“好奇博士”的碳秘之旅

[中国石油新闻中心 2024-09-06]

张健与CCUS固井技术创新团队在讨论新型固井材料研发方案。

人物档案 姓名：张健 年龄：34岁 单位：川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院 岗位：完井工程二级工程师（科技研发工作） 履历：本科毕业于西安石油大学应用化学专业，硕士研究生、博士研究生毕业于西南石油大学化学工程与技术专业，2020年参加工作，从事固井新材料科技研发工作，荣获川庆公司基础研究奖一等奖、陕西省环境保护科学技术一等奖、第六届中国（上海）国际发明创新展览会金奖及川庆公司2024年“十大杰出青年”称号。 工作格言：宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。

他从小脑袋里就装满了问号，是个好奇的孩子。打破砂锅问到底的探究特质，注定了他是个科研好苗子。

好奇的脑瓜，得用知识去充满；好奇的外延，得用实践去拓展。就这样，好奇的他一口气读到了博士，在博士后工作站选择了最前沿的CCUS固井新材料研发作为研究方向。

CCUS，是指将二氧化碳捕捉、储存并注入地层，以实现绿色低碳减排目标。由于二氧化碳具有腐蚀性，在这个过程中需要一条安全、耐久的通道。他挑战的，就是这个通道防腐蚀材料的研发及迭代升级。

这条路注定不是一片坦途。但对新事物永远充满好奇的他，在这条“逐绿”征途上勇毅前行。

请跟随本期《出彩》栏目，追寻张健博士的“碳”秘之旅。

“固井水泥车碰压成功，水泥浆按设计方案顺利返至地面！”8月下旬，在甘肃省庆阳市正宁县第一口CCUS井——宁碳1井的固井施工现场，张健兴奋地向现场的同事唐凯喊了一嗓子。

整整3个小时，他一直怀着紧张、忐忑的情绪来回踱步，直至轰隆的施工声趋于静止。在过去的3年里，尽管全井筒抗二氧化碳腐蚀固井保障体系已在陕甘宁三省区的3个百万吨CCUS示范区应用了近百口井，但无数次在现场见证这一体系成功应用的他，每次还是一样的心情。

作为CCUS固井技术创新团队的一员，这套自主研发的全井筒抗二氧化碳腐蚀固井保障体系的每一次现场验证、成功应用，都牵动着张健的心。他说，科研工作者对待自己的研究成果就像对待自己的孩子，生怕有闪失。

为利国利民技术出一份力

都说一个人在童年时期对某些事物的好奇和热爱，很可能会成为他成年后的职业方向。张健就是这样。

小时候的张健，在父母眼中是一个脑袋里装满了问号的孩子。当父亲打开老式录音机、露出内部缠绕的复杂集成电路时，当母亲用醋和土豆皮将热水壶厚厚的水垢清除得干干净净时，他总在一旁静静地观察和思考：这究竟是为什么？

有一天，他在村子外的土垣下面玩，偶然发现矮矮的墙面上渗出了黑色黏稠的液体，很大一片。他觉得很神奇，坐在那里观察了很久，也猜了很久。多年后，他考上西安石油大学，才知道这个猜不透的黑色液体叫石油。

张健说，仿佛冥冥之中有天意，自己与石油的缘分开始得比想象中还要早。

2009年，张健考上西安石油大学应用化学专业，本科毕业后又去西南石油大学继续攻读化学工程与技术专业的硕士与博士研究生。2020年4月，他进入川庆公司博士后工作站，同年决定留任川庆公司钻采工程技术研究院。

在博士后工作站期间，他遇到了和他同样有着“科研梦”的伙伴们。“和志同道合的伙伴一起追求梦想，一起成长、彼此成就，是一件非常值得庆幸的事情。”张健说。

他们定期组织学术沙龙，经常头脑风暴、集思广益，科研学术氛围非常浓厚。在川庆公司构建的科研平台上，他们自由选择工作地点、工作选题和研究方向……这一切都非常符合张健对科研工作的认知和期待。

加入川庆大家庭，适逢中国石油大力倡导绿色低碳发展战略，绿色勘探成为油气勘探开发的热点。在此背景下，CCUS前沿技术产业化发展被提上议程。张健顺势而为，坚定地选择CCUS固井新材料作为自己的研究方向。

读博期间，张健就接触了超临界二氧化碳地质封存环境的固井水泥浆技术研究，这项技术与CCUS密切相关。CCUS是将二氧化碳从工业过程、能源利用或大气中分离出来，直接加以利用或注入地层以实现永久减排的技术。

张健涉足的研究领域是CCUS固井技术的重要组成部分。抗二氧化碳腐蚀固井水泥浆体系能保护井筒的完整性，还能建立起一条安全、耐久及长效密封的二氧化碳注采通道，以防止二氧化碳在注采及封存过程中出现泄漏与窜流，从而实现二氧化碳的高效驱油与安全封存，达到绿色减排目的。

有了博士阶段对CCUS固井技术基础理论与工程应用上的前期探索，张健对从事CCUS固井新材料的研发信心百倍：“誓为这项利国利民的技术出一份力！”

为绿色减排交出亮眼“成绩单”

2021年6月，长庆油田黄3区CCUS国家级示范工程综合试验站正式投运。为抢占CCUS固井技术服务市场，同年7月，钻采工程技术研究院组建了以张健为代表的CCUS固井技术创新团队。

黄3区所在的姬塬油田由于长年采用二氧化碳注采工艺进行固井施工，生产井面临环空水泥环腐蚀导致的环空封隔失效、层间气体窜溢等问题。研制出适合该区块的固井新材料，以破解固井防腐蚀难题，成为团队的首要任务。

抗二氧化碳腐蚀固井水泥浆体系中的防腐蚀材料，此前一直被国际油服公司掌握，并且价格昂贵。如何研发具有自主知识产权的新型防腐蚀剂，实现这项技术的国产化与自主化，是张健团队着重考虑的问题。

于是，与国内一些知名防腐蚀专家团队的交流和学习迅速展开。在进行了充分细致的技术探讨后，张健团队在固井新材料功能确定、功能材料优选和结构设计方面逐渐打开了研发思路。

由于团队成立不久，成员在此之前分别从事不同的研究方向，第一次面对这项前沿技术，心里都没底。

“一天一小会，三天一大会”，张健在团队会议上给大家详细讲解这一技术的相关背景和现状。随着认知的逐步深入，大家的畏难情绪也逐渐缓解。成员们根据自身专业特点做好科研分工，全力以赴攻坚克难。

试验结果和科研理论往往存在偏差，团队成员之间也免不了发生“争论”。“科研实际上就是一个不断试错、不断修正的过程。”张健深知，CCUS固井新材料的研发唯有潜心研究，才能不乱方寸，“有句话说得好，越是等不起越要坐得住，越是慢不得越要沉住气。”

办公室的电脑硬盘里，与CCUS固井技术有关的资料超过了100T（数据存储容量）。从国外到国内，从兄弟单位到科研院校，他广泛收集资料并进行对比分析；看书，查资料，请教专家，参加各类学术研讨会……能获取信息的途径，他一个也不想放过。

在不懈的努力下，张健和团队成员终于找到了切入点——从高分子材料结构设计与室内合成工艺入手。“再结合区块地质情况，研发路径就会更明朗。”张健目光炯炯。

2021年12月，张健带领团队研发出一种新型防二氧化碳腐蚀剂，并以此为基础，配套开发出全井段抗二氧化碳腐蚀固井水泥浆体系。与常规水泥浆体系比较而言，它所形成的水泥石致密性高、非渗透性强，具有优异的抗二氧化碳腐蚀特性。

2022年初，张健主动参与川庆公司揭榜挂帅项目“含二氧化碳环境下水泥环自修复固井技术研究”，研发出一种修复持续性强的自修复剂，升级形成新一代抗二氧化碳腐蚀固井水泥浆体系，与原体系组合成“双保险”，为长庆油田CCUS示范区增产提效和绿色发展保驾护航。

2022年4月，抗二氧化碳腐蚀固井水泥浆体系首次在黄3区首口二氧化碳注入更新井——新塬31-101井进行固井施工，获得成功。经长期腐蚀后，水泥石抗压强度衰退率降低57.86%，固井合格率达到100%，优质率大于93.8%。

“施工性能非常好，大大提高了固井水泥环基体的抗腐蚀特性！”油田单位赞不绝口。“这个新材料解决了这口井先前的环空气体窜溢问题，施工过程安全可控。”现场固井施工队队长张潮回想起这口井的施工过程，不禁竖起大拇指。

2023年3月，全井段抗二氧化碳腐蚀固井水泥浆体系迎来了转化应用的关键时刻——首次在长庆姬塬油田“百万吨CCUS示范项目”黄138区坊气7-17井固井施工中应用。该井是“23注60采”区块的第一口注气井，对水泥环的抗二氧化碳腐蚀性能提出了更高更严格的技术要求。

抱着必胜的信心，张健带领团队与兄弟单位的研发人员一起全程跟踪服务，力保固井质量达优。钻采技术工程研究院也因此拿到了2023年全年在黄138区实施83口注采井技术服务支撑的大单。自此，全井段抗二氧化碳腐蚀固井水泥浆体系在长庆油田黄138区“140万吨级规模二氧化碳注采示范区”和陇东“100万吨级致密油注采示范区”拉开了规模化应用的序幕。

“悬了很久的心终于放下来了。”张健笑谈起团队一次次攻坚克难的历程，“科研人员就是要放宽视野、锚定目标，才能解决大问题。”

经过一年多的广泛应用，长庆油田CCUS示范区内的注采井在水泥环抗二氧化碳腐蚀能力和密封性能方面得到了大幅提升，二氧化碳长期安全封存与驱油得到了有效保障。可以说，张健团队为绿色减排交出了亮眼的“成绩单”。

科研不是简单的“成还是没成”

科研和实践上的突破，为全井段抗二氧化碳腐蚀固井水泥浆体系赢得了好口碑，荣誉、奖项纷至沓来。

2023年，这项研究成果获得中国发明协会“发明创业奖项目奖”铜奖、第六届中国（上海）国际发明创新展览会金奖，同年获得川庆公司基础研究奖一等奖。今年，张健荣获川庆公司“十大杰出青年”称号。此外，他还在SCI/EI发表固井水泥浆材料研究相关论文8篇，包括SCI一区顶级国际期刊3篇，并以第一发明人申报发明专利20项，授权8项。

“成就感和自豪感满满！但今后的路还很长，需要更努力才行！”张健对未来充满信心和期待。尤其在科研成果成功落地并规模推广应用后，他在“培育”固井新材料新装置方面的思路更加开阔。

他说，他的工作模式就是发现问题，解决问题，再发现新的问题。

“他思维活跃，肯钻研。在遇到问题时，他不是专家领导说什么就是什么，而是会自己去论证和核实，甚至提出不同的观点。”团队成员刘志雄形容张健有“两个最多”——跑实验室最多，跑现场最多。

“从井场固井水泥浆性能测试开始，他全程参与。材料样品送回实验室后，大部分人是等报告结果。他不是，经常跑去看材料和实验仪器，了解数据是怎么来的。基础工作做得很扎实！”刘志雄说，张健身上有科研工作者“求真”的特质。正是这个特质，让他成了团队的“主心骨”。

现场问题解决了，但反复跑现场，必然会造成时间、成本、人力、物力的增加。为了高效开展科研工作，2023年4月，张健牵头设计并建立了国内首套固井技术研究与应用的物理模拟实验装置，通过在室内模拟CCUS工况，不断为CCUS固井施工和新技术新材料开发提供可靠的理论研究和评价数据支撑。

“科研不是简单的‘成还是没成’。”张健认为，要一直保持创新精神，不断优化科研路径，这样才能在科研这条路上一直走下去。然而，他也并非不食人间烟火，“也不是没想过放弃，遇到瓶颈时的疲惫感让我几乎无法坚持。”

每当困顿迷茫之际，他喜欢通过跑步和打羽毛球来缓解紧张情绪和释放压力。他的妻子深知石油科研人的不易，在他压力大的时候总是给予他无限支持。“还有我的精神偶像——中国工程院院士罗平亚。我在大学时听过罗院士的讲座。他严谨求实、时刻保持冷静的科研态度让我一直铭记在心。”提起罗院士，张健的眼中难掩崇拜。

目前，世界各大油气公司有关CCUS的技术都在不断积累和迭代中，CCUS技术服务具有巨大的市场潜力。

“由于二氧化碳具有腐蚀性，所以现在的研究主要集中在如何使套管在50到100年内不被腐蚀。”张健认为，他现在的科研困难主要体现在无法验证防腐蚀效果究竟能持续多久，因此还需要研发二氧化碳防腐蚀预测技术和模型，以此来测算出实际应用情况，验证防腐蚀效果。

与此同时，继续改进和研发新的CCUS固井材料和装置，以满足二氧化碳注采井筒以及二氧化碳泡沫压裂工艺的固井需求，也是张健始终坚持的方向。

对新事物永远充满好奇心的他，一旦认准了前路，便不会轻易停下脚步。

张健代表的是中国石油青年科技工作者，他们胸怀报国之心笃志前行。对他们来说，这场“逐绿”的征程才开始，尽管前方绝不会是一片坦途，但既然选择了，就勇毅前行！