技术,解决了凝胶、颗粒等复杂介质渗流理论模型的难题。
在IOR&EOR优化设计和跟踪评价技术方面,刘同敬形成了精细地质建模、综合动态分析、方案优化设计、效果跟踪评价一体化的油藏工程技术,提出了IOR&EOR目的层开发过程中“井口物质不守恒”的理念并验证,筛选了CO₂、空气、氮气、泡沫驱、吞吐、复合调驱方式下的敏感因素和主控因素,践行了“一藏一策”的技术模式,实现了二次开发、三次采油过程中新技术的应用。
在CCUS&CCS地质封存油藏工程技术方面,刘同敬首次提出了CO₂驱油指数、CO₂埋存指数和CO₂驱油与封存协同指数的概念,建立了低渗-致密油藏CO₂驱油与封存油藏工程协同优化数值方法和解析方法;评价了地下CO₂赋存状态,明确了CO₂驱油与封存中关键特征参数的过程关联机制和协同变化规律,研制了CO₂驱采出程度数学模型;建立了CO₂驱WAG调控、井网调控、动态调控、流度调控、工艺调控五类调控增效对策技术界限,实现了矿场CO₂驱油与封存双目标约束下方案优化设计。
科技攻关收获一个又一个创新成果的同时,刘同敬始终不忘以科技创新促产业发展的初心——积极推动石油工程技术的实践应用。他取得的相关研究成果已经被广泛应用于国内外200多个油藏,十多年来为这些油藏增加产值100亿元以上,实现利润30亿元以上,真正实现了将创新科技成果搬下高阁成为攻坚利器,推动产业发展,润泽一个行业。如他研发的以井间示踪、压力分析技术为核心的储层动态油藏描述技术成功应用于大庆、胜利、辽河、渤海、新疆、长庆、吉林、中原、江苏、大港、塔河、青海、华北、江汉、冀东、吐哈、玉门等油田1万多口井;以水淹通道识别和量化表征技术为核心的复杂油藏调堵决策技术,成功应用于长庆、新疆、渤海、大庆等油田的5000多口井;以气驱过程精细评价和协同调整新概念为核心的低渗-致密油藏EOR开发关键技术,成为EOR油藏工程主体技术,在吉林、大庆、延长、胜利、玉门、新疆等油田CO₂驱、空气驱、氮气吞吐、泡沫调驱中得到应用。
其间,刘同敬的研究成果获得高度认可,荣获省部级特等奖、一等奖十多项。其中,2014年“延长油田特低渗透油藏提高采收率技术研究与应用”获国家能源局科技进步奖一等奖,2018年“复杂油藏复合介质动态监测精细评价技术”获中国发明协会发明创业成果奖一等奖,2019年“化学驱低效循环识别与控制关键技术”获中国石油和化学工业联合会技术发明奖一等奖,2020年“特高含水油田二三结合提高采收率关键技术与工业化应用”获中国石油和化学工业联合会科技进步奖一等奖,2021年“油田高含水期渗流场精细调控提高采收率关键技术与规模应用”获中国石油和化工自动化应用协会科技进步奖特等奖,“低品位油藏二氧化碳利用与埋存协同关键技术”获中国发明协会发明创业奖-创新奖一等奖。
正是凭借“为找能源多壮志,誓叫油气见青天”的勇气和魄力,刘同敬及其团队开发的一系列创新技术,极大丰富了我国油气田开发技术的内涵。如今,这些创新成果已经遍及国内油田和部分国外油田,为提升油气采收率发挥了重要的作用。
紧跟行业需求“研究真问题”
一路总结,一路思考,20多年风雨兼程,刘同敬收获了许多真知灼见,也正是这些闪烁着思想光芒的精神财富,牵引着他不断乘风破浪,勇敢迈向未来。
“人生如白驹过隙,一辈子有很多事情可以做,但‘尽量不做无用功’,要努力做到‘研究真问题,真研究问题’。”通过多年实践,刘同敬深刻体会到科研要立足一线需求的重要性,他一直反复强调,“没有错的现场,只有错的理论”,而这恰与国家“加强企业主导的产学研深度融合,强化目标导向,提高科技成果转化和产业化水平”的要求不谋而合。
坚持以问题为导向,刘同敬找到了能让自己始终保持与时俱进的方向目标:“石油科研有着许多传统的技术理论体系,但是在近几十年的发展中,不断有新的需求和新的问题被提出来,要求科研人员必须紧跟行业的需求来找问题、找命题,从中发现科研方向,最终寻求到一个能与国际对标的合理解决方案并在行业中广泛应用。”
也正是因为认清了这一目标方向,刘同敬这些年来“把毕业论文写在祖国的油田和井场上”,扎根一线,形成了自己独特的一套方式方法:“要从产学研用相结合的角度,从企业的需求出发,发现科研问题,通过深入开展科学研究,投入时间、精力、团队,找到解决方法,并最终把技术和研究成果在企业中得到应用。”
▲刘同敬课题组老师与学生
在科研中,刘同敬和团队擅长采用由浅入深的方式,从“最感性”的问题入手,通过实验明确它的机理机制,并结合跨学科优势解决科研问题。有时候,为了解决问题,他经常跑到油田井场进行现场试验;有时候,为了验证理论,推导出正确结论,他在宾馆里一住就是一两个月……艰难困苦玉汝于成,辛勤汗水换来了一个又一个问题的发现和问题的解决。
“发现真问题,真研究问题,问题才能真的解决”,遵循这一条“真”字路线,刘同敬团队的科研走上一个良性推动、螺旋向上的轨道。
致力科研,投身实践的同时,刘同敬不忘身上肩负的其他重任。
作为大学的研究学者,刘同敬深切知道国际交流合作和科研人才培养的重要性。他与国际上多所大学长期保持密切的交流合作,担任《石油勘探与开发》《多孔介质渗流》等期刊的审稿专家,积极参与国际机构举办的关于“碳捕获、利用与封存技术”“核能和平利用”等主题的学术研讨会;指导“一带一路”国家留学生,往返于国内各个研究机构,已先后指导培养硕士、博士研究生和博士后40多名。
老一辈的石油科学家为中国的石油科学开拓了康庄大道,如今,刘同敬和无数新一代石油人正沿着他们铺设的道路一路延伸、扩展,谱写新的篇章。结合新的时代特点,利用新的技术革命,他们正努力营造我国石油科技自立自强的新春天。
责编 | 李莉
专家简介
刘同敬,石油工程专业学士,油气田开发工程专业硕士、博士。现任中国石油大学(北京)教授、中石油三次采油重点实验室-低渗透油田提高采收率应用基础理论研究室副主任,兼任油气田开发专业标准化委员会开发实验分技术委员会委员、冀东油田公司勘探开发研究院油气田开发工程研究咨询专家、中国能源学会专家委员会石油天然气专家组委员等。长期从事常规与非常规油气藏渗流力学、动态测试技术、注气开发技术、整体调堵技术、高效水驱技术等常规/非常规油气藏渗流理论及IOR&EOR高效开发技术研究,承担“十一五”至“十三五”国家重大专项、国家科技支撑、国家重点研发计划、国家“863计划”、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、中石油创新基金、中石油风险基金等纵向专题十余项,承担油气田开发工程方面中石油、中石化、中海油、延长油田、国外油田等横向项目250余项。发表科学引文索引(SCI)、工程索引(EI)、中文核心科技论文100余篇,授权发明专利50余项,软件著作权登记20余项,出版专著3部。研究成果获等省部级特、一等奖十余项,为国内外多家SCI、EI、核心期刊审稿专家。