在克拉玛依西南方向约20千米处，加依尔山脚下一望无际的戈壁滩上，一块醒目的标牌傲然矗立：“新疆红浅火驱试验基地欢迎您。”这块矗立在废弃油田之上的标识，见证了一场持续燃烧十余年的工业奇迹。2009年年初，新疆油田红浅1井火驱先导试验在此开启，中国石油天然气集团有限公司（以下简称“中国石油”）稠油开采重点实验室教授级高级工程师关文龙带领团队用火驱技术让“废矿”重获新生，最终采收率从30%跃升至65.6%。当火焰在地层深处奔涌不息，一种被誉为“原油中稀土”的战略资源——环烷基稠油，正悄然突破传统能源认知的边界。

▲关文龙

稠油，这种黏稠如沥青的非常规油气资源，曾因开采成本高、炼化效益低而被长期边缘化。如今，它正以“战略稀土”的崭新姿态，在国家能源安全和产业链中占据着举足轻重的地位。而守护这条关键命脉的，是一群与地火共舞的科学家。关文龙带领的稠油开采技术团队，便是其中的佼佼者。面对“双碳”（即“碳达峰”与“碳中和”）时代的严峻考题，他们为稠油开采蹚出一条“降本、稳产、减排”的破局之路。二十余载寒暑，关文龙和团队以一次次震撼业界的突破，深刻诠释了“终极采收率”的非凡意义——那是对每一滴战略原油“吃干榨净”的极致追求，更是镌刻在戈壁深处、熔铸于地火之中，对国家能源安全最庄重的誓言。

稠油觉醒：从“工业废料”到“战略稀土”

“这不是普通燃料，这是战略物资。”关文龙至今清晰记得第一次见到克拉玛依风城油田稠油岩心时的震撼——阳光透过样本里的沥青质纹路，折射出虹彩般的光泽，仿佛蕴藏着地球深处的秘密。彼时，稠油还笼罩在“劣质原油”的阴影之下，因其独特的物理化学性质，长期被行业忽视。

我国稠油资源丰富，陆上稠油探明储量约为40亿吨，主要分布在辽河、新疆、胜利等几大油区；海上稠油探明储量约为42亿吨，集中分布在渤海地区。但稠油中大量的胶质和沥青质，导致其黏度大，在地层条件下流动性差，开采难度极大，这也进一步加剧了它被边缘化的程度。

“稠油曾是炼油厂的‘弃儿’。”关文龙坦言。传统观念根深蒂固，稠油轻质馏分少、减压渣油含量常超60%，硫、氮、重金属及难处理组分含量高。若将其转化为常规燃料（汽油、航煤、柴油），无论走加氢还是脱碳路线，都意味着工艺复杂、成本飙升，催化剂也易因重金属而迅速失活。部分炼油厂对其敬而远之，实属无奈。

然而，关文龙却从这份“不受待见”中看到了潜力。“原油按照化学组成可分为石蜡基原油、中间基原油和环烷基原油。中国辽河、新疆、胜利及渤海油田生产的稠油大多属于环烷基原油。”他告诉记者，相对其他两类原油，环烷基原油含有相对较多的环烷烃和芳香烃，属于稀缺资源，被誉为石油中的“稀土”。“实际上，全球环烷基稠油储量仅占世界已探明石油储量的2.2%，中国新疆、辽河等地的环烷基稠油储量占全球的1/4。”其价值远非燃料可比，它是生产高端特种材料的基石——电气绝缘油、橡胶油等关键战略物资皆源于此。

▲团队核心成员在蒙古林砾岩火驱试验基地调研指导工作

稠油的加工路径，早已超越了传统燃料的桎梏，沿着“燃料—润滑油—沥青—化工原料”的价值链不断攀升。它在克拉玛依石化厂焕发出夺目光芒，用新疆“皇冠级稠油”炼制的特高压变压器油，攻克了绝缘材料抗击穿难题，助力中国1100千伏特高压技术独步全球，使中国电网的输电能力提升4倍，直接支撑起“西电东送”工程的技术突破。这种被称为“液体绝缘黄金”的材料，全球仅中国、美国等少数国家能够生产。不仅如此，稠油还孕育出航天冷冻机油、高端橡胶填充油等关乎国计民生的战略材料。驰骋雪原的越野车，依赖稠油炼制的-50℃低凝点柴油；国产大飞机轮胎的奥秘，藏在高分子链极长的稠油橡胶油中……随着稠油深加工工艺的进步和特种加工产品的生产，稠油特别是环烷基稠油的燃料属性不断弱化、化工原料属性不断强化，其在下游产业链的价值逐步显现。

实际上，稠油战略地位的跃升，与我国能源转型浪潮深度交织。“目前我国正处于能源结构改革、产业结构调整的过程中，炼油产品结构调整的重要方向是‘油转化’‘油转特’，这就要求油气公司在‘减油增化’工作稳步开展的同时，也要注重新技术的开发。” 关文龙表示，“我国陆上稠油资源约占油气资源的20%以上，我们一定要持续高效地把稠油开采出来，当好整个产业链的‘链长’。”

“双碳”攻坚：高碳排领域的绿色突围

全球“碳中和”是国际社会应对气候变化的核心议题，也是推动全球经济绿色转型的重要动力。截至2021年年底，全球已有136个国家提出“零碳”或“碳中和”目标，覆盖全球85%的人口、90%的GDP和88%的碳排放量。

2021年12月，国务院国有资产监督管理委员会印发《关于推进中央企业高质量发展做好碳达峰碳中和工作的指导意见》，要求到2025年，中央企业万元产值综合能耗、二氧化碳排放较2020年分别下降15%、18%。作为中国原油生产的龙头企业，中国石油制定了“双碳”目标，确定了清洁替代、战略接替、绿色转型“三步走”总体部署，力争到2030年左右实现“碳达峰”，2060年左右实现“净零排放”。

在采访中，关文龙告诉记者，相比于水驱、化学驱等冷采开发方式，稠油热采开发过程是相对高耗能和高碳排的过程。数据显示，以热采方式开发的稠油占比不到中国石油原油总量的8%，却贡献了超过30%的油气上游碳排放量。那源自地层深处、驱动“工业血液”流动的炽热蒸汽，在此刻仿佛化作了沉重的碳足迹。

在“双碳”目标背景下，稠油热采方式与其他的原油开发方式相比，面临着更大的减排压力。质疑声也随之而来：是否还要维持现有的稠油产量规模？是否有必要继续发展稠油热采技术？稠油的未来究竟路在何方？

“稳产，是守护国家产业链安全的底线！”关文龙的回答斩钉截铁，目光投向的不只是油井，更是万里之外的特高压电网、翱翔蓝天的国产大飞机、驰骋雪域的重型装备。若稠油减产，下游高端润滑油、特种沥青等产业将受重创。新疆油田稠油生产的变压器油占国内高端市场的100%；橡胶油年需求增速超5%，2026年将达309万吨。更紧迫的是，环烷基稠油无法进口替代——近年来，中国进口原油的性质以石蜡基和中间基为主，没有环烷基。“这就意味着，目前及未来相当长的一段时间中国国内对环烷基原油的需求无法通过进口的方式来补充。”他作为第一作者在《石油学报》发表的论文中一针见血地指出，“一旦上游产量波动，断链风险近在眼前。”

▲关文龙（中）、唐君实（右）、吕柏林（左）参加第二届稠油高效开发国际论坛

近十年，在几乎没有新增优质储量的困境下，中国石油硬是依靠蒸汽驱、蒸汽辅助重力泄油（SAGD）和火驱技术的迭代突破，将稠油年产量稳稳托在1000万吨以上。这份“稳”，是下游产业链的定心丸。因此，问题绝非“要不要干”，而是如何在“双碳”铁律下，“干得更高效、更清洁”。

关文龙在论文中写道：优化，首先指向产量结构的“腾笼换鸟”。

2021年，1085万吨稠油产量中，蒸汽吞吐（540万吨）虽然占比最高，却是成本与碳排放的“大户”；而效率更高的SAGD（240万吨）和潜力巨大的火驱（40万吨），则代表着更优解。团队算了一笔精细账：在“十四五”末期，通过坚决压减高成本的蒸汽吞吐规模，稳定蒸汽驱，大力提升SAGD和火驱比重，即使热采总规模比2021年压减70万吨以上，也能在保障1000万吨年产规划的同时，实现吨油成本下降18.3%，碳排放减少20%。这每一分降幅，都需冷采技术和革命性热采的填补。

与此同时，关文龙还注意到国内稠油定价机制存在不合理性。“尽管稠油的战略价值日益凸显，但长期以来每吨稠油的价格一般要比轻质油和中质油价格低15%～20%。这种价格形成机制的内在逻辑，仅注重稠油的燃料属性，却忽视了其日益重要的化工原料属性。”他认为，稠油开发特别是热采开发的吨油成本往往要远高于稀油开发。在投入端和产出端双重挤压下，稠油油藏开发效益要大大低于稀油开发。随着下游企业对稠油加工路线的调整和改变，稠油的化工原料属性将更为凸显。现有的以燃烧属性为主的稠油定价机制既不能体现稠油的开采成本，也不能体现稠油的化工原料属性和稀缺性，因此应该进行适当调整和理顺。这一调整将有助于上游企业对稠油开发的规划和决策，也有助于保护上游企业稠油开发和技术攻关的积极性，更有助于保障整个产业链、供应链的安全和稳定。“只有让价格真正反映价值，才能激发行业对稠油开发的热情，推动稠油产业持续健康发展。”

创新，则向着更远的未来掘进。“在政策层面理顺定价机制、调整稠油生产结构的同时，技术破局更是迫在眉睫。”关文龙表示，未来需要持续改进注蒸汽热采技术，提高油汽比；积极攻关试验并逐步推广火驱技术，降低吨油成本；优化调整各种热采方式的产量结构；针对性研发循环热溶剂萃取等有限注汽热采技术，并积极探索利用光、热和小型核反应堆生产蒸汽的技术；大力研发聚合物驱、促乳化水驱等高黏稠油高效冷采技术；探索和试验溶剂降黏冷采、二氧化碳聚能压裂吞吐等针对超深层稠油、低渗稠油等难动用稠油储量的高效动用技术。“‘双碳’目标下，通过技术迭代、结构优化与产业升级，稠油开发必将在保障能源安全与实现绿色发展之间找到平衡，为中国能源转型提供坚实支撑。”

地火传奇：火驱技术的破茧之路

2009年1月，准噶尔盆地寒风刺骨。在新疆油田红浅1井区这片被视为“资源枯竭”的废弃油区，关文龙目光灼灼。当空气缓缓注入地下，这场前所未有的挑战正在开启——在中国石油首个火驱重大开发试验的现场，石油科研工作者试图点燃地层深处的希望之火。历经数十年蒸汽开采，这里的采收率已停滞在30%，按常规逻辑，油藏使命已然终结。然而，当火焰在450～550℃的高温下如精密的地质手术刀般向前推进，残留的原油被转化为强大的热能驱动力时，奇迹开始酝酿。

▲大型火驱物理模拟试验准备中

十年地火淬炼，这片“废土”最终新增了35%的采收率，相当于再造了一个油田。这项荣膺当年中国石油十大科技进展的技术，不仅盘活了宝贵资源，更奠定了中国在国际火驱领域的重要地位。

中国稠油开发的序幕，早在1984年便已在克拉玛依油田拉开。漫长岁月里，蒸汽吞吐开采是绝对的主角。通过将水加热成蒸汽注入地层，“焖井”数日使稠油受热变稀后开采，再经历黏度恢复、新一轮注汽的循环。然而，到2008年，主力区块已步入开发中后期，虽平均采出程度尚不足30%，但采出液含水率却高达90%以上。多轮次蒸汽吞吐导致油藏进入高含水、低效益的深度开发阶段，产量递减，经济性堪忧。

于是，火驱技术进入了大家的视野。作为稠油开发的另一种路径，其原理直白而壮阔——在油层中点燃一把火。向油层注入空气点燃原油，利用燃烧产生的裂解、降黏效应，将顽固的稠油“吃干榨净”。这项拥有近百年历史的技术，理论上拥有能耗最低、热效率最高、采收率最高的显著优势，是节能减排的典范。然而，其全球应用长期陷于“叫好不叫座”的窘境。核心症结在于，让原油在地下稳定燃烧的过程极其复杂，现场实施、过程控制与状态监测难度极高，堪称地质工程领域的尖端挑战。而相比欧美试验的原始油藏，中国火驱面对的现实更为复杂。我国更多瞄准的是注蒸汽开采后的稠油“尾矿”——历经多轮次蒸汽吞吐，地层中充斥着次生水体和错综复杂的汽窜通道。在这种“残局”上实施火驱，需精准把握次生水体、窜流通道与剩余油分布对燃烧的复杂影响，难度呈几何级数增加……而关文龙团队基于油墙在注蒸汽后油藏运移规律的深刻认识，对项目实施了精准调控，使红浅火驱先导试验的纵向波及和采收率指标超过罗马尼亚的Suplacu项目，在国际上树立了红浅火驱先导试验的标杆地位，得到了国际热采专家的一致认可。

科研之路从无坦途，风险与挫折如影随形。关文龙向记者讲述了团队在吐哈油田鲁克沁超深超稠油试验中遭遇的惨痛挫折。尽管团队在试验前已经预估了超深层超稠油开采的难度，并升级耐温650℃的大功率点火器和钛合金油管、超高压密封设备，但地层深处瞬间爆发的1600℃超高温如地狱炼火般无情袭来。这种远超预期的状况最终导致钛合金油管熔毁，射孔井段瞬间变成柔软的面条，一切投入与努力付之一炬。

面对沉重打击，关文龙主动担责：“主要责任在我，对极端工况预判不足。”而油田同仁的回应则彰显了担当：“决策是集体论证的，出了问题我们都有责任！”这场代价高昂的失败，没有沦为追责的泥潭，反被淬炼为技术跃升的跳板。它不仅意外验证了50兆帕超高压注气系统的可靠性，更磨砺了团队的认知与装备技术。随后在华北蒙古林油田的试验中，6口井一次性点火成功，画出了一道“失败—迭代—胜利”的壮丽轨迹。“重大试验的本质就是风险开发、与未知共舞。允许失败，但必须从失败中提炼出价值。”关文龙如是总结。

近十年，中国石油注空气火驱关键技术取得重大突破，成为注蒸汽稠油老区战略性接替技术。火驱技术让濒临废弃的油藏重焕商业生机。辽河油田成为国内火驱应用规模之最，年产量超30万吨；新疆油田紧随其后，约10万吨。与此同时，火驱的应用场景也拓展至多种注蒸汽后高采出程度油藏，涵盖单层、薄互层、厚层块状乃至边底水油藏。作为中国石油稠油开采重点实验室主任，关文龙带领团队不断深化研究，研发了具有自主知识产权的火驱三维物理模拟技术，揭示纵向无差别燃烧机理，明确火驱条带分布特征，在新疆火驱工业化中发挥重要作用。尤其值得一提的是，他们提出的油墙运移过程中“填坑成墙”理论，正成为矿场火驱调控的关键指南。

2021年，中国石油稠油产量达1085万吨，其中火驱技术贡献40万吨。虽然当前占比不足总产量的1/20，但其蕴藏的潜力已清晰可见。面向未来，火驱技术机遇与挑战并存：如何在现有井网下最大限度动用复杂油藏的储量？如何通过技术升级，在日益严格的环保要求下显著降低尾气处理成本？这些问题的答案将直接决定火驱技术的经济竞争力与发展前景。

火驱是稠油开发的终极提高采收率技术，中国石油董事长戴厚良要求加强原始油藏火驱持术攻关及此后的一系列批示，为科研团队注入了强大动力。关文龙对此深有感触，他回顾了技术演进的艰辛历程：“60多年前克拉玛依黑油山的首次火驱尝试，简陋的条件甚至无法保障基本电力供应。而今天，得益于我国空气压缩机行业的整体飞跃，火驱注气环节的成本已实现大幅下降。”然而，他也清醒地指出，与注气技术的快速进步相比，产出尾气的处理工艺尚未经历充分的迭代升级，这成为制约火驱规模化、经济化应用的关键瓶颈。正是为了突破这一瓶颈，今年他所在的团队承担了中国石油重大技术试验项目，核心目标直指火驱化学反应工程优化与尾气资源化利用，力求在提升采收效率的同时，实现显著的降碳效应。

薪火传承：团队协作谱写能源新篇

深夜的北京市海淀区学院路20号石油大院内，稠油开采重点实验室灯火通明。清华大学热能工程专业博士毕业的唐君实正全神贯注地操作氧化动力学实验装置，监测高温火驱的化学反应路径。这位非石油专业出身的青年学者，却恰恰因为跳出了油气行业长期形成的思维框架，展现出令人惊叹的洞察力。他在科研攻关中每每提出新颖独特的想法，总能给团队带来启发。

▲唐君实

这种跨学科视野，正是关文龙团队的鲜明基因。走进稠油开采重点实验室，物理、化学、地质、热能、机械等不同领域的专家正协同攻关。蒋有伟是油藏地质及开发方面的专家，新加入团队的吕柏林高级工程师具有丰富的稠油开发矿场经验。“稠油开发是复杂的系统工程，单靠一个学科无法解决问题。”关文龙强调，“这种跨界融合产生了奇妙的化学反应，让技术创新周期大大缩短。”团队的多元结构在攻关中屡建奇功，墙上63件发明专利中，许多都是这种跨学科智慧的结晶。

实际上，关文龙本人便是跨界的典范。1987年，17岁的他考入华中科技大学物理系，毕业时选择投身辽河油田研究院提高采收率实验室，从事物理模拟研究工作，设计实验装置重现地下热采过程。工作7年后，他攻读中国石油大学（北京）油气田开发专业，获得硕士、博士学位，随后在胜利油田从事博士后研究期间补齐工程短板。这段独特的经历，为他日后融合物理思维与工程视野、突破稠油技术瓶颈埋下了伏笔。

“科研人员不能只待在实验室。要成为一名称职的课题长、项目长，专业知识过硬只是能力的一部分。除了研究基础科学问题，还要能推动技术成果落地转化，更要懂得协调管理资源。”关文龙常告诫年轻人，作为企业科研院所的研究人员，科研成果最终面向的是油气田，要能解决实际问题。“有时候，说服一位经验丰富的油田总工采纳新技术，比发表一篇高影响因子的《科学引文索引》（SCI）论文更具挑战性。”

在人才培养上，团队鼓励青年人独立承担项目，在“现场—实验室”的深度循环中，切身理解地下燃烧与地面设备的精密匹配逻辑。“年轻人要塑造‘第一性原理’的思维习惯。用底层逻辑思考问题，而不是机械照搬经验。”关文龙说，只有打破比较性思维带来的内卷，改变“别人已经做过或者正在做的事情我们也去做”的传统理念，从事物的本质性去思考，以“第一性原理”审视稠油开采方式，找到稠油开采的底层逻辑，才有可能实现颠覆性创新。

稠油开采重点实验室自2006年挂牌成立以来，实验室团队围绕改善蒸汽吞吐、蒸汽驱、蒸汽辅助重力泄油、注空气火烧油层等技术方向开展深入研究，在超稠油SAGD技术机理揭示及汽液界面调控、火烧油层燃烧状态识别等方面取得重要认识，为稠油开采技术的持续升级贡献了重要力量。面对“双碳”目标的时代大考，实验室前瞻布局了低碳热采、稠油冷采技术库及稠油-新能源融合等多条技术赛道，并推进多个研发项目，如新一代火驱技术、热采与新能源融合的产品等。

▲关文龙在第二十二届渤海湾油气田勘探开发技术研讨会上作大会主题报告

2024年，关文龙作为课题长负责国家重点研发计划“工程科学与综合交叉”重点项目“多能耦合稠油热采低碳能源系统设计理论与方法”课题4研究，并担任副项目长。未来，他将带领团队负责研发基于能量品位匹配的“井-地联动、电-汽协同”稠油热采新方法，以及源头脱碳的“电、热、汽”联产系统设计与验证。对于实验室的未来，关文龙规划清晰：“一方面，要支撑当前的稠油开发，通过技术创新解决现场实际问题，稳定产量，降低成本和碳排放。另一方面，要引领未来的技术发展，着眼于10年后的需求，开展前瞻性研究。”他期冀，在团队共同努力下，将实验室打造成稠油开采和提高采收率领域具有国际影响力的研究机构，为我国油气工业的可持续发展贡献力量。

对新一代科研者，关文龙的寄语朴实而深刻：“要珍惜精力最旺盛的黄金时光。回想我30多岁主持火驱项目时，每天能工作16个小时测算燃烧动态；但现在看文献的速度，确实比不上年轻人了。”今年，关文龙准备让年轻人接手实验室主任的工作，自己则转向“头脑风暴者”。但团队成员深知，他依然会出现在油田火驱试验的现场，用他心中那把物理学的尺子，丈量地火在地下悄然行进的轨迹。正如他常说的：“我们承接的是前人的智慧与使命，更要为后来者铺就广阔的征途。”

暮色熔金，夕阳掠过实验室的玻璃窗，照在记录着团队征程的展板上：2008年自研三维物理模拟平台横空出世，2010年热跟踪补偿实验系统引入精进，2021年牵头中国石油天然气股份有限公司稠油提采专项重任在肩……每一个节点，都铭刻着团队从理论突破到技术落地的坚实足迹，汇聚成中国能源自主创新的澎湃力量。如今，这支汇聚了稠油开采领域顶尖智慧的团队，视野早已投向全球，与多所国际顶尖学府及研究机构结为战略伙伴。“能源的挑战不分国界，我们在稠油开发中淬炼的‘中国方案’，也在为世界贡献破解难题的智慧火花。”

吾心所向，敝履以往。在稠油这座被智慧重新定义的战略矿藏之上，这支团队所采掘的，远不止是驱动时代的“工业血液”，更是解锁能源困局的自主密钥，是点燃未来的不熄心光。当一张张年轻而坚毅的面庞，带着崭新的思维与蓬勃的朝气，稳稳接过那象征着探索与责任的火炬，一幅关于中国能源的壮丽图卷，正徐徐展开——它承载着自主创新的荣光，指向低碳未来的方向，终将在世界能源变革的版图上，烙印下属于中国的智慧。

专家简介

关文龙，1970年2月生，中国石油天然气集团有限公司稠油开采重点实验室主任，博士，教授级高级工程师。1991年本科毕业于华中科技大学应用物理专业，2003年获得中国石油大学（北京）油气田开发工程博士学位。长期从事稠油热采基础研究和应用技术攻关工作。荣获省部级以上科技进步奖和发明奖8项，授权发明专利20余件，发表学术论文60余篇。

来源: 科学中国人