首位石油工程院士王德民

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上論述機械采油

1994年中國工程院成立之始，首批院士當中僅有一位來自大慶油田的采油高級工程師獲此殊榮，時年57歲。論學業(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步獎并躋身世界先進之列的采油新工藝、新技術而凸顯出的采油工程專家王德民。

勤思敏行 測壓揚名

1937年2月，王德民誕生在河北省唐山一個中西合璧的家庭，留學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。抗日戰(zhàn)爭期間兵荒馬亂，到了入學年齡的王德民找不到一張安穩(wěn)的書桌，困在家里由母親進行啟蒙教育，因此他從呀呀學語的時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，舉家遷到當時的北平，王德民被送入一家基督教會學校插班，從三年級開始入學。1949年初，北平和平解放后，王德民升入?yún)R文中學。1955年高中畢業(yè)，考入了北京石油學院鉆采系采油專業(yè)。1960年畢業(yè)的時候正值中國石油工業(yè)開始大轉折，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會，選擇投身艱難困苦的松遼石油會戰(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動員的體魄，使他歐亞混血的相貌特征更為突出。盡管胸膛里跳動的是一顆純粹的中國心，但是“海外關系”的陰影還是揮之不去，品學兼優(yōu)的王德民本以為會被分配到科研單位一顯身手，結果落腳的地方卻是采油指揮部的測試隊。

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)試驗區(qū)充滿了挑戰(zhàn)和機遇，留心尋找研究項目的王德民很快發(fā)現(xiàn)使用“赫諾法”計算的油層壓力值普遍誤差偏高的問題。他的高等數(shù)學和物理功底極好，仔細研究了經(jīng)典的“赫諾法”計算公式，發(fā)現(xiàn)誤差偏大的癥結并不在于公式本身，而在于開發(fā)井之間的壓力波動相互干擾超出了公式的適用條件。當時，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)后的實際情況在推導新的數(shù)學計算公式，但是由于干擾因素非常復雜，一時還沒有找到簡捷的途徑。職務僅為試井隊實習員的王德民抓住契機毛遂自薦，初生牛犢不怕虎的銳氣激勵著他向不穩(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，但是當時可供參閱的多數(shù)是來自前蘇聯(lián)的俄文版技術資料。為此他廢寢忘食抓緊一切時間自修俄語，連吃飯的時候都在默背單詞。突破了閱讀關，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)學的王國里探索。功夫不負有心人，一百余天的鉆研終于在1961年的元旦迸發(fā)出靈感，一個前所未有的計算公式通過推演求出了合乎數(shù)學邏輯的解。

理論的成功還需要實踐的驗證，王德民將自己獨立推導出來的壓力計算公式與“赫諾法”做了系統(tǒng)的比較，結果令人震驚，計算出的壓力誤差值銳減了五分之四，一舉達到了期望的目標精度。按照國際上的慣例，一項新方法的發(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。由于當時松遼石油會戰(zhàn)崇尚不計名利的奉獻精神，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)，他又接連推導出多種提高測壓效率新算法，使關井續(xù)流時間由原來不少于72小時縮短到8小時，并且計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，是一個理論性和實踐性均為高難度的復雜領域，多年來很少有人取得突破性進展。童憲章對王德民的研究成果給予了高度評價，認為這是一項具有國際先進水平的創(chuàng)舉，系列“松遼法”應用幾年之后，國外的石油專業(yè)雜志上才見到相類似的報道。時年26歲的王德民出手不凡，在松遼石油會戰(zhàn)期間連年評為紅旗手和科研標兵，破格晉升采油工程師。1963年10月，他被調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研發(fā)，并任命為測試項目組的技術負責人，實現(xiàn)了渴望已久的夙愿。

潛心測試 分采建功

1965年王德民（右1）在試驗井上進行分層測試試驗

大慶油田是一個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、韻律旋回重疊的地質特征，并且原油的凝固點、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)試驗區(qū)多種開發(fā)方案的實踐對比，最終確立了早期內部橫切割注水、保持油層壓力的開采方針。為解決油田注水后出現(xiàn)單層突進的尖銳矛盾，研發(fā)分層注水、分層采油的組合技術成為當務之急。

大慶油田采油工藝研究所應運而生，系統(tǒng)攻關。王德民帶領的測試工藝室首先要取得被分隔的各組油層注進了多少水、采出了多少油、壓力是多少、封隔器是否密封等關鍵數(shù)據(jù)。當時國內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型分層測驗器”、“104型流量計”、“204型產(chǎn)量計”和“501型分層壓力計”四種分層測試所需的儀器儀表，填補了國內空白。他不但是提出技術思路和方案設計人，并且還是現(xiàn)場試驗和推廣應用的組織領導者。1964年冬季在大慶油田開展“101·444”分層配水會戰(zhàn)的過程中，首創(chuàng)的分層測試技術發(fā)揮了重要作用，為大慶油田全面實施分層注水、分層采油，實現(xiàn)“六分四清”，做出了開拓性的貢獻，闖出了一條具有中國特色的油田開發(fā)道路。因此，他領銜研發(fā)的第一代分層測試工藝和儀器儀表獲得了石油工業(yè)部的通報嘉獎。

此時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)擴展到整個采油工程領域。面對第一代分層注水、分層采油工藝在應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，逆境中他最擔心失去從事科研的工作權利，時刻惦記著把同心的配產(chǎn)配注工具改變成偏心結構，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的批示中要求“恢復起家基本功”。為盡快扭轉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局面，被下放勞動改造的部分工程技術人員返回工作崗位，王德民列在其中。這時候他已經(jīng)琢磨出了偏心式配產(chǎn)井下工具的基本雛形，急需進行設計加工和組合實驗。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，冒著被指責繼續(xù)走“白專”路線的風險，拖著腰椎病嚴重的身體，日以繼夜繪出了設計圖。第一臺樣機實驗遭遇失敗，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)想到原始設計上存在的缺陷。經(jīng)過一年多反復修改設計和實驗過程的經(jīng)驗積累，偏心配產(chǎn)器終于走出實驗室，進入了現(xiàn)場應用試驗。

取得初步成功之后，王德民又按照扭轉“兩降一升”的迫切需要，把偏心技術移植到配水器上，同時還研制成功了成系列的定位投撈工具，一舉把這項劃時代的分層注水、分層采油新技術推向了世界領先的高水平。1973年在大慶油田開始推廣應用后，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，可以隨時調整任意層段的生產(chǎn)參數(shù)。

工欲善其事，必先利其器。王德民的這項重大發(fā)明不僅在大慶油田扭轉“兩降一升”被動局面的過程中立竿見影，由于技術的先進性對后來的長期高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)也是細分層系、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)明獨樹一幟，與國外相類似的報道相比，不僅實現(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)權的中國創(chuàng)造。

1978年王德民光榮地出席了全國科學大會，獲得了國家科學技術委員頒發(fā)的獎勵。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，采油工藝總體跨入世界先進行列，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，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。王德民審時度勢提出了轉變采油方式的宏大構想，組織領導了自噴采油轉變?yōu)闄C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)工藝技術將被淘汰，裝機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現(xiàn)高水平的轉抽。從1980年開始，在王德民的組織領導下集中了一千多位采油工程師分系統(tǒng)聯(lián)合攻關，相繼研發(fā)成功了抽油機井10項、潛油電泵井8項配套的新技術和新工藝，為大慶油田5000萬噸連續(xù)十年穩(wěn)產(chǎn)方案的實施提供了堅實的技術保證。

1985年8月，王德民擔任大慶油田總工程師。在第一個十年穩(wěn)產(chǎn)規(guī)劃即將如期實現(xiàn)的鼓舞下，開始制定5000萬噸再穩(wěn)產(chǎn)十年的規(guī)劃，這時候最突出的問題是如何增加可供開采的石油地質儲量。大慶油田開發(fā)初期核定的22.6億噸地質儲量當中未包括厚度0.5米以下的一批薄油層，按照當時的采油工藝技術這部分油層不具備開采條件，因此未列入儲量統(tǒng)計表，統(tǒng)稱為表外儲量。王德民把大慶油田第二個5000萬噸十年穩(wěn)產(chǎn)的挖潛目標定在改造表外儲層上，提出了應用限流法進行壓裂改造薄油層的攻關課題，親自帶領項目組研究表外儲層的巖心力學特性，引進設計軟件，優(yōu)化定位射孔和壓裂施工的水力參數(shù)，篩選殘渣少、攜砂能力強的水基壓裂液，經(jīng)過室內的反復實驗和施工現(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，在表外儲層大范圍沉積的生產(chǎn)試驗區(qū)獲得了平均單井日產(chǎn)10噸以上的好效果。

限流法改造表外儲層的壓裂技術的研發(fā)成功，猶如一把鑰匙打開了封禁多年的儲量倉庫，使沉睡的6億多噸原油轉化為可供穩(wěn)產(chǎn)接替的新增可采儲量，以每年5000萬噸的原油產(chǎn)量計算，大慶油田再穩(wěn)產(chǎn)十年無需再為資源不足擔憂。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，受到改革開放總設計師鄧小平的親切接見。1988年，國家科委向王德民領銜發(fā)明的“限流法壓裂工藝”項目頒發(fā)了國家科學技術進步一等獎。

發(fā)現(xiàn)機理 聚驅奪冠

世界上任何油田都無法逃脫資源越采越少的結局，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。1991年開始擔任大慶石油管理局副局長的王德民，主管科技工作，他把三次采油當中的注聚合物驅油提高采收率研究，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，領導全油田的科技力量未雨綢繆，展開機理研究和礦場先導性工業(yè)應用試驗。

王德民不僅是這一國家級重大科研項目的提出者和組織者，也是親自從事實驗研究的實踐者，他率領科研團隊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油效率的機理，并應用這一理論上的新認識成功地解開了注聚地面流程劇烈震動，井下抽油桿嚴重偏磨等一系列工程方面的難題，為注聚合物驅油轉入礦場工業(yè)化推廣開辟了降低成本、簡單易行的技術途徑。

通過連續(xù)幾年的國內外技術交流、項目引進和因地制宜的技術創(chuàng)新，在大慶油田建成了中國第一個聚合物化學助劑生產(chǎn)基地和目前世界上規(guī)模最大、效益最好的應用基地。實踐證實，聚合驅油使大慶油田的采收率在水驅基礎上平均提高了10個百分點，即每注入一噸聚合物可增產(chǎn)120噸原油，從而使全面進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，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)領域的杰出貢獻當選首批院士。1998年，他領銜研發(fā)的“聚合物驅油技術”再次獲得了國家頒發(fā)的科學技術進步一等獎。

如今，中國工程院群英璀璨，各行各業(yè)的院士風采彰顯出國家強盛的科學技術實力。蜚聲海內外的王德民院士，耄耋之年依舊站在石油開采工程技術高端的最前沿，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研究，他所取得的學術成就在國際石油論壇上連篇引起轟動，被國際石油學會授予“終身會員”，2009年，何梁何利基金（Ho Leung Ho Lee Foundation）評審委員會把這一獎項的最高榮譽——科學與技術成就獎授予王德民院士。