逐绿而行的“好奇博士”
张健：逐绿而行的“好奇博士”
钻采院 苏娣娣
进入初夏时节的甘肃省庆阳市，郊外早先荒凉的黄土塬上已显露出绿意盎然的生机，雨水开始逐渐增多，润泽万物，一洗塬上的积尘。不远处的一座井场正在进行紧张忙碌的施工作业，这是陇东区块致密油CCUS先导试验区首轮井的固井施工现场。
“固井水泥车碰压成功，水泥浆按设计顺利返至地面！”川庆公司钻采工程技术研究院高级工程师张健兴奋地提高声量向同样在现场监测防腐蚀水泥浆体系性能的同事唐凯喊了一嗓子。整整三个小时，他一直在紧张、期待中来回踱步，直到“轰隆”的施工声戛然而止。过去三年，他曾无数次在现场见证全井筒抗二氧化碳腐蚀固井保障体系的成功应用，每次都是一样的心情，虽然这一体系已在陕甘宁三省的3个百万吨CCUS示范区应用了近百口井。
作为CCUS固井技术创新团队的一员，这套自研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。
“好奇博士”张健的选择
都说一个人在童年时期对某些事物的好奇和热爱，可能会成为他们成年后的职业方向，张健也不例外。
小时候的张健在父母眼中是一个头上顶着“十万个为什么”，脑袋里有很多“问号”的孩子。当父亲打开老式录音机露出内部复杂缠绕的集成电路，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，他总在一旁静静观察和思考：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粘稠的液体，很大一片。觉得很神奇，整个下午，他坐在那里观察了很久，也猜了很久。多年后，当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，这一切仿佛是冥冥之中自有天意，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，接受基础化学理论科班教育。本科毕业后的6年时间里，他在西南石油大学先后取得化学工程与技术硕士与博士学位。2020年4月，张健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，一年后，他成为了专攻固井新材料研发的一线科研人员。
在博士后工作站期间，张健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”。他们定期组织学术沙龙，经常头脑风暴、集思广益，科研学术环境氛围十分良好。在川庆构建的科研平台下，他们自由选择工作地点、工作选题和研究方向，有足够的经费和材料支持，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新热点，川庆也提出要走绿色发展道路，“端牢能源饭碗”。在此背景下，CCUS前沿技术产业化发展提上议事日程，张健顺势而为，坚定选择CCUS固井新材料和产品研发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”的研究，这项技术与国家碳达峰碳中和重要产业CCUS密切相关。CCUS是指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二氧化碳永久减排的过程。按照技术流程，CCUS分为碳捕集、碳运输、碳利用、碳封存等环节。
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，以此达到绿色减排减碳目标。
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，再加上自己的化学专业背景，张健对从事CCUS固井新材料的研发信心百倍。在进入川庆的第一年里，他就全身心投入到CCUS基础理论研究、专用化剂产品研发、现场试验的每一个关键环节，“誓为这项利国利民的‘减碳’技术出一份力”！
“好奇博士”张健的“日常”
2021年6月，随着长庆油田黄3区CCUS国家级示范工程综合试验站的正式投运，为抢占CCUS固井技术服务市场，同年7月，川庆钻采工程技术研究院组建了以张健为中心的CCUS固井技术创新团队，决心为“环鄂尔多斯盆地千万吨级CCUS/CCS产业集群”提供固井技术支撑。
团队组建之初，张健便迎来了职业生涯的第一个“挑战”。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、注采效率降低等问题。如何研制出适合该区块的固井新材料，以此破解此区域的固井防腐难题成为团队的首要任务。
“最关键的就是防腐蚀材料的设计和体系设计问题”，对于新材料的研发，张健的思路很清晰，“解决难题首先就是要正视它、了解它，然后再寻找解决它的突破口。”
抗二氧化碳腐蚀固井水泥浆体系中的防腐蚀材料在未被攻克前一直被国际油服公司掌握，并且价格昂贵，受制于人。如何研发形成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。在分别与西南石油大学施太合教授团队、长庆油田公司油气工艺研究院李琼伟专家团队进行了充分细致的技术探讨后，张健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。
然而，这并不是张健团队接下来要走的第一步。由于团队刚刚成立不久，成员虽然大部分都是硕士以上学历，但在此之前他们分别从事不同的研究方向，第一次面对这项前沿技术并且还要研发出新的材料，彼此心里都没底。
“一天一小会，三天一大会”，基于读博期间对这项新技术的认知和了解，每一次的团队会议，张健都会通过讲解这一技术相关背景和现状的方式去引导和鼓励团队“心往一处想，劲往一处使”。很快，大家的畏惧心理逐渐消除，成员们根据自身专业特点，做好科研分工，各司其职，全力以赴攻克难题。
科研理论和试验结果总是会存在悖论，团队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固井新材料的研发要有新方法，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。”
办公室电脑硬盘里，与CCUS固井技术有关的资料超过了100T。从国外到国内，从兄弟单位到科研院校，他广泛收集、对比分析。看书、查资料、请教专家、参加各类学术研讨会，能获取新信息的途径他一个也没有放过。
随着认知的深入，加上多年的基础研究积累和对理论的重新认识，经过三个月的室内试验和跑现场，张健和团队成员终于找到了“切入点”，“要在高分子材料结构设计与室内合成工艺上入手，再结合区块地质情况，研发途径就会很明朗”，张健眼里闪烁着光芒。
很快，依托在博士后站期间的创新项目“含二氧化碳酸性流体工况下固井水泥环腐蚀机理及防腐蚀技术研究”，2021年12月，张健带领团队研发出新型聚合物微球型和纳米枝晶型防二氧化碳腐蚀剂，同时还配套开发出“低密+常规/高密度”全井段抗二氧化碳腐蚀固井水泥浆体系，较常规水泥浆体系而言，形成的水泥石致密性高，非渗透性强，具有优秀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》，研发出一种兼具二氧化碳响应功能、填充物质强度高、修复持续性强的自修复剂，升级形成新一代“动态智能响应保护壳”抗二氧化碳腐蚀自修复固井水泥浆体系，与抗二氧化碳腐蚀固井水泥浆体系组合成“双保险”，为长庆油田CCUS示范区提效增产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”科研成果初见成效，首次在长庆油田CCUS国家重点试验区黄3区首口二氧化碳注入更新井--新塬31-101井进行固井施工并获得成功，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抗腐蚀特性！”甲方固井工程项目部技术副经理李佳佳赞不绝口。“这个新材料解决了这口井先前环空气体窜溢的问题，最终到量碰压，水泥浆返至地面，施工过程安全可控，可多亏了张博士的层层把关啊！”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。
首战成名。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，全井筒对水泥环的抗二氧化碳腐蚀性能和腐蚀完整性提出了更高、更严格的技术要求。
抱着必胜的信心，张健带领团队与川庆公司长庆固井公司以及长庆油田油气工艺研究院的研发人员一起，从大样复核、水泥浆体系性能优化、注替排量控制等多个环节入手，做到全程跟踪服务，力保固井质量达优。张健所在钻采技术工程研究院也因此揽下了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”开启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，才能用小材料解决大问题”。
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，固井合格率100%，优质率高达98.63%，二氧化碳长期安全封存与驱油得到了有效保障，为绿色减排交出了亮眼的“成绩单。
“好奇博士”张健的追求
科研上的突破和实践中的大踏步拓展为全井段抗二氧化碳腐蚀固井水泥浆体系积累下了好口碑，荣誉奖项也纷至沓来。
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，2024年张健荣获川庆公司“十大杰出青年”。此外，他还在SCI/EI发表固井水泥浆材料研究相关论文成果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！所有的付出都获得了回报，但今后的路还很长，还需要更努力才行！”张健对未来充满信心和期待，“有了技术利器的支撑，还远远不够”，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。
在专家领导和同事眼中，张健从不内耗，他的工作模式就是发现问题、解决问题、再开启新的问题。
“思维活跃，肯钻研，团队刚建立的时候，不是专家领导说什么就是什么，遇到问题他总是会自己去论证核实，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，大部分人都是等报告结果，他不是，经常跑去看材料和实验仪器，了解数据是怎么来的，基础工作很扎实。”刘志雄说，张健身上有科研工作者“求真”的特质，也正是他身上这股子“较真”的性格，成为了团队的“主心骨”。
现场问题解决了，但前期因为反复跑现场，时间、成本、人力、物力都增加不少。本着如何高效开展科研工作的考量，2023年4月，张健牵头建立并设计了国内首套固井技术研究与应用的物理模拟实验装置，以室内物理模拟“动态腐蚀-冲刷自愈合评价装置”和“水泥环完整性评价装置”这两套评价装置，用来研究高分子合成产品及试验评价测试，实现动态冲刷环境下固井水泥石腐蚀-自修复综合评价，形成软、硬条件双具备的CCUS特色防腐增强技术及服务平台。
现在，这两套评价装置在室内通过模拟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。
“科研就如同打怪升级，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，才能在科研这条路上一直走下去。然而张健也并非不食人间烟火，“也不是没有想过放弃，遇到‘瓶颈’时的疲惫感几乎让我无法坚持”。
闲暇时间，他喜欢用跑步和打羽毛球来释放紧张情绪和压力。而他的妻子自小在胜利油田长大，是个妥妥的“油二代”，深知石油科研人的不易，在他压力最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，我曾在大学时期听过罗院士的讲座，他严谨求实、时刻保持冷静的科研态度让我一直铭记在心。”
区别于在象牙塔里认为的从0到1才是创新的理念，四年的工作实践使张健的认知得到了颠覆性的拓展，他现在觉得，科研创新应当是将思维、技术迭代升级与实际生产和应用相融合的过程。面对行业巨变的风潮，CCUS作为新兴产业，世界各大油气公司相关技术正在不断积累和迭代中，CCUS技术服务在未来仍存在巨大的市场潜力。
“由于二氧化碳存在腐蚀性，所以现在研究依然主要集中在如何使套管在50年到100年不被腐蚀”，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够持续多久，目前只能依靠时间来验证，因此还需要研发二氧化碳防腐蚀预测技术和模型，来测算出实际应用情况以验证防腐蚀效果。
与此同时，继续改进和研发新的CCUS固井材料和装置，以满足新形势、新需求、新挑战下的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。
未来已来，行则将至。“科研创新中的每一次收获、为川庆公司建设世界一流综合性油气工程技术服务公司的每一次创效都值得自己全力以赴”。在中国石油绿色低碳的宏观指引下，以张健为代表的青年科技工作者们面对充满挑战和机遇的未来，在科研创新的道路上怀揣报国之心，满怀热爱、笃定前行。
对他们来说，这场“逐绿”的旅途才刚刚开始，前方绝对不会是一片坦途，但既然选择了，就必须无怨无悔。