程杰成,1962年出生,1983年毕业于黑龙江大学化学专业,2000年获大连理工大学应用化学专业博士学位,现任大庆油田有限责任公司首席技术专家。他一直在油田一线致力于化学驱提高原油采收率技术研究与工程实践,是油田开发领域的知名专家,教授级高级工程师。

油田依靠自喷和水驱开采,采收率仅30%左右,国内外水驱老油田含水上升、产量锐减,大幅度提高采收率是石油行业关注的重大科技难题,也是延续老油田生命周期的必由之路,更是守住我国原油供应安全红线的首要途径。聚合物驱、三元复合驱等化学驱技术是水驱后通过扩大驱油波及体积和提高洗油效率而大幅度提高采收率的重要技术。

程杰成提出聚合物与油层匹配的扩大波及体积原理,建立了聚合物驱工业应用技术体系,首次实现化学驱大规模工业化应用;发现三元体系与原油协同作用提高洗油效率的新机制,创建了三元复合驱工业应用技术体系,实现化学驱技术的升级换代;发明了泡沫复合驱方法,现场试验获得成功,为化学驱进一步发展储备了技术。三项技术采收率分别比水驱提高10%、20%和30%以上。聚合物驱和三元复合驱已在国内外17个油田应用,仅大庆化学驱年产油连续19年超1000万吨,创利税4465亿元,为老油田持续稳产高产起到示范作用,为我国化学驱技术由跟随到引领做出重大贡献。获国家科技进步特等奖1项(集体奖)、一等奖1项、二等奖3项,技术发明二等奖1项;获发明专利19件,发表论文88篇,出版专著2部。入选国家新世纪百千万人才工程,成为国家优秀科技工作者,获中国青年科技奖、国际石油工程师协会亚太地区石油技术突出贡献奖、第26届孙越崎能源大奖、中石油集团公司首届“杰出贡献奖”、第二届全国创新争先奖、第四届杰出工程师奖等一系列荣誉。


 

纸上得来终觉浅 绝知此事要躬行

大庆油田1959年发现、1960年开发,是我国最大的油田。大庆油田开发建设60多年来,在党中央、国务院的亲切关怀下,在几代石油人的共同奋斗下,创造了举世瞩目的历史成就。建成了我国最大的石油生产基地,为维护国家石油供给安全,支持国民经济发展,做出了高水平贡献。

1983年8月,21岁的程杰成风华正茂,大学毕业来到大庆油田这片神奇的土地,在大庆油田勘探开发研究院参加工作,成为一名石油科技人员,并由此走进了三次采油技术殿堂的大门,踏上了化学驱的攻关路。

在石油行业,一次采油是指利用油层天然能量形成的自喷采油,二次采油是指向油层注水对其补充能量开采石油,而三次采油是指通过注入其他物质,采用化学、物理、生物、热能等方式来改善油、气、水及岩石相互间的性能,开采水驱后的剩余油。油田依靠自喷和水驱开采,一般最终采收率为30%左右,仅我国陆上油田采收率每提高一个百分点就相当于探明一个10亿吨地质储量的大油田,所以提高采收率始终是世界石油行业关注的重大科技难题。

聚合物驱、三元复合驱等化学驱技术是公认最有希望的通过扩大驱油波及体积和提高洗油效率而大幅度提高采收率的重要技术。但直到20世纪八十年代,国内外始终未能很好解决波及体积小、洗油效率低两大核心难题,其理论和工程化难度极大,工艺技术不配套,长期停留在室内和小型试验阶段,且没能实现工业化。

当时的大庆油田通过分层注水和井网加密,已经实现了原油5000万吨高产稳产7年。因此,化学驱技术并不热门,处于初步探索阶段,那时程杰成所在的聚合物驱研究组仅有5个人。

“冷”的环境并没有冷却程杰成的梦想,年轻的他开始了30多年的逐梦、圆梦,开始了30多年的磨砺、坚守。作为理科院校化学专业毕业的他,对石油专业知识比较欠缺,为了尽快补齐短板,他认真制定了学习“充电”计划,经常“泡”在办公室埋头苦读,石油地质、油层物理、油藏工程和油气开发等一部部晦涩难懂的专业书籍,逐渐变成他笔下一篇篇“读薄了”的笔记。“泡”在实验室是他的又一个“偏爱”,为弄准一个数据常常是通宵达旦,乐此不疲;也常常为了完善一个方案模型苦思冥想,反复实验,直至满意。

辛苦的付出终于换来了回报,程杰成取得了聚合物驱理论的重大突破。聚合物驱传统理论认为,聚合物溶液与原油粘度比为1时就能达到均匀驱替,为避免堵塞油层聚合物分子量应低于600万。因此使用的聚合物分子量低、溶液粘度低,导致波及体积小,提高采收率低。他研究揭示了油层条件下聚合物溶液与原油粘度比大于4时,采收率可比水驱提高10%以上;发现油层孔隙半径大于聚合物分子水动力学半径5倍时就不堵油层的规律,从而根据油层孔隙大小设计分子量,使应用的聚合物分子量增大几倍,实现了高效增粘。

按照他提出的理论,大庆油田将聚合物分子量由600万提高到1500万以上,现场试验节省聚合物用量30%,提高采收率10.5%。在王德民院士率领下,攻克了聚合物驱技术,程杰成的成果是聚合物驱技术的组成部分。

千磨万击还坚劲,任尔东西南北风

化学驱的攻关进程并不是一帆风顺。聚合物驱工业应用初期,应用对象逐渐复杂,油层性质逐渐变差,油层的非均质导致驱替液沿阻力小的高渗透部位突进,须建立设计方法和配套工艺,实现均匀驱替,但无成熟解决方法,制约其进一步推广。

程杰成1998年主持攻关聚合物驱工业应用技术,研究了聚合物溶液在多孔介质中的渗流规律,量化了注入参数与渗流阻力及驱油效果的关系,建立了等阻力驱油方案设计方法,根据油层性质确定注入参数,达到各部位渗流阻力相等,为均匀驱替提供了理论基础和设计方法。揭示聚合物驱开发规律,建立了全过程跟踪调控技术,实现超前预测、过程对标、及时调控,方案实施符合率由80%提至95%以上。以上述成果为核心,建立了聚合物驱工业应用技术,保障了大规模工业化应用,采收率比水驱提高12.5%以上,成本降10%。

薄差油层是油田产量接替的重要组成部分,具有厚度薄、连续性差、渗透率低的特点,上述技术无法完全适用。程杰成提出聚合物驱控制程度概念和表征方法,创新层系重组、井网重构方法,优选出新型聚合物,建立了薄差油层聚合物驱技术,提高采收率由6.7%提至12.7%,拓展了适用范围,仅大庆适合储量由8亿吨增至23亿吨,有力支撑了大庆油田4000万吨稳产。

他主持将聚合物驱技术优化集成,制定35项标准,建成了首个聚合物驱工业应用技术体系。在国内外11个油田应用,仅大庆聚合物驱年产油连续14年超1000万吨,累计产油2.4亿吨,确立了我国聚合物驱技术的国际领先地位。

三元复合驱是聚合物驱的“升级版”,是通过原油中羧酸与外加碱、表活剂的协同作用降低油水界面张力,大幅度提高洗油效率,进一步提高采收率,传统理论要求原油酸值>0.3mgKOH/g。但大庆油田原油酸值较低,理论上不适合三元复合驱。程杰成在回顾当年情景时说:“1986年大庆油田与法国国家石油研究院合作进行三元复合驱可行性研究,法国专家说我们大庆油田原油酸值太低,三元复合驱不适用,让我们忘掉这个技术。但我们并没放弃,反而憋了一口气要开展研究。”

在科研这个没有硝烟的战场,坚守是一种精神,专注是一种力量。程杰成和他的团队耗费十余年,完成了两件大事:一是发现原油中杂环化合物与外加碱、专用表活剂协同作用可使油水界面张力降到超低的新机制,其效用与原油羧酸相当,突破了依赖原油酸值的传统理论,拓展三元复合驱至超低酸值原油,仅我国适合储量由31亿吨增至74亿吨。二是建立表活剂与原油的构效关系,发明专用高效组分可控表活剂并实现工业化生产;研制的三元体系超低界面张力范围宽、洗油效率高、成本比国外低40%以上。

随着三元复合驱矿场试验规模的扩大,更多的难题和问题也接踵而至。

三元复合驱油井“结垢”难题就困扰了大庆油田整整19年,三元复合驱注入地下后,油井油管结垢高峰期,频繁的卡泵、断杆让生产无法正常进行。程杰成与团队开展联合攻关,揭示了结垢机理,发明了清防垢剂和防垢举升工艺,使油井连续生产时间由87天延长到500天以上,攻克了油井因垢无法长期连续生产的技术瓶颈。

由于采出液中组分多、相态复杂,并伴有新生矿物,导致油水极难分离,严重制约工业化应用。程杰成与团队研究揭示了过饱和、空间位阻是采出液难分离的主控机理,研发出水质稳定剂和破乳剂,实现油水有效破乳;主持研发出原油脱水和污水处理2类工艺、8种专用设备,实现原油达标外输、污水达标回注,解决了油水无法有效分离的世界难题。

耐得住寂寞,守得住初心,闯得了关隘。历经30年的坚守与求索,他创建了世界首个三元复合驱工业应用技术体系,在大庆工业应用采收率比水驱提高21.2%,大庆油田使我国成为世界上唯一大规模工业化应用三元复合驱技术的国家。

三元驱后仍有40%左右的剩余油,潜力大,开采难度更大。程杰成与团队揭示了剩余油宏观分布在渗透率变差部位、微观集中在小孔隙的规律。将碱、表活剂、聚合物和气体在驱油中的作用有机结合,研发出泡沫复合驱油方法,获中、美、俄等6国发明专利。研发出的驱油体系,具有界面张力低、发泡能力强,堵大孔隙不堵小孔隙、堵水不堵油,游离气上浮进入小孔隙的特性,扩大波及体积和洗油能力更强。现场试验比水驱提高采收率32.6%。

大庆油田化学驱取得显著的技术经济效益,为高含水老油田持续发展起到了引领和示范作用,带动了国内胜利、新疆等老油田的技术发展和应用。

程杰成当选为国际标准化组织(ISO)提高采收率标准委员会召集人,多次受邀在国际会议上做专题报告,大庆油田化学驱技术得到世界同行的高度评价,公认世界领先,提升了我国油田开发技术的国际影响力和竞争力,为俄罗斯、哈萨克斯坦等6个国家10个油田提供了技术服务。

同舟共济扬帆起,乘风破浪万里航

程杰成和他的团队,30多年来,很多人一出校门就踏上了化学驱的攻关路,从当年的“小伙伴”一路拼到如今的“老伙伴”,多少次“山重水复疑无路”,他们却“咬定青山不放松”,千磨万砺,多次换来了“柳暗花明又一村”。

谈起科研攻关,他说:“中国化学驱的发展得益于国家的长远规划,得益于以王德民院士为代表的老一代科学工作者的部署和引领。我所取得的成绩是领导的大力支持和团队共同努力的结果,更依赖于大庆油田良好的创新平台。”

在科研上,程杰成保持着年轻时的耿直较真。如今,虽然他已成为团队带头人,但他依然非常重视第一手试验数据。有时,他会到现场搞突然袭击,亲眼看着他们试验;有时,他会对报上来的数据,当场刨根问底。

大庆油田已经61岁了。油龄老,但技术不老。正是因为有程杰成这样的一代又一代的攻关者,通过科技创新不断为老油田带来了曙光。

百尺竿头从头越,不忘初心再前行。“提高采收率技术研究没有止境,我们还有很长的路要走。”程杰成的化学驱攻关之路还在继续,他将带着他的团队不断向着更高远的目标阔步前行,为提高采收率理论和技术的进步做出新的更大贡献。