陈国 | 以化学驱油破油藏之困
从1965年大庆油田启动聚合物驱油实验室研究算起，中国化学驱油技术砥砺前行60年——从零起步，如今跻身世界前列。而中国石油勘探开发研究院提高油气采收率全国重点实验室高级研究员陈国踩在这条时间线上，走了整整36年。
▲陈国在大庆油田研究院工作照
一路走来，陈国已成长为化学驱油领域的领军人，也成了国际同行争相请教的学术大拿。从被封锁、被质疑，到自主研发的化学驱数值模拟软件全面取代国外引进产品，支撑中国石油天然气集团有限公司（以下简称“中石油”）化学驱产量连续25年超千万吨——他带领团队，把“不可能”三个字，一笔一画改成了“中国能”。
如今，陈国依然在路上。2025年，12次飞赴新疆，凌晨4点半起床赶早班机，落地直奔办公室讨论技术问题，傍晚再踩着航班返程。那些由他构建的数学模型，正在地下数千米的油藏中，为沉睡的原油寻找奔涌而出的方向，也让中国化学驱油技术，在自主创新的路上越走越宽。
择一域，赴山海
1990年夏天，一列绿皮火车将22岁的陈国从哈尔滨载向大庆。刚大学毕业的他，带着应用数学的本科文凭，被分配到大庆油田勘探开发研究院。在此之前，这个年轻的北方小伙对油田的认知，还停留在“地下原油像湖泊，采油后注水防塌陷”的朴素想象里。直到走进油田，接触到油藏渗流、化学驱油这些陌生的概念，他才真正明白，石油开采不是简单的“抽水取油”，而是一场涉及地质、化学、数学、力学的复杂系统工程。
“那时候国内的化学驱数值模拟，基础十分薄弱。”回忆起初入油田的场景，陈国记忆犹新。彼时，大庆油田正筹备北一区断西聚合物驱油工业性矿场试验和中区西部聚合物驱油先导性矿场试验区的数值模拟工作。这是国际上首批大规模的化学驱现场试验，摆在科研人员面前的，却是技术条件极为有限的严峻现实。
当时虽有一款早期的聚合物驱软件可用，但模型十分不成熟，仅支持油水两相不可压缩刚性模拟，既无法刻画油藏断层与尖灭等复杂地质条件，计算效率也极低——6000节点的模型，模拟10年开发动态要耗时3天3夜，远远满足不了工业化现场试验的需求。国际上也仅有美国得克萨斯大学的多相流数值模拟软件.（UTCHEM）属于教学级软件，难以支撑实际生产；斯伦贝谢公司油藏数值模拟软件（ECLIPSE）尚未问世、加拿大计算机模拟软件集团油藏数值模拟软件（CMG-STARS）只能模拟热力采油过程，相关热采软件也不具备真正的化学驱模拟能力。
▲陈国（中）和化学驱数值模拟技术团队
“能用的软件功能有限，可靠的经验更是匮乏。”怎么办？只能靠自己！一群怀揣理想的年轻人，在老一辈石油人的带领下毅然踏上摸索之路。没有成熟模型可参考，没有现成代码可借鉴，核心算法与数值模型都要从头搭建、反复打磨。
“做油藏模拟，本质上是把油藏的渗流规律转化为数学模型，再通过求解数学模型指导开发。”陈国说，这需要大量精准的数学计算，看似不相关的应用数学专业，恰恰成了他踏入这个领域的敲门砖。油藏的孔隙结构、流体的运移规律、化学剂与原油的相互作用，所有复杂的物理化学过程，最终都能归结为一个个数学方程。他对数字敏感，对模型求解有着天然的优势。老一代石油人常说，学数学、物理、力学的人做油藏模拟，往往能得心应手，陈国的经历，正是对这句话最好的印证。
“当然，仅有数学功底远远不够，还需要理解地下的物理化学过程，懂得石油地质，与实验室研究协同攻关。”那是陈国科研生涯的启蒙期，他跟着王德民院士等老一辈石油科技工作者，从最基础的油藏认识学起。他泡在实验室里，观察聚合物溶液的流动特性；守在计算机前，对着简陋的教学软件反复调试；跑在油田现场，把地下油藏的实际情况与纸上的数学模型一一对应。
也是在那段时间，王德民院士“择一事、终一生”的事迹，让陈国坚定了深耕方向。他至今记得，20世纪90年代初，大庆油田刚开始做聚合物驱工业性试验时，王德民院士几乎每月都会多次到实验室指导。有一次在陈国办公室里，王德民院士一待就是一上午，逐一审视数值模拟的每一个参数、每一组数据。他对陈国说，石油科技工作者的每一次计算、每一个模型，都关乎着油田的开发效率，关乎着国家的能源安全。
这件事深深烙印在陈国心里。一位大庆油田副总经理，亲自盯实验室，亲自把关数值模拟的参数选取，这种严谨务实的作风，成为陈国此后科研生涯的标杆。1997年，大庆油田开始攻关泡沫复合驱技术，这项技术与聚合物驱、三元复合驱截然不同，而每一次新的驱油方法探索，都需要数值模拟同步跟进。“当时我觉得自己的基础理论需要进一步提升。”于是，在工作7年后，陈国选择考清华大学的研究生，一考即中。
▲陈国在欧洲地质学家与工程师学会年会上作学术报告
从大庆油田到清华园，从实践一线回到理论高地，陈国在数学模型与油藏工程的交叉领域深耕细作。他系统学习了流体力学、数值分析等专业知识，把数学的严谨与油藏工程的实际结合起来，为后续的技术攻关打下了坚实的基础。“咱们国家最大的问题就是缺石油，不把自己的油田产量做上来怎么行？咱们国家的陆相沉积油田，最适合用化学驱来提高采收率，那我就选择在这个方向一直走下去。”学成归来的陈国，继续扎根油田科研一线。这一守，又是近30年。他的研究从未离开化学驱油领域。“石油科技工作者，就要有‘咬定青山不放松’的韧劲，选准一个方向，就一直走下去，哪怕前路布满荆棘，也要迎难而上。”
破壁垒，铸重器
在地下数千米的深处，石油储存在岩石的微小孔隙中。那些孔隙的平均直径只有几微米到几十微米，而一个油藏的面积动辄几十平方公里，厚度有几十米到几百米。要想在这种尺度上弄清楚油、气、水的流动规律，难度可想而知。陈国团队自主研发的化学驱数值模拟软件，正是为破解这一难题而生。
“2003年，我脱产在北京攻读博士，领导打电话希望我能回去牵头研发聚合物驱数值模拟软件，我当时深感责任重大。”陈国回忆道。彼时，大庆油田聚合物驱已推广7年，因成本较高，必须依靠数值模拟保障开发效果。但购买的ECLIPSE、VIP等国外软件，核心聚焦水驱，化学驱模块功能薄弱、说明书仅有寥寥数页，早已无法满足现场需求。更关键的是，国外软件源码封闭、升级维护费用高昂，长期依赖必然受制于人，自主研发刻不容缓。
众所周知，数值模拟器开发是庞杂的系统工程，国际同类软件由上百人耗时数十年攻关，而当时油田相关科研人才稀缺、力量薄弱。“不做，就要被卡脖子；做，就要做好长期坐冷板凳的准备。”强烈的使命感让陈国毅然选择迎难而上。他延迟了博士毕业时间，重新组建团队，带领年轻的化学驱油数值模拟项目组，在无经验可鉴、无成熟方法可用的情况下，从零起步踏上攻关之路。
▲陈国（右一）在英国参加国际学术会议与国际著名化学家Ken Sorbie合影
研发之初，一切都要从头摸索。陈国带领团队从基础数学模型搭建开始，查阅文献、优化算法、比对现场数据，在反复调试中完善模型。“当时，聚合物弹性驱油机理已被国际化学驱专家普遍认可，但在理论解释与数学描述上，业界始终众说纷纭、没有成熟方案。”如何准确刻画这一关键机理，既能真实反映聚合物弹性驱油效果，又能抓住机理核心，成为团队必须攻克的难题。
陈国和团队一起沉下心来，立足现场实际与基础理论，反复研读国外文献、请教老专家，在大量实验数据与科研认识中剥茧抽丝；他们跳出传统认知局限，不再局限于“增加黏度、扩大波及体积”的单一思路，系统量化聚合物弹性对驱油效率的贡献，历经无数次推导、试算与修正，最终首创聚合物弹性驱油机理数学模型，并在此基础上自主研发了聚合物驱数值模拟软件POLYGEL模型。中国工程院院士韩大匡对此软件给予了“属独有技术且处于国际领先水平”的高度评价。这一成果也成为大庆油田斩获国家科学技术进步奖特等奖的重要创新点。
“2005年，有位权威专家劝我转向更容易出成果的领域，说国外化学驱数值模拟技术已经很强，再深耕难有突破。可我清楚，三元复合驱即将全面推广，现有模拟器满足不了发展需要。所以我选择了继续坚守。”带着这份执着，陈国团队又向三元复合驱模拟技术发起了挑战。三元复合驱涉及碱、表面活性剂、聚合物3种化学剂的相互作用，过程远比聚合物驱复杂，碱溶蚀、色谱分离、相态变化等一系列物理化学现象，都是国外软件无法精准描述的。他带领团队，从化学剂的传质输运规律入手，建立了以对流弥散扩散为基础的油气水三相模型，实现了水驱、聚合物驱、三元复合驱等多种驱动方式的一体化模拟，解决了传统模拟中不同模型转换数据不衔接、偏差大的问题。
“我们的软件，创新建立了黏弹性、色谱分离、碱溶蚀、润湿性改变和四次采油自适应驱油体系复杂物化机理模拟功能。从水驱到化学驱，能实现无缝连接。”陈国说，这是自主软件的一大优势。团队还发展了全新的数学模型求解技术，采用解耦顺序隐式模式，结合算子分裂、多重网格、OpenMP并行计算等技术，让模拟的计算速度比传统隐式压力显式浓度求解方法提升了10倍以上，经过多重网格加速423万节点的模型计算，速度较传统方法提升2.09倍，应用OpenMP并行技术124万节点的模型采用8线程并行计算，加速比达4.2，并行效率超50%，远超国外同类商业软件。更关键的是，自主研发的软件模拟结果与油藏开发的理论精确解趋势完全一致，而部分国外商业化软件，甚至无法准确描述油藏的基本开发规律。
从聚合物驱到三元复合驱，从自适应体系驱到微乳液驱，从流线模拟到数字孪生，陈国带领团队一步步构建起了功能完善的化学驱数值模拟体系。他们建立了化学剂色谱分离对聚合物黏度影响的数学模型，能精准刻画地下黏度场分布；建立了碱与表面活性剂竞争吸附、多元表面活性剂驱油的数学模型，实现了强碱、弱碱、无碱复合驱的一体化模拟；建立了缔合聚合物驱油机理数学模型，精准描述了缔合聚合物遇碱和表面活性剂黏度增加的独特现象。
2021年12月，陈国调任中国石油勘探开发研究院，开启了全新的技术攻关方向。他牵头承担国家科技重大专项的专题，攻关“水驱化学驱两驱一体化亿级节点数值模拟软件”，瞄准油气水微乳液四相渗流模拟和数千万甚至上亿节点的大规模油藏模拟两大技术难题，力争在2030年前实现我国化学驱数值模拟软件的国际领先水平。
▲陈国（后排右二）为苏丹能矿部技术人员培训化学驱油技术
如今，陈国团队研发的化学驱数值模拟软件，已经全面取代了国外引进产品，在大庆油田实现化学驱区块全覆盖，同时为长庆、新疆、印度尼西亚、苏丹等国内外的油田提供技术服务。仅中石油层面，就节省了数亿元的软件引进资金。从“买不到、用不上”到“自主造、全覆盖”，陈国和团队用20余年的时间，在化学驱油数值模拟领域，完成了从跟跑、并跑到领跑的技术突围，为中国化学驱油技术的规模化应用，铸就了一把“数字重器”。
重实践，促增产
“油藏开发是不可逆的，一旦选择了错误的开发方式，不仅会影响油田的效益，还会浪费宝贵的石油资源。”陈国告诉记者，正因如此，数值模拟技术才显得弥足珍贵。它通过数值模拟，能在计算机上对同一个油藏进行反复的“虚拟开采”，尝试不同的井网部署、注采参数、驱油方式，在短时间内筛选出最优的开发方案，为现场开发提供科学依据。目前，相关技术已应用于49个区块，总井数1万余口。有了这项技术保障，还能进一步助力化学驱产量规模的提高，为中石油年产1亿吨原油、为国家每年两亿吨的石油产量“保底”。
产量保底，靠的是一个又一个区块的实实在在的增产，技术突破更不是凭空而来。陈国团队发明了化学驱油过程原油富集聚并动力学理论，揭示了化学驱过程油墙形成机制和影响因素，以此理论指导建立了可采储量最大化基础的聚合物驱参数优化技术，使二类油层提高采收率14个百分点以上。此外，他还组织技术人员攻关聚驱提质提效技术，研制了DS2500抗盐聚合物，室内实验比普通聚合物驱提高采收率4个百分点以上，实现了本地工业化生产。
值得一提的是，陈国团队研发的三元复合驱数值模拟软件，更为驱油体系的优化、注采方案的制订提供了全程支撑，助力大庆油田的三元复合驱采收率提升了20个百分点以上，部分区块的采收率突破60%。
随着化学驱油技术的不断发展，油田开发进入了“精准挖潜”的阶段，如何识别油藏的优势渗流通道，解决化学驱后的低效、无效循环问题，成为摆在科研人员面前的新课题。陈国带领团队，创建了流线数值模拟方法优势渗流通道量化识别技术，为四次采油的高效开发提供了新的技术手段。
“聚合物驱扫过的油藏，剩余油很少，再注入驱油剂，很容易沿着优势渗流通道窜流，形成无效循环。”陈国解释道，传统的测井、测试手段，不仅投资大，而且无法动态反映优势渗流通道的时空演化过程。而流线数值模拟技术，能精准刻画不同开发阶段油藏的优势渗流通道分布，实时反映优势渗流通道时空演化过程，为封堵优势渗流通道、调整注采方案提供精准的地质依据。利用这项技术，科研人员能在计算机上清晰看到驱油剂在油藏中的运移路径，找到剩油分布的富集区，实现对油藏的精准挖潜。
目前，陈国团队聚焦微乳液驱油数值模拟软件研制，建立了微乳液相态数学模型，可以准确量化表征表面活性剂、油、水体系在不同矿化度条件下出现的温莎（Winsor）Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型相态转化过程。他们还建立了对流、弥散扩散物质传输数学模型，描述了微乳液驱油过程中发生的吸附、对流、弥散和扩散等复杂物质传输现象。而他最新研发的微乳液驱油数值模拟软件，已经在新疆油田的先导性试验中得到应用，成为微乳液驱油技术现场推广的重要技术支撑。
▲陈国在法国波城参加提高采收率国际学术会议
在数字技术飞速发展的今天，陈国又把目光投向了“智慧油田”和“油藏数字孪生”。他认为，随着人工智能、大数据技术的融入，未来的油田开发，将不再需要科研人员频繁奔赴现场，而是通过油藏的数字孪生模型，在计算机上实现对油田开发的实时监控、精准调控。“油藏数字孪生，不仅要还原油藏的形状，更要模拟流体在油藏中的流动规律，反映剩油的分布情况。”陈国说，而油藏数值模拟，是实现油藏数字孪生的唯一有效途径。
“数值模拟技术，最终要为现场服务，要让科研成果落地生根，转化为实实在在的产量和效益。”陈国说，30多年来，他始终坚持“从现场来，到现场去”的科研理念，不做脱离实际的纸上谈兵，把每一个模型、每一个算法，都与油田的实际开发结合起来。而他的科研成果，也在一个个油田的现场应用中，实现了自身的价值，为中石油产量的稳定增长，提供了坚实的技术支撑。据统计，仅大庆油田，通过聚合物驱、三元复合驱的方案优化，每年就能新增原油产量数百万吨，而这背后，都离不开数值模拟技术的保驾护航。
传薪火，向未来
时间回溯到1990年，当年轻的陈国第一次来到大庆油田，望着那些昼夜不停的磕头机，他或许未曾想到，自己将与这片土地结下半生之缘，更不会想到，他将用数学语言为地下数千米的油藏赋形，用一行行代码为原油的开采指引方向。
三十余载春华秋实，从年轻科研人员到团队领军者，陈国坦言，自己的成长，离不开老一代石油人的言传身教。王德民院士“择一事、终一生”的坚守，让他懂得了科研的初心；实验室老主任的谆谆教诲，让他明白学好油田地质开发知识是做好油藏模拟的基础；孙长明等老一辈科研人员“把所有时间和精力都用在工作上”的奉献，让他学会了科研的执着。在大庆油田，“三老四严”的科研作风、铁人王进喜的奋斗精神，早已融入每一位科研人员的血液。
多年来，陈国在三次采油领域取得了一系列丰硕的成果。他牵头研发多款具有自主知识产权的化学驱数值模拟软件，获得软件著作权8项，授权国家发明专利9件；发表学术论文50余篇，出版专著2部；斩获国家科学技术进步奖特等奖、黑龙江省科技进步奖一等奖、中石油科技进步奖一等奖等多项荣誉。面对这些荣誉，陈国始终保持谦虚，“获奖只是别人对工作的认可，做科研，关键是把事情做好，把成果转化为实际的价值”。在他看来，真正值得自豪的，是这些技术实实在在的应用效果，是为油田开发带来的实际效益，是为国家能源安全提供的硬核支撑。
随着在专业领域的积累日深，陈国的角色也在悄然转变。从最初的参与者，到项目的负责人，再到团队的引领者，他肩上的担子越来越重，思考的问题也越来越深——不仅是如何攻克一个技术难题，更是如何带好一支队伍，如何在一个个项目中，找准方向、凝聚力量、实现突破。而多年的项目长经历，让陈国对科研攻关有了更深的理解，“做项目长，首先要站位高，找准油田开发最需要的技术，把握好技术的发展潜力”。在他看来，石油科技工作者不能只盯着眼前的短期效益，更要着眼于行业的长远发展，选择那些有挑战性、有价值的技术方向，攻艰克难。而他自己，也始终践行着这一理念。当年，在研发化学驱数值模拟软件时，有领导劝他“编方案几天就能出成绩，做软件耗时费力还不出成果”，但陈国认准了这个方向，咬牙坚持了下来。正是这份坚持，让他带领团队攻克了一个又一个技术难题，研发出了具有自主知识产权的核心软件。
如今，陈国也成了年轻人的领路人。他带领的团队，由70后、80后、90后组成，年龄结构合理，每个人都能在自己的专业领域独当一面。对于年轻人的培养，陈国有自己的心得，他始终强调基础理论的重要性：“化学驱基础理论一定要让年轻人掌握好，没有基础理论，谈不上创新。而且这基础理论还得立在前人理论的基础上，还要有自己的理论创新。”他要求年轻人静下心来做原创性的工作，不要总是跟着别人跑，要敢于挑战权威、敢于突破前人，在科研的道路上走出自己的创新之路。“永远抢占技术制高点。”这是陈国对年轻一代的寄语，“站在制高点上，别人才觉得你这个人做出了成绩贡献。你跟一段时间可以，但一定要有自己的建树。”
▲陈国（左二）指导团队成员工作
在团队里，陈国不只是导师，更是并肩作战的朋友。他会和年轻人一起出差，一起讨论问题到深夜，一起在实验室反复验证数据；他的办公桌上，永远堆满了各种专业书籍和打印稿，随时准备和团队成员讨论最新的研究进展。在团队的培养中，陈国格外注重“原创性创新”。他常说，中国的化学驱油技术，能从跟跑走到领跑，靠的就是原创性创新，从聚合物黏弹性驱油机理模型，到微乳液驱油数值模拟软件，再到流线数值模拟技术，每一项突破，都是原创性创新的成果。
“人无压力轻飘飘，井无压力不出油。”这是铁人王进喜的名言，也是陈国常对团队说的话。他认为，压力是动力的源泉，科研工作者，就要有直面挑战的勇气，有攻艰克难的决心。在攻关国家科技重大专项“水驱化学驱两驱一体化亿级节点数值模拟软件”时，国际国内都没有先例，专家们也提出了诸多质疑，但陈国和团队没有退缩，而是把压力转化为动力，从基础理论入手，从算法优化发力，一步步推进技术攻关。“做科研，就要做别人没做过的事，这样才有价值。”陈国说。
除了团队的传承，陈国还十分注重国内外的交流与合作。他曾多次赴国外大学交流学习，与国际顶尖的化学驱专家探讨基础理论；也与中国科学院、清华大学等国内科研院校深度合作，吸收先进的数学求解、并行计算技术。“科研没有国界，要学会开阔视野，吸收国内外的先进经验，但更要坚持自主创新，不能跟在别人后面亦步亦趋。”
回望自己的科研之路，陈国的心中始终燃着对石油事业的热爱。正是这份热爱，让他在刚踏入油田时，会为了调通一个油藏模拟程序，守在电脑前熬上一整晚。等到代码一行行跑通、模型顺利算出结果，第二天一早便兴冲冲地和同事分享喜悦。这份对科研的纯粹与执着，支撑着他熬过无数个攻坚的深夜，闯过一个又一个技术难关。如今年过半百，他依旧保持着高强度的工作节奏，常年奔波在实验室与油田一线之间，却从未有过丝毫懈怠。在他看来，能把难题解开、让技术落地，本身就是一种极大的精神享受。
如今，在国际提高油气采收率的会议上，陈国和中国科研人员的声音，越来越受到关注，不少国外的石油公司纷纷来到中国，向陈国团队学习化学驱油技术，这让他深深感受到中石油科技的硬实力的同时，也越发意识到知识产权保护的重要性。“我们亲手做出来的技术成果，绝不能被轻易拿走、被他人冒认。”陈国的话语朴实却字字坚定。这份坚定的背后，是刻在骨子里的国家能源安全意识。“石油是国家战略资源，唯有掌握核心技术、攥紧自己的‘饭碗’，才能真正做到底气十足、无惧外部挑战。”
从大学课堂到油田深处，从跟跑学习到自主创新，从个人坚守到团队传承，陈国的30余年，也是中国化学驱油技术发展的缩影。在地下数千米的油藏中，他用数字为油藏赋形，用模型为开发指路，在平凡的岗位上，书写着不平凡的科研人生。
“十五五”伊始，在提高油气采收率的核心赛道上，陈国依然会带着他的团队，在数字世界里探索油藏的奥秘，在自主创新的道路上勇攀高峰。而那些由他和团队构建的数学模型、研发的模拟软件，也将在地下数千米的油藏中，继续为原油的开采保驾护航，让更多的原油从地下涌出，为国家的能源安全注入源源不断的动力。
专家简介
陈国，1968年7月出生，中国石油勘探开发研究院提高油气采收率全国重点实验室高级研究员、教授级高级工程师。主要研究领域是化学驱油基础理论研究和数值模拟软件研发与应用。自主研发了化学驱数值模拟软件，建立了储层特性和聚合物分子量与浓度匹配的参数个性化设计方法，创建了流线数值模拟方法优势渗流通道量化识别技术。荣获国家科学技术进步奖特等奖1项，黑龙江省科技进步奖一等奖1项，中国石油天然气集团有限公司科技进步奖一等奖1项、二等奖2项。在各类学术期刊发表论文50余篇，出版专著2部。授权国家发明专利9件，取得国家版权局计算机软件著作权登记证书8项。
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原标题：《陈国 | 以化学驱油破油藏之困》