宮 柯

首位石油工程院士王德民

宮 柯

王德民在叢式井組平臺(tái)上論述機(jī)械采油

1994年中國工程院成立之始，首批院士當(dāng)中僅有一位來自大慶油田的采油高級工程師獲此殊榮，時(shí)年57歲。論學(xué)業(yè)他沒有留洋深造的履歷，論資格也夠不上石油界的泰斗，為什么捷足先登？這個(gè)人就是在中國石油產(chǎn)量節(jié)節(jié)攀升的軌跡之中，一連串獲得國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)并躋身世界先進(jìn)之列的采油新工藝、新技術(shù)而凸顯出的采油工程專家王德民。

勤思敏行 測壓揚(yáng)名

1937年2月，王德民誕生在河北省唐山一個(gè)中西合璧的家庭，留學(xué)美國的父親是林西煤礦醫(yī)院的醫(yī)生，來自瑞士的母親相夫教子操持家務(wù)?？谷諔?zhàn)爭期間兵荒馬亂，到了入學(xué)年齡的王德民找不到一張安穩(wěn)的書桌，困在家里由母親進(jìn)行啟蒙教育，因此他從呀呀學(xué)語的時(shí)候起就能夠在英語和漢語之間自由地切換。1945年日本投降后，舉家遷到當(dāng)時(shí)的北平，王德民被送入一家基督教會(huì)學(xué)校插班，從三年級開始入學(xué)。1949年初，北平和平解放后，王德民升入?yún)R文中學(xué)。1955年高中畢業(yè)，考入了北京石油學(xué)院鉆采系采油專業(yè)。1960年畢業(yè)的時(shí)候正值中國石油工業(yè)開始大轉(zhuǎn)折，發(fā)現(xiàn)特大型油田的喜訊鼓舞著他不顧一切地放棄留校任教的機(jī)會(huì)，選擇投身艱難困苦的松遼石油會(huì)戰(zhàn)之中。

走向東北大荒原的王德民英俊倜儻，活力四射，聰明的頭腦加上田徑運(yùn)動(dòng)員的體魄，使他歐亞混血的相貌特征更為突出。盡管胸膛里跳動(dòng)的是一顆純粹的中國心，但是“海外關(guān)系”的陰影還是揮之不去，品學(xué)兼優(yōu)的王德民本以為會(huì)被分配到科研單位一顯身手，結(jié)果落腳的地方卻是采油指揮部的測試隊(duì)。

迎頭一瓢冷水并沒有澆滅王德民的滿腔熱忱，他暗下決心要用行動(dòng)來表現(xiàn)自己的愛國情懷，證明自己的工作能力。剛剛投入開發(fā)的生產(chǎn)試驗(yàn)區(qū)充滿了挑戰(zhàn)和機(jī)遇，留心尋找研究項(xiàng)目的王德民很快發(fā)現(xiàn)使用“赫諾法”計(jì)算的油層壓力值普遍誤差偏高的問題。他的高等數(shù)學(xué)和物理功底極好，仔細(xì)研究了經(jīng)典的“赫諾法”計(jì)算公式，發(fā)現(xiàn)誤差偏大的癥結(jié)并不在于公式本身，而在于開發(fā)井之間的壓力波動(dòng)相互干擾超出了公式的適用條件。當(dāng)時(shí)，在大慶油田工作的著名油田開發(fā)專家童憲章已經(jīng)開始針對油藏投入開發(fā)后的實(shí)際情況在推導(dǎo)新的數(shù)學(xué)計(jì)算公式，但是由于干擾因素非常復(fù)雜，一時(shí)還沒有找到簡捷的途徑。職務(wù)僅為試井隊(duì)實(shí)習(xí)員的王德民抓住契機(jī)毛遂自薦，初生牛犢不怕虎的銳氣激勵(lì)著他向不穩(wěn)定試井的難題單槍匹馬地發(fā)起了沖刺。

王德民的英語水平出類拔萃，但是當(dāng)時(shí)可供參閱的多數(shù)是來自前蘇聯(lián)的俄文版技術(shù)資料。為此他廢寢忘食抓緊一切時(shí)間自修俄語，連吃飯的時(shí)候都在默背單詞。突破了閱讀關(guān)，便開始借閱能夠搜集到所有的參考資料，終日研讀，天天沉浸在數(shù)學(xué)的王國里探索。功夫不負(fù)有心人，一百余天的鉆研終于在1961年的元旦迸發(fā)出靈感，一個(gè)前所未有的計(jì)算公式通過推演求出了合乎數(shù)學(xué)邏輯的解。

理論的成功還需要實(shí)踐的驗(yàn)證，王德民將自己獨(dú)立推導(dǎo)出來的壓力計(jì)算公式與“赫諾法”做了系統(tǒng)的比較，結(jié)果令人震驚，計(jì)算出的壓力誤差值銳減了五分之四，一舉達(dá)到了期望的目標(biāo)精度。按照國際上的慣例，一項(xiàng)新方法的發(fā)明通常以發(fā)明人的姓氏命名，“赫諾法”的發(fā)明人便是荷蘭殼牌石油公司一位名字叫赫諾（Horner）的石油工程師。由于當(dāng)時(shí)松遼石油會(huì)戰(zhàn)崇尚不計(jì)名利的奉獻(xiàn)精神，王德民的重大發(fā)明被冠以“松遼法”的稱謂全面推廣應(yīng)用。

王德民初出茅廬，一鳴驚人，攻下“松遼法”的卓越成就并沒有讓他就此止步。針對油水井不同的生產(chǎn)狀態(tài)，他又接連推導(dǎo)出多種提高測壓效率新算法，使關(guān)井續(xù)流時(shí)間由原來不少于72小時(shí)縮短到8小時(shí)，并且計(jì)算出壓力值仍然保持比較高的精度，被連續(xù)命名為“松Ⅰ、松Ⅱ、松Ⅲ、松Ⅳ法”。

王德民首先涉足的不穩(wěn)定試井研究，是一個(gè)理論性和實(shí)踐性均為高難度的復(fù)雜領(lǐng)域，多年來很少有人取得突破性進(jìn)展。童憲章對王德民的研究成果給予了高度評價(jià)，認(rèn)為這是一項(xiàng)具有國際先進(jìn)水平的創(chuàng)舉，系列“松遼法”應(yīng)用幾年之后，國外的石油專業(yè)雜志上才見到相類似的報(bào)道。時(shí)年26歲的王德民出手不凡，在松遼石油會(huì)戰(zhàn)期間連年評為紅旗手和科研標(biāo)兵，破格晉升采油工程師。1963年10月，他被調(diào)入剛組建的大慶油田采油工藝研究所，專職從事新工藝新技術(shù)研發(fā)，并任命為測試項(xiàng)目組的技術(shù)負(fù)責(zé)人，實(shí)現(xiàn)了渴望已久的夙愿。

潛心測試 分采建功

1965年王德民（右1）在試驗(yàn)井上進(jìn)行分層測試試驗(yàn)

大慶油田是一個(gè)陸相沉積形成的特大型砂巖油藏集合，呈現(xiàn)出多油層、非均質(zhì)、韻律旋回重疊的地質(zhì)特征，并且原油的凝固點(diǎn)、含蠟量、黏度、飽和壓力偏高，這些天然的不利因素對高速度、高水平開采造成了罕見的難度。通過生產(chǎn)試驗(yàn)區(qū)多種開發(fā)方案的實(shí)踐對比，最終確立了早期內(nèi)部橫切割注水、保持油層壓力的開采方針。為解決油田注水后出現(xiàn)單層突進(jìn)的尖銳矛盾，研發(fā)分層注水、分層采油的組合技術(shù)成為當(dāng)務(wù)之急。

大慶油田采油工藝研究所應(yīng)運(yùn)而生，系統(tǒng)攻關(guān)。王德民帶領(lǐng)的測試工藝室首先要取得被分隔的各組油層注進(jìn)了多少水、采出了多少油、壓力是多少、封隔器是否密封等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。當(dāng)時(shí)國內(nèi)外均沒有成熟的分層測試工具和工藝，因地制宜的發(fā)明創(chuàng)造勢在必行。從1964年到1966年，王德民針對大慶油田開發(fā)初期使用水力壓差式封隔器分隔油層、空心配水器實(shí)施定量分層注水、自噴采油的生產(chǎn)工藝，主持研制成功了“301型分層測驗(yàn)器”、“104型流量計(jì)”、“204型產(chǎn)量計(jì)”和“501型分層壓力計(jì)”四種分層測試所需的儀器儀表，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。他不但是提出技術(shù)思路和方案設(shè)計(jì)人，并且還是現(xiàn)場試驗(yàn)和推廣應(yīng)用的組織領(lǐng)導(dǎo)者。1964年冬季在大慶油田開展“101·444”分層配水會(huì)戰(zhàn)的過程中，首創(chuàng)的分層測試技術(shù)發(fā)揮了重要作用，為大慶油田全面實(shí)施分層注水、分層采油，實(shí)現(xiàn)“六分四清”，做出了開拓性的貢獻(xiàn)，闖出了一條具有中國特色的油田開發(fā)道路。因此，他領(lǐng)銜研發(fā)的第一代分層測試工藝和儀器儀表獲得了石油工業(yè)部的通報(bào)嘉獎(jiǎng)。

此時(shí)的王德民不僅是采油工藝研究所仰仗的科研主力，由于他精通英語和俄語，潛心鉆研的視野已經(jīng)擴(kuò)展到整個(gè)采油工程領(lǐng)域。面對第一代分層注水、分層采油工藝在應(yīng)用中暴露出來的諸多缺陷，開始思考分層注采工藝的革命性變革。

愈挫愈奮 換代發(fā)明

1972年王德民在生產(chǎn)井上試驗(yàn)下井工具

突如其來的“文化大革命”，令王德民蒙受了難以言表的屈辱，逆境中他最擔(dān)心失去從事科研的工作權(quán)利，時(shí)刻惦記著把同心的配產(chǎn)配注工具改變成偏心結(jié)構(gòu)，突破第一代分采分注管柱至多只能分隔5段油層組的局限性，實(shí)現(xiàn)任意改變油水井工作制度的愿景。

1970年3月，周恩來總理在給大慶油田軍管會(huì)的批示中要求“恢復(fù)起家基本功”。為盡快扭轉(zhuǎn)由于遭受破壞而出現(xiàn)的油田產(chǎn)量下降、油層壓力下降、含水量急劇上升的被動(dòng)局面，被下放勞動(dòng)改造的部分工程技術(shù)人員返回工作崗位，王德民列在其中。這時(shí)候他已經(jīng)琢磨出了偏心式配產(chǎn)井下工具的基本雛形，急需進(jìn)行設(shè)計(jì)加工和組合實(shí)驗(yàn)。在采油工藝研究所革命委員和諸多同志的支持下，王德民頂著“特嫌”的帽子，冒著被指責(zé)繼續(xù)走“白?！甭肪€的風(fēng)險(xiǎn)，拖著腰椎病嚴(yán)重的身體，日以繼夜繪出了設(shè)計(jì)圖。第一臺(tái)樣機(jī)實(shí)驗(yàn)遭遇失敗，他不灰心不泄氣，愈挫愈奮，在參加野外拉練的急行軍中仍在思考解決問題方案，腳上穿的鞋不合適磨起了水泡，使他聯(lián)想到原始設(shè)計(jì)上存在的缺陷。經(jīng)過一年多反復(fù)修改設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)過程的經(jīng)驗(yàn)積累，偏心配產(chǎn)器終于走出實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)入了現(xiàn)場應(yīng)用試驗(yàn)。

取得初步成功之后，王德民又按照扭轉(zhuǎn)“兩降一升”的迫切需要，把偏心技術(shù)移植到配水器上，同時(shí)還研制成功了成系列的定位投撈工具，一舉把這項(xiàng)劃時(shí)代的分層注水、分層采油新技術(shù)推向了世界領(lǐng)先的高水平。1973年在大慶油田開始推廣應(yīng)用后，不僅收獲了配水合格率由30%上升到70%以上的凸顯效果，而且還能夠做到分隔油層不受級數(shù)限制，根據(jù)配產(chǎn)配注方案采油工人自行操作，可以隨時(shí)調(diào)整任意層段的生產(chǎn)參數(shù)。

工欲善其事，必先利其器。王德民的這項(xiàng)重大發(fā)明不僅在大慶油田扭轉(zhuǎn)“兩降一升”被動(dòng)局面的過程中立竿見影，由于技術(shù)的先進(jìn)性對后來的長期高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)也是細(xì)分層系、深度挖潛的一柄利器。縱觀全世界油田開發(fā)一百多年的歷史，偏心配產(chǎn)配注工具工藝的發(fā)明獨(dú)樹一幟，與國外相類似的報(bào)道相比，不僅實(shí)現(xiàn)偏心的原理不同，并且單體的重量減輕二分之一，長度縮短三分之二，中心通道暢通無阻，操作十分簡便，是具有百分之百知識產(chǎn)權(quán)的中國創(chuàng)造。

1978年王德民光榮地出席了全國科學(xué)大會(huì)，獲得了國家科學(xué)技術(shù)委員頒發(fā)的獎(jiǎng)勵(lì)。此后，偏心配產(chǎn)配注工藝普及到全國各油田，為中國石油產(chǎn)量突破一億噸大關(guān)，采油工藝總體跨入世界先進(jìn)行列，贏得了一枚高科技含量足赤的金牌。

1973年王德民（左）在研究偏心配產(chǎn)工藝

1998年王德民在研究大慶油田持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)規(guī)劃

推進(jìn)穩(wěn)產(chǎn) 限流挖潛

1976年，在舉國歡慶粉碎“四人幫”、開始撥亂反正的轉(zhuǎn)折之際，王德民奉命完成了“大慶油田5000萬噸原油產(chǎn)量穩(wěn)產(chǎn)十年采油工藝規(guī)劃”，1978年8月調(diào)離采油工藝研究所，任命為大慶石油管理局副總工程師。

此時(shí)，大慶長垣上的薩爾圖、杏樹崗、喇嘛甸三大主力油田全面投入開發(fā)。5000萬噸十年穩(wěn)產(chǎn)的前五年立足于原井網(wǎng)、老流程和現(xiàn)有的自噴開采工藝尚可支撐，但是后五年的持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)將面臨極大的困難。油田綜合含水上升到60%之后，自噴開采工藝無法維系產(chǎn)液量的成倍飆升。王德民審時(shí)度勢提出了轉(zhuǎn)變采油方式的宏大構(gòu)想，組織領(lǐng)導(dǎo)了自噴采油轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械采油的系統(tǒng)工程論證。這一方案的確立意味著業(yè)已成熟的與自噴采油相配套的絕大多數(shù)工藝技術(shù)將被淘汰，裝機(jī)下泵之后是否還能夠做到分層采油、分層測試，成為亟待破解的難題。國外的大油田多數(shù)是海相沉積，雖然大量使用機(jī)械采油，但是層系相對簡單，通過多鉆井分層系開采的辦法規(guī)避了同井多油層的矛盾。陸相沉積的大慶油田別無選擇，必須要在每一口采油井鉆遇多油層的條件下實(shí)現(xiàn)高水平的轉(zhuǎn)抽。從1980年開始，在王德民的組織領(lǐng)導(dǎo)下集中了一千多位采油工程師分系統(tǒng)聯(lián)合攻關(guān)，相繼研發(fā)成功了抽油機(jī)井10項(xiàng)、潛油電泵井8項(xiàng)配套的新技術(shù)和新工藝，為大慶油田5000萬噸連續(xù)十年穩(wěn)產(chǎn)方案的實(shí)施提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保證。

1985年8月，王德民擔(dān)任大慶油田總工程師。在第一個(gè)十年穩(wěn)產(chǎn)規(guī)劃即將如期實(shí)現(xiàn)的鼓舞下，開始制定5000萬噸再穩(wěn)產(chǎn)十年的規(guī)劃，這時(shí)候最突出的問題是如何增加可供開采的石油地質(zhì)儲(chǔ)量。大慶油田開發(fā)初期核定的22.6億噸地質(zhì)儲(chǔ)量當(dāng)中未包括厚度0.5米以下的一批薄油層，按照當(dāng)時(shí)的采油工藝技術(shù)這部分油層不具備開采條件，因此未列入儲(chǔ)量統(tǒng)計(jì)表，統(tǒng)稱為表外儲(chǔ)量。王德民把大慶油田第二個(gè)5000萬噸十年穩(wěn)產(chǎn)的挖潛目標(biāo)定在改造表外儲(chǔ)層上，提出了應(yīng)用限流法進(jìn)行壓裂改造薄油層的攻關(guān)課題，親自帶領(lǐng)項(xiàng)目組研究表外儲(chǔ)層的巖心力學(xué)特性，引進(jìn)設(shè)計(jì)軟件，優(yōu)化定位射孔和壓裂施工的水力參數(shù)，篩選殘?jiān)?、攜砂能力強(qiáng)的水基壓裂液，經(jīng)過室內(nèi)的反復(fù)實(shí)驗(yàn)和施工現(xiàn)場的多次嘗試，終于突破了國外普遍放棄開采厚度0.5米以下薄油層的禁區(qū)，使80到140多個(gè)厚度大于0.2米的薄油層依次裂縫填砂得以改造，降低了原油流入井筒的滲流阻力，在表外儲(chǔ)層大范圍沉積的生產(chǎn)試驗(yàn)區(qū)獲得了平均單井日產(chǎn)10噸以上的好效果。

限流法改造表外儲(chǔ)層的壓裂技術(shù)的研發(fā)成功，猶如一把鑰匙打開了封禁多年的儲(chǔ)量倉庫，使沉睡的6億多噸原油轉(zhuǎn)化為可供穩(wěn)產(chǎn)接替的新增可采儲(chǔ)量，以每年5000萬噸的原油產(chǎn)量計(jì)算，大慶油田再穩(wěn)產(chǎn)十年無需再為資源不足擔(dān)憂。1987年7月，中共中央邀請七位在科研事業(yè)上做出重大貢獻(xiàn)的中年專家到北戴河海濱度假，王德民位列第三，受到改革開放總設(shè)計(jì)師鄧小平的親切接見。1988年，國家科委向王德民領(lǐng)銜發(fā)明的“限流法壓裂工藝”項(xiàng)目頒發(fā)了國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

發(fā)現(xiàn)機(jī)理 聚驅(qū)奪冠

世界上任何油田都無法逃脫資源越采越少的結(jié)局，如何最大限度的提高采收率，是各國采油工程師竭力競爭的高端焦點(diǎn)。1991年開始擔(dān)任大慶石油管理局副局長的王德民，主管科技工作，他把三次采油當(dāng)中的注聚合物驅(qū)油提高采收率研究，確立為大慶油田在高含水后持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主攻方向，領(lǐng)導(dǎo)全油田的科技力量未雨綢繆，展開機(jī)理研究和礦場先導(dǎo)性工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)。

王德民不僅是這一國家級重大科研項(xiàng)目的提出者和組織者，也是親自從事實(shí)驗(yàn)研究的實(shí)踐者，他率領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)在篩選適合大慶油田油藏特征的聚合物過程中發(fā)現(xiàn)了黏彈性能夠提高微觀驅(qū)油效率的機(jī)理，并應(yīng)用這一理論上的新認(rèn)識成功地解開了注聚地面流程劇烈震動(dòng)，井下抽油桿嚴(yán)重偏磨等一系列工程方面的難題，為注聚合物驅(qū)油轉(zhuǎn)入礦場工業(yè)化推廣開辟了降低成本、簡單易行的技術(shù)途徑。

通過連續(xù)幾年的國內(nèi)外技術(shù)交流、項(xiàng)目引進(jìn)和因地制宜的技術(shù)創(chuàng)新，在大慶油田建成了中國第一個(gè)聚合物化學(xué)助劑生產(chǎn)基地和目前世界上規(guī)模最大、效益最好的應(yīng)用基地。實(shí)踐證實(shí)，聚合驅(qū)油使大慶油田的采收率在水驅(qū)基礎(chǔ)上平均提高了10個(gè)百分點(diǎn)，即每注入一噸聚合物可增產(chǎn)120噸原油，從而使全面進(jìn)入高含水階段的大慶油田不但年產(chǎn)油沒有下降，反而使5000萬噸以上的穩(wěn)產(chǎn)期延長到27年，以主力油田采收率平均高于50%的奪冠指標(biāo)，創(chuàng)造了世界同類油田開發(fā)史上的奇跡。

1994年，中國工程院成立之始，王德民因在油田開發(fā)領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)當(dāng)選首批院士。1998年，他領(lǐng)銜研發(fā)的“聚合物驅(qū)油技術(shù)”再次獲得了國家頒發(fā)的科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

如今，中國工程院群英璀璨，各行各業(yè)的院士風(fēng)采彰顯出國家強(qiáng)盛的科學(xué)技術(shù)實(shí)力。蜚聲海內(nèi)外的王德民院士，耄耋之年依舊站在石油開采工程技術(shù)高端的最前沿，為我國石油工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展從事開拓性的新技術(shù)研究，他所取得的學(xué)術(shù)成就在國際石油論壇上連篇引起轟動(dòng)，被國際石油學(xué)會(huì)授予“終身會(huì)員”，2009年，何梁何利基金（Ho Leung Ho Lee Foundation）評審委員會(huì)把這一獎(jiǎng)項(xiàng)的最高榮譽(yù)——科學(xué)與技術(shù)成就獎(jiǎng)授予王德民院士。