——记中国石油勘探开发研究院金旭博士及纳米油气团队
　　
蔡巧玉  吕腾波

　　
　　
　　油气资源是保障国家能源安全、支撑工业生产和社会民生的重要战略物资。然而，作为不可再生的传统化石资源，由于长年累月的高强度开发，我国油气资源面临劣质化趋势凸显、勘探开发成本不断攀升、油气开采效率亟须提高等诸多难题，油气对外依存度逐年攀升，国家能源安全受到威胁。如何突破勘探开发关键技术瓶颈，推动非常规油气的高效勘探和效益开发，成为国内外业界共同关注的热点和难点。谁能率先找到突破口，谁就能在这场“非常规油气革命”中占据制高点。
　　作为面向全球石油天然气勘探开发的综合性研究机构——中国石油勘探开发研究院的一员，金旭自2010年加入之日起，就以强烈的使命感和责任感，致力于微纳米新技术及新材料在非常规油气地质和采油工程领域的跨学科创新应用，从单枪匹马独自攻关到招贤纳士团队协作，经过近十年的创新探索，他和团队在非常规油气研究领域开辟出了新的天地，成为我国油气上游实验技术和工程材料研发领域的中坚力量。进入2021年，中国石油正处于战略转型和低碳绿色发展关键时期，金旭转战新战场，担任中国石油勘探开发研究院新能源研究中心副主任，正带领多学科交叉创新团队以满腔的热忱积极投身于这场新的能源革命中。
　　
独辟蹊径 找准学科交叉点
　　
　　2007年，油气田开发工程专家、时任大庆油田董事长王玉普教授受邀前往加拿大滑铁卢大学，作关于中国油气工业发展历程和未来趋势的交流报告。他回顾了大庆油田对我国工业发展的巨大贡献，细数科技攻关对油气产业发展的推动作用。特别是当他看到讲台下有很多中国留学生时，他不无忧虑地介绍了当下采油面临的困境：采上来的大部分都是水，只有百分之二三是油，需要用纳米材料和仿生工程等新技术把地下原油高效提取出来。随后他热情地鼓励留学生们用自己的才智和学到的技术，择机报效祖国，解决中国老油田采收率低的难题，实现中国油气勘探开发新突破。
　　彼时，金旭年方25岁，从北京大学化学与分子工程学院毕业后，在加拿大滑铁卢大学理学院攻读硕士研究生，主要从事功能性碳纳米管可控以及在半导体器件和药物缓释领域的应用研究。时隔多年，回忆起当时的场景，金旭依然记忆犹新，备感震撼。王玉普教授的这场演讲，就像一粒种子，在金旭的心里扎下了根。他第一次知道纳米技术可以应用于石油领域，开始有了让科学探索在工程实践中落地的想法。
　　“如果纳米技术在石油领域真能有用武之地，能够帮助国家开采出更多的油气，这将是一件多么酷的事情，这才是值得一辈子从事的事业！因为它是有实在意义的。”怀抱这样的想法，2010年，硕士毕业后，金旭毅然选择回到祖国一展拳脚。
　　进入21世纪以来，油气勘探开发面临日益严峻的挑战，多学科交叉融合、多专业协同创新已经成为推动油气勘探开发技术发展的大趋势，也为未来油气行业创新发展提供了更多的可能性。全球各大石油公司已经将招聘基础学科人才定为发展策略，以期碰撞思维、激发创新。为推动我国石油勘探开发技术的长远发展、强化多学科交叉技术创新，中国石油勘探开发研究院也开始在全球范围内招募非石油专业背景的优秀人才。金旭此时回国，可谓恰逢其时。他顺利地进入了中国石油勘探开发研究院采油采气装备所，开启了与石油的亲密接触和不解之缘。
　　万事开头难。作为学材料出身且初出茅庐的年轻人，金旭对石油这个庞大的系统工程领域知之甚少，对机械设计和装备开发更是毫无头绪。专业跨度极大，研究对象十分复杂，思维模式、研究手段更是需要全盘转变。和同事交流听不懂，看专业材料看不懂，但是这并没有让他退缩。金旭从小就对新鲜事物充满了好奇和兴趣。他在求学期间还是一个爱玩、爱闹，闲不住的人。他在高中理科实验班时酷爱足球和台球，本科期间还担任过北大未名论坛站务。他毕业后从事过仪器设备投资咨询，硕士留学期间因经费限制自己动手从eBay上买零件成功搭建了个性化的实验平台。正是这些丰富的兴趣爱好和人生阅历造就了他对于陌生领域毫不畏惧、勇于挑战自我的个性。面对石油工程这个全新的领域，他首先摆正了心态，没有停留在原专业获得的成果上，而是始终保持虚心请教的态度。所谓“三人行，必有我师焉”，遇到不懂的问题，他就立刻向同事们请教，郑立臣博士就是他虚心求教的第一位“老师”。郑博士不仅将井筒控制工程装备的需求一一告知，还不吝将仿生振动波信号传输系统的原理和设计思路和盘托出，使金旭很快了解到材料科学在石油工程领域的用武之地。他还主动自学专业知识，入院之初便旁听了多门专业基础课程，积极参加各类高端学术讲座和交流，及时了解了学术前沿的最新动态。凡是不懂的地方，他就记录下来，针对性地寻找答案，几个月下来，各种笔记和讲稿资料都积累了不少。正是这种如饥似渴的求知欲，让金旭在短时间内完成了石油专业基础知识的储备，掌握了大量专业术语，基本完成了知识大框架的建立，金旭的科研思路和研究切入点也慢慢成形。带着问题求教求索，外化于行，内化于心，让金旭顺利地敲开了石油专业的大门，快速融入了“石油朋友圈”。
　　与此同时，金旭始终没有放弃寻找纳米材料与技术在石油地质和工程领域应用的切入点，始终牢记将基础创新成果转化为工程应用实践的初心。“念念不忘之事，必有回响相报”。2012年，中国石油勘探开发研究院采油采气装备所与北京航空航天大学化学学院开展仿生工程材料合作开发项目。金旭为了能够更好地理解和完成这个项目，以更加深入的视角打开这个全新的领域，决定攻读该领域基础研究的在职博士。经过高强度的紧张复习，他成功通过北京航空航天大学材料物理与化学专业的博士入学考试，师从江雷院士。
　　有了江院士和其他老师的指导启发，有了在国际一流科研团队中的耐心磨炼和勤奋思考，他很快就准确地找到了仿生学与石油工程的结合点，开发了高性能防砂筛网和仿生防腐涂层等先进材料，研究成果发表在影响因子15以上的国际高水平期刊上，并获授权国家发明专利2项。
　　这个成功尝试让金旭看到了科学与工程结合的点点亮光，也找到了他苦苦求索的落脚点，成功迈上了传统石油工程与新兴仿生材料学交叉创新的新台阶。
　　
精诚合作 年轻团队共奋进
　　
　　随着北美页岩气革命的爆发，主要储集在微纳米孔隙中的非常规油气成为业界研究热点。在上级领导的推荐支持和直接领导下，熟悉纳米材料和微观表征技术的金旭开始着手组建中国石油首个纳米油气工作室，立足实验室开展基础应用和实验技术创新研究，服务我国非常规油气勘探与开发。金旭坚信这是纳米技术得以应用的一片新天地，他始终关注着非常规油气领域的科研进展，广泛阅读大量相关文献并参加学术讲座。一次，在听取美国工程院院士、斯坦福大学Amos Nur教授关于“美国页岩气勘探开发进展与启示”的报告交流会时，他受到极大启发。随后，他针对页岩物性和页岩油气储量难以准确定量评价的现实难题，梳理出数字岩石技术和纳米材料人造岩心物理模拟两个研究方向。
　　事实证明，金旭的判断非常准确，在两个技术方向上的创新研发使得纳米油气团队在短时间内取得重要突破。针对非常规油气资源主要赋存在非均质微纳米储集空间的特性，金旭带领团队建立了多尺度数字岩石综合评价平台，将岩心表征分辨率从传统的厘米尺度下探到亚纳米尺度，全景多角度探视储集空间三维展布、裂缝结构特征、矿物元素组成、有机质类型和油气赋存状态等，自主开发了电化学3D打印、剩余油荷电微观显影、纳米多孔材料物理模拟等原创技术，形成一整套储层多尺度多维度综合评价的数字岩石技术体系，探索了储层非均质性、固液界面微观作用机制、流体微观流动规律、剩余油分布机制等科学问题，在非常规油气地质基础研究和工程应用中发挥了重要作用。
　　在前沿技术取得原创性突破的同时，金旭和团队也时刻牢记服务油田生产的实际需要。在一次项目交流会中，长庆油田专家提到由于页岩的强非均质性和狭小孔隙，页岩油资源量的计算方法还比较笼统，充注下限与常规原油有何区别、润湿性约束下的孔径阈值到底是多少都很难确定，这成为页岩油储量计算与提交的重要参数。
　　“既然是纳米级孔隙，是否能用纳米材料解决问题呢？”说者无心，听者有意，金旭马上来了灵感。针对这些问题，金旭和团队探索了多种不同基质微纳多孔材料可控制备和润湿性调控方法，获得了逼近真实页岩物性的标准人造岩心，通过示踪实验和物理模拟，他们提出页岩油充注下限为20纳米和可自由运移下限为200纳米，准确判断了页岩储层的储油能力，突破了经典油气储层理论孔喉下限，为地质储量及经济可采储量准确测算提供了依据，对全球页岩系统资源潜力准确计算也有重要借鉴意义。他还带领团队利用扫描电镜荷电效应，开发了背散射截面二次成像法，在国际上首次获取了10纳米级二维和三维页岩油分布的直接成像和定量评价。成果为页岩油地质储量和经济可采储量准确测算提供了重要依据。
　　据不完全统计，金旭带领团队研发的复杂储层多尺度数字岩石技术，分别在鄂尔多斯、松辽、准噶尔、四川等盆地不同类型非常规油气储层实现了成功应用，累计分析达80多井次、超4000多块岩样，获取数据近7000组，有效解决了复杂储层类型判识、资源赋存空间描述、流体微观流动特征刻画等技术难题，降低了勘探风险，为我国非常规油气勘探的持续突破提供了重要技术支撑。
　　十年铸剑，锋芒初试。多年来，金旭主持各类研发课题20余项，先后获得高等学校科学研究优秀成果奖自然科学奖一等奖等省部级科技及管理奖励5项，荣获孙越崎青年科技奖、第四届杰出工程师青年奖、优秀青年能源科技工作者、国际石油工程师协会（SPE）杰出青年贡献奖和《中国科学-化学》年度最佳论文等多项个人荣誉，发表SCI论文70多篇，授权国际发明专利6项和国家发明专利30余项。短短十年时间，金旭从一个石油领域的门外汉，硬是在传统学科中开辟出全新研究领域，成长为将新兴纳米科学融入传统地质科学进行交叉研究的代表人物，取得了重大技术创新和系列研究成果。
　　即便如此，每次有人问起金旭取得创新成果的秘诀时，他自然而然地将功劳归功于身处一支特殊的优秀团队。的确，金旭所在的纳米油气工作室，确实是一支“特种部队”。这是中国石油勘探开发研究院唯一以“工作室”命名的科室，团队中不乏国内外顶级院校毕业的高才生，专业背景包括化学、材料、数学、力学和地质等，能力和个性都很突出。这样一支来自不同学科的优秀团队，刚开始聚在一起时，也曾遇到过如何协作共进的难题，金旭对此并没有急于求成，而是别出心裁地探索出“先发散探能力、再聚焦显本事”的组织思路，让大家先根据自己的专业能力和关注点去寻找感兴趣的研究方向，从不同专业角度了解石油科研领域整体框架后，再“聚焦”油田需求和攻关目标，通过多学科交叉创新实现重点突破。
　　工作中，金旭鼓励团队成员间开展头脑风暴式的科研交流，学习自己未知的领域知识，加强对不同学科的认知，从而建立团队高效沟通和有效纠偏机制。工作之余，他还经常带领团队成员开展交流活动，建立个人情感和友谊基础。这样的团队氛围，既尊重了每个人的研究兴趣，充分发挥了每个人的特长，又能增进彼此间的了解和理解。
　　一枝独秀不是春，百花齐放春满园。在这样的和谐氛围和科研环境中，团队年轻骨干迅速得到锻炼和成长，频繁获得重要奖项。北京大学毕业的李建明博士多年来埋头骨干，一直坚守在实验室，荣获勘探院“十三五”创新标兵和技术发明奖一等奖；清华大学毕业的王晓琦更是被评为“中国石油集团公司十大杰出青年”和“中央企业青年岗位能手”，成为中国石油80万青年人中的佼佼者。金旭历数着团队成员的各项荣誉，如数家珍，与有荣焉。
　　2015年前后，全球进入第四次工业革命和第三次能源转换革命的叠合期。2016年，为应对信息化产业变革和能源转型需求，在院领导和知名专家的建议下，以金旭为首的一批来自各个单位不同领域的年轻科研骨干，自发组建勘探院首个“创客”小组。他们针对油气资源劣质化、信息孤岛化和能源低碳化，以及大数据、人工智能、先进材料和3D打印等技术进步等现状，共同创建了“1个平台、1项突破、1个导向、1项支撑”技术研发组织管理新模式，以科学问题和工程需求为导向，在页岩油多尺度储层评价、第四代智能分层注水技术、油藏纳米探测技术、大数据平台建设，以及新能源关键材料开发等领域大胆设想、协同攻关，取得了一系列高水平研究成果和工程应用实效。相关科学探索和管理实践受到院领导、多位院士专家的广泛好评，荣获2020年度石油石化企业管理现代化创新优秀成果奖一等奖。
　　
开疆拓土 踏上新的征程
　　
　　当前，全球范围内能源结构转型已经成为大势所趋，新能源逐步取代传统能源将呈现不可逆的加速过程。中国的石油工业长期立足“油和气”，正在直面新能源革命挑战与转型机遇，积极探索向低碳环保能源转型的生产模式和发展理念，也迫切需要开展新能源关键技术和专业人才的超前储备。
　　2020年，中国石油勘探开发研究院新能源研究中心应运重组而生，纳米油气团队成员被“征召入伍”，金旭出任研究中心副主任，这让他感到前所未有的压力。对他而言，新能源技术竞争日趋激烈和白热化，必须实时跟进，与时间赛跑，才有可能勉强跟上技术迭代的步伐，如果想产出原创性成果更是难上加难。新能源在中国石油和勘探院不是主流业务，总会有“在这做新能源没戏”和“这个方向做两年就做死了”的声音，如何在夹缝中找到与油田需求结合的创新点，是金旭和新能源团队面临的难题。
　　“当一片黑暗时，哪个角落有暗流涌动，便可能在那里找到希望的光”，金旭经常在心中重复这句名言。压力即是动力，越是难，越要往前冲，越是不被看好，就越要做出成绩来。为此，他迅速转变角色，捋顺工作内容和流程，将研究方向锁定为适合中国石油独特应用场景的新能源技术研发，比如将全天候高安全储能技术、可再生能源电解水制氢技术和固体氧化物燃料电池系统开发等方向作为突破点。面对新能源研究中心业务范围覆盖广、科研创新与工程示范挑战众多、专业人员短缺的现状，金旭不畏困难，努力做好行政事务性工作，同时担负氢能、储能、燃料电池和新材料等方向的研发工作，时间根本不够用，每天凌晨一点准时响起的《莫失莫忘》乐曲，是他提醒自己该睡觉的闹钟……王晓琦感慨道：“金主任是一个充满活力的创新者和不知疲倦的领导者，他能给团队带来的不仅是信心与正能量，还有披荆斩棘、不舍昼夜的坚持。”他的这种坚持还得益于攻读博士期间，导师江雷院士的一席话。江院士说：“所谓一生一事，就是一个人一辈子能把一件事做好就已经很不容易了，我这辈子坚持着把仿生界面做好就是最大的成功。”直到现在，金旭仍将这句话牢记于心，并将其饱含的精髓转化为激励自己和团队认准一件事情不懈前行的动力源泉。如今，金旭和团队成员认准了“将纳米技术开发与能源工业应用结合”这份要不懈探索的事业。“涓滴之水终能够磨损大石，不是因为它气力富强，而是由于昼夜不舍的滴坠。”有“一生一事”的坚持，也有团队的力量，金旭和他的团队的未来充满了希望，在多学科交叉创新的道路上砥砺前行。
　　
专家简介　　
　　金旭，1982年出生，吉林人，材料物理与化学专业工学博士，现任中国石油勘探开发研究院新能源研究中心副主任。担任国际石油工程师协会评奖委员会和技术委员会委员、国际石油技术大会青年论坛主席等学术兼职。曾获孙越崎青年科技奖、中华科基会杰出青年工程师奖、SPE杰出青年贡献奖、高等学校科学研究优秀成果奖自然科学奖一等奖等荣誉，发表论文90余篇、授权专利30余项。