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探索油藏工程前沿技术 助力我国非常规油气资源开发取得新突破——中国石油大学(北京)教授、“千人计划”特聘专家陈掌星

2017-11-16

陈掌星,中国石油大学石油工程学院油气田开发工程专业教授、博士生导师,“长江学者”讲座教授,“千人计划”特聘专家,加拿大工程院院士,加拿大卡尔加里大学终身教授。研究领域主要为油藏工程和数值模拟,是国际计算数学、非常规油气、石油工程领域的知名科学家,在渗流力学研究、新的油气提高采收率工艺、随钻测量技术及设备等方面取得了突出成果。在《美国科学院院报》《自然》《今日纳米》等期刊发表论文630篇,出版著作17部,在国际会议作特邀学术报告372次,是10多种国际期刊编委。

一、孜孜以求,收获累累硕果

1979年,16岁的陈掌星考入江西大学数学专业,获得大学学士学位后,他又相继取得西安交通大学数学系硕士学位和美国普渡大学博士学位,1993年在美国明尼苏达大学博士后出站。博士后出站后,陈掌星先后在美国德州农机大学、美孚石油公司、美国南美以美大学任职。2007年,他来到加拿大卡尔加里大学,重点开展非常规油气的研究。

卡尔加里大学在非常规能源开发技术研究和应用领域保持全球领先水平,尤其是在页岩气和致密油等方面具有创新性研究,引领了世界非常规油气藏开发技术的发展方向。在那里,陈掌星主导成立了卡尔加里大学非常规油气研发中心并担任主任。在他的带领下,研发中心设立了岩石物理实验室、地球化学实验室、图像分析实验室、储层改造实验室、岩石力学实验室、驱替实验室、渗流力学实验室和物理模拟实验室等8个实验室,并自主研发了先进的裂缝导流铺砂实验装置和相关技术。

陈掌星带领团队以研发中心为依托,与美国石油公司(ExxonMobil、ConocoPhillips)、委内瑞拉国家石油公司(PDVSA)、 中石油、中海油、加拿大石油公司(Nexen、Suncor)、 墨西哥国家石油公司(PEMEX)等国内外大型油气公司合作开发黑油模型、组分模型、热采模型等数值模拟,提供岩心分析。与中国民营企业科瑞石油公司合作在北京成立了非常规油气研发中心,将北美油田开发新技术应用于中国非常规油气田的勘探开发,力争通过资源整合推动中国非常规油气资源开发应用进程。

陈掌星在油藏工程和数值模拟科学领域孜孜以求,逐渐成为国际计算数学、非常规油气、石油工程领域的知名科学家,在渗流力学研究、新的油气提高采收率工艺、随钻测量技术及设备、油藏数值模拟理论与方法、可视化技术、技术转让和应用等方面取得了突出创新成果,并荣获了加拿大国家科学与工程基金会科研与创新奖、加拿大工业数学菲尔兹奖、美国福特总统奖、美国南美杰出华人奖、美国IBM杰出研究奖、加拿大阿尔伯塔省最高科技奖、卡尔加里大学最高研究奖、帝国石油公司研究奖等多项荣誉和奖励。

二、心系祖国,打造优秀科研团队

2016年,陈掌星受聘进入中国石油大学(北京)工作,开始了新的人生探索之路。他针对石油工程学科领域的新形势,对学科建设做出了宏观与微观相结合的新规划:引进国外先进设备(软硬件)提升实验室平台水平;邀请国外专家到校内授课,拓宽学生国际视野;增加师生国内外学术交流机会,提升师生国际化水平。他还成立了数模实验室,将IMEX、GEM、STARS等数模实验软件以及相关物理模拟硬件设备从国外带到校内供师生使用,并充分利用自身资源邀请国外石油工程领域专家来校授课,与青年教师进行学术交流。

他还在校内组建了主要研究领域为油藏工程和数值模拟的科研团队。陈掌星的科研团队目前拥有博士生31人、硕士生26人、博士后11人,在油藏精细建模等方面取得了多项研究成果,平均每年发表50多篇论文。

纳米孔水流动是海水淡化、生物医学、能源捕集、地质过程等领域的科学研究和工程应用的核心,然而其流动机理和模拟仍存在很多挑战。在该项研究中,陈掌星带领研究团队基于有效滑脱长度的概念,提出了纳米孔水传输解析模型,并用该模型成功预测了单纳米孔水传输量,揭示了纳米孔水传输机理。结果表明,纳米孔尺度和润湿性影响水传输机理和传输量;纳米孔水传输能力是体相水的10-1107倍。该研究成果为纳米孔水传输量的准确预测提供了简单方便的工具,同时,还成功解决了室内实验和分子模拟中水传输能力研究结果一直存在的矛盾和争议。相关研究成果于2017年3月13日以Wettability effect on nanoconfined water flow为题发表于国际期刊PNAS杂志。

三、教书育人,为行业发展培育有用之材

陈掌星在学术上取得了一系列杰出成就,在教学工作中却是十分平易近人,和蔼可亲。学生们总能在他的言传身教中感受到严谨的科学精神、朴实的人生态度。

对于学生的选题方向和参加的项目,他充分尊重学生的意见,让其自由选择;同时,他定期会要求学生作工作汇报,耳提面命,及时为学生答疑解惑。学生撰写论文,他总是不厌其烦地与学生讨论文章框架,逐字逐句分析,也经常把论文从头到尾改得都是红色批注,加上许多注解。在他的悉心指导下,学生们在核心期刊发表了多篇文章。

作为导师,陈掌星在卡尔加里大学共指导了148名硕士、博士研究生以及博士后,目前指导的在读学生共有60多名,这些学生来自中国、俄罗斯、印度、巴基斯坦、加拿大、美国、伊朗等国,其中还有不少来自中国石油大学(北京)的学生。

陈掌星带过的学生中,有很多在企业工作,近半人留校任教,还有一部分自主创业,专业能力强是他们共同的特点。他带过的3名年轻人自主创办了一家油气公司,凭借跟随陈掌星学到的技术,在缺乏管理经验、“摸石头过河”的情况下,创业5年来公司日产量已达2 500桶,资产值2亿多加元。 陈掌星所教过的中国学生有很多回国工作,如今已经成为辽河油田、新疆油田、长庆油田、胜利油田等国内重要石油石化企业的技术骨干,为企业解决了许多关键技术难题。

作为一名科技工作者,陈掌星凭借着勤奋和对科学的热爱,潜心钻研,攻坚克难,成为世界上极具影响力的油藏模拟专家;作为一名大学教师,他精心施教,严谨治学,毫无保留地将自己的学识传授给学生。助力我国非常规油气资源开发并取得新突破,为油气行业的创新发展培育有用之材,在追梦的路上,陈掌星正努力实现新的超越。