向深水深層要“底氣”
——記中國石油大學（華東）石油工程學院教授孫寶江及其團隊

楊 戈 李明麗

油氣資源是人類生存和文明發(fā)展的重要物質(zhì)基礎，也是國際間長久以來競爭空前激烈的陣地。在國際環(huán)境日益復雜的當下，油氣資源正日益成為保障一個國家強盛發(fā)展的“底氣”和“生命線”。

2021年秋天，習近平總書記對全體石油人做出了“能源的飯碗必須端在自己手里”的殷切囑托。“要想實現(xiàn)這一目標，需要不斷發(fā)現(xiàn)新領域，并實現(xiàn)安全高效開發(fā)。”中國石油大學（華東）石油工程學院教授孫寶江表示，“隨著陸地主力油氣田和海洋淺水石油資源的開采進入中后期，海洋深水油氣資源的開發(fā)將成為我國‘十四五’期間油氣資源開發(fā)的重要增長點，而海洋鉆井裝備技術水平和工程能力則直接決定著海洋油氣開發(fā)的進程。”

有著30年油氣鉆探井控安全問題研究經(jīng)驗的孫寶江，在油氣井流體力學與工程領域開展了大量研究工作。他帶領團隊依托國家“973計劃”“863計劃”等項目，創(chuàng)建了“超臨界-氣-液-固（水合物）”四相流深水井控理論模型，攻克了井筒壓力預測誤差大導致井筒壓力控制困難的技術難題，他所發(fā)明的“精確計算井筒壓力-早期識別井底氣侵-即時處置井噴風險”井控方法，實現(xiàn)了井控關鍵裝備研發(fā)的源頭創(chuàng)新。

向海洋要“下一桶油”，已經(jīng)成為全球石油開發(fā)的一個主題。海上石油開發(fā)已從淺水區(qū)步入深水區(qū)，許多發(fā)達國家已走在了先進技術前沿，中國需要快速趕上。對于石油科研工作者而言，這是義不容辭的責任與擔當。作為其中的踐行者和奉獻者，孫寶江與他的團隊成員也正堅定地在“為國家加油，為民族爭氣”這條道路上奮力向前。

進軍深水時代

——21世紀是海洋深度開發(fā)時代，深水和深層油氣勘探開發(fā)被視為與航空航天工業(yè)、人工智能、基因工程等相提并論的尖端高科技行業(yè)，其難度由此可見一斑。

“上天難，入地更難”——這是被譽為“萬能科學家”的錢偉長先生，在昔日面對我國油田勘探與開采難題的時候曾發(fā)出的喟嘆。但是，時至今日，油氣領域又有了一種更新的觀點——下海難上加難。海洋油氣資源開發(fā)因為要克服低溫、高壓和復雜惡劣的海洋環(huán)境載荷等難題，被國際石油界公認為是高風險、高科技、高成本的“三高”行業(yè)，而挺進深水區(qū)域則將這一“特質(zhì)”推向極致。

“三高”的同時，“下海找油”也會帶來對等的高回報。據(jù)資料顯示，海洋蘊藏著全球超過70%的油氣資源，這是一筆巨大的人類寶藏。不過，隨著近海勘探程度的逐漸深入，發(fā)現(xiàn)新的大型整裝油氣田已十分困難，走向深海已經(jīng)成為勢在必行的國家戰(zhàn)略。

孫寶江

海上油氣開采，通常將小于500米的海域叫作淺水；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。作為世界四大油氣聚集地之一的中國南海海域，油氣資源十分豐富，據(jù)目前預測有350億～500億噸油氣當量，在國際上被譽為“第二個波斯灣”。由于南海油氣約有75%的油氣資源都在深水區(qū)域，而在更早的幾十年里，我國海上油氣開發(fā)能力相對落后，在深水鉆井設備、技術與工程能力上剛剛起步，造成南海深水成為我國油氣領域一片無法獨立開發(fā)的處女地，一度只能望洋興嘆。

中國油氣增長看海洋，海洋油氣增長看深水。眼睜睜看著腳下埋著這么一筆巨大的油氣寶藏卻不能動用，不能讓其為快速發(fā)展的國民經(jīng)濟作貢獻，這使得每一位石油工作者都心急如焚，孫寶江自然也明白他所研究的深水深層油氣開發(fā)領域相關力學與油氣井工程所承載的重要使命。

盡管近年來，我國深水油氣資源的勘探開發(fā)不斷取得突破，“海洋石油981”半潛式鉆井平臺的建成更是將我國深水鉆井裝備提升到了世界先進水平行列，但是，與國外同類裝備相比，我國深水鉆完井還存在著基礎理論研究薄弱、工藝及技術能力不高等諸多亟待解決的問題。

“深水油氣開發(fā)絕對不是陸上技術的一個簡單延伸。”孫寶江介紹道，相對于陸地油氣開采，海上開采要復雜得多，這是一個需要全方位、多因素考慮的系統(tǒng)工程。海洋深水油氣鉆探前通常會有一些有關地層壓力的預測數(shù)據(jù)，但受板塊構造運動等影響，不同地層的壓力仍有非常大的不確定性，有些地層不但壓力異常，還兼具高溫、高含酸性氣體等特點，基于傳統(tǒng)方法的井筒壓力安全控制更加困難，稍有不慎，極易引發(fā)被業(yè)界稱為鉆探“攔路虎”的井噴。據(jù)統(tǒng)計，近30年來，全球海上嚴重井噴事故已超過300起。

20年前，我國在南海的開發(fā)僅限于不超過300米的淺水區(qū)域。當時中國深水油氣鉆井領域幾乎是零基礎、零經(jīng)驗、零裝備，技術與裝備都掌握在少數(shù)幾個發(fā)達國家手中。所以，南海深水油氣勘探開發(fā)只能采取與國外公司合作的形式。即便如此，面對深水鉆探井控安全這種行業(yè)公認的世界性難題，國際知名公司在我國南海作業(yè)的20余口深水井中，氣侵、井涌等井控險情也發(fā)生過高達50多次。

孫寶江團隊在工作現(xiàn)場

在挺進深水的過程中，海洋工程裝備的安全性和可靠性至關重要，而鉆完井效率的提升對于降低油氣開發(fā)成本、推動油氣勘探開發(fā)向高質(zhì)量發(fā)展也具有十分重要的意義。然而，無法回避的是，從深海開采油氣資源過程中，鉆井作業(yè)的效率和安全性都很難得到保證。深海開采難度和成本遠高于在陸地上開采同樣級別的油田，深水鉆井井控技術難度大，井控裝備的要求高，井噴風險高，一旦井噴，輕則平臺損壞，重則造成原油或者天然氣的大規(guī)模泄漏，從而演變?yōu)閲乐氐沫h(huán)境災難。

2010年4月20日是世界海洋石油行業(yè)的至暗時刻，位于美國墨西哥灣的“深水地平線”鉆井平臺突發(fā)的井噴爆炸，深水平臺在熊熊大火中燃燒了36小時后沉入墨西哥灣，事故導致11名平臺工作人員死亡，經(jīng)濟損失高達680億美元。事后查明，事故主因正是由于井控監(jiān)測和井控裝備故障所致。

“這一事故讓全球海洋石油行業(yè)從業(yè)者都受到了巨大震撼，更讓我們時時刻刻引以為戒。”為了避免此類事故的發(fā)生，孫寶江將致力于攻克深水井控世界難題視為自己的鉆研目標。

20世紀80年代以來，國際上普遍應用的是“氣-液”兩相流井控理論模型。早期，孫寶江團隊也是按照這套理論體系對井控等過程中的水力參數(shù)優(yōu)化設計技術進行研究，但是隨著鉆井深度的不斷增加，特別是海洋深水井筒大溫差、流場復雜，傳統(tǒng)模型壓力預測與現(xiàn)場出現(xiàn)了較大偏差，最高誤差達30%以上。孫寶江與團隊反復研究后發(fā)現(xiàn)，井筒內(nèi)部天然氣水合物生成對計算結(jié)果的影響較大。它在井筒中形成，可導致氣侵發(fā)現(xiàn)的延遲、井筒或防噴器的堵塞，甚至造成油氣井的報廢。

“必須重視固相（水合物）對于深水井控的影響。”孫寶江團隊綜合考慮天然氣水合物溫度和壓力條件，預測深水鉆井井筒中天然氣水合物生成區(qū)域；針對南海深水鉆井的特點，建立了多相流控制方程組、環(huán)空和鉆桿內(nèi)的溫度場方程及水合物生成熱力學方程，并針對不同的鉆井工況給出了方程的定解條件、方程離散方法及求解步驟，傳統(tǒng)的“氣-液”兩相流井控理論模型也由此發(fā)展到“氣-液-固（水合物）”三相流深水井控理論模型。

孫寶江（左一）在現(xiàn)場指導工作

2008年，在沈忠厚院士和羅平亞院士等專家的指導下，孫寶江牽頭承擔了國家支撐計劃課題“三高氣井井筒壓力控制技術”。作為課題組長，他在研究過程中，帶領團隊發(fā)現(xiàn)井筒內(nèi)的流體不只有氣、液、固三態(tài)的特性，有些時候，井筒內(nèi)的壓力和溫度會超過復雜組分天然氣的臨界壓力和臨界溫度，此時天然氣會處于一種超臨界狀態(tài)，如何科學表征是解決井筒壓力預測和控制偏差的關鍵之一。孫寶江團隊對此發(fā)現(xiàn)興奮不已，因為這一理論是革新性的，可謂前無古人，但也正因為如此，他們的發(fā)現(xiàn)在當時學術界引發(fā)了熱議。

實踐是檢驗真理的唯一標準。孫寶江團隊用超臨界的理論很好解釋和印證了生產(chǎn)實際現(xiàn)象，有針對性地建立了井控多相流動方程，為鉆完井安全過程井控方法與工藝技術的進步提供了理論支持。

針對深水鉆探井控面臨安全鉆井壓力窗口窄等諸多難題，孫寶江團隊圍繞如何提高井筒壓力預測和控制精度，創(chuàng)建了“超臨界-氣-液-固（水合物）”四相流深水井控理論模型。他們利用發(fā)明的全尺寸深水井筒流動模擬實驗裝置采集的數(shù)據(jù)和現(xiàn)場應用數(shù)據(jù)驗證表明，與國際通用經(jīng)典“氣-液”兩相流井控模型相比，壓力預測精度大幅提高，滿足了工程安全設計的需求，攻克了井筒壓力預測誤差大導致井筒壓力控制困難的理論難題。團隊發(fā)明的“精確計算井筒壓力-早期識別井底氣侵-即時處置井噴風險”主動井控新方法，實現(xiàn)了井控關鍵裝備研發(fā)的源頭創(chuàng)新。

基于主動井控的思想，孫寶江團隊認定早發(fā)現(xiàn)、早預測才能早控制。“我們開發(fā)了多源信息融合的氣侵早期監(jiān)測裝置，實現(xiàn)了氣侵的‘侵入即發(fā)現(xiàn)’，為分秒必爭的壓井作業(yè)贏得了寶貴時間。”孫寶江介紹，在此基礎上，團隊發(fā)明的可實現(xiàn)井筒環(huán)空壓力自動控制的“動態(tài)壓井鉆進”井控裝備，實現(xiàn)了“邊鉆邊壓”，解決了傳統(tǒng)壓井方法須停鉆關井導致氣侵處置不及時、井噴風險大的難題。他們的努力為我國深水鉆完井技術及理論的發(fā)展提供了借鑒，為我國海洋深水油氣資源的高效安全開發(fā)提供了技術支持。

科研為生產(chǎn)服務

——理論不與實際結(jié)合，只是空頭支票。要想在油氣勘探開發(fā)工作中取得突破，科學研究必須與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，解決實際問題。

“國家油氣生產(chǎn)的需要就是我們的攻關方向！”多年來，孫寶江團隊的每一個創(chuàng)新、每一次進步始終都圍繞著實際需求展開。在他心中有一條準繩，不是為了“技術而技術”，而是要看這項技術是否能在效率、效益提升和風險管理上真正產(chǎn)生價值，在生產(chǎn)實踐中實現(xiàn)領跑。

孫寶江在注重提高自己及團隊的理論和學術水平的同時，積極投身與實際生產(chǎn)密切相關的科研中去，將理論與海洋油氣工程熱點緊密結(jié)合。在他心中，科研一定要落地，最終轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，這才是一個科研工作者的工作意義所在。

“科研不是空中樓閣，更不是紙上談兵，而是要通過產(chǎn)學研各合作單位共同開發(fā)，來完成當前發(fā)展所需要的科研課題。”孫寶江介紹道，“我們團隊最大的優(yōu)勢，就是和油田企業(yè)的密切結(jié)合。有很多科研課題，我們的研究成果第一時間會在現(xiàn)場得到應用。油田在應用中發(fā)現(xiàn)的一些問題，也會第一時間再反饋給我們。我們會安排成員了解情況，用一段時間調(diào)整修正好，再將成果返回應用到現(xiàn)場，周而復始，這樣就形成了一個良性循環(huán)。”

孫寶江團隊發(fā)明的主動井控新方法得到了中海油和中石油研究院所及一線生產(chǎn)單位的大力支持。他們在技術研發(fā)過程中逐步建立起了一支產(chǎn)學研用協(xié)同攻關團隊，先后共同承擔了一批鉆完井領域的重要科研攻關任務，為企業(yè)解決了系列鉆完井基礎理論技術和方法難題，使得新技術成果得以快速推廣應用，為油氣上產(chǎn)和生產(chǎn)安全貢獻力量。相關成果投入市場后，已推廣應用到我國南海及海外多個深水油氣田；聯(lián)合研發(fā)的“動態(tài)壓井鉆進”井控技術裝備更是保障深水井控作業(yè)安全的重要屏障，經(jīng)濟效益顯著，成為我國海洋深水安全高效鉆探的“守護神”。

“項目成果重要性其實不僅在于經(jīng)濟效益，更在于它的社會效益，它推動了深水鉆探井控技術跨越式發(fā)展，大幅提高了油氣鉆探、開采的安全性，支撐了我國深水油氣的自主開發(fā)。”孫寶江自豪地表示，團隊與企業(yè)聯(lián)合研發(fā)的成果突破了南海深水油氣開發(fā)中的關鍵技術難題，助力我國海洋鉆井作業(yè)能力邁入超深水行列，推動了南海油氣資源的開發(fā)，為國家能源安全貢獻了技術力量，更好服務于我國海洋強國的建設大業(yè)。

探知深地秘密、挖掘深水寶藏，離不開科技這把鑰匙。油氣勘探開發(fā)不只涉及地質(zhì)科學和工程科學，更是在實踐中不斷摸索遞進的系統(tǒng)知識的綜合應用科學。孫寶江堅持認為：“科研要為生產(chǎn)服務，在這個過程中，技術也會得到更新和完善。”因此，他時刻關注和致力于解決生產(chǎn)中不斷遇到的“瓶頸”問題。

長期以來，在深水鉆井研究領域，國內(nèi)各油田單位更多地依靠國外的軟件。海洋油氣鉆井工程設計軟件被國際先進技術公司所壟斷，售價頗高。近年來，他們甚至對海洋鉆完井設計模塊實行技術封鎖，給我國深水深層油氣鉆探帶來重大安全挑戰(zhàn)。

“西方發(fā)達國家對中國科技的壓制從沒有放松，卡住了油氣工程軟件也就限制了中國石油科技前進的步伐。”孫寶江敏銳地意識到發(fā)展我國海洋油氣鉆井工程設計軟件自主化的迫切性，同時他下定決心聯(lián)合國內(nèi)的有志之士發(fā)展中國人自己的工程軟件，“我就不信，外國人能干的事情，憑什么中國人就干不成？”

立志容易，成志難。鉆井工程軟件專業(yè)性強、研發(fā)難度大，國際上一款大型軟件一般需要數(shù)十年持續(xù)不斷地投入。而在當時國內(nèi)“重硬輕軟”的大環(huán)境下，大家普遍對軟件研發(fā)的重要性認識不夠，研發(fā)經(jīng)驗不足和關鍵技術資料缺乏，成為橫亙在團隊面前的道道難題。然而，孫寶江帶領團隊成員沒有退縮，持續(xù)進行技術攻堅創(chuàng)新。大家就在干中學，在學中干，誰都沒有動搖前進的信心和步伐。

“當你感覺堅持不下去時，其實再咬咬牙就挺過去了。”這是孫寶江經(jīng)常掛在嘴邊的一句話，既是為了激勵初出茅廬的年輕人，更是他以身作則的真情流露。一個又一個復雜的程序，日復一日地做測試，不能出分毫差錯。一個小小的錯誤，很可能需要花費一個月甚至更長的時間校驗糾正。在這種背景下，孫寶江與聯(lián)合團隊不斷完善和迭代，最終開發(fā)出具備自主知識產(chǎn)權的“SUNDRILLING”鉆井工程水力學與非常規(guī)井控工程參數(shù)設計軟件平臺，一舉打破了國外的技術壟斷。

“這款軟件平臺不僅功能齊全，還首次實現(xiàn)了在線網(wǎng)絡協(xié)同，將為深水鉆井智能化、信息化發(fā)展帶來新的突破。”孫寶江介紹，在團隊研究成果的基礎上，中國石油大學（華東）在2021年以該軟件作價入股，與深鉆科技合作開展“鉆井設計協(xié)同工作平臺”研發(fā)，共同打造國內(nèi)第一個擁有自主知識產(chǎn)權的深水鉆井設計協(xié)同工作平臺，并在國內(nèi)外不同地區(qū)、不同條件的油氣田得到驗證和應用，取得顯著的經(jīng)濟社會效益，為推進工業(yè)設計軟件的自主創(chuàng)新貢獻出石油人的力量。

傳承之路

——與行業(yè)的發(fā)展同呼吸，與國家的命運共起伏，這成為孫寶江團隊的共同信念，潛移默化里形成了一股強大的凝聚力。

眾所周知，油氣工程是個高科技行業(yè)，技術的競爭尤為激烈，誰先掌握關鍵技術特別是核心關鍵技術，誰就能占盡先機，而這往往取決于科技人才的力量，尤其是核心科技人才力量的培養(yǎng)。作為一名“老石油人”，孫寶江自然責無旁貸地擔負起為我國油氣工程事業(yè)培養(yǎng)國際一流的科學家、工程師和管理人才的使命。

中國人講究“傳承”，孫寶江說，求學期間，他有幸能師從沈忠厚、顏大椿等大家，長期近距離接觸和交流，讓他見識了石油和力學領域科學家的能力和高度。前輩的言傳身教，使他形成了嚴謹求實、謙和儒雅、淡泊篤定的精神品格。“我從他們身上既學到了艱苦奮斗、求實創(chuàng)新的工作態(tài)度，更被他們身上真誠待人、樂觀積極的人生態(tài)度深深折服。”如今，孫寶江又把老一輩的優(yōu)良傳統(tǒng)薪火相傳給下一代石油子弟。

經(jīng)過30多年油氣工程生涯的浸染，孫寶江在培養(yǎng)人才方面有著自己一套獨到的看法，在前進的過程中，他不停地鞭策和鼓勵團隊中的年輕人：“做學術研究要做自己熱愛從事的研究領域，工作上要有定力，能吃苦，持之以恒，進行科研探索一定要實事求是，并要深入實際、廣泛交流，才能產(chǎn)出重要成果。”

當下，有不少年輕學子談起理論來頭頭是道，卻不善于將理論運用于實際，這在孫寶江團隊是行不通的。為此，他在完成繁重的教學任務的同時，帶領團隊里的年輕人在深水和深層鉆探前沿開展探索研究，在實踐中培養(yǎng)高素質(zhì)人才。為解決油田現(xiàn)場實際困難，他堅持帶領團隊深入油田第一線，甚至常駐井隊施工現(xiàn)場，不畏艱苦，以身示范，在實踐中不斷給年輕人壓擔子、扶梯子、搭臺子，幫助年輕人提升解決實際問題的能力，建成了一支專心致志搞科研、一心一意謀發(fā)展的人才隊伍。

國際化是孫寶江為團隊和團隊里的年輕人走向未來指明的一個方向。“我會鼓勵他們積極地同國外同行交流，勇敢走出去，吸收和學習國外先進知識才能有助于理論應用的突破。”為此，孫寶江倡導培養(yǎng)能勝任全球油氣領域工作的高層次工程技術人才，主持搭建了高端國際平臺，打造國際化導學團隊，邀請國際名師前來傳道解惑，為廣大青年學子營造浸潤式的國際化教育環(huán)境，開闊學生的國際視野，助推學校國際化教學水平。他發(fā)起并連續(xù)組織了4屆國際深水油氣工程前沿技術研討會，為油氣行業(yè)廣大科技工作者搭建國際交流平臺，并支持青年教師積極參加國際學術交流活動，在國際深水油氣工程研究領域發(fā)出“中國聲音”。

“孫老師把學生的進步看作是自己最大的成功！”這是團隊中的年輕人對于孫寶江的一致評價，“孫老師身上的學術風范始終激勵著我們努力向前、潛心學術。”

“挺進更多油氣寶藏的禁區(qū)，需要我們科技工作者去付出更多的努力和辛苦。作為一支生力軍，我們團隊中的年輕人也在快速地成長。”在孫寶江心中，他與學生的關系不僅是師生，還是朋友，更是未來路上讓中國深海深地油氣工程研究領域領跑世界的戰(zhàn)友。“學科未來的發(fā)展要靠年輕一代，要有一批杰出的學科帶頭人，他們是今后開展原創(chuàng)性研究的保障。”孫寶江的話里充滿了對人才的殷殷期盼。

一個共同、遠大、可實現(xiàn)的目標和理想是科研團隊能否取得高效成果的關鍵性因素。孫寶江非常欣慰，也非常自豪自己擁有一支團結(jié)協(xié)作、勇于創(chuàng)新的大團隊。這些年來，他帶領團隊攻克了深水油氣開發(fā)、水合物試采鉆井工程領域一系列基礎理論和工程技術難題，在這支團隊里，走出了王志遠、高永海、李航宇、鐘杰、孫小輝、杜慶杰等一批以國家萬人計劃科技創(chuàng)新領軍人才、青年長江學者、國家特聘青年專家、博士后創(chuàng)新人才、中國海油基層標兵等為代表的高素質(zhì)科研工作者和工程技術人才，更有越來越多的青年才俊站在重要崗位上發(fā)揮光熱。

過往這些年來，孫寶江始終潛心謀劃學科團隊建設，講奉獻、識大局，培育了積極向上的團隊協(xié)作文化。他帶領團隊獲批的教育部“海洋油氣井鉆完井理論與工程”創(chuàng)新團隊被評為優(yōu)秀，并獲得滾動支持。團隊在海洋鉆井地質(zhì)風險評價與控制技術、海洋鉆井工程設計、深水鉆井裝備及作業(yè)安全理論與技術、深水油氣井筒壓力控制理論和技術等方面形成了特色和優(yōu)勢。多年累積換來了豐收碩果：團隊先后獲得2019年度中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會創(chuàng)新團隊獎和山東省優(yōu)秀導學團隊等團隊獎勵；2021年11月，孫寶江站在了國家科技獎勵大會的領獎臺上，他牽頭的“海洋深水鉆探井控關鍵技術與裝備”項目榮獲國家技術發(fā)明獎二等獎；2022年，孫寶江出現(xiàn)在山東省人民政府關于第四屆山東省專利獎勵的表彰名單上，他被評為“山東優(yōu)秀發(fā)明家”；2023年，孫寶江榮獲“山東省優(yōu)秀科技工作者”稱號和“杰出工程師獎”。

根據(jù)中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會的最新數(shù)據(jù)顯示，2022年，我國實現(xiàn)了歷史上原油和天然氣對外依存度的首次雙雙下降。國內(nèi)油氣供給能力提高的背后，自然少不了千千萬萬個孫寶江及其團隊成員那樣的石油科技工作者付出的汗水和辛勞。

孫寶江反復向團隊成員強調(diào)，擔當使命需要開拓創(chuàng)新，攻堅克難需要勇往直前。“想要讓國家在國際競爭中擁有更足的‘底氣’，創(chuàng)新是破解油氣勘探開發(fā)困局、走向更大發(fā)展必須依靠的‘鑰匙’。”他篤定，“話說得再漂亮也沒有用，實實在在解決油氣生產(chǎn)中的難題才能贏得尊重！”