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院士何继善:地热开发利用或成传统油企转型升级突破口

来源: | 日期:2022-3-14 10:13:35 | 访问:次 | 字号:

记者:何院士您好!您从事科教近70年来,取得了诸多成果。特别是创立并发展了以“双频激电法”“伪随机信号电法”“广域电磁法”和“拟合流场法”为核心的地电场理论和仪器。该研究成果不仅使我国在频率域电法领域独树一帜,更居世界领先地位。都说您是“给地球号脉、做CT的人”,您给我们的地球做了这么多年“身体检查”,我们的地球现在“健康”状况如何?

何继善:地球是我们的家园,大家都很关注。我想地球现在还是很健康的,人类活动对它并没有造成太大影响。我们以矿产资源为目的的勘探只能探测到地球非常浅的地方,不过10–20千米,开发深度也就几千米,这点探测深度对地球来说就像是头皮薄薄一层,所以说我们对地球的了解还是很有限的。人类作为地球居住者,从地球得到了各种矿产资源的馈赠,虽然人类生产生活仅限于地球表层范围,但是对地球表层环境的影响,反过来对人类自己的生活影响很大。我们提口号说“要爱护地球”,其实爱护地球的目的是为了爱护人类自己。所以无论石油天然气也好,金属矿产也好,人类现在需要考虑的是如何绿色地利用这些资源。从勘探到开发,应该应用对环境影响最小,或者是可以对环境修复弥补的方式来进行。

记者:您是我国较早开展和推动页岩气研究的学者,曾提出“气化湖南”设想,被誉为“湖南页岩气之父”。您的科研成果,对我国石油天然气的勘探开发有何启示?

何继善:最近这十几年,应该说我们在石油天然气领域,特别是非常规油气的勘探方面有了长足进展。以页岩气为例,它本身是一种贫矿,但随着水平井技术和分段压裂技术的改进,以及工厂化生产模式的推进,其开采成本大幅度降低,商业开发变为可能。而我发明的广域电磁法在探测页岩气方面是非常成功的。我们国家页岩气大都在山区,地形复杂,很多地下都是石灰岩地层,用传统的地震方法在崇山峻岭进行探测,难度非常大,但广域电磁法却可以克服地形的限制顺利工作。石油行业习惯于通过地震资料分析地下情况,那我们就把广域电磁法图示展现得和地震资料一样,方便大家读取。长庆油田彭阳地区一直以来油气储层描述不清,钻井成功率不高,使用我们这项技术以后,优选出9个新的勘探目标区,提交地质储量达1000万吨。广域电磁法还有一个特点,就是和传统地震方法相比,其成本大概是地震法的1/4到1/20,且地形越复杂,成本对比差异越大,这是中国石化郭旭升院士通过在川渝地区的页岩气探测实践得出的结论。另外,我们研发的仪器可以做到通过手机实时查看地下探测情况。过去,我们用地震法要一两天之后才能得到数据,但那时探测早已结束,得到的数据只能为下一次探测提供经验。但我们制造的仪器可以及时掌握探测数据,大大提高了探测效率。从2014年起,广域电磁法被自然资源部油气中心列为页岩气探测的标准方法进行招标。2018年6月,自然资源部又在北京召开了广域电磁法的专门推介会,向业界继续推广广域电磁法。目前这种勘探方法已在吐哈油田、鄂尔多斯盆地、柴达木盆地、松辽盆地、四川盆地、重庆涪陵、武陵山区等油气区域大规模应用,并取得了良好的勘探效果。

记者:请给我们简单介绍一下您正在从事的地下空间与地热资源研究!

何继善:好的,先说地下空间。我们国家改革开放40多年来,进行了亘古以来人类历史上最大规模的建设,但这些建设主要在地面以上。受种种因素制约,地下空间的建设欠账很多,比如地下管网,就存在很多问题。但我们这样一个人口众多的国家,必须要利用好地下空间。东京曾举办过一个有关地下空间的国际学术会议,会上提出本世纪内,全球将有1/3的人口在地下空间活动。我们在上海开学术会议讨论这个事情的时候,我说1/3这个数字是不是太大啦?上海的同事就认为不大,他们说仅上海地铁里的人流量就已经足够庞大。所以,我们国家整体的地下空间需要重新规划。你看广州小蛮腰附近的花城汇广场,地表没有车辆,在那么一个拥挤的城市中央区域,大家能够很舒服地在地表活动,是不是很好?所以,开发地下空间将是我们国家今后几十年内一项很重要的建设内容。以深圳为例,它准备建设50个地下城市空间。那要做这个建设,就必须先把地下情况探测清楚,我们目前正在做这样的探测。我们还在对一些地面灾害进行勘测和治理。深圳市每年的地面灾害大概有100多起,比如道路塌陷,像龙岗区地下有溶洞,前不久还出现了地铁塌陷。另外,深圳的一些土地是填海产生的,填海之后沉降时间不够就建了楼,而地表在逐渐下沉,这就会对建筑物的结构产生影响,这些都需要治理。还有一些地方,我们实施常年监测,比如天然气管道,事实上它是很大的危险源,我们需要监测它是否发生泄漏,以防出现大的次生灾害。关于地下空间探测,这个时候用常规的探测油气的技术就不行了,因为虽然城市地下空间探测的要求不是很深,但是它要求快速精准。我们这个团队有个特点,就是有什么科学想法,我们自己制作仪器,而这个仪器是凝聚了设计者思想在内的,这也是我们在这个领域有底气超越别人的法宝。

关于地热能,大家应该都已经很熟悉了。地球本身内部温度很高,地核温度可达4000–5000摄氏度。所以从地表往下,温度是不断升高的,每下去1千米,温度大概提高30摄氏度,这叫地热增温率。在正常情况下,地下的热量是不断向上扩散的,我们叫大地热流,它散发的热量实际上比我们人类用的能源大很多,但可惜我们没把它收集起来。目前,我们把地热温度分成了三个范围:高于25摄氏度但低于90摄氏度的是低温地热;90–150摄氏度的是中温地热;150摄氏度以上是高温地热。根据温度不同,我们可以采取不同的利用措施。比如这个地方的地热规模较大、温度较高,就可以建大一点的兆瓦级发电站;温度低一点的,我们可以搞成分布式电源,用地热来给社区、大学等单位供电。

我们国家的“三深”(编者注:深地、深空、深海)战略提出的目标,是到2020年解决3千米以浅的探测问题,储备探测技术则要达到5千米,油气探测技术要达到10千米。而地热能的分布是不均匀的,有的地方高温地热较浅,有的地方深一些,我们希望能够探测到地下4–5千米深度地热的分布情况,这样国际上最先进的CSAMT法和仪器已满足不了我国“三深”战略需求。恰好我们的广域电磁法能够达到这个探测深度,那就能很好地帮助我们国家探测地热资源。我国有三大地热带:西部青藏高原地热带;北方辽东半岛—胶东半岛—京津唐地热带;东南沿海福建—广东—海南岛地热带。东南沿海地热带下面主要是花岗岩,花岗岩的电阻率很高,导电性很差,利用广域电磁法能够很好的识别花岗岩的位置。这种有覆盖层有花岗岩的热源,就像我们睡觉时盖被子一样,花岗岩是热源,覆盖层下面就是我们希望寻找到的优质热源。通过广域电磁法,我们可以对地热资源做到清楚的区分,从而有利于我们更好的利用热源。

记者:现在全社会都在关注“碳达峰、碳中和”,但我国目前“绿色能源”利用率占比还相对较低,您认为符合我国国情的“双碳”之路该如何走?

何继善:年前我去了一趟云南大理,我们准备在那里建一个分院,帮助当地探测和利用地热资源。我当时给大理州政府写了四个字—“零碳大理”。为什么是“零碳”?因为我们希望大理可以在一定的社区范围内实现利用地热资源发电,并通过地热提供相应的能源和水资源供给,这样至少在这个实验的社区里,就不需要外界再供给能源了。不用烧煤,不用烧天然气,就是零碳排放,这个区域就可以叫做“零碳社区”。深圳市一年需要空调制冷的天数是270天,如果能够使用地热资源,那可以直接用来制冷,这一年又会节省多少能源消耗?

从我们国家的一次能源来说,现在市场上使用的主要是化石能源,其次才是水能、核能、风能、太阳能、地热能。而我们国家的化石能源中煤炭占据了93%,剩下的才是石油天然气。我国现在的电力70%是火电,这其中又只有少量燃气发电,而主要靠燃煤发电。这种能源结构是我们国家的自然资源禀赋决定的,我们不可能脱离它,所以如果从清洁能源利用的角度来讲,我们国家的电力本身是不清洁的,但电力作为二次能源使用起来很方便。所以,对于我们国家而言,煤炭的清洁利用才是绿色低碳发展中最重要的环节。地热作为一次能源,客观估计,其资源量是煤炭的170多倍,我们如果能够很好地利用它,就能很好地解决我们国家的能源问题。因为我们不是个小国,而是拥有十几亿人口的大国。要想把能源变清洁,那这个清洁能源本身必须要有很大的规模。但我们目前已知的这些可再生能源、清洁能源,其占比都很小,而地热规模大,所以我们应该重视它的开发利用。

对地热资源的开发,国家目前也比较重视了。去年中央八部委联合发了一个文,要求重视地热资源的低碳发展,当然这也需要政府未来出台相应政策措施的配套。像光伏和页岩气,都是因为国家政策支持力度大,所以发展得好。如果国家对地热行业也进行扶持,那也会得到快速发展。油气行业具有开发地热能的先天优势,因为开采技术是相通的。与此同时,地热能的开采,也可能是油气企业未来转型发展的一个方向。

记者:您重视管理科学与工程学科发展,特别是近30年来,您对我国工程管理理论与实践进行了系统研究,并出版和发表了一系列有影响力的著作。您参与推动成立了中国工程院工程管理学部,积极组织工程管理论坛和推动工程管理学科建设,对工程管理专业硕士学位的招生、建设和发展起了重要作用。您为什么要花精力做这些事情?

何继善:从历史发展来看,科学原本是属于哲学的,早期科学家实际上就是哲学家,因为他需要认识世界,需要有正确的哲学思维,所以这二者是不可分割的,发展到一定程度时必然会走到一起。而对于一个具体的人而言,当他的科学研究达到一个高度之后,思维自然会上升到哲学范畴。工程管理也是这样,我原来不是搞工程管理的,大概二三十年前,中国工程院要组建工程管理学部,因为工作需要,我就去了很多大型工程像三峡、载人航天等现场进行调研。调研学习之后,我就觉得这里面有很多哲学问题,因为那个年代我们对于工程管理理念的认识主要还是来自西方国家。事实上,就管理理念而言,我认为仅仅学别人是不够的,必须要跟我们自己国家的文化,甚至风俗习惯相结合才行,所以我那时候就提出我们要创立自己的工程管理理论。后来,我组织编写《工程管理论》时用了16个字—“以人为本,天人合一,协同创新,构建和谐”,总结了我们工程管理中的一些核心价值观。

我觉得这个价值观里也包含着一种哲学思想。我们的工程本身是为了人,在工程的实施过程中也要依靠人。为了人,还要依靠人,所以必须要“以人为本”。中国古人讲“天人合一”,当然古时候提出的和我们现在是有差异的,从工程管理角度来看,“天”就是“环境”,“人”就是“社会”。任何一个工程,只要建设,就会对环境有影响;工程越大,对环境影响越大。所以一个工程,必须要把它对环境的影响整体考虑在内。任何工程都是有利有弊的,而我们希望这个影响是利大于弊。“构建和谐”就是要在原来平衡的基础上,达到一个新的平衡。如果这个新的平衡,能优于原有的平衡,这个工程就成功了。三峡工程当年立项的时候,受制于当时的认识,没有环境预算在里面。事实上,千万年来三峡已经达到一种平衡,但大坝建设改变了这种平衡关系,所以它对环境的影响是巨大的。后来中国工程院让我牵头就三峡库区及其上游的环境影响进行调查研究,我写了建议,后来国家又增加了200亿元专门做环境补偿。做工程就好比盖房子,每一步都有操作规程,但大多数规程都是一般性的,工程中总会遇到特殊情况。通过创新,打破原有规程建造可能更节约成本,房子也建的更快更好,但就意味着违规。又要遵守规程,又得突破规程,这本来就是个矛盾,所以我们要“协同创新”,就是业主方、施工方,以及环境方等,大家共同来创新,这样才能把这个工程做好。

记者:从教以来,您先后作各种科普报告数百场,各行各业听众达几十万人次,您甚至骨折了也要坚持去作报告,为什么对科普工作如此执著?

何继善:骨折那次是因为第二天要讲,对方都准备好了,给几百名听众发了通知,我不能食言。科研和科普是推动科技进步的两个轮子,向广大人民群众普及科学知识是科技工作者义不容辞的责任,更是与每个人都密切相关的大众事业。光凭我们一己之力,很难实现祖国强大的梦想,而科普可以唤醒更多人,特别是成长中的下一代,所以我喜欢去中小学做一些科普讲座。我在湖南省当了15年的科协主席,科协有一项职能就是科普,所以我也是为了把这个主席当好,就做了一些科普工作。记得有一年我被评为“全国科普先进工作者”,当时有记者采访,他说你一个院士搞科普,不觉得浪费时间吗?我是这样想的,做科普确实需要时间,虽然我是院士,但也不是什么都会,我也需要时间学习和研究,但它不等于浪费时间,如果我给这些中小学生讲课之后,能够对他们今后的人生有一个正面引导,对他们今后的人生发展或生活有一点影响的话,那我认为就是很有意义的事,所以这不是浪费时间。

记者:您一生有过很多身份—工人、教师、校长、院士、书法家……这意味着您人生丰富的阅历,您最喜欢什么身份?

何继善:要更正一下,我不是书法家,书法只是一种爱好。我读中学的时候并没有想到日后会读工科,因为我那时对文科比较感兴趣。新中国成立后,国家开始轰轰烈烈地搞经济建设,是历史的潮流将我推到了工科的学习之中,所以我现在觉得搞工科的人,如果能有一些文化艺术的爱好,也算是对人生的一种充实。 

要说最喜欢的身份,应该还是老师,我也很感恩能有这样一个机遇当老师。因为作为老师,为了教好学生,首先自己要持续不断的学习。另外做老师每年都能跟年轻人在一起,年轻人充满希望,在他们面前我常常会忘记自己的年龄,如果能再给他们一些正面的影响,使其受益,我会更开心。同时我也希望我的学生能够尽快的、远远的超过我,这样社会才能够发展。

记者:您认为自己能取得今天的成就,依靠的是什么?

何继善:首先是因为社会的大环境,使我有机会能参与国家的发展,同时也很幸运自己的命运能够和国家发展的命运结合在一起。如果还是像解放前那样,我中学都读不下去了,只希望能够高中毕业,接下来会干什么根本就不敢去想,能找份工作填饱肚子就是万幸。哪里会想到自己能够读大学?更没梦想过能够到大学任教,当教授,所以一切都是时代机遇。如果一定要说个人作用,那我想首先离不开个人努力,其次就是做有兴趣的事,并且坚持。

记者:请您对石油行业的百万员工说几句寄语吧?

何继善:石油是我们国家的命脉,尽管石油被其他能源替代是大势所趋,但至少今后几十年石油都将是很重要的工业原料。因为石油这种能源,它本身的能量爆发力很强,而且它方便,特别是在战争中,暂时还难有其他能源可以替代。所以,我觉得从事石油行业的工作还是有前途的,特别对我们这样一个人口众多的国家来说,石油工业方兴未艾。但我们现在石油消费占总能源消费的比重还很小,所以石油行业的建设者还应该努力发现和开采更多的石油资源,以满足我们国家经济建设和人民生活的需要。

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