“把科研論文寫在實驗室和井場上”
——訪中國工程院院士、油氣鉆井工程專家蘇義腦

□ 文/唐大麟

記者：蘇院士您好，我們都知道您曾經創(chuàng)立過一門二級學科——井下控制工程學。您當時怎么會想到讓地下鉆井技術與天上制導技術相結合？

蘇義腦：1984——1987年，我在攻讀博士學位和參加國家“七五”重點科技項目“定向井叢式井鉆井技術研究”攻關期間，為了進一步提高井眼軌道的控制水平和質量，受工程控制論在導彈制導和航天測控中成功應用的啟示，產生了把工程控制論引入石油鉆井工程、實現航天制導與鉆井軌道控制相結合的想法。油氣井井眼軌道控制的3個角（即井斜角、方位角和工具面角）和航空器姿態(tài)控制的3個角（即俯仰角、偏航角和滾轉角）一一對應，對它們的控制在科學的本質上是一致的。所以，我在完成博士學位論文《用井下動力鉆具鉆井時若干力學問題的分析和定向井軌道預測控制的初步研究》答辯后，1988年6月，即帶著要嘗試探索新途徑的想法進入了北京航空航天大學博士后流動站，師從我國著名航空力學專家黃克累教授。在站兩年中，我除了完成國家“七五”重點科技項目專題“定向井井眼軌道控制理論與技術研究”的后續(xù)實驗和結題任務及撰寫專著《井斜控制理論與實踐》之外，就集中精力學習航空航天控制知識，探索提出并致力開拓“井眼軌道制導控制理論與技術”這一新領域，寄希望于實現“井下閉環(huán)控制”和“用手段解決問題”。

蘇義腦院士在井場親自操作指導

大凡要開辟一個新的研究方向，特別是突破傳統(tǒng)觀念去開拓一個新領域時，所遭遇的壓力是可想而知的。開始的路走得艱難而又謹慎，從問題性質的判斷到新概念的引入或建立，從對新領域內涵的思索和界定到一系列研究課題的分解，從系統(tǒng)模型、方程、邊界條件的推演和確定到某項專利方案的構思和設計，無不伴隨著反復徘徊、反思、自我詰問和自我驗證，并且基本上是以“業(yè)余”方式進行和完成的。盡管在1990年6月我從北航出站時已經建立了這一新領域的框架并完成了在這方面的第一個發(fā)明專利，但是這一新方向還沒有得到廣泛認同。1991年末，當從技術消息報道中發(fā)現國外一些同行也在或開始致力于這一方向的研究并也采用了“Closed Loop Control（閉環(huán)控制）”的思路和提法，我進一步堅定了繼續(xù)前進的信心。直到1993年前后，在前幾年探索工作的基礎上，考慮到油氣井各種工藝環(huán)境的共性及都存在控制問題的普遍性，我和研究團隊又把研究對象從鉆井軌道控制進一步擴展到各種井下工藝過程，把認識從對具體問題的研究提高到對理論與技術體系乃至于學科分支的考慮，于是產生了“井下控制工程學”這一提法。

隨著時間推移，這一新領域逐步獲得較多同行專家和有關領導的理解和支持。1995年3月，我應邀在《中國科學報》上發(fā)表了《正在興起的“井下控制工程學”》一文；同年，“井眼軌道遙控技術研究” 被立為中國石油天然氣總公司“九五”前沿技術攻關項目；1997年，中國石油工程學會鉆井基礎理論學組在討論鉆井專業(yè)學科方向時，第一次把“鉆井控制工程”列為油氣鉆井工程新分支；1999年，在多方努力下，“C GDS地質導向鉆井系統(tǒng)研制”被列為中國石油天然氣集團公司的科研項目。歷經10年艱苦攻關，研發(fā)成功具有我國自主知識產權的“CGDS-1地質導向鉆井系統(tǒng)”并實現了產業(yè)化，該成果榮獲2009年度國家技術發(fā)明二等獎。2008年2月，“井下控制工程”被教育部公示為學位教育中“石油天然氣工程”這個一級學科下新增的二級學科，獲準獨立招收碩士、博士生。我?guī)ьI的這支集理論研究、技術開發(fā)和工程服務于一體的專業(yè)團隊，目前也成為中國石油鉆井工程技術研究院所屬的專業(yè)研究所；幾個相關高等院校也在開設井下控制方面的選修課程，有的院校也在組建相關的研究團隊。進入21世紀以來，油氣井下控制技術已成為國際石油工程中最具發(fā)展活力的熱點之一；在我國，從油氣鉆井工程軌道控制為起點的這一新領域，也在向采油采氣等相關專業(yè)擴展。

記者：作為油氣鉆井技術國家工程實驗室的首任實驗室主任和現任學術委員會主任，請您為我們介紹一下該實驗室目前運行情況，以及其在攻關尖端工程技術、保障國家能源安全中發(fā)揮了哪些作用？

蘇義腦：油氣鉆井技術國家工程實驗室（簡稱“實驗室”）成立于2008年。作為首屆實驗室主任和現任學術委員會主任，我親自主持和參加了該實驗室的策劃、申請、籌建、運行和發(fā)展的全過程。實驗室以服務于我國石油工業(yè)發(fā)展的總體戰(zhàn)略為宗旨，以為油氣勘探開發(fā)提供強有力的鉆井工程技術支撐為使命，以建設我國油氣鉆井技術國家隊為定位，以開展重大的、全局性的、關鍵性的鉆井技術為己任，以解決生產主戰(zhàn)場上的技術難題并趕超世界先進水平為目標，在各級主管部門的指導和支持下，10多年來，走出了一條不斷探索和持續(xù)創(chuàng)新的發(fā)展之路。同時，這個實驗室還是“強強聯(lián)合”的產物。它集中了中國石油、中國石化、中國海油3大石油公司和國內6所石油大學的鉆井科技力量，共同探討中國石油工業(yè)鉆井技術發(fā)展路徑；實驗室整合了中國石油鉆井工程重點實驗室和鉆井工程技術試驗基地，以中國石油鉆井工程技術研究院（現名為工程技術研究院）為依托單位和主體實驗室，以6家油田和鉆探公司作為試驗基地，形成了分布于研究院所和多所大學的17個研究室，研究方向涵蓋了當代油氣鉆井技術等多個領域。實驗室圍繞國內油氣鉆井面臨的關鍵技術和迫切需求，開展井下控制工程、復雜深井超深井、深水鉆井等關鍵技術研發(fā)，研制相關裝備、工具、儀器、材料、技術及配套應用工藝，為提高油氣單井產量和采收率奠定技術基礎，為工程技術創(chuàng)新發(fā)展提供必要保障。同時，我們立足于自主創(chuàng)新，針對油氣工程技術領域重大技術需求難題，研發(fā)了一批具有獨立知識產權的油氣鉆井高新技術，特別是井下控制技術、連續(xù)管裝備與作業(yè)技術、高性能鉆井液技術、精細控壓鉆井技術等，打破了國外技術壟斷，爭取了新形勢下油氣勘探開發(fā)的主動權，為國內實現安全、優(yōu)質、高效鉆井提供了強有力的技術支撐。

本著“需求引領，創(chuàng)新驅動，工藝牽頭，裝備先行”發(fā)展理念，實驗室以加強基礎研究、立足前沿攻關、部署儲備課題、解決現場急需為工作方針，群策群力。截至2020年，實驗室共承擔國家和省部級項目463項，獲國家和省部級科技獎勵189項，獲授權發(fā)明專利432件，形成了包括院士、專家、教授為主力的900余人的攻關團隊，把科研論文寫在了實驗室和井場上，為提升我國油氣鉆井技術的競爭力做出了貢獻。

記者：作為中國工程院能源與礦業(yè)工程學部負責人，您對當下備受矚目的“雙碳”目標推進有何建議？

蘇義腦：2020年9月，習近平主席在聯(lián)合國一般性辯論會上提出“力爭在2030年前實現碳達峰，努力爭取在2060年前實現碳中和?！边@是中國對世界的莊嚴承諾，表明了中國政府和人民構建人類命運共同體、控制全球CO2排放和氣候變化、走綠色發(fā)展道路的決心和信心。

作為中國工程院能源與礦業(yè)工程學部的一名院士，我參與組織并參加了“碳達峰與碳中和路徑選擇戰(zhàn)略研究”、“雙碳”目標下的能源戰(zhàn)略、建設能源強國等多個項目的研究，我和院士、專家團隊也積累了一些粗淺的認識和思考。

“條條大路通羅馬”，說的是要達到一個目標，有多條路徑可供選擇，但最優(yōu)的路徑應該只有一條。對我國要實現碳達峰與碳中和，無疑是要選擇一條代價最小的路徑，因為這是一場深刻的能源、科技、經濟乃至于社會革命，必然存在著很多矛盾和困難，所以代價最小的路徑才是最優(yōu)路徑。

在“雙碳”目標下的能源戰(zhàn)略研究中，我認為其指導思想應是：立足國情，安全發(fā)展，科學創(chuàng)新，務求實效。也就是說，首先我們要認清國情，我國目前的能源結構是以化石能源為主體，以2019年數據為例，我國化石能源占比84.7%，非化石能源占比15.3%，其中煤炭占比57.7%，油氣占比28%；我國的碳匯能力是12億噸，其中80%來自于森林，這就是國情；第二，我國還是發(fā)展中國家，經濟要發(fā)展，能源需求要增加，能源安全就是國家安全；第三，要依靠科技創(chuàng)新，用科學態(tài)度去創(chuàng)新，要做到“四可”，即科學原理上是可能的，技術經濟上是可行的，工程實踐上是可操作的，長遠發(fā)展是可持續(xù)的；第四，路徑選擇和方案設計要落到實處，真正見到實效，力戒空談。

對實現碳達峰和碳中和這一問題的認識可概括為五句話，即：能源消費是核心，產業(yè)結構調整是關鍵，化石能源是重點，節(jié)能提效是抓手，現代能源體系建設是目標。這是因為，CO2的排放重點在于能源消費，據統(tǒng)計2020年全球能源CO2排放量約占總排放量的87%，我國能源活動排放的CO2約98.9億噸，約為美國的2.2倍，歐盟的3.9倍，因為我國的能源結構是以化石能源尤其是煤炭為主。這里有幾個數據可供參考：1噸煤炭燃燒放出的CO2為2.66噸，以相同熱值單位計算，天然氣的CO2排放量設為1，則石油是1.24，煤炭為1.54，所以說只有控制好能源結構和消費比例，才能控制住排放總量。要合理控制消費和排放比例，就必須進行產業(yè)結構調整（包括增加碳匯），在這方面國家有很多相關的數據，也有對策和部署。必須把煤炭、油氣等化石能源作為重點，減少其在消費側的占比，積極發(fā)展非化石能源。要把節(jié)能提效作為基本國策。我國目前的能源強度距世界平均水平尚有較大差距，以相同GTP為考核標準，我們的能耗是世界平均水平的1.5倍，CO2的排放量是其1.8倍，因為我們的能源結構是以煤炭為主。但也說明我們還有很大的進步空間。有專家測算，以2018年我國能源消費總量46.8億噸標準煤為例，如果我們能把能源強度變?yōu)?即達到國際平均水平，我國可減少消耗14億噸標準煤，減少34億噸的CO2排放，這是非?？捎^的數字，遠高于我國當前的碳匯量！由此可以體會到提效的重大意義和巨大作用。但是怎樣才能提效？只有通過科技創(chuàng)新和管理創(chuàng)新才能實現，這是擺在各行各業(yè)面前的重大課題。另外節(jié)能也非常重要，我國目前存在著嚴重的能源浪費，應當在全社會樹立“節(jié)能是第一能源”的理念，號召“人人節(jié)能”“全民節(jié)能”；從理念、政策、法規(guī)、管理和科技創(chuàng)新方面入手，切實做好節(jié)能，節(jié)能本身就是減排。

最終我們要建立起具有中國特色的現代能源體系。這一能源體系的特征是什么？可概括為八個“化”字：化石能源清潔化，非化石能源低碳化，新能源的多元化、規(guī)?；捅镜鼗?，多種能源綜合化，終端能源消費的再電氣化和能源系統(tǒng)智慧化。

參考國際上的相關經驗，和我們專家團隊的研究結果，有一點結論是比較明確的，那就是：減煤、穩(wěn)油、增氣，大力發(fā)展可再生能源。當前乃至今后一段時期內，要切實抓好煤炭的清潔化利用工作?；茉礇]有原罪，不能一概斥之為“非清潔能源”，通過科技創(chuàng)新把它用好用清潔，它就是清潔能源。根據我們的研究結果，到2060年，我國對石油的年需求量約為2.8億-3億噸，仍大于我國目前的原油產量（2021年國產原油1.9898億噸）；天然氣的年需求量約為3500億立方米，仍大于我國當前的天然氣產量（2021年國產2053億立方米），而且由于天然氣的碳排放顯著低于煤炭，它是減煤過程中的最切實可靠的替代能源，在實現碳中和的過程中，我國的天然氣年需求量可能會高達6500億立方米；所以從這個意義上說，以及石油的戰(zhàn)略物資屬性和金融屬性，油氣工業(yè)絕不會是“夕陽產業(yè)”。要抓好以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)規(guī)劃和建設，要做好CCUS科技攻關和示范工程，形成新的碳匯和轉化利用。到了一定時期，煤炭、石油會回歸物資屬性，并作為后備能源起到安全保障作用。

我國現在是能源大國，但還不是能源強國。我們的目標是建設能源強國。什么是能源強國？對其內涵和特征，我個人的理解是：能源應用規(guī)模巨大（供應和消費量居國際前列）、供應安全（對外依存度低，來源有保證且應變能力強）、結構合理（非化石能源占比高）、清潔低碳（特征）、技術先進（指標好）和體系現代（智慧化）。我們學部院士們形成的共識是：持續(xù)推進能源革命，構建現代能源體系，科學實現“碳達峰、碳中和”目標、建設低碳能源強國，支撐綠色永續(xù)發(fā)展。

我們相信，在習近平總書記提出的能源“四革一合”方針指引下，在黨中央的堅強領導下，發(fā)揮舉國體制和機制優(yōu)勢，本著科學態(tài)度，通過科技創(chuàng)新，我們會找到最優(yōu)路徑和規(guī)劃方案，以堅持不懈、積極穩(wěn)妥的努力實施推進，實現“2030年前碳達峰和2060年前碳中和”，把我國由能源大國建設成能源強國。

記者：您主持設計和研制的導向螺桿鉆具，現在已成為全國水平井攻關中不可或缺的主要工具；您領銜研發(fā)的地質導向鉆井技術打破了國外的技術封鎖與壟斷，被譽為鉆井技術中的“兩彈一星”，在我國鉆井技術發(fā)展史中具有里程碑意義。這些成績的取得，您認為得益于什么？

蘇義腦：我2003年當選中國工程院院士以后，曾有一個記者來采訪我，他一見面就給我提了一個問題：“作為一名成功人士，請談談成功的秘訣是什么？”我說首先聲明我不是成功人士，您如果讓我談工作的體會那我可以談一些。記得當時我談了三點體會：進步的起點在于追求；發(fā)展的關鍵在于創(chuàng)新；成功的秘訣在于堅持。當年地質導向鉆井技術研究成功以后，課題組開總結會時我總結了四個字：用心、堅持。就是無論做什么事都要用心，用心搞研究，用心帶隊伍，用心做布局。而創(chuàng)新是一件很難的事情，它要求大膽和堅持。創(chuàng)新是對舊物的否定或改造，在創(chuàng)新初期必然是“和者蓋寡”，不要奢望“應者云集”，這是對創(chuàng)新者定力的考驗。只有打破常規(guī)，大膽設想，嚴密求證，鍥而不舍，攻堅克難，堅持前行，才有可能取得成功。創(chuàng)新要經受實踐的檢驗，只有被實踐證明正確才是創(chuàng)新。理論創(chuàng)新和技術創(chuàng)新最終要轉化為生產力，才算完成創(chuàng)新。這也是我和團隊成員的共識，并時刻以此自勉。毛主席在《抗日游擊戰(zhàn)爭的戰(zhàn)略問題》中曾說過這樣一句話：“有利的情況和主動的恢復，產生于‘再堅持一下’的努力之中?！蔽覍@句話的印象和體會都太深了。從我父親去世時考大學開始，到歷時10年研究地質導向鉆井技術時遇到的種種阻礙，這幾十年一路走來，每當遇到非常艱難的情況，我就想到再咬咬牙，再堅持一下。很多時候我都是自己默默書寫蒲松齡的那幅對聯(lián)勉勵自己：“有志者，事竟成，破釜沉舟，百二秦關終屬楚；苦心人，天不負，臥薪嘗膽，三千越甲可吞吳”。而地質導向鉆井技術等研究實踐也證明，任何成績的取得都來自于鍥而不舍的堅持。

記者：您心目中的石油科學家精神是什么？

蘇義腦：國家提倡的科學家精神是12個字：“愛國、創(chuàng)新、求實、奉獻、協(xié)同、育人。”我覺得如果要講石油科學家精神，再加上兩句話就夠了：“我為祖國獻石油”“把論文寫在井場上”。