用新技术深挖油田潜力——探访东北石油大学提高油气采收率教育部重点实验室

来源：科技日报

松辽盆地的晨光中，大庆油田的抽油机不停运转。东北石油大学石油工程学院内，提高油气采收率教育部重点实验室正涌动着创新热潮。

这个深耕油气开采领域四十余载的“能源创新重地”，从1979年的石油工业部驱油机理研究室起步，如今已建成11000平方米现代化科研基地，攻克多项化学驱关键技术，技术输出覆盖26个国家和地区，为国家能源安全筑牢科技支撑。

自制岩心模拟油藏结构

假期的校园格外静谧，但实验室里却是一派繁忙景象。记者推开实验室的大门，映入眼帘的是整齐排列的实验台，几名年轻科研人员正专注地操作设备。在人造岩心制备区，35岁的教授谢坤正指导团队成员调试参数。

“放假也闲不下来，我们承担的课题正到关键阶段，得抓紧时间攻关。”谢坤抬起头，脸上带着一丝疲惫却难掩热忱。

40余年来，实验室始终聚焦“大幅度提高原油采收率”这一核心目标，在基础理论研究与应用技术开发中实现突破。

传统开采方式只能采出三分之一左右的地下原油，大量剩余油被困在岩石孔隙中难以开采。科研团队的使命就是在油田里“找潜力”。“油田开发中后期需要解决的关键问题就是明确剩余油藏在哪里。”谢坤说，团队发明的毫米级到米级跨尺度岩心定量制备技术，解决了长期困扰行业的“地下油藏难以模拟”的难题。

顺着谢坤手指的方向，记者看到了实验室的“特色藏品”——陈列在架子上的各类岩心。天然岩心直径一般只有2.5厘米、长度不超15厘米，数量稀少，特别宝贵，难以满足多样的实验需求。

“我们自研的岩心最长有18米，是天然岩心根本无法达到的尺寸。这块3D打印的微观岩心模型，让我们能更清晰地看到内部的孔隙结构。”谢坤拿起一块3D打印岩心模型介绍，这些岩心能精准还原不同油藏的孔隙结构，让科研人员观察到驱油剂在地下的运移轨迹，摸清其运移规律，为技术创新提供可靠的数据支撑。

“一大一小”系统解锁油气奥秘

“有了高仿真的人造岩心，还得有先进的设备才能‘看透’油气流动的奥秘。”谢坤在核心实验区向记者介绍，“这就是我们实验室的‘核心装备’——‘一大一小’两套系统，能覆盖从宏观到微观的跨尺度研究。”

“这个超高温高压大型物理模拟智能实验系统是我们的‘镇室之宝’。”谢坤轻点鼠标，屏幕上立刻显示出岩心内部温度、压力等参数，“它能模拟地下六七千米处的储层环境，压力可达90兆帕，温度能到150摄氏度，能够真实还原新疆深层油气藏、南海深水油气田等地的复杂工况。”

除了模拟实验，这套智能系统还能以秒为单位自动采集实验数据。科研人员通过大屏就能调整参数、监控数据，为深地油气开发提供了关键的室内实验数据支撑。

与这台“大家伙”形成鲜明对比的，是实验室的微纳米尺度可视化实验平台。“这个平台让我们‘看见’微观世界里的油气流动，实现了从‘宏观推断’到‘微观监测’的跨越。”谢坤示意记者凑近观察，通过高倍显微镜的显示屏，能清晰看到流体在细小孔隙中缓慢流动的轨迹。

“黑龙江有丰富的页岩油资源，这种油藏的孔隙比头发丝还细几百倍，以前根本看不清孔隙里面的情况。”他解释，这个平台的分辨率可达到纳米级别，能实时捕捉驱油剂如何进入孔隙、剥离并驱替原油的全过程，甚至能为碳封存技术提供支撑，观察二氧化碳的运移规律。

聚驱技术唤醒老油田潜力

依托先进的技术和实验设备，团队在驱油技术领域实现了重大突破。其中，“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，成为唤醒老油田潜力的“金钥匙”。

“原油采收率的提高，离不开驱油效率和波及体积两大关键因素。以前全球都盯着驱油效率‘一条腿走路’，却忽略了波及体积的重要性。”实验室负责人、东北石油大学教授刘义坤解释，大庆油田进入中低渗透油层开发阶段后，多层差异大、非均质性强的问题日益凸显，导致聚合物波及体积减小。即便驱油效率已达上限，仍有48%至60%的原油被困在岩石孔隙中。

2008年，团队正式将研究重心转向扩大波及体积，直面“剖面返转”“低效循环”“剪切降解”三大世界级难题。“剖面返转就是低渗透层注不进高粘度聚合物，相当于油藏里的‘小路’被堵住了，原油出不来。”刘义坤形象地比喻。团队结合多种理论与实验，提出了多介质逐次降粘“冲击波”原理，发明多层多介质分注技术和变渗流阻力驱油技术，不仅打通了“小路”，还让油层吸液厚度增大18%，低渗透层吸液占比增加10%。

针对“低效循环”和“剪切降解”难题，团队更是下足了功夫。“低效循环就像油藏里形成了‘快车道’，驱油剂都顺着捷径流走了，根本碰不到剩余油；剪切降解则是聚合物在地下被‘剪碎’，失去驱油能力。”刘义坤介绍，团队引入物理化学与渗流力学等理论，研发出单砂体低效循环条带精准识别技术，识别速度比国际同类技术快20倍以上；创新耐温抗盐调堵剂，将封堵率从50%提升至90%，还研发深部靶向调堵工艺，把封堵深度从85米延伸至120米以上，彻底切断了“快车道”。团队形成了全新一代聚驱技术，使采收率在原技术基础上大幅提高4个百分点以上，采收率指标和应用范围双破世界纪录。

“铁人精神”铸就科研之魂

在实验室走廊的墙上，“弘扬铁人精神，攻关采收率极限，保障国家能源”的标语格外醒目。这句话不仅是实验室的科研理念，更是一代代科研人员传承至今的精神内核。

“大庆的冬天特别冷，去油田现场时，科研人员一路上得不停跺脚，到了现场脚冻麻了只能靠跑步恢复知觉。不仅条件艰苦，我们还没有先进仪器，只能自己造。”刘义坤回忆起实验室初创时老一辈科研人员的故事。即便如此，老一辈科研人员依然扎根油田，白天取样观测，晚上熬夜分析数据，为实验室的发展打下了坚实基础。

这种“扎根现场、实事求是”的作风，在青年一代科研人员身上得到了延续。“油田是最好的实验室，现场需求是最好的科研课题。”刘义坤说，实验室不少科研人员每年有超过三分之一的时间在油田现场，与油田工人同吃同住，跟踪监测技术应用效果。

如今，实验室已经形成了“院士引领—专家带头—青年骨干支撑”的人才梯队。通过“传帮带”机制，老一辈科研人员手把手传授经验，年轻一代勇挑重担。实验室每年培养百余名硕博士研究生，他们大多进入石油行业成为中坚力量。

“老一辈的严谨态度和奉献精神，是我们最宝贵的财富。我们能做的，就是把这种精神传承下去，用科技创新为国家能源安全保驾护航。”谢坤的话语中满是坚定。

“面对国家能源安全战略和‘双碳’目标的新形势、新需求，实验室将重点攻关非常规油气开发技术、CCUS-EOR技术的融合应用。这两大技术项目已获得黑龙江省千万级‘揭榜挂帅’项目支持，目前已取得阶段性成果，正稳步推进技术落地。”刘义坤说，实验室将继续完善人才培养体系，加大青年人才托举力度，深化国际合作，以更开放的姿态汇聚全球创新力量，努力建成国际一流的科学研究和人才培养基地，为保障国家能源安全、推动石油行业绿色高质量发展贡献智慧与力量。