油田化学品上下游一体化创新联合体建设与探索

王勋杰，刘青，王玉新，刘寒

(1.中国石油休斯敦技术研究中心；2.中国石油集团工程技术研究院）

根据中国“富煤、缺油、少气”的能源结构特点，国家《能源发展战略行动计划（2021－2025年）》提出，在发展绿色清洁能源的基础上，要求稳步提高中国的石油产量，大力发展天然气，加快常规天然气勘探开发，重点突破页岩气和煤层气开发。因此，与bp为代表的世界大型石油公司逐步放弃油气开采业务转而发展新能源业务不同，以中国石油天然气集团有限公司（简称中国石油）为代表的油气企业，将采取保持老油气田稳产、加大常规和非常规油气勘探开发等一系列增储上产战略。化学驱是非常规油气开发和老油田三次采油提高采收率的核心技术之一，在中国石油上游“稳油增气”和下游“减油增化”过程中占有重要地位。油田化学品广泛应用在油气钻探、储层改造、采油和集输、水质处理等过程中，主要包括通用的酸碱类产品、精细化的聚合物和表面活性剂类产品，例如压裂用降阻剂、油藏调剖剂、驱油用表面活性剂等。在实施增储上产战略的过程中，油田化学品作为油田高效勘探开发的重要支撑技术产品，必将迎来极其重要的发展机遇期。同时，很多油田化学品具有从原油中生产出来后又作为增产助剂注回油藏中使用的特点，该领域属于低碳产业，也是精细化工领域发展的重要方向。

1 精细油田化学品发展面临巨大的机遇和挑战

1.1 机遇

中国石油的业务包括油气勘探开发、炼化销售、新能源和新材料等，中国石油是具有上下游一体化鲜明特征的综合性国际能源公司，公司的油气勘探开发业务对油田化学品特别是精细油田化学品具有重大需求。

首先，非常规油气开发对油田化学品的需求增长迅速。面对中国石油对外依存度超过70%、天然气对外依存度超过40%的严峻形势，中国石油响应国家号召，在上游业务中积极实施“稳油增气”战略，在西南、新疆、大庆重点区域大力加快非常规油气的勘探开发。通常，非常规油气藏的资源品质比较低，必须进行储层改造以增加产量，保证效益开发。非常规油气开发对各种油田化学品的需求呈现出数量大、连年增长的趋势。以滑溜水压裂液（降阻剂）为例，其作为水力压裂工艺中所需的基础物料和关键技术，直接决定压裂和储层增产的效果。在“十三五”期间，滑溜水压裂液需求由初期的每年500余口井增至末期的每年2000口井以上，年增长均超过150%，呈现快速增长的趋势，据估算，市场规模每年可达10亿元以上。

其次，老油田的持续稳产对化学品的需求强劲。大庆、长庆、辽河等老油田已经进入注水开发后期，主力油藏普遍进入高含水期和特高含水期。在大庆等油田的试验和生产表明，三次采油各项技术及组合能够大幅度提高采收率，是中、高渗油藏提高采收率的主要攻关方向[1]。2021年中国石油的国内原油产量约为1亿吨，三次采油中的化学驱每年产油量贡献超过1000万吨，是老油田稳产的重要支柱之一。各油田实施的各类提高采收率措施中，调剖剂、表活剂等入井总液量达到每年近5000万立方米；随着对油藏研究的深入，对长效调堵剂、低碱驱油剂、三元复合驱化学剂等高端油田化学品的需求日益增加。

最后，在下游业务中，中国成品油生产加工能力已经呈现过剩的趋势，加之电动汽车保有量快速增长带来的成品油消费量下降，“减油增化”是下游业务转型的重要发展战略，油田化学品无疑是“增化”的重要选项。

1.2 挑战

中国石油上游业务对油田化学品的需求日益增长，但相关研发和生产能力不能满足需求。

首先，中国石油油田化学品业务起步较晚，生产厂家多、规模小，且多由各油田、钻探企业的三产单位转化和重组形成，生产和经营仅局限在所属油田；缺乏高水平研究人员及相应的研发能力，产品更新速度慢，难以适应当今油藏开发的个性化需求。各单位的工艺多在低水平层次上维持，部分企业过度追求市场利益，放弃了研发、中试（产品正式投产前的试验，即中间阶段的试验）和生产等核心业务，仅从事产品复配等低端业务。

其次，研发力量局限在上游，专业研发能力严重不足。目前中国石油从事油田化学品的研发单位，多为集团上游的直属研究单位、各油田公司、钻探企业研究院的相关研究所/室，相对于中国石油石油化工研究院、大庆石化等下游专业研究单位和生产单位，专业队伍的研究力量严重不足，先进设备也比较缺乏；由于历史和分工原因，下游的专业研究人员对油田化学品了解少、参与少，基本不具备油田化学品的研发和中试能力。

再次，科研项目的研发模式单一，成果转化困难。目前的研发项目多由研究院所的科研人员承担研发、试制和技术推广的全部业务，但科研院所大都没有中试车间，在集团内部也很难找到具有中试生产能力的单位、试验设施和具备经验的人员，多数情况下由民营企业承担中试乃至生产任务。在中国现有知识产权保护环境下，研究单位很难从中试厂家拿到全部的工艺参数、全套的生产流程和工艺包，研究成果和技术等知识产权流失的风险高。中国石油休斯敦技术研究中心（下称休斯敦中心）研发的高效降阻剂技术，中试也遇到了上述困难，在民营企业完成中试后，未能拿到必需的工艺参数和工艺流程，导致研究成果难以在集团内部转化，科技创新被“最后一公里”卡了脖子。

此外，油田作为使用单位，由于在研发和中试时参与少，难以从技术上对产品质量进行实质监督，不能根据油藏特性筛选助剂，大多只是笼统地使用某种化学产品，严重影响油藏开发的效果。

斯伦贝谢、道达尔等国际先进企业，在油田化学品领域主要采用产品研发、中试和产品制造、支持与维护、客户服务的一体化技术创新模式，不仅重视应用市场和销售渠道建设，更加重视自主掌控产品配方、中试及生产工艺的核心参数和工艺包，高端油田化学品研发和生产实现良性循环。中国石油目前的油田化学品研究、中试和生产机制，造成相关单位的研究成果被搁置甚至流失，生产单位提供的化学产品技术含量低、迭代速度慢，研究与生产出现了“两张皮”“墙里开花墙外香”等现象，亟需进行机制创新，实现油田化学品的高质量发展。

2 上下游一体化创新联合体是实现油田化学品产业高质量发展的新机制

2018年，全国规模以上工业企业开展研发活动的占比为28.0%，全国高校院所中设立技术转移机构的占比为21.5%[2]，反映出中国大多数科研单位的研发成果转化、创造市场价值的能力不足，生产企业的科技水平受到限制。习近平总书记在中央财经委员会第二次会议上明确指出，支持龙头企业整合科研院所、高等院校力量，建立创新联合体；要发挥企业“出题者”作用，推进重点项目协同和研发活动一体化，加快构建龙头企业牵头、高校院所支撑、各创新主体相互协同的创新联合体，发展高效强大的共性技术供给体系，提高科技成果转化成效；要围绕产业链部署创新链、围绕创新链布局产业链，推动经济高质量发展迈出更大步伐。

2020年3月，中国石油集团董事长戴厚良视察石油科技园时提出“发挥集团公司上中下游一体化优势”的要求，批准成立上下游创新联合体开展油田用化工新材料产品的联合研发和产业化工作。在集团公司统一领导和部署下，休斯敦中心联合大庆油田、长庆油田、中国石油石油化工研究院、大庆石化、寰球工程公司吉林分公司等集团内部的优势单位，紧紧围绕完善中国特色现代化企业制度，采用研－产－用一体化模式整合集团公司内部油田化学品的研发单位、生产单位和使用单位，相继成立了压裂用新型耐盐压裂降阻剂、水驱油田高效调堵剂、钻完井专用橡胶材料和井下工具用特种氢化丁腈橡胶材料等多个上下游一体化的创新联合体，建立自主掌握油田化学品核心研发技术和生产工艺的新业态。实施过程以现场需求为导向，依托集团内部力量研发新产品和高端产品，通过完善产业链、优化价值链等举措中试新产品并推广应用新产品，努力推动油田化学品研发－中试－生产－使用的良性循环，打造世界一流水平的油田化学品产业。2021年4月成立的“新型耐盐压裂降阻剂创新联合体”，由休斯敦中心和长庆油田牵头，联合中国石油石油化工研究院、寰球公司吉林分公司等优势单位，共同申请和承担了“新型耐盐压裂降阻剂工业化生产技术及现场试验”项目，在国内转化休斯敦中心在国外自主创新的研究成果，成为落实集团公司上下游创新联合体的第一个项目和早期收获项目。通过1年多的努力，联合体已经高效完成了降阻剂的中试生产，形成了千吨级生产工艺包，产品在西南油气田、长庆油田多口井的现场试验评价中效果良好，完全达到了项目设计的要求，将在更多应用场景验证后加快规模推广和应用。

上下游一体化创新联合体是中国石油科研创新模式的深刻变革，是研发、生产和现场应用等多学科交叉融合的科技创新举措。通过联合不同板块间优势企业，跨组织创新、协同创新、建立创新生态网络，解决了以往单个企业仅凭自身能力难以解决的创新链、产业链融合发展的问题，快速突破高端油田化学品的关键核心技术并实现了自主可控，形成了原始创新的强大合力。

3 “三链”融合打造油田化学品上下游一体化创新联合体

中国的科技创新工作经过多年的发展，已经取得了重大成就，进入了以原始创新、集成创新为标志的新阶段。这要求创新工作需要立足国际前沿，在原始创新上取得新突破并在产业实践中实现跨越式发展。在“新型耐盐压裂降阻剂创新联合体”中，以长庆油田等单位对高效降阻剂的现场需求为出发点，以休斯敦中心的研究成果为技术源头，以长庆化工集团为技术转化和生产基地，依托“新型耐盐压裂降阻剂工业化生产技术及现场试验”工业化生产项目，上下游6家单位（休斯敦中心、长庆油田油气工艺研究院、长庆化工集团、中国石油石油化工研究院、寰球工程公司吉林分公司、中国石油工程技术研究院康布尔公司）发挥各自的优势，共同建设研－产－用一体化的新联合体。在以联合体为平台共同推进降阻剂项目的过程中，项目在集团公司科技管理部的支持下，分别整合了上游、下游领域内降阻剂研发、中试、生产、现场评价和商业应用的各种资源，重建和优化了中试和生产的核心工艺流程，培养了一批油田化学品研究和生产的专业人才，在“三链”（创新链、产业链和价值链）统一布局和融合发展上先行先试，实现了新型降阻剂技术的研－产－用一体化攻关和发展。

3.1 以项目为载体建设和优化创新链

创新链是新思想新发明的产生、新产品的设计开发、新的生产流程、新的营销策略和新市场的开发扩散等环环相扣的一系列职能活动的序列集合[3]。创新链建设和优化的核心是在联合体内设立共同的研发项目和统一的创新平台，打通研发单位、产品中试与生产单位、销售单位和用户间的技术联系与合作，分别在知识创新、技术创新和营销创新等环节中发挥各自优势，成立联合研发团队，在项目各课题中交叉安排骨干人员承担任务，相互学习、交流和协作，实现技术的原始创新和集成创新向更高的水平发展，推动联合体各成员的技术升级和持续迭代。

1）在知识创新环节。休斯敦中心充分发挥国外专家在原始创新中的引领作用，围绕聚合物增稠理论、降阻原理和储层伤害机理等核心技术，结合油气田开发工艺技术，通过高分子特征功能基团调控及反相乳液聚合技术，研发低成本、低伤害、高降阻、高耐盐的降阻剂产品，获得了美国和中国的发明专利。中国石油石油化工研究院是集团公司下游领域的直属研究院，该院建立了从分子设计、催化剂筛选、工艺优化、中试验证到工业生产的开发体系，拥有大批具有专业合成能力和丰富经验的专家，在创新中发挥了良好的技术承接能力，在休斯敦中心专家指导下完成了在国内重复进行小试（即根据试验室效果进行放大试验）和分析的工作。

2）在技术创新环节。技术创新成果是创新活动的直接体现，直接决定技术创新水平的高低。创新联合体的技术创新成果目标，明确为以现有釜式设备中试和定型生产降阻剂产品，形成千吨级生产工艺包，其中突破和形成稳定的中试工艺是创新链中所欠缺的关键环节。集团公司内部单位并不具备反相乳液聚合物中试的能力，而且休斯敦中心在国内外5家企业中试合作中，仅掌握乳化剂HLB值（表面活性剂亲水/亲油平衡值）、引发剂种类及反相剂EO比（指高分子链中的氧乙烯和氧丙乙烯嵌段的质量比）等部分流程的关键指标，缺乏已完成的完整的中试资料和生产工艺包。在集团公司科技管理部的大力支持下，由创新联合体6家单位共同申请“新型耐盐压裂降阻剂工业化生产技术及现场试验”工业化生产项目，以项目为载体组建创新联合体。在项目实施过程中，建立项目管理周例会、技术交流专题会、现场集中办公等制度，通过充分的技术交流来培养人才，通过技术攻关补全创新链缺失的关键环节并形成优化的工艺流程。通过休斯敦中心、中国石油石油化工研究院、长庆化工集团和寰球工程公司吉林分公司等单位20多名专家和现场技术人员一年多的共同努力，在经历10余次小试实验、8次中试试验后按计划取得中试的成功，生产出质量合格的降阻剂产品，确定各工艺流程的关键参数，形成了稳定的工艺流程并开发出生产工艺包，为工业化生产和市场推动奠定了坚实的基础。

3）在营销创新环节。长庆油田油气工艺研究院和休斯敦中心提前进行技术对接，充分结合中、美专家在降阻剂现场试验的技术和经验，建立了系统科学的产品试验流程和方案，快速完成现场试验及评价工作，为产品定型和持续改进奠定了基础。在营销渠道建设上，长庆化工集团将利用现有营销渠道在长庆油田推广应用产品，中国石油工程技术研究院康布尔公司发挥渠道和技术服务优势，通过申请集团优势产品资质等方式在西南、新疆等油田开展产品推广工作，为产品的快速推广应用提供坚实的市场保障。“新型耐盐压裂降阻剂创新联合体”以项目为载体，突出创新驱动和市场导向，充分发挥各优势单位在知识创新、技术创新和营销创新方面的优势，共同打造创新链（见图1），建立了中国石油高端降阻剂研－产－用一体化的创新模式。

图1 “新型耐盐压裂降阻剂创新联合体”创新链结构

3.2 以企业为主体建设和优化产业链

产业链是指在某一产业领域中，由于生产活动分工角色的差异，企业之间形成的生产和技术联系，其实质是不同企业之间的供需关系[4]。产业链向上延伸，可进入技术研发领域，向下可延伸到市场和最终用户。在“新型耐盐压裂降阻剂创新联合体”中，以生产单位长庆化工集团作为产业链的基础，向上串联起研发单元（休斯敦中心和中国石油石油化工研究院），向下串联起销售服务单元中国石油工程技术研究院康布尔公司）和终端用户长庆油田油气工艺研究院。在创新联合体组建初期，休斯敦中心和长庆化工集团初次接触后，就明确了双方联合的优势并逐步细化了合作意向。在集团公司科技管理部指导和帮助下，产业链在纵向上不断优化和完善，中国石油石油化工研究院作为小试和实验分析主体加入联合体，寰球工程公司吉林分公司作为工艺包开发者加入联合体，同时长庆油田油气工艺研究院和中国石油工程技术研究院康布尔公司作为用户和销售服务单位加入联合体，打通了研发、小试、中试、生产、评价和应用、服务和销售等环节，形成功能完善的上下游一体化联合体。

创新联合体在产业链建设和完善方面优势明显。1）通过以研发和生产企业为牵头单位，有效整合集团公司在油田化学品方面的优势资源，满足打通产业链的基本要求。2）可以集中优势资源，仅投入少量资金进行设备改造升级并开展技术攻关，解决没有降阻剂反相乳液中试能力的问题，补上产业链中缺失的中试环节。实践证明通过加强创新联合体的纵向联合攻关，可以通过较小投入成功消除产业链某个关键环节被卡的窘境。3）以产品和市场为纽带，各单位能够在保持业务大格局不变的前提下，通过细化分工和纵向联合，在产业链中分别寻找到各自的角色，解决了研发单位科技成果转化不佳、生产单位科研投入不足等长期困扰企业发展的难题，明确和稳定了联合体内各单位之间的供求关系，强化和拓展了联合体的市场竞争力。各单位在“新型耐盐压裂降阻剂创新联合体”产业链中的角色见图2。

图2 “新型耐盐压裂降阻剂创新联合体”产业链角色

3.3 顶层设计引领和优化价值链

价值链是企业的一系列价值增值活动的有序集合，由不同的价值单元将研发、生产、销售、售后、循环等一系列价值活动集合起来实现价值的增值[5]。随着当前社会分工的日益细化，产业环境日益复杂，企业的竞争不仅仅表现在内部价值链上，还表现在各种外部价值活动上，一家单位难以支撑起价值链上的所有关键活动。

“新型耐盐压裂降阻剂创新联合体”内部各单位通过对降阻剂产品价值链的梳理，就合作和价值分享原则达成一致。1）充分尊重知识产权，充分尊重原始创新，以技术创新作为产品发展和价值衡量的重要基础。在项目实施的初期，根据集团公司相关的政策规定，充分衡量各方的价值链角色、创新贡献和资产投入等因素，通过充分协商达成分配协议，签订技术权益分配协议和技术保密协议。2）优化产品的价值链结构，站在集团公司整体利益最大化的角度进行项目的顶层设计，有效控制项目投入，确保产品的市场竞争力。各单位通过在项目中的具体角色定位，厘清内部价值创造活动并进行合理优化，明确联合体中研发、中试和生产、现场评价和销售使用等环节的作用及投入要求，以闲置设备和厂房改造为主，严控资本化投入，科学制定项目的技术路线和保障措施，确保产品的研制速度和市场竞争力。3）在各企业内部根据项目的角色定位，强化优势技术和人力资源，发挥长板优势，减少和弱化不擅长、不具有竞争力的业务环节，通过纵向联合发挥集团公司上下游一体化的优势作用，实现创新联合体内部的互利共赢。在联合体价值链上，休斯敦中心聚焦于国际上降阻剂研发的新方向，提出降阻剂产品研发的新理念并开发出高效产品配方；中国石油石油化工研究院聚焦于承接休斯敦中心研发成果、在国内完成小试、制定中试方案，持续研发适合于不同油藏的定制性产品；长庆化工集团聚焦于中试并生产相关产品；长庆油田油气工艺研究院注重于更好更快地完成现场评价任务。通过集团公司内部价值链的整合和优化，降阻剂项目各单位在联合体内充分发挥各自的比较优势，减少了重复研发等资源浪费，所研发的降阻剂产品具有用量少、降阻效率高、耐盐可利用返排液配置、具有携砂功能、成本低和市场竞争力强等特点。

3.4 “三链”融合保障创新联合体协调发展

“新型耐盐压裂降阻剂创新联合体”作为中国石油创新联合体的早期收获项目，探索了创新链、产业链和价值链的建设流程，建立了上下游一体化研发、生产和应用的新机制，以企业为主体建立了风险共担、利益共享的项目运行机制，联合体内创新链、产业链和价值链协调发展，实现了围绕产业链部署创新链、围绕创新链布局产业链的总要求和总目标，有力促进了高端油田化学品产业的协同创新和良性发展。

一是在“新型耐盐压裂降阻剂工业化生产技术及现场试验”项目论证过程中，围绕生产高效、低成本降阻剂这个产业链目标部署创新链中的研发创新活动。围绕降阻剂的生产，通过梳理国内产品普遍存在的使用浓度大、降阻效率低、难耐高盐、成本高，压裂施工过程中能耗大、返排液无法循环使用等问题，筛选出科研创新攻关的方向和目标，集中研究力量解决降阻剂中试生产过程中关键工艺参数缺失、工艺放大生产中杂质含量高、致密油气藏开发缺乏致密储层适应性分析、缺乏现场高精度注入配套技术等问题，突出新思想、新方法和新生产流程的研究和探索，并作为产品价值提升的基础和产业建设的支撑力量。

二是围绕创新发明成果、技术发展的新动向部署产业链。对于降阻剂的产业链，从知识创新、技术创新和销售创新各个环节都有相关企业和人员负责，从体制和机制上保障了创新成果转化和产品销售落地。针对中试环节缺失所造成的产业链关键环节断裂的问题，集团公司科技管理部以攻关课题的形式予以支持，各单位协同成立联合攻关项目组，对设备进行改造并编制中试生产工艺包，在长庆化工集团重建了中试环节，补全了关键产业链。

三是从价值分析出发，充分发挥集团公司内部的设备、人力和技术资源优势，以“专业化发展、市场化运作、精益化管理、一体化统筹”为工作方针，确保创新链和产业链各单位在充分协作的基础上各司其职，充分发挥各自的比较优势，使各个单位所从事的科研、生产和评价应用等活动都能实现价值增值。“三链”相互融合、协调发展，解决了以往各单位“单打独斗”、从本位主义出发所产生的创新链和产业链错位和断裂的问题，以及重复研发、封闭创新、技术更新不足或停滞、产业链上关键环节缺失、产业空心化、过分追求商业利益等问题，较好地解决了科研创新与成果转化“两张皮”现象，确保降阻剂产品具有竞争力并逐步走上研－产－用一体化发展的良性循环道路。

4 经验和体会

在集团公司科技管理部的大力支持下，休斯敦中心联合集团公司各相关优势单位，在建立“新型耐盐压裂降阻剂创新联合体”的基础上，又陆续组建或参与了水驱油田高效调堵剂、钻完井专用橡胶材料、井下工具用特种氢化丁腈橡胶材料等多个上下游一体化创新联合体。在创新联合体的组建和实施过程中，有如下几点经验和体会。

一是坚持以企业为主角组建创新联合体。企业为主体，有利于促进研发创新与生产转化的高效融合，有利于通过平等协商关照各方诉求，有利于更敏锐地抓住产业变革中的创新机会，通过团队共建、设施共享、风险共担、资源共用，可以快速高效地取得技术和价值突破。

二是加强统一领导和支持。上下游创新联合体是一种新型的联合创新的组织形式，在集团公司内部没有成功案例和发展路径可供借鉴，集团总部在联合体项目的顶层设计中对各单位的统一领导，在项目设立、资金支持、跨板块协调上给予政策支持，是联合体项目高效开展的坚实保障。

三是充分发挥集团公司一体化的优势。在集团公司内部组建创新联合体，便于科研设施设备、研究人员的优化整合等创新要素的集聚，便于实现从“各自为战”向“集团军作战”转变，从“物理相邻”向“化学相融”转变[6]；在集团公司统一创新创效制度框架下，易于建立知识产权分享机制和风险共担利益共享机制，将法律和运营风险降到最低。

四是以人为本，加强创新型人才和团队培养。创新的产生并非一蹴而就，创新链需要人来搭建，创新联合体成功的关键在于研发、生产和应用各环节专业人才的培养，这也是创新联合体成立的首要目的。在“新型耐盐压裂降阻剂创新联合体”组建和实施过程中，上下游业务的复合型人才在技术交流中起到重要的催化作用；具有战略眼光的经营管理人才，在联合体项目管理制度建立、项目风险管控、团队建设中发挥了重要作用。