孫友宏：油頁巖里蘊藏的中國夢

本刊記者 錢朝軍

2009年，教育部、財政部啟動了產業“躍升計劃”專項“國家潛在油氣資源（油頁巖勘探開發利用）產學研用合作創新項目”，吉林大學建設工程學院院長孫友宏擔任項目執行總負責人。經過4年多的鉆研，如今，項目已取得突破性成果。

時不我待的油頁巖資源開發

吉林大學20000平米建筑面積的油頁巖綜合樓實驗基地里，身為“國家潛在油氣資源（油頁巖勘探開發利用）產學研用合作創新項目”執行總負責人的孫友宏眼睛正緊緊地盯著實驗設備中大大小小幾塊褐色的石頭。這些石頭從外表上看來與其他普通的石頭幾乎沒什么兩樣，不過如果拿起一塊往地上一摔，就會摔成許多片狀的碎塊，看起來就像一頁頁的紙疊起來似的，人們因此管它叫油頁巖。

油頁巖是由中生代或新生代的低等藻類生物、高等水生、陸生植物的殘體腐解的有機質與淤泥、粉沙等形成腐泥物質，經成巖作用和揮發物質散失等物理化學作用沉積而成。是一種高灰分的固體可燃有機沉積巖，有機質含量較高，含油率通常在3.5-10%，發熱量是煤發熱量的30-50%。

孫友宏教授將其中一塊油頁巖插上兩個“針頭”，這是一個電極，我們假設這是油頁巖地層，在上面鉆兩個孔，分別下入電極的正極和負極，通過地下高壓電，把巖層擊穿，產生石墨化裂隙，然后再通過工頻電對它進行加熱，這樣就能提取頁巖油。

眾所周知，石油是當今世界最主要的能源之一，一直是關乎世界各國政治版圖、經濟發展和民眾生活的重要議題。我國是世界最早發現和利用石油的國家之一，但是目前我國的石油儲備量僅占全球的2%，隨著我國經濟的快速發展，石油對外依存度還在逐年增加，至2014年中國原油對外依存度已逼近60%。如何開發利用潛在的油氣資源是緩解現今能源危機、提高油氣資源產能和保證國家能源安全最有效的途徑之一，已成為一件迫在眉睫的大事。

在這種情況下，油頁巖資源的勘探開發和利用的問題被迫切地擺到了我國科研工作者的案頭。油頁巖蘊藏著干酪根物質，石油和天然氣都是由此生成，未來可作為石油和天然氣的替代資源。孫友宏手中的一份新一輪全國油頁巖資源評價結果顯示：全國預測油頁巖資源7256億噸，頁巖油資源476億噸，相當于傳統石油探明儲量的1.5倍，居世界第4位，開發利用的潛力巨大。

孫友宏教授向記者介紹，油頁巖全身上下都是寶，可以干餾提取頁巖油、瓦斯氣，還可用于發電和供暖。干餾和發電后的灰渣可用于提取化工產品、稀土與貴重金屬，加工生產建筑材料、多功能材料等。但是在此之前的一百年間，我國對油頁巖的勘探、開發和利用的能力還很有限，原因在于技術難度大和成本高等原因，一直未能大規模開發利用。

根據我國未來油氣資源的戰略需求，結合我國油頁巖資源實際地質條件和開發利用現狀，孫友宏所在的吉林大學聯合國內外6家大學、3家研究所和7家生產單位等16家油頁巖領域的優勢單位，于2009年8月向國家教育部和財政部提出了“國家潛在油氣資源（油頁巖勘探開發利用）產學研用合作創新項目”的申請。2010年1月18日，教育部在長春組織召開了各合作單位參加的項目啟動會，標志著項目的正式啟動。而該項目的執行總負責人的重擔就落在了孫友宏教授的肩上。

強大的團隊方能締造創新模式

孫友宏教授始終堅定地認為，做好一個科研項目，絕非是一兩個人能夠完成的，必須依靠一個強大的團隊，跨學科、多工種地形成一個系統，按照科研規律辦事，持之以恒肯定會有成果。這一次的“油頁巖”項目便匯集了吉林大學、中國科學院地質與地球物理研究所、中國地質大學（北京）、中國石油大學（北京）、中國地質裝備總公司等多個單位聯合參與，堪稱油氣資源行業的國家隊。不僅如此，項目組還聘請了李廷棟院士等17位專家作為項目科技與咨詢委員會成員，是團隊的堅強后盾和智囊。政府也從政策、環境、資金等項目開展的各個方面給予了全力支持和配合。因此，盡管項目很大，難度不小，但是孫友宏教授自始至終都保持著必勝的信心。

目前，工業上對油頁巖資源的利用主要是通過傳統露天開采，將油頁巖礦石開采到地表后，再經過低溫干餾，制取頁巖油或燃燒發電。這種技術屬于粗放型，每次只能提煉出5%-7%的頁巖油，卻產生超過90%的廢渣。廢氣、廢水和廢渣污染環境，這成了世界性難題。美國和國際上一些大型石油公司一直在致力于油頁巖地下原位轉化技術的研發，直接給地下的油頁巖層加熱，使它在地下裂解，生產出頁巖油和天然氣，最后通過生產井把油氣開采出來。但由于技術開發的難度太大和使用條件的限制，至今未能商業化生產。而在此之前，我國在油頁巖原位開采技術上的研究幾乎還是空白，在基礎理論研究和工藝技術研究上也基本屬于起步階段。

所有的困難并沒有嚇退孫友宏教授和他的團隊，熟悉他的人都了解，他是一個越遇到挑戰越興奮的人。在孫友宏教授的字典里，只有“迎難而上”，沒有“挫折退縮”。團隊核心負責人之一郭威教授也提到，孫教授除了對自己嚴苛外，還經常跟著課題組早晨七點工作到凌晨十二點，這是常有的事，逢年過節也是如此。有的時候甚至為了一個項目匯報材料或解決一個技術難題一干就是通宵。因為在他們看來，科研過程中如果沒有一個個需要攻克的難關，科研成果就不能領先別人。反復發現和解決問題正是不斷提高科研成果含金量的過程。

在孫友宏教授的精神感染下，項目組的全體成員經過四年艱苦決絕的奮斗，針對我國油氣資源領域未來發展的重大科學問題和關鍵技術難題，圍繞六大創新平臺和六大攻關課題進行關鍵技術和共性技術的攻關研究與重大技術裝備的研發取得了重大突破。

回憶起過去的上千個日日夜夜，孫友宏教授動容地表示，團隊的每一位成員都付出了常人難以想象的精力和心血。尤其是像在出野外的科研中，環境條件非常艱苦，但是大家都能夠堅守，哪怕離家只有幾十公里的距離，也沒人提出回家去住，而是為了科研的順利進行，幾過家門而不入的常駐野外。

就是這樣一群“當代大禹”，向自然界進行著自我挑戰。團隊先后建設24個油頁巖相關實驗室，組成了6個科技創新平臺，具備了油頁巖研發所需的優越條件。在關鍵技術研發方面，以油頁巖地下原位開采技術和油頁巖綜合利用技術為重點，開展了油頁巖資源從評價、勘探、開采、利用到環保的關鍵技術產業鏈。

團隊完成了松遼、樺甸、梅河等重點含油頁巖盆地進行資源評價，優選出扶余-長春嶺和農安-永安兩個優質油頁巖含礦區作為油頁巖產學研用項目的野外試驗基地，評價了試驗基地的區域地質特征與水文地質條件、研發了污染物遷移轉化過程模擬系統。

團隊還自行研發了JLEM12型電磁探測系統、便攜式現場近紅外光譜儀、原位高溫高壓光纖監測系統、油頁巖礦層識別與綜合處理系統等性能卓越的儀器設備，形成了我國自主產權的油頁巖地球物理探測關鍵技術與儀器。

特別值得一提的是，在油頁巖原位裂解技術方法的研究中，團隊結合中國特殊的油頁巖埋藏特點，研發了近臨界水地下原位裂解技術（SCW法）、地下原位高壓－工頻電加熱技術（HVF法）和地下原位局部化學法（TS法）三種油頁巖的原位轉化工藝。

近臨界水法原位裂解技術是以近臨界水作為傳質介質和提取劑，在地下經過浸潤、溶脹、滲透和提取的過程，可將油頁巖內部的干酪根有機質裂解成油氣產物，并由循環的近臨界水攜帶采出。

局部化學反應法原位裂解技術是吉林大學和以色列科學家合作開發的油頁巖原位轉化新技術。該技術將熱燃氣和空氣的混合氣體注入到地下油頁巖層，通過化學熱強化處理的過程在油頁巖層引發局部化學反應，進而可經濟、高效地提取出頁巖油。

高壓-工頻電加熱原位裂解技術由吉林大學與俄羅斯托木斯克理工大學共同研發，該技術首先利用高壓電擊穿油頁巖層，使其內部形成具有強導熱與導電能力等離子導電通道，然后通過外加工頻電壓即可實現對油頁巖層加熱，裂解出頁巖油，大大提高了加熱效率。

在孫友宏教授的筆記本中精心記載著每一次試驗的結果數據，這三種原位轉化技術都已在實驗室獲得了成功，為油頁巖原位開發技術的工程實施提供了大量的實驗數據。孫友宏教授介紹說，實現油頁巖地下原位開采技術，不僅能緩解我國油氣資源緊缺的局面，更能實現生態環保，形成技術鏈、產業鏈、學術體系鏈，以及專門的新興學科領域。

團隊針對我國油氣資源領域未來發展的重大科學問題和關鍵技術難題，形成了我國未來油頁巖資源勘探開發利用可持續的創新能力。取得了一批創新性的基礎理論成果和具有自主知識產權的重大技術成果，項目完成期間，已發表相關學術論文266篇，其中SCI收錄101篇，EI、ISTP收錄87篇；申請專利48項，其中發明專利25項；完成軟件著作6項；逐步構建國家油頁巖資源勘探開發利用的技術體系和服務體系，建立了一種以大學為依托、“產學研用”合作創新的新模式與新機制，進行了科研組織模式、管理體制和運行機制等方面的探索與試點，建立了一套有利于發展的創新模式。

“結束”是另一種開始

油頁巖地下原位裂解野外先導試驗規劃

“油頁巖”的項目大部分課題都已結束驗收，這一點意味著，在尋找替代資源的路上，我們又向前邁出了堅實的一步。談及未來，孫友宏教授表示這個項目雖然已經基本結束，但是要做的事情還有很多，“結束”只是另一種開始。

首先便是要穩定住這支現有的隊伍。這支無堅不摧的團隊是獲得最終勝利的基石，他正在積極向國家申請油頁巖的國家地方聯合工程實驗室，希望能夠得到國家的后續支持，讓這支人馬就項目中的有些難題繼續進行攻關。吉林省委省政府對此十分重視，作為這一項國家級科研計劃的延伸，特別資助吉林大學開展該課題研究，先后從吉林省的“雙十”重大項目和新興戰略產業項目給予支持。

其次，孫友宏教授迫切地希望團隊的研究成果能夠推廣出去，真正意義上實現科研成果的實用化和產業化轉換，能為祖國的建設發展出一份力，因為他覺得科研不能只是空中樓閣，只有能夠解決實際問題的科研成果才有價值。能否和企業做好對接，能否利用企業的優勢來推動自身，這個非常關鍵，正所謂“一個有效的市場需求勝過10所大學”。如何把優勢資源轉變成優勢產業，加快推進油頁巖開發利用，將是一個巨大的考驗。

孫友宏教授和他的團隊同事們依舊在為油頁巖不停的忙碌著，就在不久前的2014年底，國際油頁巖勘探開發利用學術研討會暨第八屆亞洲太平洋地區地質資源與地質工程國際學術會議在吉林大學舉辦。來自中國、俄羅斯、以色列、德國、美國、澳大利亞的油頁巖勘探開發利用和地質資源與工程領域的100余名著名專家學者參加了會議。會議圍繞油頁巖地下原位轉化技術；油頁巖地面干餾、發電相關技術；油頁巖綜合利用技術；油頁巖資源評價和環境保護；吉林省油頁巖原位開發與綜合利用技術5個主題展開。擔任會議組委會主席的正是孫友宏教授。

“我國的油頁巖地下原位轉化開采如果實現了，世界其他地區的油頁巖地下原地開采問題也會迎刃而解。”這是本次會議之后，孫友宏教授和他的同事們嘴上最常掛著的一句話。這樣一批有著胸懷和擔當的新時代中國科研工作者，他們將繼續在油頁巖開發利用這條艱苦的道路上風雨兼程，奮勇前行。