圖為孫煥泉正在接受本報記者採訪。(張育 攝)
我國油氣資源不僅體量相對較少，而且資源稟賦相對較差，以常規技術評價，很多資源是邊際品位甚至無開採價值。30多年來，中國石化集團有限公司副總工程師孫煥泉帶領團隊，以解決油氣核心需求為攻關方向，向油氣效益開採的極限發起一次又一次衝擊，也因此於2021年成功當選中國工程院院士。
做加法 突破超稠油開發界限
稠油是一種重要的石油資源，但因效益開採難，目前我國稠油開發利用率僅為8%。
難開採，因為流動性差。在50℃下黏度超過50釐泊的石油就是稠油，而我國東部稠油相當一部分是黏度超過50000釐泊的超稠油，在地面常溫下跺幾腳都不變形。
要讓這種稠油變得易於流動，通常是注蒸汽熱力開採。美國國家石油委員會認定，稠油熱採開發的界限是深度小於3000英尺(915米)、油層厚度大於20英尺(6米)。超出這一範圍的超稠油，國外也沒有熱採開發成功。而我國相當一部分稠油是深層超稠油和薄層超稠油，遠超開發界限。
以解決超稠油核心需求為攻關方向，孫煥泉帶領團隊潛心研究，發現關鍵是讓蒸汽有效影響更深部的稠油。他們還發現，超臨界二氧化碳在深層超稠油中具有極強溶解能力和擴散能力。
於是他做了一道加法題：水平井+油溶性降黏劑+二氧化碳+蒸汽=深層超稠油強化開採技術。該技術在勝利油田進行規模化應用，突破了稠油開發界限，成功開發我國埋藏最深(達2000米)的超稠油油田——王莊油田，並提高稠油老區採收率19.3個百分點。
我國西部還有一種稠油，埋深只有幾百米，但只有兩三米厚，蒸汽注下去很容易散失，常規熱採沒有效益。孫煥泉帶領團隊反覆對比研究，發現氮氣具有無可比擬的優勢：它膨脹性強，可為地層補充能量，同時可在油層上方形成一堵“氣牆”隔熱，把注入蒸汽留在油層中，就像為熱採稠油蓋上一層“棉被”。
於是，孫煥泉又做了一道加法題：水平井+油溶性降黏劑+氮氣+蒸汽=淺薄層超稠油熱複合開採技術，創造了該類油藏高效開發的技術體系，被國際能源署提高採收率合作計劃執委會評價“具有引領作用”。
利用這一技術，我國油層最薄(2米)的超稠油油田——春風油田開採成功，100萬噸/年薄層稠油高效開發示範基地也隨之建成。
做減法 首創無鹼化學複合驅
當老油田進入含水率超過90%的特高含水開發階段，產油量大幅下降，開發成本大幅上升，而採收率一般只有30%左右。
地下還有70%的石油，如何進一步採出?國內外通常採用三元複合驅技術。但這一技術在勝利油區“水土不服”，因為地下油藏溫度高、地層水礦化度高，與鹼反應會嚴重結垢。
孫煥泉帶領團隊開始了艱難攻關。結垢最主要的原因是鹼，那就必須做一道減法題：三元複合驅-鹼=無鹼二元複合驅。
但鹼又不可或缺。它和原油反應能產生“石油皂”表面活性劑，與體系中表面活性劑協同作用，可在油水間形成超低介面張力，從而像洗衣粉一樣把油“洗”出來。
如何在無鹼條件下獲得超低介面張力?團隊開展大量研究，發現表面活性劑的結構與石油越相似，驅油效果就越好。在無數次失敗和苦思冥想後，孫煥泉提出：能不能從勝利油田自產的石油中提取一種表面活性劑?其結構必然與勝利石油最相似。
隨後，他主持建成了勝利石油磺酸鹽表面活性劑生產基地，創造性地用這種“人工石油皂”代替地下加鹼後形成的“天然石油皂”，實現表面活性劑“來自原油、用自驅油”。
此外，團隊還開展了陰、非離子表面活性劑復配等一系列攻關研究，率先攻克了高溫高鹽油藏無鹼二元複合驅技術。麻省理工學院地球資源實驗室評價該技術“為世界石油技術發展作出了突出貢獻，對其他國傢俱有重要指導意義”。
如今，該技術已成為東部老油田化學驅主導技術，在常規井網條件下可提高採收率10~15個百分點，支撐中國石化化學驅年產油連續15年保持在330萬噸以上。
做立體幾何 建立頁岩氣開發新模式
中國石化在四川盆地發現並建成了中國首個商業化開發的頁岩氣田——涪陵頁岩氣田。頁岩本身緻密而堅硬，需要用高壓水力壓碎岩石形成複雜縫網，構建頁岩氣溢位的“高速公路”。但這種“長水平井+分段壓裂”的開採方式，氣井遞減快、穩產期短、採收率低，國內外均面臨這一棘手難題。
孫煥泉以非常規思維審視非常規資源，帶領團隊做了一道立體幾何題——建立頁岩氣立體開發模式，主持實施了我國首個頁岩氣提高採收率重大工程。
他們在最先動用的下部氣層原有井位中間布井，密栽“採氣樹”，同時在未動用上部氣層布井，對井網實施縱向和橫向上的立體加密。隨後，孫煥泉大膽提出在中部氣層布井的設想。但上下層系均已大規模壓裂，中部氣層還有潛力嗎?他帶領團隊嚴謹求證，專門在中部氣層布了一口“觀察”井，證實中部氣層沒有動用、具備立體開發的物質基礎。
基於此，孫煥泉主持審定了頁岩氣立體開發提高採收率總體方案，部署調整井244口，經礦場實施後採收率由12.6%提高到23.3%，其中立體開發區採收率提高到39.2%，達到北美先進水平，形成了我國頁岩氣可持續發展的核心技術。（程強）
院 士 履 歷
孫煥泉，正高階工程師，現任中國石化副總工程師，長期工作在油氣開發科研生產一線，在稠油和高溫高鹽等複雜油藏開發理論研究、技術攻關和工程實踐方面，取得多項創新性成果。獲國家科技進步二等獎5項、中國專利金獎1項和何梁何利科學與技術進步獎。
