中國“射流鉆頭之父”沈忠厚

□ 本刊記者 任光莉

他，誕生于民族危亡之際，成長于炮火紛飛之中。歷經(jīng)山河破碎、生靈涂炭，他的內(nèi)心早已種下一顆科技報(bào)國的種子。大學(xué)畢業(yè)后，他將主攻方向瞄準(zhǔn)了被稱為“工業(yè)血液”的石油領(lǐng)域。此后數(shù)十年，在鉆井工藝和鉆井工程開發(fā)等方面，他不斷探索研究，不斷改革創(chuàng)新，取得一系列令全世界矚目的開創(chuàng)性成果，被稱為中國“射流鉆頭之父”。他，就是中國工程院院士，杰出的石油鉆井和水射流技術(shù)專家，中國石油大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師沈忠厚。

好男兒志存高遠(yuǎn)

1928年2月，沈忠厚出生在四川省大竹縣的黃城寨，父母為其取名“忠厚”，希望他能忠實(shí)立身，厚道做人。沈忠厚一歲時(shí)父親去世，從小與母親相依為命。在親戚們的幫助下，他先后就讀于黃城小學(xué)、大竹中學(xué)。求學(xué)期間，沈忠厚勤奮好學(xué)，成績一直名列前茅。1947年，他考入重慶大學(xué)工學(xué)院采礦冶金系。以當(dāng)時(shí)的成績，沈忠厚完全可以選擇一個(gè)相對輕松熱門的專業(yè)，但令人意外的是，他卻選擇了艱苦冷僻的采礦系石油鉆采專業(yè)。當(dāng)時(shí)的中國，民生凋敝、滿目瘡痍，沈忠厚看在眼中，痛在心里：“中國太貧窮了，沒有采礦不行。只有找到豐富的礦藏，中國才有可能走向富裕。”抱著這樣的初衷，沈忠厚與礦藏結(jié)下了不解之緣，也開始了他為之奮斗一生的輝煌事業(yè)。

1951年，大學(xué)畢業(yè)后的沈忠厚留校任教，從事石油鉆井教學(xué)工作。為了更好地適應(yīng)教學(xué)需要，1953年，他來到玉門油田實(shí)習(xí)。當(dāng)時(shí)，全國只有幾臺鉆機(jī)，都集中在玉門。在那里，沈忠厚掌握了大量的第一手資料，積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在玉門，石油勘測開采一線的人才匱乏和石油工人面對困難百折不撓的干勁，給了他極大的震撼和鼓舞，也進(jìn)一步堅(jiān)定了他獻(xiàn)身祖國石油工業(yè)的決心：“這輩子搞石油，把自己的青春年華融入這片黑色的海洋中……”

1955年，沈忠厚調(diào)入成立不久的北京石油學(xué)院任教。此后，他先后擔(dān)任北京石油學(xué)院鉆采系鉆井教研室副主任、華東石油學(xué)院開發(fā)系主任、鉆井研究所所長、石油大學(xué)石油工程系高壓水射流研究中心主任等職。在北京石油學(xué)院工作期間，他參加了一次又一次的石油大會戰(zhàn)。從四川油田到大慶油田，從大港油田到中原油田、勝利油田，他為中國石油科技事業(yè)的振興和石油教育事業(yè)的發(fā)展跋山涉水、轉(zhuǎn)戰(zhàn)南北。艱苦的井場環(huán)境磨煉了他頑強(qiáng)的意志，豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)更為他以后在鉆井技術(shù)方面的突破奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

解決世界級難題

石油，被稱為“工業(yè)血液”，是寶貴的能源和戰(zhàn)略資源。但石油大都蘊(yùn)藏在幾千米深的地下復(fù)雜巖層中。當(dāng)時(shí)，每打一口井要耗資幾百萬元甚至更多，要想降低成本，就必須提高鉆井效率。提高鉆井效率，尤其需要對鉆頭進(jìn)行改進(jìn)。這，成了沈忠厚鉆研的課題。

上世紀(jì)70年代，一次偶然的機(jī)會，沈忠厚到成都飛機(jī)制造廠參觀，看到了水射流切割機(jī)。高速流動的水射流切起堅(jiān)硬的合金材料來，就像切豆腐一樣容易。這給了他一個(gè)啟發(fā)：能否讓鉆頭噴射出比巖石還堅(jiān)硬的水流，從而提高鉆井效率呢？從那時(shí)起，他把水射流破巖技術(shù)作為主攻方向。

在研究過程中，沈忠厚發(fā)現(xiàn)無法解決淹沒非自由射流的衰減問題，更無法定量地解釋射流在井底的衰減規(guī)律。面對這個(gè)復(fù)雜又極其關(guān)鍵的難題，他一度陷入困境。1980年3月，帶著關(guān)于噴射鉆井技術(shù)的疑問和困惑，沈忠厚以訪問學(xué)者的身份前往美國路易斯安那等地的科研院所訪問學(xué)習(xí)。一天，在聽完美國水射流鉆井權(quán)威戈恩斯教授的講座后，沈忠厚向他提問：“只有到達(dá)井底的水射流才對破巖有效，您為什么只計(jì)算鉆頭噴嘴出口位置的水力參數(shù)，而不計(jì)算到達(dá)井底的參數(shù)？”戈恩斯教授聽罷，無奈地?cái)倲偸郑骸安皇遣幌胗?jì)算，而是太復(fù)雜了。”

戈恩斯教授的回答，激起了沈忠厚破解這個(gè)難題的決心，他要啃下這塊硬骨頭。回國后，沈忠厚全身心投入到這個(gè)課題的研究中。他和他的團(tuán)隊(duì)打破傳統(tǒng)的思維模式，用大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來構(gòu)建理論計(jì)算模型，再用可知的理論檢驗(yàn)試驗(yàn)成果，經(jīng)過大量的試驗(yàn)和反復(fù)的理論攻堅(jiān)，他們終于在淹沒非自由射流動力學(xué)規(guī)律、射流到達(dá)井底功率計(jì)算等方面取得重大理論突破，建立了新的水力設(shè)計(jì)理論，徹底解決了困擾世界的井底水功率難題。

1989年，根據(jù)此理論成果設(shè)計(jì)的第一代鉆頭——加長噴嘴牙輪鉆頭問世，引起國內(nèi)外轟動。外國專家稱贊道：是中國人解決了這個(gè)世界級的難題！很快，新型鉆頭在十余個(gè)油田推廣。與普通鉆頭相比，單只鉆頭進(jìn)尺提高30%到40%，鉆速提高20%到30%，使用壽命最高可達(dá)150小時(shí)。該成果獲得了國家科技進(jìn)步獎二等獎，省部級科技進(jìn)步獎一等獎，并獲兩項(xiàng)國家專利和一項(xiàng)美國專利。美國、英國權(quán)威機(jī)構(gòu)的名人辭典上，也赫然收錄了“沈忠厚”的條目。

創(chuàng)新攻堅(jiān)永遠(yuǎn)在路上

在研制第一代鉆頭的過程中，沈忠厚發(fā)現(xiàn)，如果把具有很大破壞作用的空化現(xiàn)象引入破巖，變害為利，將會大大提高鉆頭的破巖效果，于是自振空化射流鉆井技術(shù)又成為他和團(tuán)隊(duì)新的攻堅(jiān)點(diǎn)。1991年，第二代鉆頭——自振空化射流鉆頭誕生。新型高效自振空化射流產(chǎn)生的脈動沖擊壓力比普通射流壓力提高24%到37%，破巖效果提高1到3倍，該成果獲2007年度國家科技進(jìn)步獎二等獎。

1991年8月，在阿根廷舉行的第13屆世界石油大會上，沈忠厚等撰寫的論文《新型射流理論及其鉆井工程應(yīng)用前景研究》在大會上宣讀，與會的專家和學(xué)者被他的理論和構(gòu)想所吸引，稱這一理論為“走出迷宮的最佳路徑”。

在圍繞鉆井提速增效的持續(xù)攻關(guān)過程中，沈忠厚和團(tuán)隊(duì)逐漸形成了“理論研究—室內(nèi)實(shí)驗(yàn)—現(xiàn)場試驗(yàn)—推廣應(yīng)用”的研究模式，創(chuàng)新靈感使得研究項(xiàng)目疊加進(jìn)行。1992年，第三代鉆頭——水力及機(jī)械聯(lián)合破巖鉆頭誕生，該鉆頭可使機(jī)械鉆速提高32%到36%。1997年，利用旋轉(zhuǎn)射流技術(shù)提高采收率的第四代鉆頭——旋轉(zhuǎn)射流破巖鉆頭誕生。該研究成果于1997年8月首次在遼河油田試驗(yàn)成功，鉆出我國第一口超短半徑徑向水平井，填補(bǔ)了我國在該領(lǐng)域的空白。

沈忠厚的研究成果先后獲得國家科技進(jìn)步獎、國家發(fā)明獎、國家教委科技進(jìn)步獎等國家和省部級獎10多項(xiàng)，并獲得中外專利20余項(xiàng)；他先后在中外刊物上發(fā)表論文100余篇，出版英文專著1部、中文專著3部，榮獲“全國能源工業(yè)特等勞動模范”“石油工業(yè)有突出貢獻(xiàn)專家”“山東省專業(yè)技術(shù)拔尖人才”“山東省高校優(yōu)秀共產(chǎn)黨員”等榮譽(yù)稱號。2001年，沈忠厚當(dāng)選為中國工程院院士。

2003年12月，重慶開縣發(fā)生井噴事故，國家安監(jiān)總局組織專家組到現(xiàn)場調(diào)查事故，沈忠厚任組長。在調(diào)查過程中，他發(fā)現(xiàn)了事故的重要線索——硫化氫氣體超臨界相態(tài)的存在。根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，沈忠厚又提出超臨界二氧化碳鉆完井提高油氣采收率新思路，并指導(dǎo)研究，取得了重要進(jìn)展。

“要上山，不要下海”

在數(shù)十年的科研、教學(xué)與實(shí)踐中，沈忠厚秉持熾熱的愛國精神、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、不息的奮斗情懷，為我國油氣鉆井學(xué)科、水動力學(xué)學(xué)科等的建立與發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。曾經(jīng)有人相中了他幾十項(xiàng)中外專利，許以豐厚的報(bào)酬要拉他“下海”，也有不少人勸他“機(jī)不可失”，但是沈忠厚的回答是：“我們要上山，不要下海。”他認(rèn)為：“是國家培養(yǎng)了我，我最深沉的信念是為了國家的事業(yè)而奮斗、為石油行業(yè)的發(fā)展而拼搏。個(gè)人的利益，實(shí)在是沒有太多的必要去考慮。”他將祖國的需要視為最高要求，自覺把個(gè)人發(fā)展與民族的前途命運(yùn)緊密結(jié)合在一起，以高尚的人格魅力和深厚的學(xué)術(shù)造詣，為新中國的石油工業(yè)凝聚起了一支高水平的科研隊(duì)伍。

教學(xué)科研六十余載，喜看桃李遍布天下。沈忠厚先后培養(yǎng)了近百名碩士和博士研究生，部分成長為中國工程院院士、長江學(xué)者、國家杰出青年、“百千萬人才工程”等高水平人才，多人走上了高校和油田公司的高層次管理崗位，在不同戰(zhàn)線上發(fā)揮才智、貢獻(xiàn)力量。沈忠厚說，每當(dāng)?shù)弥约号囵B(yǎng)的學(xué)生在工作崗位上干得很好，內(nèi)心就會升騰起豐厚的成就感，哪怕自己只起了一點(diǎn)添磚加瓦的作用。

在沈忠厚70壽辰之際，中國石油大學(xué)老校長楊光華為他題詞：“水擊石穿尋地火，披肝瀝膽為人民。”這是對他的贊譽(yù)，更是對他崇高人生追求和高尚學(xué)術(shù)風(fēng)范的概括。在他80壽辰之際，學(xué)生們送了一副對聯(lián)：“忠天義地，風(fēng)風(fēng)雨雨成就偉業(yè)；厚德載物，兢兢業(yè)業(yè)培育英才。”這既是學(xué)生們對老師發(fā)自肺腑的深情流露，也是對沈忠厚為人師表、行為世范的真實(shí)寫照。

莫道桑榆晚，為霞尚滿天。盡管已是耄耋之年，沈忠厚依然時(shí)刻關(guān)注著石油工業(yè)的科技最前沿，忠實(shí)地踐行著為熱愛的石油事業(yè)發(fā)光發(fā)熱的錚錚誓言。