不畏艱險登高峰 創新鋪路克難題
——記北京科技大學教授、應用力學研究所所長朱維耀及其團隊

□ 徐芳芳

朱維耀

隨著世界范圍內油氣勘探開發的不斷深入，被發現的油氣藏儲量規模越來越小。進入21世紀，復雜油氣藏的勘探開發占有更重要的地位。在我國，復雜油氣藏油氣儲量占總儲量近30%，其中油氣藏條件相對差、開發技術難度大的難采油氣藏比例超過70%。如非常規致密氣、頁巖氣、煤層氣、低滲凝析氣、火山巖氣、水合物氣藏，低滲透、致密、頁巖油藏等。開展這類油氣藏的勘探開發技術研究，對我國石油工業的發展有著極其重要的意義。但是，復雜油氣藏的勘探開發技術難度高、經濟風險大，因而被很多人視為專業領域的“高峰”，很多人在艱險面前望而卻步。

北京科技大學應用力學研究所所長朱維耀這些年卻“明知山有虎，偏向虎山行”，作為滲流力學和油氣田開發工程領域的知名專家，為解決復雜油氣藏開發工程所急需的開發滲流理論與方法這一瓶頸性國際難題，他克服重重困難，先后建立了系列復雜油氣藏非線性滲流力學理論和有效開發方法，并與油氣井采油工程相結合，使我國這類油氣藏得以大規模有效開發。

緣起數學 向地球深處擴展

1960年，朱維耀出生于我國東北的一座工業城市，從小就對數學非常感興趣，華羅庚、陳景潤就是他崇拜的偶像，為此還曾經立志要走上數學研究的道路。陰差陽錯，高考之后，他卻以高分成績被大慶石油學院錄取。為“曲線”實現自己兒時的夢想，他選擇了以數學、物理為基礎學科的油氣田開發專業，并且憑借對這些基礎學科的追索興趣，他放棄了當時國家優厚的分配政策，選擇堅持攀爬象牙塔，最終考入中國科學院蘭州滲流力學研究室，專門從事油氣開發滲流力學研究，師從郭尚平院士等油氣田開發及滲流力學領域的領軍人物，由此在專業領域打下了堅實的基礎。

力學分科很細，與研究陀螺等需要用到的一般力學，研究橋梁、隧道需要用到的工程力學和研究材料經常用到的固體力學不同，朱維耀關注的對象是以石油、能源為背景的地下流體力學研究，而地下流體力學應用背景最強的就是石油。將興趣、特長與所學相結合，多年探索終于贏得了累累碩果。

早在大學本科學習時，朱維耀就已經展露出了良好的研究潛力，期間，他首次揭示了凝析氣液相變復雜滲流機理，為后來系統地創建凝析氣藏相變傳質滲流理論和高效開發技術奠定了基礎。

1990年取得博士學位后，朱維耀留在了滲流力學所，開始從事油氣藏工程的數學和力學理論研究。期間發揮自己的長處，通過實驗、理論、計算機模擬等多種手段相結合的方式，對三次采油技術進行了廣泛、深入的研究，優化了化學劑驅油技術，提高了非均質油氣藏的采收率水平。憑借優異的科研成果，朱維耀和他所在的團隊多次獲得省部級科技進步獎。

2004年，石油界正值由常規油氣研究轉向“非常規油氣”研究的轉型期。為了更好地潛心攻關，朱維耀將自己研究的主戰場從科研院所轉移到了高校，在北京科技大學開始了自己的轉型攻堅之旅。

從最初的“六五”“九五”直至現在的“十三五”，自投入工作以來，石油部門展開的一系列重大攻關科研項目，朱維耀都參與其中，見證和親歷了我國油氣事業的發展，積累了豐富的理論和實踐經驗。

合抱之木，生于毫末；九層之臺，起于壘土。千里之行，始于足下。朱維耀的經歷證明了這一點。從“九五”開始，他開始專注于難采油藏（致密、特低滲）的研究，針對難采油藏滲透率低，油流動緩慢，難以動用，沒有適應性滲流理論和開發方法及技術難題，創立了非達西滲流理論體系，發明開發方法系列和壓裂配套采油技術，使原來難以動用的油藏得以有效動用和大規模開發。相關技術成果在大慶、勝利、長慶等10多個油田應用。僅2007—2009年就動用儲量3.47億噸，獲利潤88.05億元。

1986年以來，憑借不間斷地研究化學驅油所打下的堅實基礎，朱維耀帶領他的團隊，通過理論分析和反復實驗，發明了一種通過蒸餾沉淀的流程來制備一種復合納微米聚合物顆粒的方法，將這種聚合物微球注入井下，可以封住地層中的無效流動區域，讓原油和注入水在地下的流動更加“有跡可循”，而且其制備比常規方法更加快捷。

針對原提高采收率技術不適用于低滲透油田、海上油田和高含水油田的問題，朱維耀還帶領團隊發明了低滲油田功能納微米顆粒分散體系調驅等4項提高采收率方法及技術、海上化學劑驅油提高采收率油藏工程關鍵技術、化學劑調驅方法及技術，建立了多相非線性滲流理論、油藏有效驅動單元滲流理論及流場結構劃分方法,提出了3大類型6種模式剩余油潛力及挖潛對策。研發高效驅替劑，形成流場結構調控方法。在10多個3種類型油田中應用，分別平均提高采收率在6.3%、17.8%、9.6%以上。僅2005—2016年海上化學驅199口井就增油512.64萬噸，獲利潤78.91億元。

榮獲科學中國人2017年度人物時與嘉賓及獲獎者合影

執著攻關結碩果，長期致力于復雜油氣藏領域內一系列國際性難題的研究，朱維耀在特低滲透油藏非達西滲流、致密油多尺度流動多區耦合非線性滲流、非常規氣多尺度傳輸多場耦合非線性滲流、復雜氣藏相變傳質多區耦合滲流、化學劑調驅多相非線性滲流等方面取得了重要成果。創新發展了相對應的有效開發方法系列，發明了適合于各類開發方法的有效工藝方法和技術設備等，為我國油氣田的有效動用和大規模開發做出了重要貢獻，他和團隊的項目成果也先后獲得國家科技進步獎二等獎1項（排名第1）、部級獎14項（12項排名第1），而他自己也獲評全國優秀科技工作者等榮譽，享受國務院特殊津貼。他和團隊也因為攻克一系列的科研難題，成為行業里出了名的“攻關能手”。

當鮮花和掌聲接踵而至，眾人看到的或許是榮譽的光鮮亮麗，只有朱維耀和身邊的同事心里最清楚這背后包含的艱辛和努力。

情牽事業 奏難采油氣藏世界強音

大慶油田、勝利油田、長慶油田、塔里木油田……雖然自己是從事理論科研的，但是朱維耀說起這些油田來如數家珍。這些年，除了完成項目所需，更為了讓自己的科研更契合實際應用和未來發展方向，他跑了很多的油田，將自己的青春和熱血都獻給了這份事業。很多油田現場，都留下過他和團隊成員的身影，通過現場反應的問題，再回來理論研究模擬給出解決方案，再返回現場解決實際問題。多年實踐讓他們對科研攻關所具備的品質有著清醒的認識。

這是一份需要耐力、勇氣和創新精神的工作。早年我國的難采油氣藏開發研究各方面都還很落后，朱維耀和他的同伴們一方面只能依靠借鑒國外的經驗和技術，但難免遭遇技術壁壘和被國外“卡”住核心技術；另一方面在沒有任何經驗可以借鑒的情況下摸著石頭過河。缺資金、缺技術、缺設備等困難是常有的事，但對朱維耀來說，雖然處處充滿挑戰，但未嘗不是一件好事，這激發了他創新攻克難關的勇氣和韌勁。

早在攻讀碩士和博士學位的時候，朱維耀就開始對化學劑驅油技術進行創新探索，借助各種接觸項目的機會做調研，自己設計實驗裝置，甚至自己到處跑工廠完成加工。取得的科研成果在前幾年完成原國家“973”項目的時候，依然具有創新性，在國際上處于先列。

2012年訪問加拿大氣田

頁巖氣現場野外考察

“很多時候，現實情況逼著我們去創新，但我愿意積極去創新。只有經歷過的人才更明白自己掌握核心技術的可貴”。在內心深處，朱維耀是個要強的人。在攻讀博士學位的時候，做化學驅油相關研究國內沒有對應的軟件，國外的又買不起，他就一鼓作氣自己研制。工作之后，實踐的過程中遇到的各種各樣的難題更是激發了他的斗志。“我發現有很多科學問題，如果只在工程實踐的過程中提煉問題，創新的程度還不夠，還需要進行技術創新、理論創新，只有我們不斷主動地鉆研突破一些新的問題，再結合工程實踐，這樣研制的軟件和技術達到的創新才是真正的創新。”多年致力于創新，朱維耀已經積累了豐富的經驗和體會。

以特低滲透油藏研究為例：特低滲透油藏是難開采油藏，其有效開發非線性滲流理論方法及技術是國際公認的極富挑戰性的理論和技術難題，攻克和擁有該理論和技術是衡量一個國家開發技術最高水平的重要標志，我國國內和海外急需這一技術，而國外也沒有這方面成型的理論方法及技術。

憑借多年創新積累的經驗，朱維耀在面對這一國際難題的時候，一如既往選擇了“迎難而上”。經過10多年持續產學研一體化聯合攻關，他帶領團隊連續突破了多項重大關鍵理論和技術，實現了4個方面的創新。主要是通過非達西滲流條件下多相非線性滲流理論體系的建立、系列開發方法的提出與完善、配套工藝技術的改進和發明，實現了特低滲透油田的有效動用和大規模開發。該項目最后經專家評審認為：“項目技術難度大，創新性強，開發理論和技術方面都獲得了根本性突破，取得了原創性成果，實現了特低滲透油田的有效動用和高效開發。屬國際先進水平，部分達到了國際領先水平?！睘榇?，朱維耀獲得了2010年度國家科技進步獎二等獎。

在低滲透儲層的研究之后不久，頁巖氣革命也方興未艾。朱維耀深感責任重大，隨即又投身到我國頁巖氣開發的研究當中。

美國能源信息署（EIA）的數據表明，我國頁巖氣儲量高達36.1萬億立方米以上，居世界第一。雖然頁巖氣儲量巨大，但儲層極致密、埋藏深、地質及地表條件復雜，我國無儲備技術，且原有開發技術不適用，國外技術也無法直接借鑒。

為了攻克頁巖氣開發的難關，朱維耀和他的團隊執著創新，終于在納微米尺度和多尺度非線性滲流實驗方面取得了原創性的突破，實現了微小尺度的氣體滲流實驗，這樣可以進一步結合裂縫性的巖樣，系統解決頁巖氣基質—裂縫多尺度流—固耦合的物理模擬難題。在理論層面，他建立了反映各種流態及影響因素的全過程多尺度流動統一模型，并針對頁巖氣的開發特點，建立了多級壓裂水平井開發多區耦合、熱—流—固多場耦合非線性滲流理論，形成了頁巖氣多流態多尺度多區耦合流場模擬方法，在理論上解決了我國頁巖氣開發的預測和優化問題。通過多年產學研一體化聯合攻關，這一理論成果在長寧、威遠、昭通等一系列我國最早投入開發的頁巖氣區塊得到了推廣應用，近3年設計氣井320口，平均單井產能提高達3～6倍，累產氣54.07億立方米，實現產值80.46億元。相關成果提升了我國頁巖氣開發的核心競爭力，應用前景十分廣闊。

頁巖氣聯合會鑒定會

相關成果得到了我國著名油氣藏專家李陽、戴金星、蘇義腦、郭尚平、康玉柱、韓大匡等多位院士的高度評價，認為成果整體達到國際先進水平，部分處于國際領先水平。

從最初的落后于人、亦步亦趨，到現在的奮起直追在某些領域能夠與發達國家同臺競技，甚至超越致勝，朱維耀及其團隊奏響了國內在相關領域的“中國強音”?！爸铝撔?，埋首基礎，遠離浮躁，向著難關繼續前進”，堅守風雨歷練中沉淀的信念，朱維耀再度起航。

創新聚力 共登科研新高峰

作為北京科技大學力學學科的負責人、應用力學研究所所長，朱維耀還帶領著一支滲流力學創新團隊。這支團隊目前有在編職工17人，其中包含中國工程院院士1人、教授博士生導師5人、副教授7人，講師5人。

與團隊帶頭人朱維耀一樣，這個團隊骨子里就流淌著對創新的動力源泉，團隊長期從事油氣田開發、滲流力學理論和技術等問題研究。目前已在特低滲透油藏非達西滲流理論、頁巖氣多尺度傳輸多場耦合非線性滲流理論、提高采收率滲流力學理論、非線性滲流實驗技術、油氣藏數值模擬技術等多方面形成了自己的特色和優勢。承擔過國家重大專項、國家自然科學重點基金等科研項目100多項，并取得了一大批具有國際先進水平的研究成果，提升了我國開發技術在國際市場的核心競爭力，科技成果實踐效果顯著，經濟效益巨大，應用前景廣闊，受到同行專家和企業的一致好評。團隊曾獲國家科技進步獎1項（排名1）、省部級獎12項（排名1），出版專著30部，發表相關研究論文500余篇，授權國家發明專利50件。

這是一支結構合理、多學科聯合、實力雄厚、人員穩定的科研技術隊伍，研究隊伍不僅基礎學科齊全，具有滲流力學、油藏工程、物理化學、流體力學、固體力學方面的專家和中青年學術骨干，而且各具特色，形成了學科交叉互補，在滲流力學和應用方面取得了系列科研成果和寶貴經驗。現有國家批準的滲流力學博士、碩士學位授予點，設有博士后流動站，有應用力學研究所以及“新能源研究中心”和“力學研究中心”等。有配套的專業和科研設備，為該團隊科學技術研究提供支撐。

作為團隊的“領頭羊”，朱維耀自然有著很多團隊年輕人以之為率的品質。致力于理論應用創新實踐多年，他先后榮獲第六屆“全國優秀科技工作者”“北京市優秀教師”稱號，獲中國石油和化工行業協會“科技成就獎”，享受國務院政府特殊津貼。發表科學技術學術論文260余篇，其中SCI、EI收錄110余篇，出版專著13部，獲發明專利20余項，取得科研成果200多項。已指導培養流體力學學科博士、碩士研究生150多名。

在學校師生們眼中，朱維耀是一名既有工程實踐背景，也深諳理論創新研究的“不一樣”的導師。在課堂上，他不僅為同學們講解課本上的知識，更通過自己多年來在現場實踐的經驗，為大家介紹實際的工程實踐。他平時對學生、團隊“抓得很緊”，但也會就科研方向與學生反復討論斟酌之后，讓他們“自由去飛”。“現在年輕人創新的一個最大的障礙就是不能夠長時間聚精會神地去做一件事情”，懷抱一顆育人育德之心的朱維耀希望用自己的經歷和感悟帶動后輩去堅守、去創新。尊重他們個性的同時，將他們的所長與研究需求充分結合，從而推動力學的創新發展。

閑下來的朱維耀，平時會跑跑步，踢踢足球。團建需要，他經常會在有空的周末，叫上團隊里的“好漢”們一起去足球場上拼搏一把。在他看來，科研攻關的過程像極了踢足球的過程，想要勝利就是需要整個團隊分工協作、同舟共濟、共攀高峰。而未來，擺在他們面前的高峰還有很多座，比如非常規油氣藏的開發，非線性滲流理論的再突破，還有人工智能、大數據等方法的引入等，向著高峰，他們繼續埋首向前。