朱维耀教授,土木与资源工程学院教授博士生导师、应用力学研究所所长、建筑环境与能源工程系主任。先后在中国科学院、中国石油勘探开发研究院、北京科技大学工作,荣获“全国优秀科技工作者”称号、“北京市优秀教师” 称号、享受国务院政府特殊津贴。30多年来,他矢志不渝,一直行走在我国油气田开发的前沿领域,争做高校科研创新的“急行军”。在国内外学术期刊发表高水平论文270余篇,被引用1000余次。朱维耀教授在低渗透油气藏、凝析气复杂气藏、薄互层油藏、非常规油气藏等领域取得了一系列国际领先的理论和实践成果, 荣获了2 0 1 7年的“科学中国人能源领域年度人物”。
2012年,美国的“ 页岩气革命” 正如火如荼地进行着, 就是在这一年, 美国的页岩气总产量达到3 4 0 0亿立方米。在这一年,我国的天然气总产量才1 3 2 9亿立方米。然而, 这并非由于我国“ 贫气” , 恰恰相反, 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。如何让我国页岩气的开发水平后发先至呢?这是朱维耀教授夙兴夜寐、苦苦思索的问题……
砥志研思
1960年,朱维耀出生于我国东北的一座工业城市。彼时正值建国不久,“大跃进”行将尾声,国家百废待兴,东北三省作为极具战略意义的工业基地,深受国家重视。在当时,最主要的重工业都集中在东北,不论是长春的汽车,还是大庆的石油,都为国家的进步挥洒着勤劳和汗水。朱维耀从小就在“ 为祖国事业添砖加瓦”的氛围之中慢慢成长,“报效祖国”也深深烙印在他内心的深处。
1979年, 朱维耀考入了大庆石油学院(今东北石油大学)的油气田开发专业。由于成绩优异,还担任了班长。当时的同学对他的印象就是:“只要有时间,就准是在自习室里学习”。到1983年大学毕业时,他已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。当时,大学毕业生还可由用人单位“分配”工作。同学们大多直接分配到了部委和各大油田及采油厂,直接参加一线的工作生产,而朱维耀则认为,若要更好的为国家和行业做贡献,就必须继续深造,探索更为先进的石油科技为国家服务。为此,他放弃了国企的“铁饭碗”,转而报考了研究生,最终考入远在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,在不断的刻苦学习和年复一年的技术创新的摸索结合与实践中,提高自己的科学认识水平。1990年取得博士学位后,朱维耀留在了渗流力学所,从事油气藏工程的数学和力学理论研究。在此期间,朱维耀对三次采油技术有了更加广泛的研究,通过实验、理论、计算机模拟等多种手段相结合, 他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。为此他先后获得多项省部级科技进步奖。
2004年,这时石油界正是由常规油气研究转向“非常规油气”研究的转型期。为了更好地从事科研工作,朱维耀把研究的主战场从科研院所转移到了高校,在教书育人的过程中,也提高着自己的科研水平。执教以来,他带领着青年教师及由博士、硕士组成的团队,全身心地投入到了热爱的石油科技研究前沿之中。
硕果累累
所谓“ 非常规油气”,顾名思义,其储藏条件远不如过去几十年所开采的常规油气藏,非常规通常意味着孔隙度低、渗透率低、产量递减迅速, 生产这类油气藏殊为不易。然而,近十年来,“非常规油气”却异军突起,不但在产量上能占据油气开采的半壁江山,在科研领域更是首当其冲,占据高地。这与朱维耀这类石油领域的学者们的拼搏是分不开的。
2004年,在来到北京科技大学担任博士生导师后,朱维耀便开始从事特低渗透油藏的研究。这是一种流体渗透率仅为常规油田百分之一的储层,石油的流动异常艰难,开采条件可想而知。通常,都需要利用水力压裂的技术,使储层中遍布裂缝,才能获得工业上的油流,但理论层面一直都不明确,因而如何优化生产也是悬而未解的问题。朱维耀带领团队通过对实验和现场上的认识,建立了特低渗透油藏各种井型井网系统开采石油的数学模型,从理论上直接解决了这类油藏的生产问题,搞清了影响生产的各类因素,丰富和发展了大面积水力压裂井网优化增效开发、控制裂缝开发等方法。这些理论成果在大庆、胜利、长庆等十多个油田投入应用,仅三年便累积产油339.0万吨,实现利润达88.05亿元,经济效益显著,更推动了全国特低渗透油田的高效开发的科技水平。为此,朱维耀获得了2010年的国家科技进步奖二等奖。
在理论上解决了特低渗透油藏的问题后,朱维耀并不满足,而是更进一步地在实践层面也展开研究。借由1986年以来,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”,而且其制备比常规聚合物更加快捷。根据这一发明,团队又建立了更加系统的纳微米颗粒分散体系调驱开发方法,并在长庆、延长、胜利、吉林、大庆油田推广应用,三年间,仅在大庆、长庆累计增油就有37.08万吨,实现产值13.27亿元。该技术已成为目前低渗致密油藏稳产的接替性技术,并荣获了省部级发明奖。
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,随即投身到我国页岩气开发的研究当中。页岩气的储层渗透率比低渗透储层还要小三个数量级,而且由于有机质含量高, 所以气体“ 粘连” 在这些有机质上。想要开采页岩气, 就必须利用水平井加上多段水力压裂相结合的技术, 才能获得一定的气流,而且即便如此,产量也会随着开采的进行而迅速降低, 最后仅在一个较低的水平维持很长的周期。美国的页岩气储层条件整体优于我国,因此其开发经验也难以直接应用到我国。为了攻克页岩气开发的难关,朱维耀日思夜想,终于在纳微米尺度的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,进一步结合裂缝性的岩样,系统解决了页岩气基质-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。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162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。本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。
此外,朱维耀教授通过多年的钻研,还在薄互层储层裂缝起裂-扩展控制及流场适配技术、低渗致密砂岩油藏提高采收率关键技术、复杂相态气藏开发理论和气藏工程及开发技术、海上化学剂驱油提高采收率油藏工程关键技术、化学剂调驱多相非线性渗流理论和开发方法等一系列领域取得了突破性的成果,达到了国际领先的水平,其团队已然硕果累累。迄今,朱维耀已经发表学术论文270余篇,其中SCI、EI收录110余篇;出版专著13部;授权发明专利11件,取得科研成果180多项。获国家科技进步二等奖1项(排名第1)、部级奖14项(12项排名第1)。朱维耀获评全国优秀科技工作者等荣誉,享受国务院特殊津贴。
寸草春晖
爱因斯坦曾说,学习知识要善于思考,思考,再思考。
朱维耀一直以科学界的巨人们为榜样,总是在勤奋地探寻着、思索着,多年的钻研使他已经养成了举一反三不断联想的习惯。他的博士生小华同学说:“朱老师总是鼓励我们多尝试,在实践的结果中探索问题。朱老师经常善于将不同领域的研究热点结合起来看问题,尽管他年纪长我们很多,可是思维的活跃性和想象力一点也不比我们差。”
朱维耀十分乐于教书育人,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。春种一粒粟,秋收万颗子,2013年,朱维耀荣获北京市“优秀教师”称号。他经常告诫同学们,从曾经到如今,教育水平和教育环境已经发生了翻天覆地的变化,同学们应该抓住机会,拓宽自己的眼光,提高自身的综合素质,好好把握学习的机会,为自己的明天夯实基础。
硕士生小涛同学说:“我们朱老师特别爱踢足球,而且水平不在我们之下。”如今,每当周末有了空闲,朱维耀都会喊上团队里的“好汉”们,一起去足球场上挥洒一下汗水。足球是他一生的爱好,就像科研一样。在他看来,踢足球是一个团队分工协作的过程,科研的过程也是如此。在不断的协作和思考中,众人汇集到了一起,凝聚成的成果便是收获的人生的快乐和满足。
作为团队的主心骨,朱维耀带领着流体力学梯队30余人的队伍,不断前进,开拓创新。如今,朱维耀教授已经培养了硕士与博士150多名,他们也都在各自的岗位上发扬团队的优良传统,有的已经成为教授博导,有的已经走向企事业单位的重要领导岗位,有的已经成为学科领军人物。在今后,朱维耀的团队仍将继续进取,在无涯的学海中摘取那些最为美丽的贝壳。