老油田經過長期開采，主力油田陸續進入“高含水、高采出”階段，采收率要提高1個百分點，不亞于百米短跑成績提高0.1秒的難度。如何讓這些油田煥發活力，油氣產量保持穩產并“箭頭向上”的同時還能實現綠色低成本開發？十年磨一劍，中國石油勘探開發研究院提高采收率研究中心化學驅團隊找到了使經濟、社會效益雙豐收的答案。

依托國家重大專項和國家“973計劃”項目等一系列重大科研任務，團隊提高采收率研究中心副主任張群帶領大家自主創新突破了無堿二元化學復合驅大幅度提高采收率的核心技術瓶頸，由新型甜菜堿表面活性劑組成的驅油體系，如同超強“洗衣液”，把石頭縫里的油“洗”出來，提高采收率20個百分點以上，達到國際領先水平，助力我國驅油技術步入綠色發展新境界。

服務國家戰略需求，著力引領與推進技術迭代，把科研論文寫在井場，把創新動能注入石油生產一線，此團隊正持續向搶占化學復合驅科技前沿制高點奮力邁進。

張群在實驗中

半世紀探索

——化學驅的風雨60載

提高采收率是油氣開發工作的永恒主題，是推動油田產量效益雙提升的有力武器。據測算，中國石油國內原油采收率每提高1個百分點，可增加可采儲量2億噸，相當于新增探明儲量10億噸。將可采儲量轉化為效益產量，既是原油持續穩產的根本保障，更是新形勢下降低生產經營成本、提升油企內生動力的必由之路。

我國陸相沉積油藏非均質嚴重，原油黏度較高，天然能量不足，注水開發主力油田多數已處于高含水和高采出程度階段，但油田平均采收率僅為32%，約2/3地下原油儲量利用水驅技術難以采出，急需三次采油提高采收率新技術以保持原油產量的穩定提高。

“化學驅”是向注入水中加入化學劑，以改變驅替流體的物化性質及驅替流體與原油和巖石礦物之間的界面性質，從而有利于原油生產的一種采油方法。化學復合驅提高采收率技術作為國內三次采油主體技術，目前已處于世界領先水平，為老油田增儲穩產發揮了不可替代的作用，但走到這一步并非一朝一夕的工夫。中國石油勘探開發研究院的科研人員和大慶油田、新疆油田、大港油田、遼河油田、長慶油田等單位發揮引領作用，支撐油田實現聚合物驅和三元復合驅工業化的同時，也推動了化學驅的迭代更新。

化學驅走過了20世紀60年代初期至20世紀70年代中期的探索階段、20世紀70年代中期至20世紀80年代末期的優選方向階段后，于20世紀90年代初進入聚合物驅階段。后因突破了低酸值原油不適合三元復合驅的理論束縛，實現了高效廉價表面活性劑的自主生產，形成了配套工藝技術系列，21世紀初期至今進入復合驅攻關及規模化應用階段。

雖然目前三元化學復合驅在油田開發中扮演越來越重要的角色，但在“一窮二白”的基礎上實現突破，卻也走過了一段艱難歲月。

熟悉那段歷史的人知道，20世紀80年代初，外國專家曾對復合驅在大慶油田的應用判了“死刑”，認為大慶原油酸值低不適合三元復合驅，讓大慶油田把三元復合驅徹底摒棄。

權威論斷是在特定條件下形成的，可借鑒，但不能迷信。中石油科研人員不盲從、不放棄，經過大量實驗、理論分析，首次揭示了原油中雜環化合物在堿性環境下與外加表活劑協同作用形成超低界面張力機理，創建了表活劑與原油定量匹配關系，打破了依賴原油酸值的傳統理論，大幅度拓展了應用領域，得出“復合驅技術在大慶不但可行，而且效益可觀”的結論，為大慶油田進一步提高采收率找到了突破點。

做復合驅試驗最“卡脖子”的是表面活性劑，只能從美國進口，高昂的成本成為制約三元復合驅油技術工業化推廣的瓶頸。2000年，大慶油田自主生產三采用表面活性劑，但外國專家認為中國沒有合適的原料、工藝、設備，技術上完全處于空白，中國人想要研制出自己的表面活性劑幾乎不可能。

外國人能做到的，中國人不但要做到，還要做得更好！當時中石油科研團隊夜以繼日展開攻關，吃住在實驗室。經過上千次實驗、上萬次分析，實驗記錄本摞起來有一人多高，僅用不到1年時間，科研人員就完成了3年的工作量，為復合驅推廣應用贏得了主動。

沒有原料，就利用工業產品的下腳料代替；工藝設備不滿足，就獨創工藝。不懈攻關，科研人員成功研發出“國字號”表活劑，填補了國內空白，綜合性能優于國外同類產品，成本降低40%，為油田節省了大量引進資金。如今，三元復合驅已成為大慶油田和其他老油田提高采收率的接替技術。

然而由于油藏條件的苛刻化加劇，三元復合驅技術的局限性開始逐漸顯現。三元復合驅是通過在注入水中加入堿、低濃度的表活劑和聚合物的方法進行驅油。堿注入地下后，容易產生地層傷害、舉升系統結垢、采收液處理難等問題，難以適應復合驅技術發展的需要，也不符合日益嚴苛的環保要求。在此背景下，開發無堿技術被提上日程。

其實，早在十余年前，中國石油勘探開發研究院的科研人員就將此定為攻關目標。在袁士義院士、王德民院士等專家支持下，中國石油勘探開發研究院組建了一支平均年齡不到30歲的年輕團隊，由張群領銜專攻無堿二元復合驅技術難題，核心是研制高效、低廉、綠色表面活性劑。

有堿到無堿

——驅油步入綠色新境界

無堿二元驅技術可以充分利用聚合物流度控制能力和表活劑降低油水界面張力特性，既提高波及系數又提高驅油效率，進而大幅度提高采收率，相比于單一聚合物驅具有更高的提高采收率幅度；相比于三元復合驅，因為沒有堿的存在，沒有地層傷害等問題，可大幅度降低地面建設投資、人工操作成本和化學劑費用，具備技術、經濟和環保的多重優勢，是最具發展潛力的化學驅提高采收率技術之一。

張群（右）與同事觀察試劑

而限制二元復合驅技術發展的瓶頸是高效、廉價、環保二元驅表面活性劑的研制與生產。目前國際上二元驅技術仍處于室內攻關階段。國內遼河、新疆、長慶和勝利等油田相繼開展無堿二元驅技術攻關，主要采用原油餾分油為原料，利用三氧化硫磺化工藝，生產石油磺酸鹽產品，取得了初步效果。由于原油組分極其復雜，產品存在諸多問題，性能難以滿足二元驅技術需求。因此亟待加強二元驅表面活性劑的技術攻關，推動化學驅技術的升級換代，為持續保持我國化學驅技術的國際領先地位奠定基礎。

在沒有現成理論數據支撐的條件下，團隊不懼困難，瞄準“卡脖子”問題，展開了持續有效攻關。他們刻苦鉆研，經過上千次的分子設計與合成優化、上萬次的評價，最終成功研制出綜合性能達到國際領先水平的新型甜菜堿表活劑系列產品。

——他們發明了表面活性劑定量分子設計方法，研制出親油基含有芳香基團的長碳鏈磺基甜菜堿表面活性劑產品。相比于國內外同類產品，這一產品具備高效能（超低張力濃度低至0.025wt%）、耐溫（130℃）、耐鹽（30萬mg/L）的特點，不但適用于我國東部陸相常規油藏，而且適宜西部高礦化度、國外海相高溫高鹽油藏，解決了無堿驅油用表面活性劑在不同類型油藏條件下，難以獲得超低界面張力、優異抗吸附及耐鹽性能的難題。

——他們發明了有機質子酸催化長碳鏈（C>18）烷基化工藝和無水季銨化工藝，將反應轉化率分別提高到90%和99%；創新形成了新型甜菜堿工業生產技術，建成了具有完全自主知識產權、模塊化特點，年產1萬噸的新型甜菜堿表面活性劑中試裝置，實現了產品的系列化與工業化生產。

——他們還發明了乳液孔喉匹配與表活劑協同增效的乳化調控技術，研制出不同乳化強度的聚氧乙烯醚嵌段型非離子表面活性劑系列產品，創新形成性能調控與油藏匹配的無堿二元驅技術系列，解決了中低滲油藏注入困難與礫巖油藏非均質性強而導致的波及效率低的難題。與現有二元驅技術相比，相關技術進一步提高采收率5個百分點以上，為中低滲油藏和礫巖油藏大幅度提高采收率提供了針對性的無堿二元驅技術解決方案。

新型甜菜堿表面活性劑具有“高效、低成本、綠色”的特點，它的研制成功極大拓寬了復合驅技術的應用范圍，為復合驅技術升級換代奠定了堅實基礎；作為低油價形勢下實現“雙高”油田效益開發的現實途徑，使“雙高”老油田煥發了青春。技術在長慶、新疆等油田現場應用，效果顯著。其中，長慶北三區塊典型見效井含水由91.8%降至75.2%，累增油52 560噸，直接經濟效益1.314億元，預計這一技術在中石油覆蓋地質儲量30億噸以上，提高采收率18個百分點以上。

2012年，中國石油勘探開發研究院與大慶油田合作共同建成了國內唯一、年生產能力1萬噸的芳基烷基甜菜堿表面活性劑生產線，實現了產品大規模工業化生產。這一產品帶動大慶油田開普化工有限公司薩南化工分公司年創收6億元/年，實現凈利潤3000余萬元/年。根據生產試驗需求，預計到2025年，產品產銷量將突破5萬噸，拉動公司效益將超過1.5億元，應用價值巨大，市場前景廣闊。

截至目前，依托相關成果已發表高水平《科學引文索引》（SCI）論文21篇，授權發明專利30件，其中通過專利合作條約（PCT）申請獲得發明專利（美國）1件。成果獲中國專利優秀獎1項，省部級一等獎2項，局級一等獎4項、二等獎6項。成果還被認定為中石油技術秘密9項，入選2018年中石油十大科技進展及中石油2018年度自主創新重要產品目錄。

從有堿到無堿，明晰驅油機理，突破傳統理論束縛；從實驗到現場，聚焦甜菜堿，突破成本瓶頸；從做研究到建裝置，實現工業化生產，突破科學界限。勇于創新，勤于探索，化學驅團隊為我國驅油步入綠色新境界交上了一份滿意答卷。科研無止境，孜孜攀高峰，他們相信：山再高，往上攀，總能登頂；路再長，走下去，定能到達。

張群團隊合影

十年磨一劍

——書生蛻變石油人

“十年磨一劍”在未曾經歷過的人看來不過是輕松的“彈指一揮間”，但其中的酸甜苦辣團隊每個成員都有切身體會，挫折令人沮喪，但戰勝挫折，心中的成就感又令幸福感倍增。攻關在他們看來，在戰勝科研難題的同時更是在戰勝自我，歷經磨煉后獲得的是個人能力的全面提升。

作為團隊領銜人，張群記得剛入職時，老專家曾對他們一幫年輕人說：“你們身上還沒有油味。”起初，他們不理解是什么意思，隨著實踐的深入，他們明白了。干好這份工作，不是在實驗室里搖晃幾下瓶瓶罐罐就可以，必須深入一線跟油田打交道，了解油田真正需要什么。通過承擔大任務，深入油田、跑現場，將所做工作在油田落地生根，這幫年輕人逐漸從“一張白紙”的書生蛻變為有“油味”的石油人。

承擔第三代化學復合驅提高采收率技術攻關，這支年輕的團隊知難而上。有如此魄力扛下任務，一是團隊有領導的支持，二是年輕，初生牛犢不怕虎。

承擔重任就意味著要承受壓力，談起那些年的壓力，大家記憶猶新：“我們不光在完善裝置的技術包，實際上配方、合成路線優化、適應性評價也在繼續做，除此以外，為做技術推廣，我們還要跑油田市場。從頭到尾，全產業鏈的各個環節我們都涉及了。一年到頭，我們幾乎每周都要出差。”

那些年走南闖北，團隊去過上海、南京、鎮江、綿陽等，還到大慶、新疆、玉門、長慶等油田做技術推廣，走過了戈壁灘、黃土高坡、鹽堿灘、濕地。裝置建設的日子，他們每天守在工地，緊盯每個細節，害怕任何地方出紕漏。做評價實驗，自己搭設備做，一年做上百根巖心，摸規律，找解決問題的方法。

頂住壓力吃得苦，第三代化學驅無堿二元驅技術獲得重大突破的同時，隊伍拉起來了，人才也培養起來了。2009年至2013年成果在大慶做驗證，2014年成果成功用到了玉門油田。老領導懸著的心終于落了地，知道這幫年輕人能把東西做出來。

回望走過的路，大家坦言其實充滿曲折。從2012年接手任務到真正做成，團隊付出了比原來預估要大得多的工作量，幾個核心工藝實際上與之前設想相比都發生了翻天覆地的變化。“回過頭看，其實在工作推進中我們曾存在很大問題，許多困難沒有預先考慮到，只是一門心思想往前走。沒有準備，只能在做的過程中持續升級，不斷完善，最終建成的裝置幾乎不是按照原來的思路來的。”張群說。

攻關過程有成功也有失敗，遇到的最大坎就在解決界面張力問題上。當時復合驅的主流是用強堿、弱堿，課本里學的也是有堿體系。超低界面張力是復合驅中表活劑最主要的作用機理，也是評價表活劑適用性的先決條件。

無堿體系表活劑降低界面張力的技術方案不能按有堿的標準來評價，但起初他們未意識到這個問題，一直延續之前的標準。這導致他們忽視了理論的創新，研究幾近停滯。

但團隊成員堅信，從有堿到無堿是必然趨勢，只要攻克這項核心技術，就占領了化學復合驅的前沿制高點。沒有現成的理論數據支撐，那就自己摸索。團隊在研制3類十余種模型化合物的基礎上，通過動/靜態界面張力、界面擴張流變和分子動力學模擬等手段，闡明了超低界面張力熱力學平衡本質，以及堿、原油組分、無機鹽、溫度等因素對界面張力的作用規律；首次采用量子力學方法，在分子結構與影響表活劑界面張力的親水親油平衡值之間建立了定量化數學模型，有力指導低張力表活劑的設計與研制。至此，無堿體系下的表活劑設計研制有了理論、數據上的支撐，為其下一步研制奠定了堅實基礎。

能從根本上解決問題，得益于他們做事堅持刨根問底，常規做法做實驗，結果不好，他們就轉換思路從分子結構層面去想問題，力求追根溯源解決問題。

從分子層面想問題，團隊持續理論與技術創新，也在不斷優化表活劑產品——從最初只有一種表活劑，到形成了一套系列化、功能化產品，他們不光在追求超低界面張力，還有各種其他的功能，滿足不同的油水物性及油藏條件。

“我國原油從東部、中部到西部，組分千差萬別，尤為復雜，而且油藏條件更復雜，不可能靠一種產品打天下，必須根據油田需求進行不斷完善，低滲透、非常規、砂礫巖、碳酸巖鹽不同的油田適合什么樣的表面活性劑，我們就在分子層面設計什么產品。”張群說。

隨著表活劑現場試驗的擴大化和具備“工藝模塊化、生產廣普化、產品系列化”特點裝置的投產，團隊收獲了越來越多的掌聲與肯定，但他們清楚這不是終點，而是新起點。在加速推進無堿二元復合驅技術完善與進步的同時，他們已在攻關第四代接續技術。“就像兩萬五千里長征一樣，我們只是開了一個頭而已。”張群謙虛表示。

張群（左）與同事做現場討論

張群（左一）與團隊成員做討論

恒心追夢人

——挑戰采收率極限

“團隊里這些年輕人是做研究出身的，為了能把甜菜堿表活劑這事做成，他們還學建裝置，搞應用。從頭學起，跟專家學、在現場學，光學建裝置就學了6年，一年有2/3的時間在現場。”這是中國石油勘探開發研究院采收率研究所原所長馬德勝對他們的肯定。而年輕人的成長離不開前輩的提攜與支持。

張群坦言，敢于起用年輕人承擔重任，就是領導們的魄力，而在攻關過程中他們更是給予了年輕人無限的包容與鼓勵。

“死摳超低界面張力，驅油效果上不去時，我們也會自我否定，周圍也會有一些不同聲音，但是領導們給我們吃了定心丸，有他們在后面支持，我們才未放棄。”張群說，“他們不只是在做管理，還會親自去看巖心、測井曲線做研究，為年輕人提思路、提想法。他們有魄力，做事雷厲風行，而且只要認準的事，一定要干到底。”

電視劇《亮劍》里，李云龍說過一句話：“一支部隊也是有氣質和性格的，而這種氣質和性格是和首任的軍事主官有關，他的性格強悍，這支部隊就強悍，部隊就有了靈魂，從此，無論這支部隊換了多少茬人，它的靈魂仍在。”張群記得這句話，他認為科研團隊也一樣，精神氣質會傳承。前輩、老領導們的言傳身教，潛移默化塑造著這支年輕團隊的風格。

團隊中每個成員都在盡最大可能發揮自己的能量，針對化學驅面臨如何降本增效和擴大應用規模的雙重挑戰，提前規劃做好頂層設計：周朝輝、韓璐圍繞降低成本，持續優化無堿復合驅技術；田茂章、韓旭負責中相微乳液技術，不斷挑戰化學驅提高采收率極限……

傳統方向外，碳捕獲、利用與封存（CCUS）作為應對全球氣候變化的關鍵技術之一，受到團隊的重視，化學輔助碳捕獲、利用與封存成為團隊的一個新方向。“CO2驅油與埋存等方面研究雖已取得重大進展，但在規模化推廣應用方面還存在如何擴大波及體積的巨大挑戰，多介質復合調驅擴大波及體積技術將化學驅的成功經驗應用到碳捕獲、利用與封存，潛力巨大。”張群說。這一方向他親自領銜，帶領團隊成員周朝輝、鄒新源、俞宏偉正在勠力攻關，力爭打開化學驅輔助碳捕獲、利用與封存應用新局面，擴大化學驅應用領域的同時，為國家雙碳目標實現貢獻力量。

隨著國家重點實驗室重組，這讓團隊承擔了更多責任，也擁有了更多施展空間。

作為中國石油勘探開發研究院提高石油采收率全國重點實驗室秘書，張群有深刻體會，他說：“作為國家的戰略科技力量，實驗室必須找準自己的定位，做好頂層設計，目標和方向必須符合國家戰略、能源戰略，實驗室不做優等生而要做特長生，做到尖、做到專。”

做國家層面提高石油采收率應用基礎和特色技術研究的主力軍，借由全國重點實驗室的優化、重組和升級，團隊也在蓄力重新揚帆啟程——挑戰第四代提高采收率技術極限。

“第四代關注兩限問題，一是極限，一是界限。所謂極限，如：現在大慶水驅的采收率是40%，采用化學復合驅可以提高到60%，我們能不能把它提高到90%？這是一個極限。另一個界限，是現在化學驅還主要在常溫、常規油水油藏進行，下一步能不能往高溫、高鹽走，往海外走？這就需要化學驅體系不斷地完善，同時機理也要不斷深化。”張群介紹，目前第四代的諸多技術在實驗室內已經獲得突破，正在進入現場驗證階段。

資料顯示，我國石油對外依存度已超過70%，加大國內勘探開發業務工作力度，實現原油產量2億噸穩產，已成為石油企業的政治任務。中石油原油產量占國內總產量的53%，實現1億噸以上穩產是新時期發展戰略的重點，也是踐行政治和經濟責任的需要。但是低油價下原油上游業務遭受了巨大沖擊，提高采收率技術在老區實施，主要利用現有設施，產建投資低于低品位新增儲量，儲量動用率更高，經濟動用性更大，是低油價情況下的現實選擇。

張群指導團隊成員工作

“習近平總書記說，‘能源的飯碗必須端在自己手里’。現在中石油動用儲量是190億噸，如果現有的采收率能提高1個點，就相當于5000萬噸的可采儲量。有人說提高一個點的采收率相當于是再造一個大慶油田，如果我們真正實現了極限或界限目標，何止是再造一兩個油田，那會是非常龐大的數字。”張群說。目前國內原油采收率平均為30%，5年后在實驗室內達到40%，10年后達到50%，這是張群團隊的目標。