——记北京科技大学教授、应用力学研究所所长朱维耀及其团队

　　□　徐芳芳
　　
　　
　　

　　
　　随着世界范围内油气勘探开发的不断深入，被发现的油气藏储量规模越来越小。进入21世纪，复杂油气藏的勘探开发占有更重要的地位。在我国，复杂油气藏油气储量占总储量近30％，其中油气藏条件相对差、开发技术难度大的难采油气藏比例超过70％。如非常规致密气、页岩气、煤层气、低渗凝析气、火山岩气、水合物气藏，低渗透、致密、页岩油藏等。开展这类油气藏的勘探开发技术研究，对我国石油工业的发展有着极其重要的意义。但是，复杂油气藏的勘探开发技术难度高、经济风险大，因而被很多人视为专业领域的“高峰”，很多人在艰险面前望而却步。
　　北京科技大学应用力学研究所所长朱维耀这些年却“明知山有虎，偏向虎山行”，作为渗流力学和油气田开发工程领域的知名专家，为解决复杂油气藏开发工程所急需的开发渗流理论与方法这一瓶颈性国际难题，他克服重重困难，先后建立了系列复杂油气藏非线性渗流力学理论和有效开发方法，并与油气井采油工程相结合，使我国这类油气藏得以大规模有效开发。
　　

缘起数学 向地球深处扩展

　　1960年，朱维耀出生于我国东北的一座工业城市，从小就对数学非常感兴趣，华罗庚、陈景润就是他崇拜的偶像，为此还曾经立志要走上数学研究的道路。阴差阳错，高考之后，他却以高分成绩被大庆石油学院录取。为“曲线”实现自己儿时的梦想，他选择了以数学、物理为基础学科的油气田开发专业，并且凭借对这些基础学科的追索兴趣，他放弃了当时国家优厚的分配政策，选择坚持攀爬象牙塔，最终考入中国科学院兰州渗流力学研究室，专门从事油气开发渗流力学研究，师从郭尚平院士等油气田开发及渗流力学领域的领军人物，由此在专业领域打下了坚实的基础。
　　力学分科很细，与研究陀螺等需要用到的一般力学，研究桥梁、隧道需要用到的工程力学和研究材料经常用到的固体力学不同，朱维耀关注的对象是以石油、能源为背景的地下流体力学研究，而地下流体力学应用背景最强的就是石油。将兴趣、特长与所学相结合，多年探索终于赢得了累累硕果。
　　早在大学本科学习时，朱维耀就已经展露出了良好的研究潜力，期间，他首次揭示了凝析气液相变复杂渗流机理，为后来系统地创建凝析气藏相变传质渗流理论和高效开发技术奠定了基础。
　　1990年取得博士学位后，朱维耀留在了渗流力学所，开始从事油气藏工程的数学和力学理论研究。期间发挥自己的长处，通过实验、理论、计算机模拟等多种手段相结合的方式，对三次采油技术进行了广泛、深入的研究，优化了化学剂驱油技术，提高了非均质油气藏的采收率水平。凭借优异的科研成果，朱维耀和他所在的团队多次获得省部级科技进步奖。
　　2004年，石油界正值由常规油气研究转向“非常规油气”研究的转型期。为了更好地潜心攻关，朱维耀将自己研究的主战场从科研院所转移到了高校，在北京科技大学开始了自己的转型攻坚之旅。
　　从最初的“六五”“九五”直至现在的“十三五”，自投入工作以来，石油部门展开的一系列重大攻关科研项目，朱维耀都参与其中，见证和亲历了我国油气事业的发展，积累了丰富的理论和实践经验。
　　合抱之木，生于毫末；九层之台，起于垒土。千里之行，始于足下。朱维耀的经历证明了这一点。从“九五”开始，他开始专注于难采油藏（致密、特低渗）的研究，针对难采油藏渗透率低，油流动缓慢，难以动用，没有适应性渗流理论和开发方法及技术难题，创立了非达西渗流理论体系，发明开发方法系列和压裂配套采油技术，使原来难以动用的油藏得以有效动用和大规模开发。相关技术成果在大庆、胜利、长庆等10多个油田应用。仅2007—2009年就动用储量3.47亿吨，获利润88.05亿元。
　　1986年以来，凭借不间断地研究化学驱油所打下的坚实基础，朱维耀带领他的团队，通过理论分析和反复实验，发明了一种通过蒸馏沉淀的流程来制备一种复合纳微米聚合物颗粒的方法，将这种聚合物微球注入井下，可以封住地层中的无效流动区域，让原油和注入水在地下的流动更加“有迹可循”，而且其制备比常规方法更加快捷。
　　针对原提高采收率技术不适用于低渗透油田、海上油田和高含水油田的问题，朱维耀还带领团队发明了低渗油田功能纳微米颗粒分散体系调驱等4项提高采收率方法及技术、海上化学剂驱油提高采收率油藏工程关键技术、化学剂调驱方法及技术，建立了多相非线性渗流理论、油藏有效驱动单元渗流理论及流场结构划分方法,提出了3大类型6种模式剩余油潜力及挖潜对策。研发高效驱替剂，形成流场结构调控方法。在10多个3种类型油田中应用，分别平均提高采收率在6.3％、17.8%、9.6%以上。仅2005—2016年海上化学驱199口井就增油512.64万吨，获利润78.91亿元。
　　执着攻关结硕果，长期致力于复杂油气藏领域内一系列国际性难题的研究，朱维耀在特低渗透油藏非达西渗流、致密油多尺度流动多区耦合非线性渗流、非常规气多尺度传输多场耦合非线性渗流、复杂气藏相变传质多区耦合渗流、化学剂调驱多相非线性渗流等方面取得了重要成果。创新发展了相对应的有效开发方法系列，发明了适合于各类开发方法的有效工艺方法和技术设备等，为我国油气田的有效动用和大规模开发做出了重要贡献，他和团队的项目成果也先后获得国家科技进步奖二等奖1项（排名第1）、部级奖14项（12项排名第1），而他自己也获评全国优秀科技工作者等荣誉，享受国务院特殊津贴。他和团队也因为攻克一系列的科研难题，成为行业里出了名的“攻关能手”。
　　当鲜花和掌声接踵而至，众人看到的或许是荣誉的光鲜亮丽，只有朱维耀和身边的同事心里最清楚这背后包含的艰辛和努力。
　　

情牵事业 奏难采油气藏世界强音

　　大庆油田、胜利油田、长庆油田、塔里木油田......虽然自己是从事理论科研的，但是朱维耀说起这些油田来如数家珍。这些年，除了完成项目所需，更为了让自己的科研更契合实际应用和未来发展方向，他跑了很多的油田，将自己的青春和热血都献给了这份事业。很多油田现场，都留下过他和团队成员的身影，通过现场反应的问题，再回来理论研究模拟给出解决方案，再返回现场解决实际问题。多年实践让他们对科研攻关所具备的品质有着清醒的认识。
　　这是一份需要耐力、勇气和创新精神的工作。早年我国的难采油气藏开发研究各方面都还很落后，朱维耀和他的同伴们一方面只能依靠借鉴国外的经验和技术，但难免遭遇技术壁垒和被国外“卡”住核心技术；另一方面在没有任何经验可以借鉴的情况下摸着石头过河。缺资金、缺技术、缺设备等困难是常有的事，但对朱维耀来说，虽然处处充满挑战，但未尝不是一件好事，这激发了他创新攻克难关的勇气和韧劲。
　　早在攻读硕士和博士学位的时候，朱维耀就开始对化学剂驱油技术进行创新探索，借助各种接触项目的机会做调研，自己设计实验装置，甚至自己到处跑工厂完成加工。取得的科研成果在前几年完成原国家“973”项目的时候，依然具有创新性，在国际上处于先列。
　　“很多时候，现实情况逼着我们去创新，但我愿意积极去创新。只有经历过的人才更明白自己掌握核心技术的可贵”。在内心深处，朱维耀是个要强的人。在攻读博士学位的时候，做化学驱油相关研究国内没有对应的软件，国外的又买不起，他就一鼓作气自己研制。工作之后，实践的过程中遇到的各种各样的难题更是激发了他的斗志。“我发现有很多科学问题，如果只在工程实践的过程中提炼问题，创新的程度还不够，还需要进行技术创新、理论创新，只有我们不断主动地钻研突破一些新的问题，再结合工程实践，这样研制的软件和技术达到的创新才是真正的创新。”多年致力于创新，朱维耀已经积累了丰富的经验和体会。
　　以特低渗透油藏研究为例：特低渗透油藏是难开采油藏，其有效开发非线性渗流理论方法及技术是国际公认的极富挑战性的理论和技术难题，攻克和拥有该理论和技术是衡量一个国家开发技术最高水平的重要标志，我国国内和海外急需这一技术，而国外也没有这方面成型的理论方法及技术。
　　凭借多年创新积累的经验，朱维耀在面对这一国际难题的时候，一如既往选择了“迎难而上”。经过10多年持续产学研一体化联合攻关，他带领团队连续突破了多项重大关键理论和技术，实现了4个方面的创新。主要是通过非达西渗流条件下多相非线性渗流理论体系的建立、系列开发方法的提出与完善、配套工艺技术的改进和发明，实现了特低渗透油田的有效动用和大规模开发。该项目最后经专家评审认为：“项目技术难度大，创新性强，开发理论和技术方面都获得了根本性突破，取得了原创性成果，实现了特低渗透油田的有效动用和高效开发。属国际先进水平，部分达到了国际领先水平。”为此，朱维耀获得了2010年度国家科技进步奖二等奖。
　　在低渗透储层的研究之后不久，页岩气革命也方兴未艾。朱维耀深感责任重大，随即又投身到我国页岩气开发的研究当中。
　　美国能源信息署（EIA）的数据表明，我国页岩气储量高达36.1万亿立方米以上，居世界第一。虽然页岩气储量巨大，但储层极致密、埋藏深、地质及地表条件复杂，我国无储备技术，且原有开发技术不适用，国外技术也无法直接借鉴。
　　为了攻克页岩气开发的难关，朱维耀和他的团队执着创新，终于在纳微米尺度和多尺度非线性渗流实验方面取得了原创性的突破，实现了微小尺度的气体渗流实验，这样可以进一步结合裂缝性的岩样，系统解决页岩气基质—裂缝多尺度流—固耦合的物理模拟难题。在理论层面，他建立了反映各种流态及影响因素的全过程多尺度流动统一模型，并针对页岩气的开发特点，建立了多级压裂水平井开发多区耦合、热—流—固多场耦合非线性渗流理论，形成了页岩气多流态多尺度多区耦合流场模拟方法，在理论上解决了我国页岩气开发的预测和优化问题。通过多年产学研一体化联合攻关，这一理论成果在长宁、威远、昭通等一系列我国最早投入开发的页岩气区块得到了推广应用，近3年设计气井320口，平均单井产能提高达3～6倍，累产气54.07亿立方米，实现产值80.46亿元。相关成果提升了我国页岩气开发的核心竞争力，应用前景十分广阔。
　　相关成果得到了我国著名油气藏专家李阳、戴金星、苏义脑、郭尚平、康玉柱、韩大匡等多位院士的高度评价，认为成果整体达到国际先进水平，部分处于国际领先水平。
　　从最初的落后于人、亦步亦趋，到现在的奋起直追在某些领域能够与发达国家同台竞技，甚至超越致胜，朱维耀及其团队奏响了国内在相关领域的“中国强音”。“致力创新，埋首基础，远离浮躁，向着难关继续前进”，坚守风雨历练中沉淀的信念，朱维耀再度起航。
　　

创新聚力 共登科研新高峰

　　作为北京科技大学力学学科的负责人、应用力学研究所所长，朱维耀还带领着一支渗流力学创新团队。这支团队目前有在编职工17人，其中包含中国工程院院士1人、教授博士生导师5人、副教授7人，讲师5人。
　　与团队带头人朱维耀一样，这个团队骨子里就流淌着对创新的动力源泉，团队长期从事油气田开发、渗流力学理论和技术等问题研究。目前已在特低渗透油藏非达西渗流理论、页岩气多尺度传输多场耦合非线性渗流理论、提高采收率渗流力学理论、非线性渗流实验技术、油气藏数值模拟技术等多方面形成了自己的特色和优势。承担过国家重大专项、国家自然科学重点基金等科研项目100多项，并取得了一大批具有国际先进水平的研究成果，提升了我国开发技术在国际市场的核心竞争力，科技成果实践效果显著，经济效益巨大，应用前景广阔，受到同行专家和企业的一致好评。团队曾获国家科技进步奖1项（排名1）、省部级奖12项（排名1），出版专著30部，发表相关研究论文500余篇，授权国家发明专利50件。
　　这是一支结构合理、多学科联合、实力雄厚、人员稳定的科研技术队伍，研究队伍不仅基础学科齐全，具有渗流力学、油藏工程、物理化学、流体力学、固体力学方面的专家和中青年学术骨干，而且各具特色，形成了学科交叉互补，在渗流力学和应用方面取得了系列科研成果和宝贵经验。现有国家批准的渗流力学博士、硕士学位授予点，设有博士后流动站，有应用力学研究所以及“新能源研究中心”和“力学研究中心”等。有配套的专业和科研设备，为该团队科学技术研究提供支撑。
　　作为团队的“领头羊”，朱维耀自然有着很多团队年轻人以之为率的品质。致力于理论应用创新实践多年，他先后荣获第六届“全国优秀科技工作者”“北京市优秀教师”称号，获中国石油和化工行业协会“科技成就奖”，享受国务院政府特殊津贴。发表科学技术学术论文260余篇，其中SCI、EI收录110余篇，出版专著13部，获发明专利20余项，取得科研成果200多项。已指导培养流体力学学科博士、硕士研究生150多名。
　　在学校师生们眼中，朱维耀是一名既有工程实践背景，也深谙理论创新研究的“不一样”的导师。在课堂上，他不仅为同学们讲解课本上的知识，更通过自己多年来在现场实践的经验，为大家介绍实际的工程实践。他平时对学生、团队“抓得很紧”，但也会就科研方向与学生反复讨论斟酌之后，让他们“自由去飞”。“现在年轻人创新的一个最大的障碍就是不能够长时间聚精会神地去做一件事情”，怀抱一颗育人育德之心的朱维耀希望用自己的经历和感悟带动后辈去坚守、去创新。尊重他们个性的同时，将他们的所长与研究需求充分结合，从而推动力学的创新发展。
　　闲下来的朱维耀，平时会跑跑步，踢踢足球。团建需要，他经常会在有空的周末，叫上团队里的“好汉”们一起去足球场上拼搏一把。在他看来，科研攻关的过程像极了踢足球的过程，想要胜利就是需要整个团队分工协作、同舟共济、共攀高峰。而未来，摆在他们面前的高峰还有很多座，比如非常规油气藏的开发，非线性渗流理论的再突破，还有人工智能、大数据等方法的引入等，向着高峰，他们继续埋首向前。