挑戰油田生命周期極限
——記中國石油大學（北京）非常規油氣技術研究院教授侯吉瑞

王 涵

侯吉瑞在塔里木沙漠公路起點

在油田上，有一個數據時刻被石油人關注著。這個數據既代表了油田生命周期內的整體開發水平，又是衡量技術應用效果的關鍵指標，它就是：油氣采收率。提高油氣采收率為油田帶來的收益很可觀，即使一個很小的幅度，其增產量也是相當喜人的，有時新增產量甚至相當于開發一定規模的新油田。

當然，高收益也代表著高難度，有時想盡辦法提高采收率，結果卻難如人意。解這道“難題”一直是中國石油大學（北京）非常規油氣技術研究院教授侯吉瑞努力的方向，新提高采收率技術試驗成功的背后往往是超乎常人的堅持和努力。

很多人認為提高采收率只是油田開采后期的一項工作。其實，從油田發現到開采結束，從鉆井、完井、布井到天然能量開采、人工水驅以及各種化學驅等，提高采收率的思想與實踐都一直貫穿其中。這就決定了從事提高采收率研究需要多學科、多領域知識的交叉，不僅要有物理、化學、油藏工程等基礎理論研究方面的專長，還要廣泛涉獵與礦場技術實施相關的地質、工藝、設備、環保安全方面的知識。最低要求也是地質資料看得懂，采油工藝弄得清，調剖堵水做得精，化學驅油研得深。所以想在這個領域有所作為，一定得堅持并執著。

贏得油田信任 就要有科研實力

從事石油相關工作，對侯吉瑞來說其實算是跨了行業。

1990年在延邊大學化學系碩士畢業后，他被分配到國營295廠（華中制藥廠）工作，在專業上本已對口，而且工作未滿一年他就被提拔為一車間的主任助理，負責藥品質量、制藥工藝等相關工作，可以說廠里為他提供了很好的平臺。專業對口，廠里重視，侯吉瑞對這份工作很滿意。但有件事卻一直讓他很煩惱，妻子在大慶工作，夫妻兩地分居，妻子調不過來，他雖可以調到大慶但又舍不下國營295廠的工作。幾番猶豫，最終他做出妥協，到大慶石油學院開發系驅油機理研究室（后升級為“提高采收率研究所”）從講師做起，在一個新領域展開了新探索。

從化學向石油轉，自己能否適應這樣的轉變？起初侯吉瑞不太有信心，但碩士導師姜貴吉教授在電話里的一番話，卻讓他心里有了底，老師說：“你化學基礎扎實，油田其實很需要化學，雖然剛開始可能會遇到一些困難，但過一段時間你會很輕松。”果然如老師所說，1991年轉向石油，經過三四年適應、鍛煉，侯吉瑞感到手上的工作越做越順。在中國，提高石油采收率的主要方法是化學驅，很多工作與化學有關，所以有化學基礎的侯吉瑞常常能從機理上找問題，明白了原理，自然很多東西就通了。

原來在制藥廠的工作，特別強調執行力，有問題要及時解決，必須真抓實干，因為藥品質量不能有半點含糊。或許是受國營295廠工作經歷的影響，侯吉瑞對待科研也一直持這樣的想法，他更關注如何讓科研成果落地。“過度追求標新立異、難于推廣應用的研究成果，我不喜歡。”侯吉瑞說。

泡沫輔助氣驅技術在塔河油田試驗現場

緊緊圍繞油田需求開展研究，侯吉瑞解決了很多油田關心的問題，如油藏條件下微凝膠體系的交聯運移特性、耐溫耐鹽調堵劑優選、化學驅體系在運移過程中性能的變化規律、泡沫復合驅體系最優配方及評價方法、堿劑降低界面張力機理、三元復合驅油體系粘彈性對驅油效率的影響、三元復合驅油體系段塞優化組合方法、二類油層復合驅注入參數及布井方案優選等，有許多成果至今仍在沿用。因工作表現出色，在大慶石油學院工作10年，侯吉瑞從驅油機理研究室的講師成長為采收率研究所的副研究員、副所長。

2001年，中國石油大學（北京）計劃成立提高采收率研究中心，侯吉瑞及同事連同來自其他學校的12個人參與中心的籌備和建設工作。中心成立后，侯吉瑞任實驗室主任，因為實驗功底扎實，各項工作進展很順利。負責實驗室工作的同時，他還為研究生開設了兩門新課程——“油田采油化學新進展”和“界面化學”，很受學生歡迎。

初期，盡管一切都還順利，但因為擔憂無項目可做，有段時間他心中也是壓力重重，他說：“做提高采收率研究，項目很重要。之前做研究，項目大多來自大慶油田，因為大家彼此已建立了相互信任的關系。離開大慶，一切得重新開始，畢竟太年輕也沒什么積累，讓別人信任你，給你項目做，就得有科研實力，拿出真本事。”

接了幾個項目后，憑實力說話，侯吉瑞終于在業內積累起了好口碑，贏得了油田的信任，項目接踵而至。“我覺得石油人最可愛的地方就在于他們渴望技術、尊重技術，對能為他們排憂解困的技術尤為歡迎。”侯吉瑞笑著說。

2002年成立的提高采收率研究中心，歷經10年努力，已經發展為提高采收率研究院，侯吉瑞也從實驗室主任、中心主任成長為研究院院長。靠成果、靠實力，在侯吉瑞的帶領下，研究院爭取到的科研經費逐年增加，人均科研經費位列學校前三。另外，為了提升地質、油藏工程、化學驅這些領域的研究實力，他又帶領大家搭建了各類提高采收率技術的實驗平臺，并四處招兵買馬，研究院的人才隊伍也在逐年壯大。“在引進大批優秀人才的同時，我們還為這些人才配備了科研導師及研究設備，引導他們成長。我對他們的要求是，不要重復別人做過的工作，要勇敢創新做自己的東西。現在他們都有自己穩定的方向，工作做得都挺好，油田對他們很認可。”對這幫年輕人，侯吉瑞很有信心。

鎖定方向 執著耕耘

我國開展提高采收率技術研究從“七五”開始，但當時更多是在學習國外技術，到“八五”時才開始自主技術的研發。正是從那時起，侯吉瑞見證并親身經歷了我國相關學科的發展壯大，參加了國家“八五”到“十五”提高采收率科技攻關工作，承擔了多項國家“十一五”“十二五”“十三五”重大專項研究、原國家“973”課題與專題以及國家科技支撐計劃、國家自然科學基金、中石化攻關、中石油攻關及創新基金課題，并先后獲得20項次科研獎勵。

“原來與國外合作做聚合物驅、復合驅，按他們的思路好多東西都做不了。比如聚合驅，他們說50m D以下不能用，可我們恰恰在這里有突破，在低滲領域就可以用。法國石油研究院的人說，低酸值原油中活性組分少，不能用于加堿的化學驅，按他們的理論高酸值原油才適合三元復合體系驅油，大慶原油酸值低，恰恰我們現在主要用的就是這個。這都不是國外的思路，是我國自己的創新。”提起中國自己的技術，侯吉瑞話里洋溢著自豪。

“八五”開始沖破國外限制，“九五”技術走向成熟，“十五”CO2氣驅走向礦場，“十一五”探索化學驅新技術和技術復合應用，“十二五”向低滲、非常規轉變，“十三五”跳出原有框架進行新嘗試，隨著我國提高采收率研究的深入和攻關重點轉變，侯吉瑞自己的研究方向一直沒變，但研究領域卻在不斷拓展。1991年至今，一直從事提高采收率與油田化學科研與教學工作的他，研究領域涉及化學驅理論與技術、CO2驅理論與封竄技術、調剖化學理論與技術等。

鎖定方向，執著耕耘，多年的堅持換來的是豐碩的成果。

在化學驅理論和技術方面，侯吉瑞及其團隊開展持續項目攻關，發明了化學驅低效循環精準快速識別技術、控制化學驅低效循環的新型調堵劑及化學驅低效循環精細控制關鍵技術，攻克了精準識別、靶向調堵、高效控制3個關鍵技術瓶頸，初步解決了化學驅低效循環這一難題。技術整體已在大慶、遼河等油田應用3年以上，采收率比已有化學驅技術平均多提高4個百分點以上；近3年，多增油313萬噸，新增利潤43億元。該技術可推廣到我國國內和海外權屬250億噸地質儲量原油的開發，預計可增加可采儲量10億噸。該成果“化學驅低效循環識別與控制關鍵技術”榮獲2019年度中國石油和化學工業聯合會技術發明獎一等獎，并結合團隊的其他攻關成果，以“新型聚驅大幅度提高原油采收率關鍵技術”獲得2020年度國家技術發明獎二等獎。

在C O2驅方面，針對C O2注入地層后改變油藏流體物性、多孔介質滲透性、潤濕性及油水相滲特征的問題，以及C O2-EOR油藏適應性評價、試驗區篩選及注氣油藏工程方案等影響CO2提高采收率效果的問題，侯吉瑞帶領團隊系統開展了相關基礎研究，為延長油田CO2提高采收率現場試驗示范區提高原油采收率8%以上提供了理論和技術支持。

侯吉瑞介紹：“提高采收率理論與技術是經過大量理論與實驗研究后，在礦場實踐過程中不斷完善和發展的。由于常規砂巖油藏不僅存在層狀非均質性，而且層內的孔隙尺度也大小不一，在化學驅油過程中，化學劑會沿高滲層或優勢通道竄逸，導致礦場應用具有很大風險，于是我們開發了消除粘彈效應影響的新型調堵劑體系，發展了相關理論與技術。對于低滲透油田，存在注水困難或注水沿裂縫通道竄流的問題，我們開發了新型防膨劑以提高注水能力，并開展了注CO2驅油理論與技術研究。由于CO2更容易竄逸，特別是對于天然裂縫發育的低滲、特低滲透油藏，致使驅油效果不理想，所以就需要研發抑制氣竄的技術。氣的封竄和水的調堵因應用對象不同，機理存在差異，采用的化學配方不同，根據現場實際油藏條件我們會研究具體更適合采用哪種方法，所以在封竄和調堵上我們也投入了很多精力。”

在縫洞型油藏注氣封竄方面，侯吉瑞帶領團隊發明了抗高溫高鹽的凝膠泡沫抑制氣竄技術。凝膠泡沫是一種針對塔河縫洞型油藏注氣竄逸開發的超穩定泡沫體系。縫洞型油藏完全不同于常規砂巖油藏，其有效儲集空間溶洞、溶孔及裂縫的尺度差異大，大到米量級溶洞、小到毫米量級的縫，油藏不具備泡沫在砂巖油藏多孔介質中通過剪切再生的發泡方式和運移條件，且高溫高鹽高壓的苛刻油藏條件更增加了研究難度。為此，他們的研究重點確定為超穩泡沫體系配方及地面高壓發泡注入工藝。經過大量實驗及與礦場密切結合，團隊終于攻克難關，研制出超穩定微分散凝膠泡沫體系。該體系分散氣泡尺寸小，平均直徑為50μm左右，分布均勻；液膜厚，氣泡不易聚并；液膜彈性高，具有自修復功能；同時具有良好的堆積能力，堆積尺度可達“米”級，能實現裂縫、溶孔、溶洞中運移、調驅，且能夠在120℃、24×104ppm礦化度及50%含油的條件下穩定存在1年以上，具有長期的熱穩定性和有效抑制大縫洞中氣竄的能力。針對超深縫洞型油藏地下不具備再生發泡條件的瓶頸問題，團隊自主研制了地面高壓發泡裝置和注入工藝設備，為微分散凝膠泡沫體系的礦場應用提供了技術條件。此項技術作為“十三五”重大專項成果，首次在中石化西北局縫洞型碳酸鹽巖油藏超5000米深井抑制氮氣竄逸工程中應用并獲得了成功。

在調堵方面，通過不斷摸索，侯吉瑞團隊研發出了具有純粘流體性質的改性淀粉膠深部調堵技術。侯吉瑞介紹，改性淀粉膠是耐高溫、抗高鹽的高強度調剖堵水劑，能夠滿足140℃高溫以及24×104ppm礦化度的苛刻油藏條件，具有良好的耐酸（p H≥1）、耐堿（p H≥10）、抗油污性和長期熱穩定性，同時抗剪切抗沖刷能力強，能夠滿足油藏深部調堵的需求。淀粉凝膠成膠前粘度低，注入性好，成膠時間和強度可控，成膠后強度最高可達I級，同時在不同水質條件、含油條件下均可成膠，可直接使用油田污水配液。成膠后穩定性好，具有優良的鎖水性能，在常規油藏條件（60℃、20M P a）可穩定存在30個月以上，在高溫高壓油藏條件（140℃、60MPa）條件下能夠穩定存在6個月以上。與粘彈性流體的聚丙烯酰胺溶液不同，淀粉膠成膠前，膠液為純粘性流體，在多孔介質中能夠保持完整段塞推進，最終形成整體段塞式封堵。因施工工藝簡單，不需要更換管柱，工程成本低，該技術已在西北油田、吉林油田、河南油田、冀東油田、華北油田等成功推廣應用。

跳出原有框架 進行全新探索

隨著老油田開采程度不斷加深，新增儲量品質逐漸變差，老油田儲采比逐年降低，后備資源不足現象突出。低品質、低動用儲量油藏具有儲層物性差、構造復雜、單井產量低的特點；已動用儲量油藏的地層能量不足，油井含水高。普通的化學驅油體系應用已經舉步維艱，提高采收率面臨著前所未有的挑戰，侯吉瑞帶領團隊又跳出原有框架進行了全新的探索。

與施工人員討論注入工藝的改進

“納米智能驅油技術-2D智能納米黑卡”就是侯吉瑞團隊完成的一項最新學術研究成果。他介紹，2D智能納米黑卡是具有國際領先水平的高科技二維納米材料，其微觀形態近似于“黑色卡片”，平均尺寸為60nm×80nm×1.2nm。不同于球狀納米材料與油水界面的“點—面”接觸，黑卡的片狀特征與油水界面形成“面—面”接觸，極大地增強了界面作用，0.005w t%的超低使用濃度就能發揮智能找油、滲透到巖石孔隙剝離油膜、降黏、聚并油墻等多重功能，其驅油機理與目前應用的化學驅技術完全不同，依靠楔形滲透壓“鏟油”，該技術將油滴、油膜“連根拔起”，再通過高效乳化降粘攜帶自調驅，使注入井周邊的關聯采油井同時受效，降水增油。黑卡尺寸小，可順利穿過多孔介質，追隨油水界面運移，幾乎不在巖石表面吸附，吸附/滯留量僅為常規活性劑的1/100。此項技術對油藏具有廣泛的適應性，適合于氣測滲透率1mD～5000mD的油藏，耐高溫、高鹽，在砂巖、縫洞型碳酸鹽巖油藏都有極好的驅油效果，在低孔低滲稀油油藏、常規稠油油藏中具有極大的應用潛力。

作為“十三五”重大專項成果，目前，2D智能納米黑卡技術已在西北油田、吉林油田、遼河油田、大慶油田、勝利油田、新疆油田、中原油田、冀東油田等10余個油田成功開展試驗，自2019年1月至今，運用該技術已完成礦場施工120余井次，累積增油3萬余噸。中國石化新聞網、科學網、中國工業新聞網、《中國科學報》相繼報道了2D智能納米黑卡技術在增油控水、智能調驅方面的優異表現。早在2018年，中國石油經濟技術研究院更將智能納米驅油列為“未來15年最具潛力的勘探開發技術”之一，可見，納米驅油技術潛力巨大。

“‘十二五’我們開始研究，‘十三五’進入礦場試驗，雖然應用效果好，但目前在納米驅油機理這部分，仍需深入研究，還未形成大家公認的理論，‘十四五’我們要在理論上進行提升，讓技術更成熟、更完善，希望新技術能在油田大面積使用，使現有原油產量翻番。”談到2D智能納米黑卡技術的未來，侯吉瑞這樣說。

目標明確 干勁十足

從化學到石油，從大慶到北京，一路走來，侯吉瑞遇到了很多貴人。

讓他下定決心到大慶石油學院工作的是他的碩士導師姜貴吉教授，而他的博士導師楊錦宗院士則提醒他“石油科學重在應用，研究成果要經過現場檢驗才有價值”。在大慶工作期間，驅油機理研究室主任胡靖邦教授給了他很多幫助。胡教授是清華老畢業生，工作認真、思維活躍，國內、國外的研究動向他把握得十分清楚。而他提出什么想法，侯吉瑞都會去實施、去實驗。

深入一線，掌握每口試驗井的實施細節。

剛調到大慶，侯吉瑞就趕上了國家“八五”科技攻關。王德民院士當時是大慶油田分管科研的副局長，也是“八五”國家科技攻關項目的負責人，他常把一些科研任務分給大慶石油學院做。“王院士的想法很多，從不擺架子，愿意跟我們討論，他的工作勁頭和對工作嚴謹的態度令人敬佩。他要求我們無論什么時候實驗結果出來都要告訴他，任何時候有問題都可以給他打電話，不用管是凌晨還是深夜。”通過參與攻關，侯吉瑞跟著王院士拓寬了視野，也學到了很多知識。

已經退休的原中石油高級常務副總裁、勘探開發研究院院長沈平平，則讓侯吉瑞懂得了不能只做實驗，還要注重理論提升。在大慶、吉林、冀東、長慶、延長油田，沈院長的幾個項目，侯吉瑞都有參與，有些問題不懂他就去找沈院長，沈院長扎實的理論對侯吉瑞影響頗深。

做縫洞型油藏的項目時，中石化的李陽院士提出，跳出砂巖的思路看問題，對侯吉瑞的項目研究有很大幫助。開發凝膠泡沫抑制氣竄技術時，很多人不認同，認為做不出來，李院士卻對他很信任，增加經費支持他，最后技術不但做成了，而且在礦場施工獲得了成功。

還有胡文瑞院士，他是從長慶油田現場走出來的專家，性格特別豪爽，他對侯吉瑞說，國家石油能源新儲量的發展趨勢是低滲、非常規，要轉思路。所以“十二五”后期，侯吉瑞的研究重點轉向了低滲非常規，現在他的很多技術都是針對低滲透油藏做的。

“我非常尊敬、信任這幾位老先生，也非常敬佩他們，他們提出的建議，經過認真研究、落實后，對我的科研工作進展都有很大的推動作用，我非常幸運能得到他們的幫助和指導，這讓我非常愿意去啃科研中的‘硬骨頭’，而且樂在其中。”侯吉瑞說。

侯吉瑞記得，這些老先生常會講起年輕時在礦場盯現場的故事，待上三天三夜不合眼是常有的事。侯吉瑞也喜歡盯現場，納米黑卡、改性淀粉膠進入礦場試驗期間，一年365天有200多天他都在礦場，因為實驗室里的數據不是隨便拿出來就能在礦場用的，現場條件一變，就得調整方案，為了保證方案順利實施，他要求自己必須在現場盯著。

早些時候，礦場冬天沒有爐子，夏天沒有風扇，讓別人在外面隨便捎回幾個包子就解決了他吃飯的問題，雖然很苦，但侯吉瑞干勁卻很足。現在條件好了，有空調、有網絡，有食堂供應飯菜，對工作他更是全情投入。現在他的學生也開始走出實驗室，將大量時間投入到礦場，雖然沒那么苦了，但他們也收獲了不一樣的體驗。

對學生，侯吉瑞強調最多的是本分做人，踏實做事，因為只有這樣才能走得長遠。他也時常提醒學生，要跨行業去涉獵知識。他說：“之前說21世紀是多學科融合、知識爆炸的時代，當時沒有明顯感覺，現在我深刻感覺到了。采收率既不是簡單的化學問題，也不是簡單的油藏工程問題，更不是簡單的地質問題。我查過美國幾個研究采收率的大家，他們一半多學化學，很多人學地質、開發，專門學工程的人三分之一都不到。我們研究院搞地質、化學、石油工程、數學、計算機的一群人經常在一起討論問題，有些話題可能跟自己的專業不相關，但突然某一天你可能就會覺得這些討論其實會帶來啟示，因為現在我們面對的困難越來越多了，難度也越來越大，不是一個簡單學科就能解決所有的問題。”

學生經常問侯吉瑞：“前沿是什么？”他會這樣回答：“在化學驅領域，我們國家現在做到低滲，做到二、三類油藏了，在全世界去查，沒有其他國家能做到這樣，這就是前沿；納米技術，走到礦場試驗成功這一步的其他國家還沒有，這就是前沿；系列的CO2封竄技術，國際各大石油公司也沒有，這就是前沿。”年輕人的激情需要引導，知道了自己在什么位置，他們的干勁就被調動起來了。對于侯吉瑞，也同樣，因為目標明確，所以他干勁十足。

隨著我國低滲、特低滲油藏產量逐年增長，開發和利用好低滲透油藏，進一步提高其采收率，已成為我國國民經濟持續發展的重要基礎保障。而侯吉瑞未來的工作，就是針對典型低滲油/致密砂巖油藏特點和開發技術難點，基于“十一五”、“十二五”和“十三五”的研究成果，研發改善水驅、化學驅和氣驅效果的提高采收率新技術，研發致密油藏開采新方法。他希望，這些工作能為礦場提高采收率提供更多的理論參考和技術支持。

轉換思維，大膽創新，侯吉瑞相信，思想不枯竭，油氣就不會枯竭。