油气资源与探测国家重点实验室主任李根生院士应邀接受高端访谈，畅谈“为我国深层和非常规油气资源高效钻完井提供理论与技术支撑”。
记者：李院士您好，作为我国钻井领域第一个973计划的首席科学家，请您介绍一下该项目立项研究的背景是什么？取得了哪些成绩？对我国钻井工业产生了怎样的影响、发挥了怎样的作用？
李根生：973计划是老一辈科学家向国家建议发起的一项具有明确国家目标、对国家发展和科技进步具有全局性和带动性作用的基础研究发展计划，旨在解决国家战略需求中的重大科学问题，以及对人类认识世界将会起到重要作用的科学前沿性问题，它对提升我国基础研究自主创新能力、国民经济和社会可持续发展提供了科学基础，为未来高新技术的形成提供了源头创新。过去，钻井普遍被认为偏工程技术，其基础研究该如何开展？这对于我们而言一开始也是个挑战。在此之前，油气领域已有相关专家在做前期研究工作了，所以我很幸运能在他们研究基础上开展工作。当时我们依托中国石油和教育部，由中国石油大学（北京）牵头，联合中国科学院、中国石油、中国石化、中国石油大学（华东）和西南石油大学6家单位一起，承担了“深井复杂地层安全高效钻井基础研究”这个研究项目。之所以要开展这项研究，是因为我们认识到深层油气资源已成为我国油气资源战略接替的重要领域，加快深层油气勘探开发已成为保障国家能源安全的重大需求，而钻井是油气资源勘探开发必不可少的关键环节和手段。由于我国深部地质条件的复杂性和特殊性，深层安全高效钻井面临前所未有的技术挑战，国外没有可借鉴经验。因此，亟需开展深井复杂地层安全高效钻井基础研究，为我国深井复杂地层安全高效钻井提供理论基础和科学依据。
该项目研究历时5年，我们在地层岩体力学特征识别、破岩机理与方法、压力系统与井眼稳定、风险控制机制等基础科学问题上取得了突破，形成了一系列创新成果。总结起来，它在我国钻井工业发展中主要发挥了四方面作用：一是形成了深井复杂地层岩体力学特征预测与识别理论；二是形成了深井复杂地层钻进过程的控制理论及方法；三是建立了深井复杂地层钻井设计平台和风险调控机制；四是建立了一套风险预测、评估和控制的模型方法。本项目在研究过程中共发表SCI/EI论文234篇，授权国家发明专利49项，申请PCT专利2项；登记国家计算机软件著作权9项；形成企业技术规范1项，成果编入国家标准《石油天然气钻井工程术语》和《钻井手册》，获国家级和省部级科技奖励9项，同时我们以该项目为平台，也培养了一批优秀人才。总之，针对“复杂深层油气资源勘探开发”这一国家重大战略问题，我们通过研究，系统回答了深井复杂地层安全高效钻井的岩体力学特征识别与表征方法、钻井载荷与井眼围岩作用机理、钻井设计平台与风险控制机制等三个关键科学问题并取得突破，建立了深井复杂地层安全高效钻井的理论体系，为我国陆上和海外深井复杂地层安全高效钻井提供了科学决策依据。同时，也建立了国内一流综合性深井钻井基础研究平台和研究团队，为深井超深井钻井研究的持续开展奠定了基础。在理论突破的基础上，直接带动了一批相关钻井技术的产出，促进了相关学科基础理论的发展，显著提高了我国钻井技术的自主创新能力和核心竞争力。
记者：作为重组中的油气资源与工程全国重点实验室主任，请您介绍一下该实验室的建设情况。
李根生：油气资源与工程全国重点实验室，是依托油气资源与探测国家重点实验室重组的实体化实验室。油气资源与探测国家重点实验室是2007年经科技部批准建设成立的，2010年评估为“良好”，2015年进入“争优考察行列”。我是2016年开始担任实验室主任的，贾承造院士是学术委员会主任。目前，“双碳”背景下的油气资源绿色智能勘探开发，是国家重大战略需求，深层、深水、非常规等复杂油气已成为我国重要战略接续资源，但其地质环境与工程条件极为复杂，勘探开发面临前所未有的挑战。地质-工程多学科交叉、一体化智能化是实现增储上产、提质增效和绿色低碳发展的重要途径，也是国内外油气行业发展的必然趋势。
油气资源与工程全国重点实验室重组后，将以“油气资源与智能工程”为主攻任务开展应用基础研究工作，聚焦“非常规油气资源与工程”，贯通油气成藏、油气探测、油气井工程、油气藏开发、清洁地质能源等油气上游技术链，构建地质-工程一体化协同机制和油气人工智能生态，重点围绕非常规油气地质-工程一体化、智能油气工程与智慧油气藏、清洁地质资源与碳封存利用等方向，打造国家战略科技力量，致力于取得原始理论创新与技术突破。目前实验室拥有16万平方米的独立物理空间，是油气领域重大科研仪器自主研发的重要基地，具备行业领先的开放通用实验平台。油气资源与探测国家重点实验室于2021年4月设为独立二级实体单位，实施“主任负责制”，具有人财物自主管理权。我们创新了矩阵式多学科交叉科研组织模式，与中国石油、中国石化、中国海油等签署了战略合作协议，共建“产学研”创新联合体，推动科技成果快速落地转化，为保障国家能源安全和实现“双碳”目标提供战略支撑。我们汇聚了一批本领域杰出领军人才和中青年科学家，这股力量应该说是我国石油工业上中游科技研发的领头团队之一。目前，我们正聚焦油气增储上产、提质增效的重大科技难题，聚焦多学科交叉协同创新，并已成为本领域重要的原始理论策源地、国家重大科技任务组织和战略咨询的主导力量，形成了深井/复杂结构井钻井、非常规油气增产等12项标志性成果，并以第一完成单位获国家科技奖励8项，为保障国家油气安全做出了实质性贡献。
记者：您当前关注的研究领域是什么？
李根生：李根生：我现在关注的研究领域，应该说也是我们国家重点实验室重组后下一步发展的主要目标和方向，主要有三个：第一个还是我们传统专业方向——新型水射流钻井完井，这是在地质-工程一体化背景下持续深入研究进行的。在这种情况下，我们创新发展高压水射流径向水平井钻井技术，对致密油气、页岩油气、煤层气这些非常规油气的增产增效将有非常广阔的前景。第二个关注点是智能钻完井，这种基于大数据和人工智能等前沿技术的智能钻井技术，未来有望实现钻井过程的超前探测、智能导向、闭环控制和智能决策，从而大幅提高油气井产量和采收率，降低钻井成本，为实现石油行业数字化转型和智能化发展，以及为我国复杂油气资源高效勘探开发和油气发展战略提供技术支撑。2018年12月，我们学校在全国能源高校里面已率先成立了人工智能学院，2020年12月，我们又发起成立了油气人工智能产学研创新联盟，现在都发展得很好。我们主持承担了国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项的第一个智能钻井项目——“复杂油气智能钻井理论与方法”，将有望为复杂油气高效安全钻井探索变革性技术理论和方法。在人才培养方面，第一届学生已经毕业，实现了“产、学、研、用”的深度融合。第三个关注点是“双碳”与清洁能源发展，包括CCUS、地热、干热岩等。我们依托油气资源与探测国家重点实验室，在2017年成立了地热研究中心，2021年9月我们学校成立了碳中和未来技术学院和碳中和示范性能源学院，同年12月成立了碳捕集利用与封存研究中心（简称CCUS中心），同时也申请成功了我国地热领域首个高等学校学科创新引智基地项目“深部地热资源开发基础研究”和国家自然科学基金重大项目“干热岩地热资源开采机理与方法”。这样在将来学科发展上，我们一方面会继续保持在石油与天然气工程、地质资源与地质工程等学科上的优势，另一方面也将拓展在人工智能、地热、CCUS等领域的发展空间。这三个关注点都和我的本行钻井完井有关系。我现在做的更多的是战略研究、顶层设计和组织推动方面的工作，大量具体工作还得靠我们这个领域里的教授，以及年轻的优秀教师来完成。
记者：能源界一直都很关注地热特别是干热岩地热发展，能否请您谈谈这方面研究情况？
李根生：地热能作为一种重要的清洁可再生能源，具有低碳环保、稳定高效等特点，与风能、太阳能等能源相比，不受季节、气候、昼夜等外界因素干扰，发电利用效率达73%，约为太阳能的5.2倍、风能的3.5倍，是一种现实并具有竞争力的新能源。地热能主要包含水热型（含水）和干热岩型（不含/少含水）两类，目前我国地热能开发仍以水热型为主。我国中低温地热直接利用技术居世界首位，而高温干热岩地热开发尚处于起步探索阶段。干热岩是指埋深位于3000米-10000米、温度高于180摄氏度、含有少量或不含水的低渗岩体。我国干热岩地热能储量丰富，据预测其资源量高达2.52×1025焦，合856万亿吨标煤，约占世界资源总量的1/6。其中，3000米-10000米深干热岩资源约为150万亿吨标煤，为我国化石能源总量的80倍。按万分之二资源开采量计算，3000米-10000米干热岩地热能即可贡献“碳中和”减排目标的17.7%，开发潜力巨大。实现干热岩地热能的高效开发利用，对于改善我国能源结构、减少温室气体排放和控制环境污染具有重大意义。
目前我们主要使用增强型地热系统（Enhanced Geothermal Systems，简称EGS）作为干热岩开发的主要手段。即首先在干热岩钻出注入井和生产井，然后通过水力压裂等方法在高温地层中人工造储，形成裂缝网络沟通注入井和生产井，之后循环工质取热，进行发电和综合利用。干热岩EGS已成为国际能源领域的研究热点，美、英、日、法、德等相继实施了多个EGS地热项目，但尚未规模化应用。从1974年全球首个干热岩EGS示范工程至今，世界范围内已陆续开展了60余项EGS开发示范项目，其中仍在运行及在建的有29个，法国Soultz是目前公认的商业化运行最为成功的EGS工程。近几年，美国能源部可再生能源办公室资助了多个EGS示范项目，2015年正式启动了全球最大的干热岩示范项目——“地热能研究前沿瞭望台”（FORGE）计划，致力于EGS现场应用、钻完井技术测试等前沿研究，这说明干热岩资源的优越性和EGS开发的可行性得到了国际认可。我国干热岩地热资源分布广泛，但研究起步较晚。近年来在藏南、滇西、川西、东南沿海等地区相继取得了勘探突破，并已开始着手建立首个干热岩EGS示范工程。2012年初，在中科院组织起草的《科技发展新态势与面向2020年的战略选择》报告中，“深层地热能将成为主要可再生能源之一”被列入其中，成为“十二五”和“十三五”期间着重突破的重大科技问题之一。同年，国家863计划启动了“干热岩热能开发与综合利用关键技术研究”项目。2013年，制定了《全国干热岩勘查与开发示范实施方案》，在青藏高原、东南沿海、华北平原和松辽盆地开展了干热岩资源调查，初步拟定了我国干热岩地热勘察开发的关键技术体系。2016年开始实施“全国地热资源调查评价与勘查示范工程”，先后在青海共和、海南琼北、福建漳州等地区钻遇优质干热岩体，干热岩资源潜力得到验证。然而，根据国际地热协会（IGA）数据，截至2021年，全球累计地热发电装机容量为15.85GW，而中国地热发电能力约为45.46MW，占比仅为0.29%，排世界第18位。因此，我们亟需研究形成干热岩高效钻采与调控技术，以推动我国深层高温地热开发利用进程。为此，2021年国家自然科学基金委启动了由我校牵头的地热领域首个重大项目“干热岩地热资源开采机理与方法”，旨在借鉴油气行业成熟的钻采理论和技术，超前部署，开展多学科交叉和综合性研究，提升我国干热岩地热基础研究的源头创新能力。
在研究中我们发现，相比于油气和中低温地热储层，干热岩储层地质条件复杂，具有典型的“四高”特征，即：高温度，其温度高于180摄氏度，美国大部分干热岩储层温度基本都在200摄氏度以上，美国Geysers及冰岛EGS示范项目部分储层甚至高达400摄氏度；高硬度，干热岩资源主要赋存于高温坚硬的花岗岩和变质岩中，埋深大部分超过3000米，部分地层岩石单轴抗压强度在200兆帕以上，可钻性达10级，研磨性极强；高应力，因构造运动活跃，最大水平主应力当量钻井液密度超过2.8克/立方厘米，是常规泥页岩的2倍以上；高致密，地层岩石密度大、孔隙度和渗透率极低。上述复杂地质条件，使得干热岩地热开采在钻井建井、压裂造储和流动取热等关键环节面临重大难题和技术挑战。形成上述挑战的客观原因是地层环境异常复杂，但其根本原因是干热岩开采基础理论缺乏，且国内外无成熟经验可借鉴。针对干热岩开采中面临的建井、造储和取热三大挑战，我们项目研究团队正在以“岩体表征-钻井建井-压裂造储-流动取热-集成调控”为主体思路进行五方面的基础理论攻关研究，力争早日为干热岩地热经济高效开发奠定理论基础，推动国家能源转型和绿色低碳高质量发展。
本刊记者采访李根生院士
记者：回顾您求学以来的经历，是否有非常难忘的人或事？
李根生：我永远也忘不了我的恩师沈忠厚院士对我的栽培与指导。我1983年大学毕业后，有幸考取了沈老师的硕士研究生，师从他学习高压水射流新技术。毕业后，我留校在射流研究中心给他当助手。1994年，我又考取了他的博士研究生，毕业后继续留在他身边工作。多年来，沈院士高尚宽厚的品德修养、科学严谨的治学态度、实事求是的工作作风、诲人不倦的师德风范都深深影响和教育着我。
在工作中，沈老师是大家的良师益友，他带领我们所从事研究的高压水射流技术，是70年代初在国外发展起来的是一门多学科交叉渗透的新技术，基础理论涉及力学、材料、机械等众多学科。多年来，沈老师一直教导我们科学研究要重视基础理论，脚踏实地、坚持不懈，即从理论研究入手，提出新思想新观点，理论上取得突破，然后再进入设计实验，推广应用，转化成生产力，一项成果往往需要经过七八年甚至更长时间的艰苦努力。沈老师的第一代、第二代、第三代钻头和处理地层、径向水平井钻井新技术等一批有影响的成果，都是这样艰苦攻关研究出来的。他经常教导我们，搞科研要有点傻劲、韧劲，而好高骛远、投机取巧、急功近利、急于求成、走捷径者是不会取得最后成功的。他经常引用马克思的一段话来勉励我们：在科学上是没有平坦的大道可走的，只有不畏艰险勇于攀登的人才有希望到达光辉的顶点。
在学习上，沈老师是我们的榜样。“书山有路勤为径，学海无涯苦作舟”，这是沈老师经常勉励我们的话。他是这么教育我们的，也是这么身体力行的。我至今仍对1987年暑假的一件事记忆犹新，当时已年近60岁的他，冒着酷暑和我们一帮二十几岁的小伙子一起在徐州的中国矿业大学参加英语培训班，练习口语、背诵单词，给我们年轻人做出了极好的榜样。1991年2月到8月，63岁的沈老师带着我东渡日本，在当时日本水射流学会会长、后来的国际水射流协会主席、著名水射流专家小林陵二教授的实验室考察研究水射流技术。半年的研修，沈教授抓紧点滴时间，早出晚归，沉浸在图书馆、实验室，完成了5篇学术论文。他这种刻苦学习和努力钻研的精神不仅给我，也给日本同行留下了深刻的印象。
在为人上，沈老师是我们的慈父与益友，我们团队就像个大家庭，他既是我们学习工作上的导师，也是我们为人处世的师长。他不仅指导我们工作学习，而且教我们如何做人。他经常教导我们：一个人仅仅能干是不够的，还要有远大的志向和抱负，要讲奉献，淡泊名利，甘于寂寞。要求我们要“登山”，不要“下海”。教育我们要依靠集体，团结协作，以诚待人。他常说，在今天的科技发展中，一个人单枪匹马很难有大作为，发挥集体优势，不同年龄、专业、层次人员团结协作、取长补短，在团队中往往更能充分体现个人的价值。他认为团队中，老教授高瞻远瞩、思想深邃，中年老师年富力强、承上启下，年轻人思维敏锐、精力充沛，接受新知识快。大家结合在一起工作，依托学校、学科、重点实验室平台的支撑，必然能发展壮大。他所说的这一切，都让我受益终身。
记者：作为校园里成长起来的院士，在疫情环境下，您认为石油学子应该如何度过宝贵的校园时光？
李根生：大学校园应该是一片蕴育知识文化和学习本领技能的沃土，同时也应该是锻造思想和打磨智慧的殿堂，校园里的学习生活本就该拥有一个静谧的文化氛围和学习环境，疫情的到来从客观上创造出了这样一种安静的氛围和环境。我认为在当前疫情环境下，无论学校还是学生，首先都还是要科学理性地认识疫情带来的复杂性和国家根据国情制定的疫情防控政策。在这方面，学校和老师要跟学生多宣传、多引导、多交流。同学们也要积极地支持、配合和适应这样的疫情防控环境，我们大家都要随时做好线下线上教学与学习方式转换的准备。这对学生而言其实也是一种锻炼，可以培养和提升大家适应在各种复杂环境和条件下完成学习任务的能力。当然，疫情也对我们的正常学习造成了影响，比如开展实验，以及与校外的学术交流，这对学校和团队的组织保障能力提出了挑战。我们实验室团队这方面做的还是不错的，我们在落实疫情防控要求的同时，也在多措并举减少疫情对教学和科研的影响。所以，如果这几年同学能够在这种相对封闭的环境中静下心来学习的话，我相信大家的收获肯定是会非常大的。
记者：您如何定义石油科学家精神？
李根生：我还真关注和考虑过这个问题，去年中办、国办印发了《关于进一步弘扬科学家精神，加强作风和学风建设的意见》，总结起来科学家要有“爱国、创新、求实、奉献、协同、育人”的精神。作为一名石油高校出身的科研工作者，结合我在实际工作中的体会，我觉得石油科学家首先要“爱国奉献”，其次要“求实创新”，另外还需要“科教融合、协同育人”。中国石油大学的校歌是《我为祖国献石油》，作为一名黄大年式教师团队成员和油气能源领域科技工作者，我觉得最需要坚持的是爱国奉献、求实创新、协同育人的科学家精神，树立“能源强国、能源报国”“为国家分忧、为民族争气”的理想，以实际行动，践行“学好石油，热爱石油，献身石油”，让“我为祖国献石油”的梦想熠熠生辉。
