极限开采条件下诞生石油工业新奇迹——记大庆油田化学驱油技术研发团队

■ 本刊全媒体记者 姜明广

能源安全关系我国经济社会发展全局，是最重要的安全之一。2023 年，中国石油大庆油田实现原油连续9 年3000 万吨以上硬稳产，在保障国家能源安全中发挥了“顶梁柱”作用。从2002年开始，大庆油田在开发对象逐渐变差、开采难度不断提升的背景下，坚持为国分忧，以科技创新保稳产，成功遏制了产量下滑局面，大庆油田三次采油年产量连续22年超千万吨，成为原油稳产、端牢能源饭碗的坚强保障，让石油会战的鲜红旗帜始终飘扬在为祖国建设贡献25 亿多吨原油的热土上。这份来之不易的“成绩单”的背后是一支常年在实验室里探索、在生产一线求证的科研团队——大庆油田化学驱油技术研发团队。

科研自信，方能科技自强

啃下科技攻关“硬骨头”，才能释放能源资源开发潜力。“大庆油田投产初期的自喷期持续时间很短。任何油田仅依靠天然能量开发，均难以提高原油采收率，自喷法采油难以为继，必须开始向科学技术要效益。”大庆油田勘探开发研究院技术专家侯兆伟介绍。

从20 世纪60 年代初期，大庆油田就开始研发水驱采油技术。20世纪70年代，一面是国家急需更多的原油，一面是随着开采程度加大，油井平均含水明显上升，油田开发面临严峻考验。3000多个日夜，科研团队白天跑井，晚上做分析，通过不断实验，总结出“非均匀”注采理论和方法，发展形成了“六分四清”分层开采调整控制应用技术。从1976年起，大庆油田连续27年年产原油5000万吨以上。

稳产保效，注好水、保持地层能量是关键。注水开发过程中，注入水优先进入高渗的大孔隙，一旦水在油井沿高渗透层突破，就会形成低效、无效循环，导致波及体积小，难以进一步提升采收率。大庆油田属于陆相多层砂岩非均质油藏，水驱最高能采出40%左右的原油。要进一步开采，需在二次采油基础上向地下注入其他驱替物质，改变储层中岩石、油、气、地层水的相互作用方式，把仅靠注水无法采出的原油采出来，从而大幅度提高原油采收率，即三次采油，三次采油技术是老油田大幅度提高原油采收率的重要技术手段。随着逐年开采，大庆油田储油层中的原油越来越少且更加分散，开采难度节节攀升。为接续高产稳产，科研团队瞄准深藏在超小孔隙中的原油。要把它们“挤”出来，就需要尝试聚合物驱油法。

当时，国际上已经有一些研究机构做过很多相关研究。一些权威机构认为，聚合物驱相比水驱，仅能提升原油采收率2～5个百分点，成本高，经济效益差。因此，当时国际上已经基本放弃了聚合物驱油法。

要把不可能变成可能，就必须勇于尝试。为确保原油稳产，大庆油田一往无前，于20 世纪80年代初展开对第一代化学驱油技术——聚合物驱技术的攻关。当时没有来自外界的技术支持，只能靠自己一点点摸索。

采油作业区巡检、取样 （许书晨/摄）

中国工程院院士、大庆油田化学驱油技术研发团队带头人程杰成回忆，1983 年，他加入大庆油田勘探开发研究院聚合物驱研究组，研究组在王德民院士主持下，经历了重重困难，从一次次失败中吸取教训，在一项项实验中积累经验，夜以继日、废寝忘食，向科研难关发起了一次又一次冲锋。无论经历多少次失败，这支团队始终坚定不移，决心要研发出适合大庆油田实际、属于中国人自己的聚合物驱油技术。

“如果我们的科研想取得成功，首先得相信自己能够成功。只有建立科研自信，才能科技自立自强。”程杰成院士说。在大庆精神（铁人精神）和科研自信的鼓舞下，研发团队的辛勤汗水终于浇灌出梦想之花。他们经过上万次实验，创新提出了聚合物黏弹性驱油理论，发展形成了聚合物与油层匹配关系理论。

当时国际上聚合物驱传统理论认为，聚合物溶液与原油黏度比为1时就能达到均匀驱替，为避免堵塞油层，聚合物相对分子质量应低于600 万。因此，实际应用时使用的聚合物相对分子质量低、溶液黏度低，提高采收率效果不佳。

每项科研成果的诞生都离不开无数次实验、无数次失败、无数次新思路“灵光一现”。经过大量实验和论证，大庆油田化学驱油技术研发团队研究发现油层条件下聚合物溶液与原油黏度比大于4 时，采收率可比水驱提高10%以上，油层孔隙半径大于聚合物分子水动力学半径5倍时就不堵油层的规律。因此，在实际应用时将聚合物相对分子质量由600 万提高到1500 万以上，现场试验节省聚合物用量30%，采收率比水驱提高10.5%，一举突破传统理论束缚，翻开了化学驱油技术的新篇章。

通过发展理论、创新技术、制定标准，首个聚合物驱工业应用技术体系在大庆油田建成。1996 年，大庆油田开始大规模应用聚合物驱。1998 年，大庆油田聚合物驱油技术获得国家科学技术进步一等奖。

坚持“三超”，高举会战红旗

在大庆油田勘探开发研究院的“三超”文化展厅里，墙壁上醒目地书写着几个大字：“超越权威、超越前人、超越自我”。“三超”精神是大庆油田科技人员在自主创新实践中凝炼总结的，是支持大庆油田化学驱油技术研发团队风雨兼程的精神支柱。

科学技术的发展进步，不仅需要破除权威迷信，更需要破除对自身过往经验的路径依赖。研发团队攻克聚合物驱技术难关，但这并不意味着他们一劳永逸地解决了所有问题。进入新世纪，大庆油田已全面进入高含水开发后期，采出液含水率高达90%以上，这种情况下的开采就相当于“水中捞油”。研发团队尊重科技、依靠科技，自主创新、持续创新，不断涵养油田发展建设的动力源泉，他们顾不上为昨天的成绩欣喜，而是继续埋头提升三采技术，瞄准三采战略性接替技术——三元复合驱。

三元复合驱是将由碱、聚合物、表面活性剂组合成的化学剂注入地下，实现原油高效开发的接替性技术方案。加入表面活性剂是为了降低油水界面张力、提升“洗”油效率，从而把用水驱、聚合物驱难以开采出的原油更进一步地驱替出来。

1984 年，大庆油田曾与外国一家研究机构合作，研究在大庆油田采用三元复合驱的可行方案。但外国专家在实地勘测和论证后，发现大庆的原油酸值低，假如应用三元复合驱，就需要大量注入表面活性剂。进口表面活性剂价格高昂，达两万元一吨。这“就相当于向地下注入‘美元’，换出‘人民币’”。他们为大庆油田三元复合驱判了“死刑”，说：“你们还是忘了三元复合驱吧。”

1986 年，国际原油价格暴跌，此后相当长一段时期市场表现一直疲软。有人说，我们向国外买原油就好了，何必消耗大量人力财力研究三元复合驱。但研发团队不迷信权威论断，也不因流言气馁，更不受外界干扰，埋头苦干，一心要攻克三元复合驱技术。程杰成院士回忆当时情形说：“那是因为这项技术实在太重要了。石油是重要战略资源，我们不能放弃主动权，完全依赖国际市场解决原油供给。为了国家，为了油田，我们一定要攻克这项技术。油田党委非常认可我们的想法，一直鼓励支持我们坚持研发。”

校对注入井配注牌 （许书晨/摄）

关键核心技术事关创新主动权、发展主动权，也事关国家经济安全、国防安全和其他安全。经过大量实验和理论分析，研发团队揭示了原油中杂环化合物在碱性环境下与外加表面活性剂协同作用形成超低界面张力机理，发现了表面活性剂与原油定量匹配关系，打破了依赖原油酸值的传统理论，找到了开采低酸性原油应用三元复合驱的技术路径，得出“三元复合驱在大庆不但可行，而且效益可观”的结论，为油田进一步提高采收率找到了突破口。这对于面临储采失衡、储量品质变差、开发成本不断上涨等严峻挑战的大庆油田来说，犹如开辟了一个崭新的世界。

“只要祖国需要，我必全力以赴。”这是20世纪60 年代初国家既缺油又缺钱时，大庆油田会战队伍的壮志豪情。大庆精神是胸怀全局、为国分忧的奉献精神，这种精神早已熔铸进石油人的血脉。程杰成院士说：“大庆油田化学驱研发过程中的几乎全部关键节点，都没得到过国际权威机构的任何支持，甚至是在他们的否定下起步的，是‘三超’精神支持着我们一路走过来，更是建设百年油田、保障能源安全的宏伟目标激励着我们坚持下去。”

居安思危，打造百年油田

随着开采难度的不断提高，大庆油田扩大三元复合驱的应用规模势在必行。但具体实施起来难度很大，最大的难点在于表面活性剂。不降低表面活性剂成本，三元复合驱就难以广泛应用于三采。1998 年，研发团队开始在没有技术基础的条件下，自主研发表面活性剂。

当时，国外的一些研发机构认为，大庆油田一无技术二无相关上下游产品配套，要研究出实用的表面活性剂，“比登天还难”。但科研团队不这样认为，大庆油田在以往的发展史上已经创造了无数奇迹，那些外国人说不行的，到了大庆几乎都变成了“行”。大庆油田勘探开发研究院技术专家杨振宇、伍晓林等人从辽宁省抚顺市的一家洗涤剂厂拿回了洗涤剂生产线的剩余废料，用土办法开始了艰辛的实验。研发团队燃灯继晷、席不暇暖，前后历时一年，几乎每天都要同步进行100 多次实验，共计实验5600余次，终于从“废料”中发现合成表面活性剂所需成分，并通过精馏切割将其分离出来，成功合成了拥有全部自主知识产权的国产表面活性剂。2000 年，基于三元复合驱技术的现场试验结果令人欢欣鼓舞：自主研发的表面活性剂在三采中表现上佳，不输于进口同类产品，采收率比水驱提高20%，表面活性剂用量降低20%以上。

不过，一项全新的技术要从实验室中走出来，大规模应用到生产中，还需要一个漫长过程。大庆油田提高采收率项目经理部经理叶鹏说：“这是一个系统工程，我们举全油田之力，各部门通力配合，系统地集成了油田各项专业技术，最后才形成了化学驱技术系列和全套工艺体系。”在此过程中，他们克服了重重困难：针对现场作业中频繁发生的卡泵、断杆，他们研究出了采油泵防偏磨技术；针对采油井结垢，他们研发了清防垢剂系列产品和采油井复杂垢质清防垢举升工艺；针对深油层注入堵塞，他们研究出了油层分类精准注入工艺和油层改造方案；针对化学驱采出液油水分离难问题，他们揭示出新生纳米矿物的吸附作用是采出液难分离的主控因素，研发了采出液处理系列化学药剂和专用设备……从走出实验室，到现场小试、中试，再到大规模应用，研发团队一路都在爬坡过坎。2014 年，在油田党委全力支持、各部门齐心协力之下，大庆油田终于成功打通了三元复合驱采油全产业链，三元复合驱技术实现规模化工业推广，工业应用采收率比水驱提高20 个百分点，比聚合物驱增加10个百分点，年产原油连续8 年超过400 万吨，占油田化学驱油年产量的三分之一强，实现了化学驱技术的升级换代。

大庆油田在特高含水、特高采出程度的极限开采条件下，通过化学驱大幅度提高原油采收率，使主力油田采收率突破60%，达到国际领先水平，创造了中国石油开发史上的新奇迹。

然而，研发团队依然在路上。居安思危，他们在思索新的问题：三采之后怎么办？程杰成院士说：“三采之后，油层中还存留着至少30%的原油，我们现在的研究课题就是如何更进一步把它开采出来。”四次采油是世界性的油田开发难题，此前是“无人区”。针对这一超级难题，叶鹏、韩培慧等研发团队成员系统剖析了118个化学驱后区块，分析了近3万口油井的数据，明确了化学驱后剩余油藏分布规律，结合化学驱后的油层特点，针对性地研发出堵—调—驱结合四次采油技术，在世界范围内开创了四次采油技术先河。

辛勤耕耘，终有硕果累累。2024 年1 月19 日，“国家工程师奖”表彰大会在人民大会堂举行，接力拼搏了四十年的大庆油田化学驱油技术研发团队被授予“国家卓越工程师团队”称号。这是以党中央、国务院的名义首次开展“国家工程师奖”表彰，足以看出这项表彰的规格之高、分量之重。作为大庆精神（铁人精神）的接力者，科研团队早已形成将个人荣辱与油田发展绑定在一起、将个人命运与国家富强结合在一起的政治自觉。“提高采收率技术研究没有止境，我们还有很长的路要走。”这是他们获奖后的感言，语气平实，却情怀无限。