極限開采條件下誕生石油工業(yè)新奇跡
——記大慶油田化學(xué)驅(qū)油技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊

■ 本刊全媒體記者 姜明廣

能源安全關(guān)系我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展全局，是最重要的安全之一。2023 年，中國石油大慶油田實現(xiàn)原油連續(xù)9 年3000 萬噸以上硬穩(wěn)產(chǎn)，在保障國家能源安全中發(fā)揮了“頂梁柱”作用。從2002年開始，大慶油田在開發(fā)對象逐漸變差、開采難度不斷提升的背景下，堅持為國分憂，以科技創(chuàng)新保穩(wěn)產(chǎn)，成功遏制了產(chǎn)量下滑局面，大慶油田三次采油年產(chǎn)量連續(xù)22年超千萬噸，成為原油穩(wěn)產(chǎn)、端牢能源飯碗的堅強(qiáng)保障，讓石油會戰(zhàn)的鮮紅旗幟始終飄揚(yáng)在為祖國建設(shè)貢獻(xiàn)25 億多噸原油的熱土上。這份來之不易的“成績單”的背后是一支常年在實驗室里探索、在生產(chǎn)一線求證的科研團(tuán)隊——大慶油田化學(xué)驅(qū)油技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊。

科研自信，方能科技自強(qiáng)

啃下科技攻關(guān)“硬骨頭”，才能釋放能源資源開發(fā)潛力。“大慶油田投產(chǎn)初期的自噴期持續(xù)時間很短。任何油田僅依靠天然能量開發(fā)，均難以提高原油采收率，自噴法采油難以為繼，必須開始向科學(xué)技術(shù)要效益。”大慶油田勘探開發(fā)研究院技術(shù)專家侯兆偉介紹。

從20 世紀(jì)60 年代初期，大慶油田就開始研發(fā)水驅(qū)采油技術(shù)。20世紀(jì)70年代，一面是國家急需更多的原油，一面是隨著開采程度加大，油井平均含水明顯上升，油田開發(fā)面臨嚴(yán)峻考驗。3000多個日夜，科研團(tuán)隊白天跑井，晚上做分析，通過不斷實驗，總結(jié)出“非均勻”注采理論和方法，發(fā)展形成了“六分四清”分層開采調(diào)整控制應(yīng)用技術(shù)。從1976年起，大慶油田連續(xù)27年年產(chǎn)原油5000萬噸以上。

穩(wěn)產(chǎn)保效，注好水、保持地層能量是關(guān)鍵。注水開發(fā)過程中，注入水優(yōu)先進(jìn)入高滲的大孔隙，一旦水在油井沿高滲透層突破，就會形成低效、無效循環(huán)，導(dǎo)致波及體積小，難以進(jìn)一步提升采收率。大慶油田屬于陸相多層砂巖非均質(zhì)油藏，水驅(qū)最高能采出40%左右的原油。要進(jìn)一步開采，需在二次采油基礎(chǔ)上向地下注入其他驅(qū)替物質(zhì)，改變儲層中巖石、油、氣、地層水的相互作用方式，把僅靠注水無法采出的原油采出來，從而大幅度提高原油采收率，即三次采油，三次采油技術(shù)是老油田大幅度提高原油采收率的重要技術(shù)手段。隨著逐年開采，大慶油田儲油層中的原油越來越少且更加分散，開采難度節(jié)節(jié)攀升。為接續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，科研團(tuán)隊瞄準(zhǔn)深藏在超小孔隙中的原油。要把它們“擠”出來，就需要嘗試聚合物驅(qū)油法。

當(dāng)時，國際上已經(jīng)有一些研究機(jī)構(gòu)做過很多相關(guān)研究。一些權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)為，聚合物驅(qū)相比水驅(qū)，僅能提升原油采收率2～5個百分點，成本高，經(jīng)濟(jì)效益差。因此，當(dāng)時國際上已經(jīng)基本放棄了聚合物驅(qū)油法。

要把不可能變成可能，就必須勇于嘗試。為確保原油穩(wěn)產(chǎn)，大慶油田一往無前，于20 世紀(jì)80年代初展開對第一代化學(xué)驅(qū)油技術(shù)——聚合物驅(qū)技術(shù)的攻關(guān)。當(dāng)時沒有來自外界的技術(shù)支持，只能靠自己一點點摸索。

采油作業(yè)區(qū)巡檢、取樣 （許書晨/攝）

中國工程院院士、大慶油田化學(xué)驅(qū)油技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊帶頭人程杰成回憶，1983 年，他加入大慶油田勘探開發(fā)研究院聚合物驅(qū)研究組，研究組在王德民院士主持下，經(jīng)歷了重重困難，從一次次失敗中吸取教訓(xùn)，在一項項實驗中積累經(jīng)驗，夜以繼日、廢寢忘食，向科研難關(guān)發(fā)起了一次又一次沖鋒。無論經(jīng)歷多少次失敗，這支團(tuán)隊始終堅定不移，決心要研發(fā)出適合大慶油田實際、屬于中國人自己的聚合物驅(qū)油技術(shù)。

“如果我們的科研想取得成功，首先得相信自己能夠成功。只有建立科研自信，才能科技自立自強(qiáng)。”程杰成院士說。在大慶精神（鐵人精神）和科研自信的鼓舞下，研發(fā)團(tuán)隊的辛勤汗水終于澆灌出夢想之花。他們經(jīng)過上萬次實驗，創(chuàng)新提出了聚合物黏彈性驅(qū)油理論，發(fā)展形成了聚合物與油層匹配關(guān)系理論。

當(dāng)時國際上聚合物驅(qū)傳統(tǒng)理論認(rèn)為，聚合物溶液與原油黏度比為1時就能達(dá)到均勻驅(qū)替，為避免堵塞油層，聚合物相對分子質(zhì)量應(yīng)低于600 萬。因此，實際應(yīng)用時使用的聚合物相對分子質(zhì)量低、溶液黏度低，提高采收率效果不佳。

每項科研成果的誕生都離不開無數(shù)次實驗、無數(shù)次失敗、無數(shù)次新思路“靈光一現(xiàn)”。經(jīng)過大量實驗和論證，大慶油田化學(xué)驅(qū)油技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊研究發(fā)現(xiàn)油層條件下聚合物溶液與原油黏度比大于4 時，采收率可比水驅(qū)提高10%以上，油層孔隙半徑大于聚合物分子水動力學(xué)半徑5倍時就不堵油層的規(guī)律。因此，在實際應(yīng)用時將聚合物相對分子質(zhì)量由600 萬提高到1500 萬以上，現(xiàn)場試驗節(jié)省聚合物用量30%，采收率比水驅(qū)提高10.5%，一舉突破傳統(tǒng)理論束縛，翻開了化學(xué)驅(qū)油技術(shù)的新篇章。

通過發(fā)展理論、創(chuàng)新技術(shù)、制定標(biāo)準(zhǔn)，首個聚合物驅(qū)工業(yè)應(yīng)用技術(shù)體系在大慶油田建成。1996 年，大慶油田開始大規(guī)模應(yīng)用聚合物驅(qū)。1998 年，大慶油田聚合物驅(qū)油技術(shù)獲得國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎。

堅持“三超”，高舉會戰(zhàn)紅旗

在大慶油田勘探開發(fā)研究院的“三超”文化展廳里，墻壁上醒目地書寫著幾個大字：“超越權(quán)威、超越前人、超越自我”。“三超”精神是大慶油田科技人員在自主創(chuàng)新實踐中凝煉總結(jié)的，是支持大慶油田化學(xué)驅(qū)油技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊風(fēng)雨兼程的精神支柱。

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，不僅需要破除權(quán)威迷信，更需要破除對自身過往經(jīng)驗的路徑依賴。研發(fā)團(tuán)隊攻克聚合物驅(qū)技術(shù)難關(guān)，但這并不意味著他們一勞永逸地解決了所有問題。進(jìn)入新世紀(jì)，大慶油田已全面進(jìn)入高含水開發(fā)后期，采出液含水率高達(dá)90%以上，這種情況下的開采就相當(dāng)于“水中撈油”。研發(fā)團(tuán)隊尊重科技、依靠科技，自主創(chuàng)新、持續(xù)創(chuàng)新，不斷涵養(yǎng)油田發(fā)展建設(shè)的動力源泉，他們顧不上為昨天的成績欣喜，而是繼續(xù)埋頭提升三采技術(shù)，瞄準(zhǔn)三采戰(zhàn)略性接替技術(shù)——三元復(fù)合驅(qū)。

三元復(fù)合驅(qū)是將由堿、聚合物、表面活性劑組合成的化學(xué)劑注入地下，實現(xiàn)原油高效開發(fā)的接替性技術(shù)方案。加入表面活性劑是為了降低油水界面張力、提升“洗”油效率，從而把用水驅(qū)、聚合物驅(qū)難以開采出的原油更進(jìn)一步地驅(qū)替出來。

1984 年，大慶油田曾與外國一家研究機(jī)構(gòu)合作，研究在大慶油田采用三元復(fù)合驅(qū)的可行方案。但外國專家在實地勘測和論證后，發(fā)現(xiàn)大慶的原油酸值低，假如應(yīng)用三元復(fù)合驅(qū)，就需要大量注入表面活性劑。進(jìn)口表面活性劑價格高昂，達(dá)兩萬元一噸。這“就相當(dāng)于向地下注入‘美元’，換出‘人民幣’”。他們?yōu)榇髴c油田三元復(fù)合驅(qū)判了“死刑”，說：“你們還是忘了三元復(fù)合驅(qū)吧。”

1986 年，國際原油價格暴跌，此后相當(dāng)長一段時期市場表現(xiàn)一直疲軟。有人說，我們向國外買原油就好了，何必消耗大量人力財力研究三元復(fù)合驅(qū)。但研發(fā)團(tuán)隊不迷信權(quán)威論斷，也不因流言氣餒，更不受外界干擾，埋頭苦干，一心要攻克三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)。程杰成院士回憶當(dāng)時情形說：“那是因為這項技術(shù)實在太重要了。石油是重要戰(zhàn)略資源，我們不能放棄主動權(quán)，完全依賴國際市場解決原油供給。為了國家，為了油田，我們一定要攻克這項技術(shù)。油田黨委非常認(rèn)可我們的想法，一直鼓勵支持我們堅持研發(fā)。”

校對注入井配注牌 （許書晨/攝）

關(guān)鍵核心技術(shù)事關(guān)創(chuàng)新主動權(quán)、發(fā)展主動權(quán)，也事關(guān)國家經(jīng)濟(jì)安全、國防安全和其他安全。經(jīng)過大量實驗和理論分析，研發(fā)團(tuán)隊揭示了原油中雜環(huán)化合物在堿性環(huán)境下與外加表面活性劑協(xié)同作用形成超低界面張力機(jī)理，發(fā)現(xiàn)了表面活性劑與原油定量匹配關(guān)系，打破了依賴原油酸值的傳統(tǒng)理論，找到了開采低酸性原油應(yīng)用三元復(fù)合驅(qū)的技術(shù)路徑，得出“三元復(fù)合驅(qū)在大慶不但可行，而且效益可觀”的結(jié)論，為油田進(jìn)一步提高采收率找到了突破口。這對于面臨儲采失衡、儲量品質(zhì)變差、開發(fā)成本不斷上漲等嚴(yán)峻挑戰(zhàn)的大慶油田來說，猶如開辟了一個嶄新的世界。

“只要祖國需要，我必全力以赴。”這是20世紀(jì)60 年代初國家既缺油又缺錢時，大慶油田會戰(zhàn)隊伍的壯志豪情。大慶精神是胸懷全局、為國分憂的奉獻(xiàn)精神，這種精神早已熔鑄進(jìn)石油人的血脈。程杰成院士說：“大慶油田化學(xué)驅(qū)研發(fā)過程中的幾乎全部關(guān)鍵節(jié)點，都沒得到過國際權(quán)威機(jī)構(gòu)的任何支持，甚至是在他們的否定下起步的，是‘三超’精神支持著我們一路走過來，更是建設(shè)百年油田、保障能源安全的宏偉目標(biāo)激勵著我們堅持下去。”

居安思危，打造百年油田

隨著開采難度的不斷提高，大慶油田擴(kuò)大三元復(fù)合驅(qū)的應(yīng)用規(guī)模勢在必行。但具體實施起來難度很大，最大的難點在于表面活性劑。不降低表面活性劑成本，三元復(fù)合驅(qū)就難以廣泛應(yīng)用于三采。1998 年，研發(fā)團(tuán)隊開始在沒有技術(shù)基礎(chǔ)的條件下，自主研發(fā)表面活性劑。

當(dāng)時，國外的一些研發(fā)機(jī)構(gòu)認(rèn)為，大慶油田一無技術(shù)二無相關(guān)上下游產(chǎn)品配套，要研究出實用的表面活性劑，“比登天還難”。但科研團(tuán)隊不這樣認(rèn)為，大慶油田在以往的發(fā)展史上已經(jīng)創(chuàng)造了無數(shù)奇跡，那些外國人說不行的，到了大慶幾乎都變成了“行”。大慶油田勘探開發(fā)研究院技術(shù)專家楊振宇、伍曉林等人從遼寧省撫順市的一家洗滌劑廠拿回了洗滌劑生產(chǎn)線的剩余廢料，用土辦法開始了艱辛的實驗。研發(fā)團(tuán)隊燃燈繼晷、席不暇暖，前后歷時一年，幾乎每天都要同步進(jìn)行100 多次實驗，共計實驗5600余次，終于從“廢料”中發(fā)現(xiàn)合成表面活性劑所需成分，并通過精餾切割將其分離出來，成功合成了擁有全部自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)表面活性劑。2000 年，基于三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)的現(xiàn)場試驗結(jié)果令人歡欣鼓舞：自主研發(fā)的表面活性劑在三采中表現(xiàn)上佳，不輸于進(jìn)口同類產(chǎn)品，采收率比水驅(qū)提高20%，表面活性劑用量降低20%以上。

不過，一項全新的技術(shù)要從實驗室中走出來，大規(guī)模應(yīng)用到生產(chǎn)中，還需要一個漫長過程。大慶油田提高采收率項目經(jīng)理部經(jīng)理葉鵬說：“這是一個系統(tǒng)工程，我們舉全油田之力，各部門通力配合，系統(tǒng)地集成了油田各項專業(yè)技術(shù)，最后才形成了化學(xué)驅(qū)技術(shù)系列和全套工藝體系。”在此過程中，他們克服了重重困難：針對現(xiàn)場作業(yè)中頻繁發(fā)生的卡泵、斷桿，他們研究出了采油泵防偏磨技術(shù)；針對采油井結(jié)垢，他們研發(fā)了清防垢劑系列產(chǎn)品和采油井復(fù)雜垢質(zhì)清防垢舉升工藝；針對深油層注入堵塞，他們研究出了油層分類精準(zhǔn)注入工藝和油層改造方案；針對化學(xué)驅(qū)采出液油水分離難問題，他們揭示出新生納米礦物的吸附作用是采出液難分離的主控因素，研發(fā)了采出液處理系列化學(xué)藥劑和專用設(shè)備……從走出實驗室，到現(xiàn)場小試、中試，再到大規(guī)模應(yīng)用，研發(fā)團(tuán)隊一路都在爬坡過坎。2014 年，在油田黨委全力支持、各部門齊心協(xié)力之下，大慶油田終于成功打通了三元復(fù)合驅(qū)采油全產(chǎn)業(yè)鏈，三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)實現(xiàn)規(guī)模化工業(yè)推廣，工業(yè)應(yīng)用采收率比水驅(qū)提高20 個百分點，比聚合物驅(qū)增加10個百分點，年產(chǎn)原油連續(xù)8 年超過400 萬噸，占油田化學(xué)驅(qū)油年產(chǎn)量的三分之一強(qiáng)，實現(xiàn)了化學(xué)驅(qū)技術(shù)的升級換代。

大慶油田在特高含水、特高采出程度的極限開采條件下，通過化學(xué)驅(qū)大幅度提高原油采收率，使主力油田采收率突破60%，達(dá)到國際領(lǐng)先水平，創(chuàng)造了中國石油開發(fā)史上的新奇跡。

然而，研發(fā)團(tuán)隊依然在路上。居安思危，他們在思索新的問題：三采之后怎么辦？程杰成院士說：“三采之后，油層中還存留著至少30%的原油，我們現(xiàn)在的研究課題就是如何更進(jìn)一步把它開采出來。”四次采油是世界性的油田開發(fā)難題，此前是“無人區(qū)”。針對這一超級難題，葉鵬、韓培慧等研發(fā)團(tuán)隊成員系統(tǒng)剖析了118個化學(xué)驅(qū)后區(qū)塊，分析了近3萬口油井的數(shù)據(jù)，明確了化學(xué)驅(qū)后剩余油藏分布規(guī)律，結(jié)合化學(xué)驅(qū)后的油層特點，針對性地研發(fā)出堵—調(diào)—驅(qū)結(jié)合四次采油技術(shù)，在世界范圍內(nèi)開創(chuàng)了四次采油技術(shù)先河。

辛勤耕耘，終有碩果累累。2024 年1 月19 日，“國家工程師獎”表彰大會在人民大會堂舉行，接力拼搏了四十年的大慶油田化學(xué)驅(qū)油技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊被授予“國家卓越工程師團(tuán)隊”稱號。這是以黨中央、國務(wù)院的名義首次開展“國家工程師獎”表彰，足以看出這項表彰的規(guī)格之高、分量之重。作為大慶精神（鐵人精神）的接力者，科研團(tuán)隊早已形成將個人榮辱與油田發(fā)展綁定在一起、將個人命運(yùn)與國家富強(qiáng)結(jié)合在一起的政治自覺。“提高采收率技術(shù)研究沒有止境，我們還有很長的路要走。”這是他們獲獎后的感言，語氣平實，卻情懷無限。