重庆科技大学藏着两个“宝贝”：地上“热采”稠油 地下探可燃冰

重庆科技大学非常规油气高效绿色开发重庆市重点实验室，科研人员在超临界多元热流体热采稠油“大三维”物理模拟实验装置上工作。记者 崔力 摄\视觉重庆

位于大学城的重庆科技大学非常规油气高效绿色开发重庆市重点实验室里，藏着两个“宝贝”：一个在地上，能模拟超临界水条件下的稠油开采过程；一个在地下，可实现200倍重力场放大，能在短时间内模拟海洋天然气水合物（可燃冰）开采200年后的地层情况。

这两个“宝贝”是怎么“长”出来的？近日，记者走进该实验室，听科研人员讲了两个“死磕”技术攻关的故事。

　　保持374℃以上

　　“大锅炉”模拟稠油开采环境

重庆科技大学石油实训基地旁一栋楼房里，有一个长4米、直径1米的大型圆柱体。它便是“大三维”物理模拟实验装置。

“目前，在同类装置中它算得上是全球最大。”实验室主任戚志林称，工作时它肚子的温度可达425℃，压力是大气压的350倍（35兆帕），最大地层倾角可达45度，可模拟任意井网井型的稠油开采过程。

为啥要研发这套装置？还要从稠油说起。稠油是富含胶质、沥青质的高黏度重质原油，流动性差，开采难度远大于常规原油。

2013年，中国工程院院士周守为受邀担任实验室建设总顾问。2014年，周守为院士注意到一个现象：超临界水（374℃以上、22兆帕以上）具有强氧化性和高扩散性，那能不能用超临界水去“对付”稠油？

戚志林带领团队经过无数次实验，发现这个理论可行。稠油就像打结的长发，洗头时一卷卷卡在下水道口，流不动。超临界水是直接把长发剪成短发，从分子层面把大分子链切断，断绝它“打结”的可能。这正是团队首创的超临界多元热流体热采稠油新技术。

但是，全球没有一台装置能模拟超临界多元热流体注入地下后的流动反应。没有，那就自己造！

“‘大三维’物理模拟实验装置其实是高压舱。”团队核心研究成员之一的田杰说。

怎么让高压舱的水达到374℃以上？热水在管道里流动时，水温会慢慢降低。于是，团队将水注入高压舱时给管路加一个小发热器——沿途损失多少，就补回多少。

高压舱密封问题也非常棘手。“外面这些管线连着上千个温度、压力测点，接口处怎么密封？”田杰介绍，他们用了一个“笨办法”：把纯铜条嵌入密封槽，利用铜的延展性，一寸寸挤死每一条缝隙。

2018年，“大三维”物理模拟实验装置终于问世。实验数据显示，超临界多元热流体热采稠油新技术驱油效率比常规蒸汽高出近15个百分点。

　　解决4℃恒温问题

　　“跷跷板”模拟海底可燃冰开采

该实验室的另一个“宝贝”则位于地下约15米的地方，像一个巨型“跷跷板”。

“这就是全球首套基于离心原理的海洋天然气水合物动力学与地层风险评价一体化实验平台。”实验室研究人员李莉佳博士说，该平台能模拟水深2000米、埋深200米的海洋天然气水合物开采过程。

天然气水合物，俗称“可燃冰”，属于非常规天然气之一。在海底，它像胶水一样胶结着松散的海底泥沙与岩层，维持着海床结构的稳定。如果开采方式不够科学，大范围的“可燃冰”会迅速分解为水和甲烷气体，原本支撑地层的固态骨架消失，海底土层失去约束力，极易发生滑坡、大面积塌陷，极端情况下还可能诱发海啸。

实验室副主任黄小亮说：“从2021年起，我们开始制造一个模拟海底极端环境的实验装置，来验证开采过程的安全性。”

想要模拟海底极端环境，超重力离心机是关键。“建造超重力离心机不难，难的是放到离心机上的模型箱，它需要始终维持4℃状态。”李莉佳解释，可燃冰只有在4℃以下、高压环境才稳定。可离心机一运转，空气摩擦会让环境温度从室温飙升到三四十度。

最终，团队打出“组合拳”解决了这一问题：半导体+水冷夹套双层联动，由水冷帮半导体散热，半导体帮模型箱制冷。只要半导体维持在四五十度的工作温度，模型箱内就能守住4℃低温。

2026年1月，海洋天然气水合物动力学与地层风险评价一体化实验平台正式建成，可实现对天然气水合物开采全过程的精准模拟，对推动我国天然气水合物开发技术产业化、保障国家能源安全具有重要战略意义。

　　学生受益匪浅

　　不只是成果和论文，更在“育人”

两个“宝贝”就这么被团队“死磕”出来，参与项目的学生也受益匪浅。

学生们还记得，戚志林老师总是带着学生坐在电脑前，一屏一屏地过实验数据，引导学生推理背后的物理机制，每一次数据分析都是科研思维的锻炼。

近5年来，从实验室走出的硕士研究生超过120名，不少进入中石油、中石化、中海油等能源重点企业，在岗位上挑起了大梁。

两个“宝贝”也没“闲着”。依托稠油“大三维”装置，实验室承担了10余项国家科技重大专项和自然科学基金等纵横向科研项目。

水合物“跷跷板”已拿下了两项国家级项目和重庆市高校高水平创新平台建设任务。目前，团队已利用这套装置，试图将“碳封存”与“水合物开发”的循环链路打通，为蓝色海洋的绿色开发提供支撑。

【责任编辑:韩梦霖】