中国石油企业协会

韩大匡:志在千里 壮心未已

来源: | 日期:2023-7-31 10:40:16 | 访问:次 | 字号:

记者:今年是铁人王进喜诞辰100周年。您比铁人王进喜小10岁,同时也在大庆油田工作过,铁人的精神对您的工作生活产生过什么影响?

韩大匡:我是1960年从北京石油学院来到大庆油田参加石油会战的。在大庆油田生产实验区进行油井分析及方案计算工作期间,多次见过“王铁人”。虽然他是搞钻井的,我是搞油田开发的,两个专业不一样,但他是我身边的榜样,他的事迹我耳熟能详,一直感动和激励着我。他喊出过“有条件要上,没有条件创造条件也要上”“石油工人一声吼,地球也要抖三抖”等振奋人心的豪言壮语,至今听起来仍旧让人激情澎湃。在铁人事迹的感召下,我和同事们同样不怕苦、不怕累,夜以继日地奋战在工地现场,经常工作至凌晨,分析复杂地质结构,解决了一个又一个从未遇到过的难题。

离开大庆油田后,我在北京石油学院组织成立了油气田开发研究室并被任命为室主任,专门负责油气田开发方面的科研工作,研究与解决油田开发生产实际中的诸多问题。大庆会战时工人在严寒的冬天,汗流浃背地用刮蜡片清蜡的情景促使我下定决心,一定要为大庆工人解决油管清蜡的问题,使他们能够从这项繁重的体力劳动中解放出来。后经过多次试验,我们使用“油管内衬玻璃清蜡新工艺”,研制出了我国第一根内镀玻璃的防蜡专用油管,解决了油井结蜡、高含蜡油田开采难的问题,并在大庆油田和其他油田进行推广,成效显著。1978年,这项研究成果在全国科学技术大会上获奖。

几十年来,大庆精神、铁人精神早已融入我的血液之中,也早已成为了激励所有石油人爱国奉献、求实创新的内核动力。

记者:20世纪50年代初,您参与了玉门老君庙油田注水开发方案的设计工作,负责其中的渗流计算部分。方案实施后,扭转了老君庙油田用溶解气驱开采时的压力下降、气油比上升、产油量递减的被动局面,揭开了中国注水开发油田的序幕。这段经历对您之后的研究工作有什么影响?

韩大匡:新中国成立之前,油田开发方式基本上采取溶解气驱衰竭式开采。

1953年,石油部领导请苏联专家特洛菲穆克院士,到玉门老君庙油田,实施了注水开发方案的设计和施工等一系列保持油层压力措施。当时,我刚大学毕业,因为俄文学得好,有幸被选为学习组成员,跟随苏联专家学习,翻译一些俄文资料,并负责开发方案中渗流计算部分。这段经历让我开阔了眼界,懂得了什么叫从实际出发,体会到了严谨细致的科学工作者作风并受益终身。

我在特洛菲穆克院士身上学到了许多东西,他尤其注重实践。为了摸清老君庙油田的地质情况,我们跑遍了那里所有的油井,得到大量一手资料。注水开发方案的实施,揭开了中国用注水方法开发油田的序幕,这种方法后来也成为中国80%以上油田普遍使用的主体技术。

记者:与建国初期我国石油科技力量十分薄弱相比,几十年来我国石油工业取得了翻天覆地的变化。作为一名石油科学家,您如何评价石油科技工作者所付出的努力?您如何定义石油科学家精神?

韩大匡:石油科学家一定具有爱国、奉献、求实,和勇攀高峰、敢为人先的创新精神。

世界上大多油田是油层厚、稳定性强、易开发的海相油藏储层。而中国恰恰大多是陆相油藏储层,有着盆地小、升降快、油层薄、连通差、储存量少、难出油的特点。因此,中国石油工业是在极其困难的条件下艰难成长并壮大起来的。

建国初期,全国石油行业科技人员包括勘探开发、管输、钻井等加起来不到100人。由于技术薄弱,我们一直是在西方发达国家后面跟跑、学习。我大学毕业走出校门后,就参加了国家第一个5年计划,之后一直在搞石油技术开发。今天,我有幸活过90岁,是整个中国油田开发能力从弱到强的见证者。

我国石油科技工作者在跟跑、学习过程中,实现了发展与创新。许多第三世界国家,仅仅是把先进技术拿过来用。而我们则在学习与应用外国技术过程中,结合中国非均质非常严重的陆相油藏储层的实际情况,进行分析和改变,形成了具有中国特点的科学技术,这是我们创新发展的成果,彻底打破了西方“中国陆相贫油”的论断。

几十年的石油生涯,让我刻骨铭心的感触是,石油行业需要不断创新,创新就是创造新技术,有了新技术就会有新发展。毋庸置疑,创新道路上并不平坦,有时会遭到很多人反对。比如三维地震的应用问题,通常采用三维地震反射法得到井间地层描述,但这种方法只能分辨出厚度为15米左右的油层。为了提高井间油藏描述的精确度,我在和地球物理专家钱绍兴的探讨中受到启发,考虑到是否可以用测井的高分辨率改善三维地震的低分辨率。这个问题在立项时遭到很多人包括地质专家的反对,我即使作为院士,也不能左右别人的想法。人们尊重院士意见,但觉得意见不符合实际时也会反对。可是我们并没有因此而放弃。经过几年的摸索,我和我的团队终于通过井震结合的方法,对地震模型进行正演及反演,成功将井间三维地震的识别率从15米提高到4米左右。后来大庆油田采用这个方法,找到了3—5米断距的小断层。所以,你一旦看准了方向,就一定要坚持下去。因为正确的事物终会产生实效,慢慢地,接受的人一定会越来越多。

记者:经过半个多世纪的发展,今天的中国石油工业仍然面临严峻挑战:一方面,国内老油田含水率超高,产量下降;另一方面,中国经济发展对石油的需求量增大,供不应求。您认为油田勘探开发该如何利用科技途径提高产量?

韩大匡:我国的主力大油田,都经过了几十年开发,老化严重,含水大幅度增高,开采出的液体,每吨有80%—90%的水分,大多数油田到了高含水后期和特高含水期,致使开发成本越来越高。有人建议为了提高产油量,就要多打井。我认为,这个方法只能解决暂时困难,是把未来的产量提前产出,会加剧资源枯竭。提高产量的根本途径是设法扩充油田的可采储量,提高原油采收率,这是油田开发永恒的追求。

一次采油是人们通过各种方式将地层的石油开采出来;二次采油是向油层注入水、气,给油层补充能量,从而再次开采;三次采油是用技术手段来改善油、气、水及岩石相互之间的作用,开采出更多石油。20世纪60年代初,我开始进行聚合物驱油技术的实验研究,也算是国内较早开展三次采油提高采收率技术研究者之一。

1987年至1991年,我和同事对全国13个主要油区、82个油田、184个代表性区块进行潜力分析计算,完成了“中国注水开发油田提高原油采收率潜力评价及发展战略研究”。其中提出的实施三次采油技术的原则、方法、步骤和规划,被当时的中国石油天然气总公司采纳实施,经大庆等油田现场试验结果表明,聚合物驱油技术可提高采收率10%—12%,最高达到14%。

进入21世纪,我针对国内各主力老油田陆续进入特高含水阶段,产量普遍递减的现状,把提高水驱采收率问题作为主要研究方向。经过十余年研究,已经形成一整套系统理念、对策和技术路线,能系统全面地对高含水老油田进行“二次开发”,大幅度提高水驱采收率。

记者:院士在大家心目中是很高的荣誉了,也代表国家和社会对您科研实力的认可。作为一名院士,您觉得取得这些成绩得益于什么?

韩大匡:我认为这一切得益于长期结合生产实际进行科研实践和积累经验而产生灵感,并抓住时代发展中有前景的东西加以支持,从而取得突破。比如1962年,我参加大庆会战后回到北京,进行油气开发研究。开始启蒙是学习苏联技术,后来又转学以美国为首的西方油田开发理论技术,接触到了早期计算机。那时的计算机运行速度很慢,一秒钟计算几千次,不像现在是几万亿次。但是,我预测到未来计算机技术在油田开发中将会有广阔的应用前景。于是,我通过计算机对油水两相渗流问题的计算方法开展研究。虽然开始仅限于简单的原理性研究,但时间只比西方国家晚几年。遗憾的是因为“文革”中断了十几年。1979年,我出国考察,发现计算机技术在国外得以迅猛发展,数值模拟技术已从原理研究进入软件实践。尤其是美国的数值模拟技术,是成套软件,能够随时解决油田生产中的实际问题。这一点对我刺激很大。我告诉自己,一定要奋起直追。

回国后,我开始进行数值模拟和生产实际结合的研究,主持了石油领域渗流力学和油藏数值模拟研究工作,其中“非均质亲油砂岩油层内油水运动规律的数值模拟研究”于1981年获得石油部优秀科技成果奖一等奖;“七五”期间,我又主持了国家重点科技攻关项目“油藏数值模拟技术”,研制了符合我国油藏类型的多功能模型等46个模型和专用模块,形成了适用于砂岩、碳酸盐岩等4种主要油气藏的配套软件系列,这项研究获得了1991年度中国石油天然气总公司科学技术进步一等奖和1992年度国家科学技术进步二等奖;编写的《油藏数值模拟基础》,被一些石油院校选作研究生教材。

记者:大数据和人工智能是新时代的产物,您在85岁高龄开始学习这些新知识、新技能。2018年,您带领团队进行油气勘探开发大数据与人工智能关键技术与发展战略研究工作。是什么激励着您在耄耋之年从零开始学习这些新领域的知识?

韩大匡:大数据、人工智能在石油勘探开发领域的应用,无论在中国还是美国都还处于起步阶段,这就给了我们一个千载难逢的战略机遇。我们要抓住这个机遇,努力学习,抓紧工作,早部署、早研究,实现换道超车和技术引领,不然就会被西方落下。

此前我牵头的国家工信部“基于大数据应用的油气勘探开发战略研究”项目,在地震储层预测、测井评价、储层建模、分层注水、油藏精细分析等方面开展人工智能应用战略规划研究,我们的目标是在2035年以前实现地震、钻井、测井、油藏描述与油藏工程、装备健康管理与智慧油田等5项主体技术的更新换代。

我认为,大数据、人工智能可以用在普通技术上,也可以用在处理关键技术“拦路虎”上。一门学科发展到一定水平,它本身在发展中遇到的关键问题,用普通的数学很难解决,而大数据作为一个技术手段,有可能帮助学科在一个更高层面上取得新的进展。比如,我们对地质储层了解太少、认识很浅薄,许多储层没有第一手资料。而了解地下储层的主要方法是地震和测井,这是地质工程的“两个眼睛”。地震和测井本身是有规律的,可以按照其规律发展进行研究。所以,需要尽快建立涵盖所有储层的标准大剖面,为地震和测井提供有效的解释标准。利用大数据、人工智能方法可以为建立大剖面提供更多的途径,并且可以利用其快速计算手段完成地震及测井研究中的正演及反演运算,从而得到更符合油藏实际的参数组合。由此可见,大数据、人工智能必须要与产业部门紧密结合才能发挥作用,才能解决实际问题并充分发挥其优势。

人工智能不是单一技术,而是一整套的几个技术一起应用。而整套技术在石油工业中的应用,其研究极具挑战性,目前还处于起步阶段,需要更多同仁一起努力。2019年起,我在中国石油大学(北京)设立“韩大匡石油人工智能奖学金”,支持人工智能教育教学事业的发展建设,我期望更多的青年科技人员好好学习大数据人工智能,把这套技术作为自己在科学研究中解决难题的有效方式,推进与引领石油行业大数据、人工智能技术应用的发展。

记者:您今年已经91岁了,现在每天还工作吗?主要关注点是什么?

韩大匡:我现在还是中国石油、中国海油等企业的科学顾问,并辅导博士研究生学习,带领团队进行新技术开发。每天工作没有固定时间,因为腿脚行动不方便了,我靠打电话联系各方人才,集思广益,所谓“三个臭皮匠顶个诸葛亮”嘛。

比如我想把激光技术应用到钻井工程中,就通过电话把想法跟中海油研究总院副总经理、总工程师,钻井技术负责人李中(本刊2023年1—2月合刊有专访《在蓝色国土耕耘科技强国梦想》)进行沟通,他很感兴趣。现在的钻井技术,是通过钻头破碎岩石,也就是机械破碎。要把地面动力传到地底,距离越长,损耗越大。比如钻机要钻到8000米、9000米,地面传导到地下的动力,也就剩下12%左右。如果是激光钻井,直接破碎岩石,100%的动力都用在破碎岩石上,能量没有损耗。因此,激光钻井是一个很好的替代性技术,现在我们正在研究跟进中。

目前,我主要关注点是在如何实施习近平总书记提出来“自主自立自强”的指示中。自立自强就是在自主的基础上,形成高水平、原创性、颠覆性的科学技术。

比如,黑油模型是油藏数值模拟中最为常用的工业软件,其计算量大体占总计算量的80%左右。油藏层间干扰是油田开发三大矛盾之一,这三大矛盾中井间和层内机理明确,均可用现有黑油模型计算,唯独层间干扰至今没有公认的机理,以至于现有黑油模型对其缺乏有效的解法。我们团队的研究人员经过二十多年的积累,已建立起通过改造的新型黑油模型,加入了井筒方程,对层间干扰的影响可以给出令人满意的计算结果。该模型在加拿大阿尔贝塔省的GF油藏成功计算出下层油藏因注水对上层油藏的水渗透影响,完胜用斯伦贝谢及CMG公司黑油模型的计算结果,成功解释了他们无法解释的层间干扰问题。目前在大港羊三木油田试点运算,已算出试验井从注水开始,三十年来的分层月注水量,这是油田开发者梦寐以求的数据。该项技术获得发明专利一项,已基本成熟,需进一步完善及推广 。

为精准描述三相饱和度分布,形成更具科学性的三维三相油藏模型,我们和长江大学胡文宝教授合作研究电磁波动态监测技术在这一领域的应用。地下油气水分布规律研究是一项世界性难题,而为了达到数字孪生所要求的动态孪生目标,除了静态描述的表征一致,还应完成油藏油气水三相饱和度动态监测,以保证孪生的油藏模型与当前的油藏实时状态保持一致。目前,所有油气公司都是由油水两相导出相对渗透率曲线,再加经验公式矫正得到三相饱和度分布,但是这并不是真正意义上的三相饱和度。我们采用了更为科学的方法:因地震对气体敏感,以井间地震波求得气体饱和度;根据油、水电阻率不同,以电磁波方程分别得到储层的油、水饱和度分布;再以地震波与电磁波方程联合反演,得到油气水三相饱和度。这样就使我们在用井间地震方法获得了更为准确的静态描述之后,利用电磁波方法从动态上进行监测,精度上要求能监测出油藏任何部位油水饱和度发生1%、至多2%的变化,智能调整模型使之与油田实际情况一致,以达到动态孪生的目标。此项技术的研究成果,为黑油模型提供了更为科学的三相饱和度在油层中的动态变化参数。另外,为了解决套管对电磁波的屏蔽作用,目前我们正在研究用廉价高效的光纤在套管外接收电磁波。

记者:您如何评价自己的过往人生?

韩大匡:我的人生见证了中国石油科技事业的全周期发展,而我一生的研究工作经历了三个阶段:第一阶段结合国内情况,学习及创新应用国外主要单项技术经验(三次采油及数值模拟等);第二阶段从事国内油藏深度精细开发新阶段研究;第三阶段用大数据人工智能技术解决第二阶段中的难题。下一步要在模型驱动,数据驱动的基础上,逐步加强知识驱动在油气开发中的应用研究。

作为一名从事油气田开发研究工作70年、经历了新中国油气田开发从弱到强全过程的亲历者和参与者,我始终清晰地感受到这份历史重担的分量。中国古人说“老骥伏枥,志在千里;烈士暮年,壮心不已”,我要趁现在身体还能工作,继续努力,为国家多做贡献,为子孙多造福祉。(记者:唐大麟 胡玮斐

 

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