油然而生成迷藏 滲流聚力鑄輝煌
——記中國石油大學（華東）油氣滲流力學專家姚軍教授

倪海龍

姚軍開展油氣滲流實驗研究

2020年6月，中國石油大學（華東）教授姚軍突然收到一封來自海外的郵件，郵件的內容是恭喜他當選國際石油工程師協會（Society of Petroleum Engineers,SPE）榮譽會員。這是SPE向個人頒發的最高榮譽。S P E是全球最大的個人會員組織，在154個國家擁有超過15.6萬名成員，自1941年設立以來，全球僅有156人獲得榮譽會員。姚軍成為國內首位獲此殊榮的科學家。這份榮譽是對他在該領域里做出的杰出貢獻和所擁有國際影響力的充分肯定。

投身油氣開發事業30余載，姚軍一直致力于油氣滲流理論與應用研究。憑借深厚的學術功底、高遠的學術視野、敏銳的學術思維和執著的求索精神，姚軍和他帶領的團隊在油氣滲流領域早已成為引領學科發展的一面旗幟。即便如此，他帶領他的團隊依舊在科學的道路上銳意奮進、砥礪前行。深耕基礎保持引領態勢，致力學科交叉解決實際新問題，以開放的姿態攜世界之手共同進步……一步一個腳印，他們走得堅定而扎實。

強本固基 守正創新——力破能源難題

什么是油氣滲流理論與應用研究？它們對油氣開發乃至對國家發展及提高人民生活水平有什么現實意義？對很多非專業老百姓來說，也許他們并不知道其中的深意。走入姚軍和他同行的研究故事，或許您能了解一二。

油氣是國家生存和發展不可或缺的戰略資源，對保障國家經濟和社會發展起著舉足輕重的作用。但如此重要的資源在我國卻面臨著嚴峻的考驗——當前，我國是世界第一大油氣進口國。2019年，中國原油對外依存度已超過70%，連續10年超過50%的石油安全警戒線，嚴重危及國家能源安全。

國家需要即使命召喚，在國家能源告急的緊迫形勢之下，眾多石油工作者奮戰在開發一線并為此殫精竭慮，姚軍和他的同伴更是沖鋒在前。憑借多年科研實踐積累的豐富經驗，他們對中國油氣開發面臨的困難和挑戰有著深刻的感觸和獨到的領悟。而他們的突破點，都精準放在制約油氣高效開發的瓶頸問題上。這些年來，無論是闡明非常規油氣藏的流動機理、創建非常規油氣藏和縫洞型碳酸鹽巖油氣藏數值模擬方法，還是提出基于機器學習和大數據方法的智能油田生產優化方法……姚軍及其團隊為有效推動油氣滲流理論的發展和工程應用做出了卓越的貢獻，而這些技術和手段的突破為解國家能源燃眉之急，提供了強而有力的支撐。

與美國教授和中國科技大學教授合影

因為在相關領域積累的創新突破，1999年，姚軍領銜的“水平井試井分析方法研究及應用”獲得山東省科技進步獎二等獎；2010年，“特低滲透油藏有效開發非線性滲流理論和開發方法及其工業化應用”獲國家科技進步獎二等獎；2017年，“非常規油氣藏多尺度滲流理論與方法”獲高等學校科學研究優秀成果獎自然科學獎一等獎；2017年，“海相碳酸鹽巖縫洞型油藏精細描述、數值模擬及高效注水開發技術”獲國家技術發明獎二等獎……當獎勵和榮譽紛至沓來，在眾人都為他們的滿滿收獲給予掌聲的時候，姚軍做得最多的卻是沉下心來不斷總結經驗教訓，以此激勵前行。

地基堅實才可筑起萬丈高樓，多年耕耘方能取得累累碩果。姚軍坦言這些年取得的成果完全得益于多年來扎實的基礎研究。

20世紀90年代末，油氣資源緊缺已成為制約我國經濟社會可持續發展的瓶頸之一。為了滿足我國日益增長的油氣需求，非常規油氣藏的勘探開發被寄予厚望。非常規油氣藏通常包括稠油油藏、頁巖油氣藏、致密油氣藏等。數據顯示，全球非常規石油可采資源量達6000億噸，是常規石油資源量的1.2倍；非常規天然氣資源量達900萬億立方米，是常規天然氣資源量的1.9倍。但因為非常規油氣藏滲流機理復雜，開采難度大，很多意欲在這一領域有所作為的科研人員都被困住了腳步。

憑借深厚的學術功底和敏銳的洞察力，姚軍帶領的中國石油大學（華東）油氣滲流研究中心早在2000年就已經開始相關方面的探索，并在頁巖和致密油氣開采的微納尺度流動模擬等方面形成了特色研究方向。

機遇總是留給有所準備的人。經過數年的積累和思考，姚軍及其團隊在非常規油氣藏滲流方面的探索贏得了業界的關注。2003年，他們提出的“孔隙尺度流動模擬”研究項目打動了評委，得到了中國石油化工股份有限公司的支持。“這是一個世界級的難題，但也是令人癡迷的研究方向。”業內專家的評語一語中的，也揭示了相關研究的價值和意義。項目旨在探索一種能夠定量描述巖石中每個孔隙和喉道中的流體分布狀況的方法。“如果成功，將能為剩余油挖潛奠定基礎。”事實證明，他們的努力沒有白費，接下來他們陸續在孔隙尺度的流動模擬方面取得一系列創新成果——首次發現了外電場擾動下納米孔隙內流體的電共振輸運現象，首次提出了多尺度多礦物數字巖心及孔隙網絡模型構建方法……為他們日后在頁巖和致密油氣藏的流動機理、油氣藏數值模擬和優化等多個研究領域“全面開花”，奠定了堅實的理論基礎。

值得一提的是，納微尺度多孔介質流體流動研究顯然跨越了石油工程研究的傳統領域，實現了化學與物理、數學等多領域學科在其中的跨界融合。電共振輸運現象相關成果發表在化學領域頂級期刊《德國應用化學》上，不僅成為中國石油大學（華東）發表在該雜志上的第一篇論文，而且還是領域里相關探索最早的文章，獲得了諾獎獲得者A.Geim和K.Novoselov的高度重視，并利用實驗驗證了該現象。

2012年，姚軍參加中國科學院數理學部的能源論壇，在科學院的大禮堂作了一個關于“頁巖氣開發中的關鍵力學問題”的報告，介紹了他們在相關領域的成果，并將論文發表在《中國科學》G輯上，不到1年的時間，下載量、中文引用量和SCI期刊的引用量都排在期刊的第一名。這些具有開創性的基礎性探索為很多有志于探索非常規油氣藏開發領域卻苦于難尋門徑的科研工作者帶來了啟發性的影響，姚軍及其團隊也因此走入更多學術同行的視野，為他們廣泛開展交流合作搭建起了橋梁。姚軍及其團隊還申請了國內第一個與頁巖氣相關的國家自然基金重點項目，這一項目在結題的時候獲得了7位專家評委一致給出的A的成績。

“合抱之木，生于毫末；千里之行，始于足下。”多年銳意求索于科學的蹊徑，讓姚軍及其團隊深刻體會到了夯實基礎的必要性，也讓他們充分體會到了將數學、物理、化學等基礎學科充分應用到油氣滲流領域的重要性，“以一個基礎支點撬動起整個領域突破向前發展的快樂感”。“工程問題科學化”“Petro+X（石油+）”……這樣的科學理念讓他們無論在什么時候都非常重視將數學、物理等基礎學科與工程的交叉結合。“夯實基礎調頭快”，也正得益于扎實的基礎，在風向調頭來臨前，他們一次又一次站在了轉舵的領航盤前，繼續引領著學科的前行。

指導研究生

在校慶60周年作為教師代表發言

頂天立地 敢為先行——力引學科發展

從常規油田迅速轉向非常規油田開發研究，又從傳統油田開發先行轉向數字化、智能化油田的建設……這些年姚軍及其團隊為業界所津津樂道、連連稱贊的是他們憑借扎實基礎鍛就的未雨綢繆、敢為先行的勇氣和魄力，對前沿準確判斷的洞察力。

近幾年，“新基建”成為中國經濟政策的新熱點。“新基建”背景下，中石油、中石化、中海油三大油氣公司紛紛提出了數字化發展智能化轉型的方向。風檣動、起宏圖，在眾多領域里的工作者紛紛涌入到數字油田、智能油田的研究與開發中貢獻己力的時候，姚軍和他的團隊早已在風浪涌動之前積累了深厚的優勢。

早在10多年前，姚軍就已經敏銳地捕捉到大數據對未來科技發展的推動前景，他還專門邀請了美國相關研究的知名教授Craig Douglas來給團隊成員及學生們普及大數據相關基礎知識。2005年，在姚軍的努力之下，中石化給予他們團隊項目支持——在國內率先開展了數字巖心相關探索，并出版了該領域國內第一本專著。充分運用大數據分析、C T等現代技術手段，開發一系列智能優化的方法去解決過去傳統油氣開發想都不敢想的難題。姚軍及其團隊很早就嘗到了數字化、智能化發展的甜頭，更堅定了他們擴展這一方向的決心。

但在數字化、智能化相關積累推進的過程中，他也面臨過不少質疑和壓力。“做這些是用來干什么用的？”“你做的這些能真正用到油氣開發中去嗎？”……很多人都對此表示不理解。姚軍為此做了很多的努力，不停地給大家解釋相關工作的意義及重要性，排除萬難也要一步步向前推進。正因為有了這些積累，當數字化和智能化的號角吹響，姚軍及其團隊已經形成了系統的學科方向，擁有了較為厚實的技術積累和人才儲備。

2012年，姚軍成功申請到國家原“863”計劃“深水油氣田智能完井關鍵技術”的課題。智能井技術作為一項提高油藏采收率和提高油藏經營管理水平的國際性前沿技術，在深水油氣田開發中極具應用前景。姚軍所帶領的智能井&智能油田課題組自2007年以來一直致力于智能井&智能油田相關技術和理論研究，建成了國內首套智能井仿真實驗系統、出版了《國外智能井技術》專著1部、獲得“智能油田仿真實驗系統及工作方法”授權發明專利1項、發表領域論文20余篇，從更高起點開始了智能油田基礎的研究。

2018年，由姚軍及其團隊完成的“油藏生產實時優化與智能調控技術及工業化應用”獲中國石油和化學工業協會科技進步獎一等獎，該項目通過10多年的攻關，創建快速高效的“歷史擬合-動態優化-生產調控”智能生產解決方案，提升了油田智能化技術和管理水平，突破了國外公司的技術壟斷，對于高效開采和提高采收率具有重要意義。經專家鑒定：整體達到國際先進水平。同年，由姚軍教授及張凱等團隊成員編寫的《智能油田開發理論及應用》由科學出版社正式出版。

指導研究生開展實驗研究

“做科研既要頂天，又要立地。”夯實基礎引領學科破浪前行的同時，姚軍及其團隊從未忘記研究是為油氣開發解決實際問題的初衷。一直以來，他和團隊都十分重視研究與實際應用方面的緊密結合。不論是早年在非常規油氣藏開發方面的積累，還是近10年在智能油氣田方面的探索，他們都竭盡所能地結合實際應用。多年堅持理論與實踐相結合，他們收獲了累累戰果。至今，非常規油氣藏滲流力學和數值模擬技術等成果在長寧—威遠頁巖氣示范區、中海油北美鷹灘頁巖油氣區塊等國內外6個油氣田進行了應用推廣。油藏生產優化智能油田技術已在中石化勝利油田、中海油天津分公司等10余個油藏推廣應用，解決了油氣田開發工程中的關鍵技術，為我國油氣高效開發做出了實質性貢獻，取得了顯著的經濟和社會效益。

縫洞型碳酸鹽巖油氣藏數值模擬技術的研究及應用推廣是姚軍及其團隊非常具有代表性的成果，也是他們研究結合實際應用的典范。

碳酸鹽巖油氣藏在全球油氣資源中占有極為重要的地位。中國碳酸鹽巖油氣資源也十分豐富，據統計，中國碳酸鹽巖油氣資源為385×108t，占全國總資源量的27%，而約一半以上為縫洞型碳酸鹽巖油氣藏。近年來，隨著塔河油田、普光氣田、安岳氣田等碳酸鹽巖油氣田的開發，碳酸鹽巖油氣藏成為中國油氣勘探開發和油氣增儲上產的主要陣地。但中國碳酸鹽巖油氣藏儲集空間類型多，氣藏多為孔隙型介質，油藏多為裂縫-孔隙型和巖溶縫洞型介質，流體表現為多種流動形式，大洞、大縫內以自由流為主，小尺度儲集空間以滲流為主，特征差異大，開發難度也大。

多年前，姚軍及其團隊就瞄準中國對縫洞型碳酸鹽巖油氣藏的探索需求，充分發揮他們在滲流力學上積累的優勢，展開了長期深入的研究，收獲了一系列卓越的創新果實。他們發現了基巖和微裂縫區域的滲流與大縫和溶洞區域的自由流耦合界面上的流動控制機制，并建立了油水兩相界面條件；首次創建了離散縫洞網絡（DFVN）模型，實現了滲流與自由流的耦合，形成了相應的多尺度有限元數值算法，解決了縫洞型碳酸鹽巖油氣藏數值模擬這一國際難題。

相關成果多次發表在國內外權威期刊上。Web of Science顯示，姚軍團隊關于縫洞型碳酸鹽巖油藏數值模擬研究領域發文占總發文量的10.1%，而姚軍教授的發文量排第一，占總發文量的7.1%。

從邁開理論探索的腳步，姚軍及其團隊就立足解決縫洞型碳酸鹽巖油藏開發中遇到的實際難題去提供具體的解決方案，其編制的基于滲流與自由流耦合的縫洞型碳酸鹽巖油藏數值模擬軟件，在中石化塔河、中石油塔里木等油田得到了很好的實踐應用，解決了很多過去沒辦法解決的棘手問題，獲得用戶的高度好評。不僅如此，相關探索成果也已走出國門，廣為國際專家所認可，引領了縫洞型碳酸鹽巖油藏數值模擬的研究方向。

“跟油田人合作，你的理論公式再漂亮也沒有用，最重要的還是要看你的這些理論是否能轉化為能夠幫他們解決實際增產問題的技術和能力。”一手抓基礎引領學科發展，一手抓研究與應用的結合解決實際增產面臨的難題，這些年姚軍和他的團隊“頂天立地”“敢為先行”，因此收獲了比一般團隊更為系統、全面的知識體系及解決實際問題的能力。他們構建了一套具有鮮明特色的現代滲流多尺度力學體系，將傳統的滲流研究向大尺度和微尺度兩個方面做了不少的理論創新擴展，與此同時，他們堅持面向實際應用讓成果落地生根，且隨時調整用于解決實際生產當中遇到的問題。富有前瞻的基礎積累和解決實際問題的能力贏得了三大油氣公司的高度認可和信任，成為他們眼中值得信賴的“知心人”。

潛心學術研究和教書育人

不忘初心 牢記使命——力促奮進步伐

為我國非常規油氣田的開發打下堅實基礎，首創多尺度多礦物數字巖心及孔隙網絡模型構建方法，解決縫洞型碳酸鹽巖油氣藏數值模擬這一國際難題，為我國數字、智能油田的轉型奠定堅實基礎……在油氣滲流領域耕耘30余載，姚軍帶領團隊向祖國和人民遞交了一份又一份讓人為之欽佩的滿意答卷，他也因此成為我國行業公認的油氣開發領域的“權威”和“大腕”。但回首多年走過的艱辛歷程，除了自己熱愛的科研之外，他談得最多的，還是他多年身處其中的學科團隊和這些年幫助過他的人。

姚軍1964年出生在山東平邑，16歲考入華東石油學院（中國石油大學前身）采油工程專業，從此與石油、中國石油大學（華東）石油工程學科結下了不解情緣。

作為中國石油大學最早設立的主干院系之一，中國石油大學（華東）石油工程學科的發展史可以說是一部見證中國石油、中國石油大學發展的濃縮史。匯聚北京大學、天津大學、大連工學院等多個著名高校學府在專業上的積累，歷經多次搬遷輾轉，經幾代教職工半個多世紀的不懈奮斗，終有如今的規模和沉淀。

進入中國石油大學（華東）石油工程學科以來，姚軍耳聞目睹和親身見證了學科的發展。遙想當年，多位出自全國著名高校學府的名家大師匯聚于此，為專業人才的培養和學科文化的建設奠定了堅實基礎，姚軍沐浴其中受益良多。從學養深厚、為人正直的導師張琪教授到滲流力學的研究大家郭尚平院士……細數起那些曾對自己影響一生的老一輩恩師，不管是學科內的還是領域內的，姚軍教授都常懷感恩，感慨是他們為自己照亮了科研前行的道路。

因為出身于教師家庭，又因為曾經沐浴師恩得以茁壯成長，姚軍對教書育人有著一份特別的執念，這也是他最終選擇走入高校的原因。石油科研與教書育人雙軌并行，在興趣釋放中他收獲了滿滿的成就感和價值感。也正因如此，這些年來，他成長得很快。35歲晉升教授，38歲成為博士生導師。在學校里，姚軍是學生們公認的油氣開發領域“教學能手”和青年學生成長成才的“良師益友”。憑借出色的表現，姚軍還獲眾人推舉歷任院長、副校長。在他擔任管理職務期間，團隊樹立了“國際視野，世界一流”的目標，實施起“Petro+X”（石油學科+基礎學科）多學科交叉戰略，形成了“雙導師制”“1+X+1”等不同的人才培養模式，建成了多個國家級和省部級高質量科研平臺。學院多名教師成為長江學者、百千萬人才、杰青、教育部新世紀優秀人才等國家層面人選，科研經費屢獲突破……學科發展贏來了跨越式發展。

雖然這些年姚軍為不辜負大家信任做了不少行政工作，但他內心更愿意去做的還是潛心學術研究和教書育人。卸下重任后，他有更多的時間去一樁樁完成自己多年積累的愿望，比如繼續擴大團隊在學術上的影響力，力爭實現團隊“學術會議上有聲音、學術協會上有地位、學科方向上有引領、學術成就上有影響”的目標。這些年來，他堅持參加各種國內外的學術交流活動，如從2007年開始，他會在每一屆全國滲流力學大會上作主旨報告等。

很早以前，姚軍就篤定了要走國際化的發展路線。憑借實力，他所在的團隊已為國際同行所熟知，很多團隊和專家慕名而來希望交流合作。姚軍和團隊也從來都是“迎來送往”，以開放的姿態，在溝通與交流中共同進步。近年來，他們先后組織、參加了多屆高級別的學術會議，其中數字巖心分析技術研討會從2012年起每兩年舉辦1次，姚軍及團隊每屆都會邀請來自斯坦福等國際知名學府的院士、專家及國際知名石油企業的負責人等到會作報告，如今，這一會議已經在國際領域擁有了極高的知名度。

2020年，姚軍及團隊贏得了第十二屆國際多孔介質年會的舉辦權，他本人擔任組委會主任。這是國際滲流力學最高級別的會議之一。這一會議在歐美之外的國家舉辦尚屬首次，也證明了姚軍團隊在國際領域的影響力。

攜世界之手，共同進步。除了日常的學術溝通交流之外，姚軍及其團隊還與世界著名的5個大學或科研機構有著密切的合作關系。2010年，姚軍團隊與美歐科學家共同創建了國際碳酸鹽巖油藏中心，為進一步就碳酸鹽巖油氣藏的研究與應用開展國際間的溝通交流與合作搭建起了良好的平臺。為提升學生的國際視野，這些年來，姚軍也一直堅持讓學生走出去，到國外著名的大學深造學習，不斷在國際雜志上發表高質量的文章。通過參加各種國際學術會議不斷提升自己的同時，發出中國聲音，“讓世界認識我們，了解我們”。

油然而生成迷藏，滲流聚力鑄輝煌。在姚軍的持續推動之下，如今團隊擴大國際影響力的同時，內部也在不斷優化：人才引進還在持續，多學科交叉團隊也已頗具規模。一方面強化基礎推動原始創新，另一方面強化能力落實應用轉化……一點一滴積累，姚軍相信只要打好內部基礎，他們就會離目標越來越近。繼續關注解決深層開采面臨的系列問題，針對國外“卡脖子”的工業軟件加快推進自主研發及按商業化標準加速推廣……繼續保持奮進的步伐，姚軍以滲流之力，破能源難題的科研之路“雖然辛苦，雖然累，但一切都是值得的。”

專家簡介

姚軍，中國石油大學（華東）油氣滲流研究中心主任，長期從事多孔介質多相流的研究和教學工作，提出了現代滲流力學的理論架構，形成了分子尺度、微觀孔隙尺度、巖心尺度、宏觀達西尺度和縫洞大尺度5個尺度的滲流模擬方法及尺度關聯升級方法，創建了非常規油氣藏、縫洞型碳酸鹽巖油氣藏數值模擬方法，以及基于機器學習和大數據方法的智能油田生產優化方法，推動了滲流力學的理論發展和工程應用。主持國家原“863計劃”項目、原“973計劃”課題、國家自然科學基金（重大、重點、面上）、國家油氣重大專項等多項科研任務；在國內外著名期刊Angew. Chem. Int. Edit.、Nano Lett.、Journal of Fluid Mechanics、Water Resources Research、SPE Journal、Journal Comput. Phys.、《科學通報》和《中國科學》等發表高水平學術論文340余篇，出版英文專著2部、中文專著4部；獲國家技術發明獎二等獎1項、國家科技進步獎二等獎1項、高等學校科學研究優秀成果獎自然科學獎一等獎1項、中國石油和化學工業聯合會科學技術獎一等獎2項。