对石油人来说，“找油”是根本，无论过去还是现在，如何将储藏在石缝里、海洋里、陆地深层的油气“挤”出来，始终是一个世界级难题。攻克这些难题，需要不同学科、多个团队协同作战。......
孙宝江 | 向深水深层要“底气”
来源：互联网
2024-11-12 00:16:52 版权归原作者所有，如有侵权，请联系我们
油气资源是人类生存和文明发展的重要物质基础，也是国际间长久以来竞争空前激烈的阵地。在国际环境日益复杂的当下，油气资源正日益成为保障一个国家强盛发展的“底气”和“生命线”。
能源的饭碗如何端在我们自己手中？“要想实现这一目标，需要不断发现新领域，并实现安全高效开发。”中国石油大学（华东）石油工程学院教授孙宝江表示，“随着陆地主力油气田和海洋浅水石油资源的开采进入中后期，海洋深水油气资源的开发将成为我国‘十四五’期间油气资源开发的重要增长点，而海洋钻井装备技术水平和工程能力则直接决定着海洋油气开发的进程。”
▲孙宝江
有着30年油气钻探井控安全问题研究经验的孙宝江，在油气井流体力学与工程领域开展了大量研究工作。他带领团队依托国家“973计划”“863计划”等项目，创建了“超临界-气-液-固（水合物）”四相流深水井控理论模型，攻克了井筒压力预测误差大导致井筒压力控制困难的技术难题，他所发明的“精确计算井筒压力-早期识别井底气侵-即时处置井喷风险”井控方法，实现了井控关键装备研发的源头创新。
向海洋要“下一桶油”，已经成为全球石油开发的一个主题。海上石油开发已从浅水区步入深水区，许多发达国家已走在了先进技术前沿，中国需要快速赶上。对于石油科研工作者而言，这是义不容辞的责任与担当。作为其中的践行者和奉献者，孙宝江与他的团队成员也正坚定地在“为国家加油，为民族争气”这条道路上奋力向前。
进军深水时代
——21世纪是海洋深度开发时代，深水和深层油气勘探开发被视为与航空航天工业、人工智能、基因工程等相提并论的尖端高科技行业，其难度由此可见一斑。
“上天难，入地更难”——这是被誉为“万能科学家”的钱伟长先生，在昔日面对我国油田勘探与开采难题的时候曾发出的喟叹。但是，时至今日，油气领域又有了一种更新的观点——下海难上加难。海洋油气资源开发因为要克服低温、高压和复杂恶劣的海洋环境载荷等难题，被国际石油界公认为是高风险、高科技、高成本的“三高”行业，而挺进深水区域则将这一“特质”推向极致。
“三高”的同时，“下海找油”也会带来对等的高回报。据资料显示，海洋蕴藏着全球超过70%的油气资源，这是一笔巨大的人类宝藏。不过，随着近海勘探程度的逐渐深入，发现新的大型整装油气田已十分困难，走向深海已经成为势在必行的国家战略。
海上油气开采，通常将小于500米的海域叫作浅水；大于500米，小于1500米的海域叫作深水；大于1500米的海域叫作超深水。作为世界四大油气聚集地之一的中国南海海域，油气资源十分丰富，据目前预测有350亿～500亿吨油气当量，在国际上被誉为“第二个波斯湾”。由于南海油气约有75%的油气资源都在深水区域，而在更早的几十年里，我国海上油气开发能力相对落后，在深水钻井设备、技术与工程能力上刚刚起步，造成南海深水成为我国油气领域一片无法独立开发的处女地，一度只能望洋兴叹。
中国油气增长看海洋，海洋油气增长看深水。眼睁睁看着脚下埋着这么一笔巨大的油气宝藏却不能动用，不能让其为快速发展的国民经济作贡献，这使得每一位石油工作者都心急如焚，孙宝江自然也明白他所研究的深水深层油气开发领域相关力学与油气井工程所承载的重要使命。
尽管近年来，我国深水油气资源的勘探开发不断取得突破，“海洋石油981”半潜式钻井平台的建成更是将我国深水钻井装备提升到了世界先进水平行列，但是，与国外同类装备相比，我国深水钻完井还存在着基础理论研究薄弱、工艺及技术能力不高等诸多亟待解决的问题。
▲孙宝江团队在工作现场
“深水油气开发绝对不是陆上技术的一个简单延伸。”孙宝江介绍道，相对于陆地油气开采，海上开采要复杂得多，这是一个需要全方位、多因素考虑的系统工程。海洋深水油气钻探前通常会有一些有关地层压力的预测数据，但受板块构造运动等影响，不同地层的压力仍有非常大的不确定性，有些地层不但压力异常，还兼具高温、高含酸性气体等特点，基于传统方法的井筒压力安全控制更加困难，稍有不慎，极易引发被业界称为钻探“拦路虎”的井喷。据统计，近30年来，全球海上严重井喷事故已超过300起。
20年前，我国在南海的开发仅限于不超过300米的浅水区域。当时中国深水油气钻井领域几乎是零基础、零经验、零装备，技术与装备都掌握在少数几个发达国家手中。所以，南海深水油气勘探开发只能采取与国外公司合作的形式。即便如此，面对深水钻探井控安全这种行业公认的世界性难题，国际知名公司在我国南海作业的20余口深水井中，气侵、井涌等井控险情也发生过高达50多次。
在挺进深水的过程中，海洋工程装备的安全性和可靠性至关重要，而钻完井效率的提升对于降低油气开发成本、推动油气勘探开发向高质量发展也具有十分重要的意义。然而，无法回避的是，从深海开采油气资源过程中，钻井作业的效率和安全性都很难得到保证。深海开采难度和成本远高于在陆地上开采同样级别的油田，深水钻井井控技术难度大，井控装备的要求高，井喷风险高，一旦井喷，轻则平台损坏，重则造成原油或者天然气的大规模泄漏，从而演变为严重的环境灾难。
2010年4月20日是世界海洋石油行业的至暗时刻，位于美国墨西哥湾的“深水地平线”钻井平台突发的井喷爆炸，深水平台在熊熊大火中燃烧了36小时后沉入墨西哥湾，事故导致11名平台工作人员死亡，经济损失高达680亿美元。事后查明，事故主因正是由于井控监测和井控装备故障所致。
“这一事故让全球海洋石油行业从业者都受到了巨大震撼，更让我们时时刻刻引以为戒。”为了避免此类事故的发生，孙宝江将致力于攻克深水井控世界难题视为自己的钻研目标。
20世纪80年代以来，国际上普遍应用的是“气-液”两相流井控理论模型。早期，孙宝江团队也是按照这套理论体系对井控等过程中的水力参数优化设计技术进行研究，但是随着钻井深度的不断增加，特别是海洋深水井筒大温差、流场复杂，传统模型压力预测与现场出现了较大偏差，最高误差达30%以上。孙宝江与团队反复研究后发现，井筒内部天然气水合物生成对计算结果的影响较大。它在井筒中形成，可导致气侵发现的延迟、井筒或防喷器的堵塞，甚至造成油气井的报废。
“必须重视固相（水合物）对于深水井控的影响。”孙宝江团队综合考虑天然气水合物温度和压力条件，预测深水钻井井筒中天然气水合物生成区域；针对南海深水钻井的特点，建立了多相流控制方程组、环空和钻杆内的温度场方程及水合物生成热力学方程，并针对不同的钻井工况给出了方程的定解条件、方程离散方法及求解步骤，传统的“气-液”两相流井控理论模型也由此发展到“气-液-固（水合物）”三相流深水井控理论模型。
2008年，在沈忠厚院士和罗平亚院士等专家的指导下，孙宝江牵头承担了国家支撑计划课题“三高气井井筒压力控制技术”。作为课题组长，他在研究过程中，带领团队发现井筒内的流体不只有气、液、固三态的特性，有些时候，井筒内的压力和温度会超过复杂组分天然气的临界压力和临界温度，此时天然气会处于一种超临界状态，如何科学表征是解决井筒压力预测和控制偏差的关键之一。孙宝江团队对此发现兴奋不已，因为这一理论是革新性的，可谓前无古人，但也正因为如此，他们的发现在当时学术界引发了热议。
实践是检验真理的唯一标准。孙宝江团队用超临界的理论很好解释和印证了生产实际现象，有针对性地建立了井控多相流动方程，为钻完井安全过程井控方法与工艺技术的进步提供了理论支持。
针对深水钻探井控面临安全钻井压力窗口窄等诸多难题，孙宝江团队围绕如何提高井筒压力预测和控制精度，创建了“超临界-气-液-固（水合物）”四相流深水井控理论模型。他们利用发明的全尺寸深水井筒流动模拟实验装置采集的数据和现场应用数据验证表明，与国际通用经典“气-液”两相流井控模型相比，压力预测精度大幅提高，满足了工程安全设计的需求，攻克了井筒压力预测误差大导致井筒压力控制困难的理论难题。团队发明的“精确计算井筒压力-早期识别井底气侵-即时处置井喷风险”主动井控新方法，实现了井控关键装备研发的源头创新。
基于主动井控的思想，孙宝江团队认定早发现、早预测才能早控制。“我们开发了多源信息融合的气侵早期监测装置，实现了气侵的‘侵入即发现’，为分秒必争的压井作业赢得了宝贵时间。”孙宝江介绍，在此基础上，团队发明的可实现井筒环空压力自动控制的“动态压井钻进”井控装备，实现了“边钻边压”，解决了传统压井方法须停钻关井导致气侵处置不及时、井喷风险大的难题。他们的努力为我国深水钻完井技术及理论的发展提供了借鉴，为我国海洋深水油气资源的高效安全开发提供了技术支持。
科研为生产服务
——理论不与实际结合，只是空头支票。要想在油气勘探开发工作中取得突破，科学研究必须与生产实践相结合，解决实际问题。
“国家油气生产的需要就是我们的攻关方向！”多年来，孙宝江团队的每一个创新、每一次进步始终都围绕着实际需求展开。在他心中有一条准绳，不是为了“技术而技术”，而是要看这项技术是否能在效率、效益提升和风险管理上真正产生价值，在生产实践中实现领跑。
▲孙宝江（左一）在现场指导工作
孙宝江在注重提高自己及团队的理论和学术水平的同时，积极投身与实际生产密切相关的科研中去，将理论与海洋油气工程热点紧密结合。在他心中，科研一定要落地，最终转化为生产力，这才是一个科研工作者的工作意义所在。
“科研不是空中楼阁，更不是纸上谈兵，而是要通过产学研各合作单位共同开发，来完成当前发展所需要的科研课题。”孙宝江介绍道，“我们团队最大的优势，就是和油田企业的密切结合。有很多科研课题，我们的研究成果第一时间会在现场得到应用。油田在应用中发现的一些问题，也会第一时间再反馈给我们。我们会安排成员了解情况，用一段时间调整修正好，再将成果返回应用到现场，周而复始，这样就形成了一个良性循环。”
孙宝江团队发明的主动井控新方法得到了中海油和中石油研究院所及一线生产单位的大力支持。他们在技术研发过程中逐步建立起了一支产学研用协同攻关团队，先后共同承担了一批钻完井领域的重要科研攻关任务，为企业解决了系列钻完井基础理论技术和方法难题，使得新技术成果得以快速推广应用，为油气上产和生产安全贡献力量。相关成果投入市场后，已推广应用到我国南海及海外多个深水油气田；联合研发的“动态压井钻进”井控技术装备更是保障深水井控作业安全的重要屏障，经济效益显著，成为我国海洋深水安全高效钻探的“守护神”。
“项目成果重要性其实不仅在于经济效益，更在于它的社会效益，它推动了深水钻探井控技术跨越式发展，大幅提高了油气钻探、开采的安全性，支撑了我国深水油气的自主开发。”孙宝江自豪地表示，团队与企业联合研发的成果突破了南海深水油气开发中的关键技术难题，助力我国海洋钻井作业能力迈入超深水行列，推动了南海油气资源的开发，为国家能源安全贡献了技术力量，更好服务于我国海洋强国的建设大业。
探知深地秘密、挖掘深水宝藏，离不开科技这把钥匙。油气勘探开发不只涉及地质科学和工程科学，更是在实践中不断摸索递进的系统知识的综合应用科学。孙宝江坚持认为：“科研要为生产服务，在这个过程中，技术也会得到更新和完善。”因此，他时刻关注和致力于解决生产中不断遇到的“瓶颈”问题。
长期以来，在深水钻井研究领域，国内各油田单位更多地依靠国外的软件。海洋油气钻井工程设计软件被国际先进技术公司所垄断，售价颇高。近年来，他们甚至对海洋钻完井设计模块实行技术封锁，给我国深水深层油气钻探带来重大安全挑战。
“西方发达国家对中国科技的压制从没有放松，卡住了油气工程软件也就限制了中国石油科技前进的步伐。”孙宝江敏锐地意识到发展我国海洋油气钻井工程设计软件自主化的迫切性，同时他下定决心联合国内的有志之士发展中国人自己的工程软件，“我就不信，外国人能干的事情，凭什么中国人就干不成？”
立志容易，成志难。钻井工程软件专业性强、研发难度大，国际上一款大型软件一般需要数十年持续不断地投入。而在当时国内“重硬轻软”的大环境下，大家普遍对软件研发的重要性认识不够，研发经验不足和关键技术资料缺乏，成为横亘在团队面前的道道难题。然而，孙宝江带领团队成员没有退缩，持续进行技术攻坚创新。大家就在干中学，在学中干，谁都没有动摇前进的信心和步伐。
“当你感觉坚持不下去时，其实再咬咬牙就挺过去了。”这是孙宝江经常挂在嘴边的一句话，既是为了激励初出茅庐的年轻人，更是他以身作则的真情流露。一个又一个复杂的程序，日复一日地做测试，不能出分毫差错。一个小小的错误，很可能需要花费一个月甚至更长的时间校验纠正。在这种背景下，孙宝江与联合团队不断完善和迭代，最终开发出具备自主知识产权的“SUNDRILLING”钻井工程水力学与非常规井控工程参数设计软件平台，一举打破了国外的技术垄断。
“这款软件平台不仅功能齐全，还首次实现了在线网络协同，将为深水钻井智能化、信息化发展带来新的突破。”孙宝江介绍，在团队研究成果的基础上，中国石油大学（华东）在2021年以该软件作价入股，与深钻科技合作开展“钻井设计协同工作平台”研发，共同打造国内第一个拥有自主知识产权的深水钻井设计协同工作平台，并在国内外不同地区、不同条件的油气田得到验证和应用，取得显著的经济社会效益，为推进工业设计软件的自主创新贡献出石油人的力量。
传承之路
——与行业的发展同呼吸，与国家的命运共起伏，这成为孙宝江团队的共同信念，潜移默化里形成了一股强大的凝聚力。
众所周知，油气工程是个高科技行业，技术的竞争尤为激烈，谁先掌握关键技术特别是核心关键技术，谁就能占尽先机，而这往往取决于科技人才的力量，尤其是核心科技人才力量的培养。作为一名“老石油人”，孙宝江自然责无旁贷地担负起为我国油气工程事业培养国际一流的科学家、工程师和管理人才的使命。
中国人讲究“传承”，孙宝江说，求学期间，他有幸能师从沈忠厚、颜大椿等大家，长期近距离接触和交流，让他见识了石油和力学领域科学家的能力和高度。前辈的言传身教，使他形成了严谨求实、谦和儒雅、淡泊笃定的精神品格。“我从他们身上既学到了艰苦奋斗、求实创新的工作态度，更被他们身上真诚待人、乐观积极的人生态度深深折服。”如今，孙宝江又把老一辈的优良传统薪火相传给下一代石油子弟。
▲孙宝江在指导学生
经过30多年油气工程生涯的浸染，孙宝江在培养人才方面有着自己一套独到的看法，在前进的过程中，他不停地鞭策和鼓励团队中的年轻人：“做学术研究要做自己热爱从事的研究领域，工作上要有定力，能吃苦，持之以恒，进行科研探索一定要实事求是，并要深入实际、广泛交流，才能产出重要成果。”
当下，有不少年轻学子谈起理论来头头是道，却不善于将理论运用于实际，这在孙宝江团队是行不通的。为此，他在完成繁重的教学任务的同时，带领团队里的年轻人在深水和深层钻探前沿开展探索研究，在实践中培养高素质人才。为解决油田现场实际困难，他坚持带领团队深入油田第一线，甚至常驻井队施工现场，不畏艰苦，以身示范，在实践中不断给年轻人压担子、扶梯子、搭台子，帮助年轻人提升解决实际问题的能力，建成了一支专心致志搞科研、一心一意谋发展的人才队伍。
国际化是孙宝江为团队和团队里的年轻人走向未来指明的一个方向。“我会鼓励他们积极地同国外同行交流，勇敢走出去，吸收和学习国外先进知识才能有助于理论应用的突破。”为此，孙宝江倡导培养能胜任全球油气领域工作的高层次工程技术人才，主持搭建了高端国际平台，打造国际化导学团队，邀请国际名师前来传道解惑，为广大青年学子营造浸润式的国际化教育环境，开阔学生的国际视野，助推学校国际化教学水平。他发起并连续组织了4届国际深水油气工程前沿技术研讨会，为油气行业广大科技工作者搭建国际交流平台，并支持青年教师积极参加国际学术交流活动，在国际深水油气工程研究领域发出“中国声音”。
“孙老师把学生的进步看作是自己最大的成功！”这是团队中的年轻人对于孙宝江的一致评价，“孙老师身上的学术风范始终激励着我们努力向前、潜心学术。”
“挺进更多油气宝藏的禁区，需要我们科技工作者去付出更多的努力和辛苦。作为一支生力军，我们团队中的年轻人也在快速地成长。”在孙宝江心中，他与学生的关系不仅是师生，还是朋友，更是未来路上让中国深海深地油气工程研究领域领跑世界的战友。“学科未来的发展要靠年轻一代，要有一批杰出的学科带头人，他们是今后开展原创性研究的保障。”孙宝江的话里充满了对人才的殷殷期盼。
一个共同、远大、可实现的目标和理想是科研团队能否取得高效成果的关键性因素。孙宝江非常欣慰，也非常自豪自己拥有一支团结协作、勇于创新的大团队。这些年来，他带领团队攻克了深水油气开发、水合物试采钻井工程领域一系列基础理论和工程技术难题，在这支团队里，走出了王志远、高永海、李航宇、钟杰、孙小辉、杜庆杰等一批以国家万人计划科技创新领军人才、青年长江学者、国家特聘青年专家、博士后创新人才、中国海油基层标兵等为代表的高素质科研工作者和工程技术人才，更有越来越多的青年才俊站在重要岗位上发挥光热。
过往这些年来，孙宝江始终潜心谋划学科团队建设，讲奉献、识大局，培育了积极向上的团队协作文化。他带领团队获批的教育部“海洋油气井钻完井理论与工程”创新团队被评为优秀，并获得滚动支持。团队在海洋钻井地质风险评价与控制技术、海洋钻井工程设计、深水钻井装备及作业安全理论与技术、深水油气井筒压力控制理论和技术等方面形成了特色和优势。多年累积换来了丰收硕果：团队先后获得2019年度中国石油和化学工业联合会创新团队奖和山东省优秀导学团队等团队奖励；2021年11月，孙宝江站在了国家科技奖励大会的领奖台上，他牵头的“海洋深水钻探井控关键技术与装备”项目荣获国家技术发明奖二等奖；2022年，孙宝江出现在山东省人民政府关于第四届山东省专利奖励的表彰名单上，他被评为“山东优秀发明家”；2023年，孙宝江荣获“山东省优秀科技工作者”称号和“杰出工程师奖”。
根据中国石油和化学工业联合会的最新数据显示，2022年，我国实现了历史上原油和天然气对外依存度的首次双双下降。国内油气供给能力提高的背后，自然少不了千千万万个孙宝江及其团队成员那样的石油科技工作者付出的汗水和辛劳。
孙宝江反复向团队成员强调，担当使命需要开拓创新，攻坚克难需要勇往直前。“想要让国家在国际竞争中拥有更足的‘底气’，创新是破解油气勘探开发困局、走向更大发展必须依靠的‘钥匙’。”他笃定，“话说得再漂亮也没有用，实实在在解决油气生产中的难题才能赢得尊重！”
以上内容由办公区教程网摘抄自中国科普网可供大家参考！
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