挑战油田生命周期极限——记中国石油大学（北京）非常规油气技术研究院教授侯吉瑞

王 涵

侯吉瑞在塔里木沙漠公路起点

在油田上，有一个数据时刻被石油人关注着。这个数据既代表了油田生命周期内的整体开发水平，又是衡量技术应用效果的关键指标，它就是：油气采收率。提高油气采收率为油田带来的收益很可观，即使一个很小的幅度，其增产量也是相当喜人的，有时新增产量甚至相当于开发一定规模的新油田。

当然，高收益也代表着高难度，有时想尽办法提高采收率，结果却难如人意。解这道“难题”一直是中国石油大学（北京）非常规油气技术研究院教授侯吉瑞努力的方向，新提高采收率技术试验成功的背后往往是超乎常人的坚持和努力。

很多人认为提高采收率只是油田开采后期的一项工作。其实，从油田发现到开采结束，从钻井、完井、布井到天然能量开采、人工水驱以及各种化学驱等，提高采收率的思想与实践都一直贯穿其中。这就决定了从事提高采收率研究需要多学科、多领域知识的交叉，不仅要有物理、化学、油藏工程等基础理论研究方面的专长，还要广泛涉猎与矿场技术实施相关的地质、工艺、设备、环保安全方面的知识。最低要求也是地质资料看得懂，采油工艺弄得清，调剖堵水做得精，化学驱油研得深。所以想在这个领域有所作为，一定得坚持并执着。

赢得油田信任 就要有科研实力

从事石油相关工作，对侯吉瑞来说其实算是跨了行业。

1990年在延边大学化学系硕士毕业后，他被分配到国营295厂（华中制药厂）工作，在专业上本已对口，而且工作未满一年他就被提拔为一车间的主任助理，负责药品质量、制药工艺等相关工作，可以说厂里为他提供了很好的平台。专业对口，厂里重视，侯吉瑞对这份工作很满意。但有件事却一直让他很烦恼，妻子在大庆工作，夫妻两地分居，妻子调不过来，他虽可以调到大庆但又舍不下国营295厂的工作。几番犹豫，最终他做出妥协，到大庆石油学院开发系驱油机理研究室（后升级为“提高采收率研究所”）从讲师做起，在一个新领域展开了新探索。

从化学向石油转，自己能否适应这样的转变？起初侯吉瑞不太有信心，但硕士导师姜贵吉教授在电话里的一番话，却让他心里有了底，老师说：“你化学基础扎实，油田其实很需要化学，虽然刚开始可能会遇到一些困难，但过一段时间你会很轻松。”果然如老师所说，1991年转向石油，经过三四年适应、锻炼，侯吉瑞感到手上的工作越做越顺。在中国，提高石油采收率的主要方法是化学驱，很多工作与化学有关，所以有化学基础的侯吉瑞常常能从机理上找问题，明白了原理，自然很多东西就通了。

原来在制药厂的工作，特别强调执行力，有问题要及时解决，必须真抓实干，因为药品质量不能有半点含糊。或许是受国营295厂工作经历的影响，侯吉瑞对待科研也一直持这样的想法，他更关注如何让科研成果落地。“过度追求标新立异、难于推广应用的研究成果，我不喜欢。”侯吉瑞说。

泡沫辅助气驱技术在塔河油田试验现场

紧紧围绕油田需求开展研究，侯吉瑞解决了很多油田关心的问题，如油藏条件下微凝胶体系的交联运移特性、耐温耐盐调堵剂优选、化学驱体系在运移过程中性能的变化规律、泡沫复合驱体系最优配方及评价方法、碱剂降低界面张力机理、三元复合驱油体系粘弹性对驱油效率的影响、三元复合驱油体系段塞优化组合方法、二类油层复合驱注入参数及布井方案优选等，有许多成果至今仍在沿用。因工作表现出色，在大庆石油学院工作10年，侯吉瑞从驱油机理研究室的讲师成长为采收率研究所的副研究员、副所长。

2001年，中国石油大学（北京）计划成立提高采收率研究中心，侯吉瑞及同事连同来自其他学校的12个人参与中心的筹备和建设工作。中心成立后，侯吉瑞任实验室主任，因为实验功底扎实，各项工作进展很顺利。负责实验室工作的同时，他还为研究生开设了两门新课程——“油田采油化学新进展”和“界面化学”，很受学生欢迎。

初期，尽管一切都还顺利，但因为担忧无项目可做，有段时间他心中也是压力重重，他说：“做提高采收率研究，项目很重要。之前做研究，项目大多来自大庆油田，因为大家彼此已建立了相互信任的关系。离开大庆，一切得重新开始，毕竟太年轻也没什么积累，让别人信任你，给你项目做，就得有科研实力，拿出真本事。”

接了几个项目后，凭实力说话，侯吉瑞终于在业内积累起了好口碑，赢得了油田的信任，项目接踵而至。“我觉得石油人最可爱的地方就在于他们渴望技术、尊重技术，对能为他们排忧解困的技术尤为欢迎。”侯吉瑞笑着说。

2002年成立的提高采收率研究中心，历经10年努力，已经发展为提高采收率研究院，侯吉瑞也从实验室主任、中心主任成长为研究院院长。靠成果、靠实力，在侯吉瑞的带领下，研究院争取到的科研经费逐年增加，人均科研经费位列学校前三。另外，为了提升地质、油藏工程、化学驱这些领域的研究实力，他又带领大家搭建了各类提高采收率技术的实验平台，并四处招兵买马，研究院的人才队伍也在逐年壮大。“在引进大批优秀人才的同时，我们还为这些人才配备了科研导师及研究设备，引导他们成长。我对他们的要求是，不要重复别人做过的工作，要勇敢创新做自己的东西。现在他们都有自己稳定的方向，工作做得都挺好，油田对他们很认可。”对这帮年轻人，侯吉瑞很有信心。

锁定方向 执着耕耘

我国开展提高采收率技术研究从“七五”开始，但当时更多是在学习国外技术，到“八五”时才开始自主技术的研发。正是从那时起，侯吉瑞见证并亲身经历了我国相关学科的发展壮大，参加了国家“八五”到“十五”提高采收率科技攻关工作，承担了多项国家“十一五”“十二五”“十三五”重大专项研究、原国家“973”课题与专题以及国家科技支撑计划、国家自然科学基金、中石化攻关、中石油攻关及创新基金课题，并先后获得20项次科研奖励。

“原来与国外合作做聚合物驱、复合驱，按他们的思路好多东西都做不了。比如聚合驱，他们说50m D以下不能用，可我们恰恰在这里有突破，在低渗领域就可以用。法国石油研究院的人说，低酸值原油中活性组分少，不能用于加碱的化学驱，按他们的理论高酸值原油才适合三元复合体系驱油，大庆原油酸值低，恰恰我们现在主要用的就是这个。这都不是国外的思路，是我国自己的创新。”提起中国自己的技术，侯吉瑞话里洋溢着自豪。

“八五”开始冲破国外限制，“九五”技术走向成熟，“十五”CO2气驱走向矿场，“十一五”探索化学驱新技术和技术复合应用，“十二五”向低渗、非常规转变，“十三五”跳出原有框架进行新尝试，随着我国提高采收率研究的深入和攻关重点转变，侯吉瑞自己的研究方向一直没变，但研究领域却在不断拓展。1991年至今，一直从事提高采收率与油田化学科研与教学工作的他，研究领域涉及化学驱理论与技术、CO2驱理论与封窜技术、调剖化学理论与技术等。

锁定方向，执着耕耘，多年的坚持换来的是丰硕的成果。

在化学驱理论和技术方面，侯吉瑞及其团队开展持续项目攻关，发明了化学驱低效循环精准快速识别技术、控制化学驱低效循环的新型调堵剂及化学驱低效循环精细控制关键技术，攻克了精准识别、靶向调堵、高效控制3个关键技术瓶颈，初步解决了化学驱低效循环这一难题。技术整体已在大庆、辽河等油田应用3年以上，采收率比已有化学驱技术平均多提高4个百分点以上；近3年，多增油313万吨，新增利润43亿元。该技术可推广到我国国内和海外权属250亿吨地质储量原油的开发，预计可增加可采储量10亿吨。该成果“化学驱低效循环识别与控制关键技术”荣获2019年度中国石油和化学工业联合会技术发明奖一等奖，并结合团队的其他攻关成果，以“新型聚驱大幅度提高原油采收率关键技术”获得2020年度国家技术发明奖二等奖。

在C O2驱方面，针对C O2注入地层后改变油藏流体物性、多孔介质渗透性、润湿性及油水相渗特征的问题，以及C O2-EOR油藏适应性评价、试验区筛选及注气油藏工程方案等影响CO2提高采收率效果的问题，侯吉瑞带领团队系统开展了相关基础研究，为延长油田CO2提高采收率现场试验示范区提高原油采收率8%以上提供了理论和技术支持。

侯吉瑞介绍：“提高采收率理论与技术是经过大量理论与实验研究后，在矿场实践过程中不断完善和发展的。由于常规砂岩油藏不仅存在层状非均质性，而且层内的孔隙尺度也大小不一，在化学驱油过程中，化学剂会沿高渗层或优势通道窜逸，导致矿场应用具有很大风险，于是我们开发了消除粘弹效应影响的新型调堵剂体系，发展了相关理论与技术。对于低渗透油田，存在注水困难或注水沿裂缝通道窜流的问题，我们开发了新型防膨剂以提高注水能力，并开展了注CO2驱油理论与技术研究。由于CO2更容易窜逸，特别是对于天然裂缝发育的低渗、特低渗透油藏，致使驱油效果不理想，所以就需要研发抑制气窜的技术。气的封窜和水的调堵因应用对象不同，机理存在差异，采用的化学配方不同，根据现场实际油藏条件我们会研究具体更适合采用哪种方法，所以在封窜和调堵上我们也投入了很多精力。”

在缝洞型油藏注气封窜方面，侯吉瑞带领团队发明了抗高温高盐的凝胶泡沫抑制气窜技术。凝胶泡沫是一种针对塔河缝洞型油藏注气窜逸开发的超稳定泡沫体系。缝洞型油藏完全不同于常规砂岩油藏，其有效储集空间溶洞、溶孔及裂缝的尺度差异大，大到米量级溶洞、小到毫米量级的缝，油藏不具备泡沫在砂岩油藏多孔介质中通过剪切再生的发泡方式和运移条件，且高温高盐高压的苛刻油藏条件更增加了研究难度。为此，他们的研究重点确定为超稳泡沫体系配方及地面高压发泡注入工艺。经过大量实验及与矿场密切结合，团队终于攻克难关，研制出超稳定微分散凝胶泡沫体系。该体系分散气泡尺寸小，平均直径为50μm左右，分布均匀；液膜厚，气泡不易聚并；液膜弹性高，具有自修复功能；同时具有良好的堆积能力，堆积尺度可达“米”级，能实现裂缝、溶孔、溶洞中运移、调驱，且能够在120℃、24×104ppm矿化度及50%含油的条件下稳定存在1年以上，具有长期的热稳定性和有效抑制大缝洞中气窜的能力。针对超深缝洞型油藏地下不具备再生发泡条件的瓶颈问题，团队自主研制了地面高压发泡装置和注入工艺设备，为微分散凝胶泡沫体系的矿场应用提供了技术条件。此项技术作为“十三五”重大专项成果，首次在中石化西北局缝洞型碳酸盐岩油藏超5000米深井抑制氮气窜逸工程中应用并获得了成功。

在调堵方面，通过不断摸索，侯吉瑞团队研发出了具有纯粘流体性质的改性淀粉胶深部调堵技术。侯吉瑞介绍，改性淀粉胶是耐高温、抗高盐的高强度调剖堵水剂，能够满足140℃高温以及24×104ppm矿化度的苛刻油藏条件，具有良好的耐酸（p H≥1）、耐碱（p H≥10）、抗油污性和长期热稳定性，同时抗剪切抗冲刷能力强，能够满足油藏深部调堵的需求。淀粉凝胶成胶前粘度低，注入性好，成胶时间和强度可控，成胶后强度最高可达I级，同时在不同水质条件、含油条件下均可成胶，可直接使用油田污水配液。成胶后稳定性好，具有优良的锁水性能，在常规油藏条件（60℃、20M P a）可稳定存在30个月以上，在高温高压油藏条件（140℃、60MPa）条件下能够稳定存在6个月以上。与粘弹性流体的聚丙烯酰胺溶液不同，淀粉胶成胶前，胶液为纯粘性流体，在多孔介质中能够保持完整段塞推进，最终形成整体段塞式封堵。因施工工艺简单，不需要更换管柱，工程成本低，该技术已在西北油田、吉林油田、河南油田、冀东油田、华北油田等成功推广应用。

跳出原有框架 进行全新探索

随着老油田开采程度不断加深，新增储量品质逐渐变差，老油田储采比逐年降低，后备资源不足现象突出。低品质、低动用储量油藏具有储层物性差、构造复杂、单井产量低的特点；已动用储量油藏的地层能量不足，油井含水高。普通的化学驱油体系应用已经举步维艰，提高采收率面临着前所未有的挑战，侯吉瑞带领团队又跳出原有框架进行了全新的探索。

与施工人员讨论注入工艺的改进

“纳米智能驱油技术-2D智能纳米黑卡”就是侯吉瑞团队完成的一项最新学术研究成果。他介绍，2D智能纳米黑卡是具有国际领先水平的高科技二维纳米材料，其微观形态近似于“黑色卡片”，平均尺寸为60nm×80nm×1.2nm。不同于球状纳米材料与油水界面的“点—面”接触，黑卡的片状特征与油水界面形成“面—面”接触，极大地增强了界面作用，0.005w t%的超低使用浓度就能发挥智能找油、渗透到岩石孔隙剥离油膜、降黏、聚并油墙等多重功能，其驱油机理与目前应用的化学驱技术完全不同，依靠楔形渗透压“铲油”，该技术将油滴、油膜“连根拔起”，再通过高效乳化降粘携带自调驱，使注入井周边的关联采油井同时受效，降水增油。黑卡尺寸小，可顺利穿过多孔介质，追随油水界面运移，几乎不在岩石表面吸附，吸附/滞留量仅为常规活性剂的1/100。此项技术对油藏具有广泛的适应性，适合于气测渗透率1mD～5000mD的油藏，耐高温、高盐，在砂岩、缝洞型碳酸盐岩油藏都有极好的驱油效果，在低孔低渗稀油油藏、常规稠油油藏中具有极大的应用潜力。

作为“十三五”重大专项成果，目前，2D智能纳米黑卡技术已在西北油田、吉林油田、辽河油田、大庆油田、胜利油田、新疆油田、中原油田、冀东油田等10余个油田成功开展试验，自2019年1月至今，运用该技术已完成矿场施工120余井次，累积增油3万余吨。中国石化新闻网、科学网、中国工业新闻网、《中国科学报》相继报道了2D智能纳米黑卡技术在增油控水、智能调驱方面的优异表现。早在2018年，中国石油经济技术研究院更将智能纳米驱油列为“未来15年最具潜力的勘探开发技术”之一，可见，纳米驱油技术潜力巨大。

“‘十二五’我们开始研究，‘十三五’进入矿场试验，虽然应用效果好，但目前在纳米驱油机理这部分，仍需深入研究，还未形成大家公认的理论，‘十四五’我们要在理论上进行提升，让技术更成熟、更完善，希望新技术能在油田大面积使用，使现有原油产量翻番。”谈到2D智能纳米黑卡技术的未来，侯吉瑞这样说。

目标明确 干劲十足

从化学到石油，从大庆到北京，一路走来，侯吉瑞遇到了很多贵人。

让他下定决心到大庆石油学院工作的是他的硕士导师姜贵吉教授，而他的博士导师杨锦宗院士则提醒他“石油科学重在应用，研究成果要经过现场检验才有价值”。在大庆工作期间，驱油机理研究室主任胡靖邦教授给了他很多帮助。胡教授是清华老毕业生，工作认真、思维活跃，国内、国外的研究动向他把握得十分清楚。而他提出什么想法，侯吉瑞都会去实施、去实验。

深入一线，掌握每口试验井的实施细节。

刚调到大庆，侯吉瑞就赶上了国家“八五”科技攻关。王德民院士当时是大庆油田分管科研的副局长，也是“八五”国家科技攻关项目的负责人，他常把一些科研任务分给大庆石油学院做。“王院士的想法很多，从不摆架子，愿意跟我们讨论，他的工作劲头和对工作严谨的态度令人敬佩。他要求我们无论什么时候实验结果出来都要告诉他，任何时候有问题都可以给他打电话，不用管是凌晨还是深夜。”通过参与攻关，侯吉瑞跟着王院士拓宽了视野，也学到了很多知识。

已经退休的原中石油高级常务副总裁、勘探开发研究院院长沈平平，则让侯吉瑞懂得了不能只做实验，还要注重理论提升。在大庆、吉林、冀东、长庆、延长油田，沈院长的几个项目，侯吉瑞都有参与，有些问题不懂他就去找沈院长，沈院长扎实的理论对侯吉瑞影响颇深。

做缝洞型油藏的项目时，中石化的李阳院士提出，跳出砂岩的思路看问题，对侯吉瑞的项目研究有很大帮助。开发凝胶泡沫抑制气窜技术时，很多人不认同，认为做不出来，李院士却对他很信任，增加经费支持他，最后技术不但做成了，而且在矿场施工获得了成功。

还有胡文瑞院士，他是从长庆油田现场走出来的专家，性格特别豪爽，他对侯吉瑞说，国家石油能源新储量的发展趋势是低渗、非常规，要转思路。所以“十二五”后期，侯吉瑞的研究重点转向了低渗非常规，现在他的很多技术都是针对低渗透油藏做的。

“我非常尊敬、信任这几位老先生，也非常敬佩他们，他们提出的建议，经过认真研究、落实后，对我的科研工作进展都有很大的推动作用，我非常幸运能得到他们的帮助和指导，这让我非常愿意去啃科研中的‘硬骨头’，而且乐在其中。”侯吉瑞说。

侯吉瑞记得，这些老先生常会讲起年轻时在矿场盯现场的故事，待上三天三夜不合眼是常有的事。侯吉瑞也喜欢盯现场，纳米黑卡、改性淀粉胶进入矿场试验期间，一年365天有200多天他都在矿场，因为实验室里的数据不是随便拿出来就能在矿场用的，现场条件一变，就得调整方案，为了保证方案顺利实施，他要求自己必须在现场盯着。

早些时候，矿场冬天没有炉子，夏天没有风扇，让别人在外面随便捎回几个包子就解决了他吃饭的问题，虽然很苦，但侯吉瑞干劲却很足。现在条件好了，有空调、有网络，有食堂供应饭菜，对工作他更是全情投入。现在他的学生也开始走出实验室，将大量时间投入到矿场，虽然没那么苦了，但他们也收获了不一样的体验。

对学生，侯吉瑞强调最多的是本分做人，踏实做事，因为只有这样才能走得长远。他也时常提醒学生，要跨行业去涉猎知识。他说：“之前说21世纪是多学科融合、知识爆炸的时代，当时没有明显感觉，现在我深刻感觉到了。采收率既不是简单的化学问题，也不是简单的油藏工程问题，更不是简单的地质问题。我查过美国几个研究采收率的大家，他们一半多学化学，很多人学地质、开发，专门学工程的人三分之一都不到。我们研究院搞地质、化学、石油工程、数学、计算机的一群人经常在一起讨论问题，有些话题可能跟自己的专业不相关，但突然某一天你可能就会觉得这些讨论其实会带来启示，因为现在我们面对的困难越来越多了，难度也越来越大，不是一个简单学科就能解决所有的问题。”

学生经常问侯吉瑞：“前沿是什么？”他会这样回答：“在化学驱领域，我们国家现在做到低渗，做到二、三类油藏了，在全世界去查，没有其他国家能做到这样，这就是前沿；纳米技术，走到矿场试验成功这一步的其他国家还没有，这就是前沿；系列的CO2封窜技术，国际各大石油公司也没有，这就是前沿。”年轻人的激情需要引导，知道了自己在什么位置，他们的干劲就被调动起来了。对于侯吉瑞，也同样，因为目标明确，所以他干劲十足。

随着我国低渗、特低渗油藏产量逐年增长，开发和利用好低渗透油藏，进一步提高其采收率，已成为我国国民经济持续发展的重要基础保障。而侯吉瑞未来的工作，就是针对典型低渗油/致密砂岩油藏特点和开发技术难点，基于“十一五”、“十二五”和“十三五”的研究成果，研发改善水驱、化学驱和气驱效果的提高采收率新技术，研发致密油藏开采新方法。他希望，这些工作能为矿场提高采收率提供更多的理论参考和技术支持。

转换思维，大胆创新，侯吉瑞相信，思想不枯竭，油气就不会枯竭。