首位石油工程院士王德民

宫 柯

首位石油工程院士王德民

宫 柯

王德民在丛式井组平台上论述机械采油

1994年中国工程院成立之始，首批院士当中仅有一位来自大庆油田的采油高级工程师获此殊荣，时年57岁。论学业他没有留洋深造的履历，论资格也够不上石油界的泰斗，为什么捷足先登？这个人就是在中国石油产量节节攀升的轨迹之中，一连串获得国家科技进步奖并跻身世界先进之列的采油新工艺、新技术而凸显出的采油工程专家王德民。

勤思敏行 测压扬名

1937年2月，王德民诞生在河北省唐山一个中西合璧的家庭，留学美国的父亲是林西煤矿医院的医生，来自瑞士的母亲相夫教子操持家务。抗日战争期间兵荒马乱，到了入学年龄的王德民找不到一张安稳的书桌，困在家里由母亲进行启蒙教育，因此他从呀呀学语的时候起就能够在英语和汉语之间自由地切换。1945年日本投降后，举家迁到当时的北平，王德民被送入一家基督教会学校插班，从三年级开始入学。1949年初，北平和平解放后，王德民升入汇文中学。1955年高中毕业，考入了北京石油学院钻采系采油专业。1960年毕业的时候正值中国石油工业开始大转折，发现特大型油田的喜讯鼓舞着他不顾一切地放弃留校任教的机会，选择投身艰难困苦的松辽石油会战之中。

走向东北大荒原的王德民英俊倜傥，活力四射，聪明的头脑加上田径运动员的体魄，使他欧亚混血的相貌特征更为突出。尽管胸膛里跳动的是一颗纯粹的中国心，但是“海外关系”的阴影还是挥之不去，品学兼优的王德民本以为会被分配到科研单位一显身手，结果落脚的地方却是采油指挥部的测试队。

迎头一瓢冷水并没有浇灭王德民的满腔热忱，他暗下决心要用行动来表现自己的爱国情怀，证明自己的工作能力。刚刚投入开发的生产试验区充满了挑战和机遇，留心寻找研究项目的王德民很快发现使用“赫诺法”计算的油层压力值普遍误差偏高的问题。他的高等数学和物理功底极好，仔细研究了经典的“赫诺法”计算公式，发现误差偏大的症结并不在于公式本身，而在于开发井之间的压力波动相互干扰超出了公式的适用条件。当时，在大庆油田工作的著名油田开发专家童宪章已经开始针对油藏投入开发后的实际情况在推导新的数学计算公式，但是由于干扰因素非常复杂，一时还没有找到简捷的途径。职务仅为试井队实习员的王德民抓住契机毛遂自荐，初生牛犊不怕虎的锐气激励着他向不稳定试井的难题单枪匹马地发起了冲刺。

王德民的英语水平出类拔萃，但是当时可供参阅的多数是来自前苏联的俄文版技术资料。为此他废寝忘食抓紧一切时间自修俄语，连吃饭的时候都在默背单词。突破了阅读关，便开始借阅能够搜集到所有的参考资料，终日研读，天天沉浸在数学的王国里探索。功夫不负有心人，一百余天的钻研终于在1961年的元旦迸发出灵感，一个前所未有的计算公式通过推演求出了合乎数学逻辑的解。

理论的成功还需要实践的验证，王德民将自己独立推导出来的压力计算公式与“赫诺法”做了系统的比较，结果令人震惊，计算出的压力误差值锐减了五分之四，一举达到了期望的目标精度。按照国际上的惯例，一项新方法的发明通常以发明人的姓氏命名，“赫诺法”的发明人便是荷兰壳牌石油公司一位名字叫赫诺（Horner）的石油工程师。由于当时松辽石油会战崇尚不计名利的奉献精神，王德民的重大发明被冠以“松辽法”的称谓全面推广应用。

王德民初出茅庐，一鸣惊人，攻下“松辽法”的卓越成就并没有让他就此止步。针对油水井不同的生产状态，他又接连推导出多种提高测压效率新算法，使关井续流时间由原来不少于72小时缩短到8小时，并且计算出压力值仍然保持比较高的精度，被连续命名为“松Ⅰ、松Ⅱ、松Ⅲ、松Ⅳ法”。

王德民首先涉足的不稳定试井研究，是一个理论性和实践性均为高难度的复杂领域，多年来很少有人取得突破性进展。童宪章对王德民的研究成果给予了高度评价，认为这是一项具有国际先进水平的创举，系列“松辽法”应用几年之后，国外的石油专业杂志上才见到相类似的报道。时年26岁的王德民出手不凡，在松辽石油会战期间连年评为红旗手和科研标兵，破格晋升采油工程师。1963年10月，他被调入刚组建的大庆油田采油工艺研究所，专职从事新工艺新技术研发，并任命为测试项目组的技术负责人，实现了渴望已久的夙愿。

潜心测试 分采建功

1965年王德民（右1）在试验井上进行分层测试试验

大庆油田是一个陆相沉积形成的特大型砂岩油藏集合，呈现出多油层、非均质、韵律旋回重叠的地质特征，并且原油的凝固点、含蜡量、黏度、饱和压力偏高，这些天然的不利因素对高速度、高水平开采造成了罕见的难度。通过生产试验区多种开发方案的实践对比，最终确立了早期内部横切割注水、保持油层压力的开采方针。为解决油田注水后出现单层突进的尖锐矛盾，研发分层注水、分层采油的组合技术成为当务之急。

大庆油田采油工艺研究所应运而生，系统攻关。王德民带领的测试工艺室首先要取得被分隔的各组油层注进了多少水、采出了多少油、压力是多少、封隔器是否密封等关键数据。当时国内外均没有成熟的分层测试工具和工艺，因地制宜的发明创造势在必行。从1964年到1966年，王德民针对大庆油田开发初期使用水力压差式封隔器分隔油层、空心配水器实施定量分层注水、自喷采油的生产工艺，主持研制成功了“301型分层测验器”、“104型流量计”、“204型产量计”和“501型分层压力计”四种分层测试所需的仪器仪表，填补了国内空白。他不但是提出技术思路和方案设计人，并且还是现场试验和推广应用的组织领导者。1964年冬季在大庆油田开展“101·444”分层配水会战的过程中，首创的分层测试技术发挥了重要作用，为大庆油田全面实施分层注水、分层采油，实现“六分四清”，做出了开拓性的贡献，闯出了一条具有中国特色的油田开发道路。因此，他领衔研发的第一代分层测试工艺和仪器仪表获得了石油工业部的通报嘉奖。

此时的王德民不仅是采油工艺研究所仰仗的科研主力，由于他精通英语和俄语，潜心钻研的视野已经扩展到整个采油工程领域。面对第一代分层注水、分层采油工艺在应用中暴露出来的诸多缺陷，开始思考分层注采工艺的革命性变革。

愈挫愈奋 换代发明

1972年王德民在生产井上试验下井工具

突如其来的“文化大革命”，令王德民蒙受了难以言表的屈辱，逆境中他最担心失去从事科研的工作权利，时刻惦记着把同心的配产配注工具改变成偏心结构，突破第一代分采分注管柱至多只能分隔5段油层组的局限性，实现任意改变油水井工作制度的愿景。

1970年3月，周恩来总理在给大庆油田军管会的批示中要求“恢复起家基本功”。为尽快扭转由于遭受破坏而出现的油田产量下降、油层压力下降、含水量急剧上升的被动局面，被下放劳动改造的部分工程技术人员返回工作岗位，王德民列在其中。这时候他已经琢磨出了偏心式配产井下工具的基本雏形，急需进行设计加工和组合实验。在采油工艺研究所革命委员和诸多同志的支持下，王德民顶着“特嫌”的帽子，冒着被指责继续走“白专”路线的风险，拖着腰椎病严重的身体，日以继夜绘出了设计图。第一台样机实验遭遇失败，他不灰心不泄气，愈挫愈奋，在参加野外拉练的急行军中仍在思考解决问题方案，脚上穿的鞋不合适磨起了水泡，使他联想到原始设计上存在的缺陷。经过一年多反复修改设计和实验过程的经验积累，偏心配产器终于走出实验室，进入了现场应用试验。

取得初步成功之后，王德民又按照扭转“两降一升”的迫切需要，把偏心技术移植到配水器上，同时还研制成功了成系列的定位投捞工具，一举把这项划时代的分层注水、分层采油新技术推向了世界领先的高水平。1973年在大庆油田开始推广应用后，不仅收获了配水合格率由30%上升到70%以上的凸显效果，而且还能够做到分隔油层不受级数限制，根据配产配注方案采油工人自行操作，可以随时调整任意层段的生产参数。

工欲善其事，必先利其器。王德民的这项重大发明不仅在大庆油田扭转“两降一升”被动局面的过程中立竿见影，由于技术的先进性对后来的长期高产稳产也是细分层系、深度挖潜的一柄利器。纵观全世界油田开发一百多年的历史，偏心配产配注工具工艺的发明独树一帜，与国外相类似的报道相比，不仅实现偏心的原理不同，并且单体的重量减轻二分之一，长度缩短三分之二，中心通道畅通无阻，操作十分简便，是具有百分之百知识产权的中国创造。

1978年王德民光荣地出席了全国科学大会，获得了国家科学技术委员颁发的奖励。此后，偏心配产配注工艺普及到全国各油田，为中国石油产量突破一亿吨大关，采油工艺总体跨入世界先进行列，赢得了一枚高科技含量足赤的金牌。

1973年王德民（左）在研究偏心配产工艺

1998年王德民在研究大庆油田持续稳产规划

推进稳产 限流挖潜

1976年，在举国欢庆粉碎“四人帮”、开始拨乱反正的转折之际，王德民奉命完成了“大庆油田5000万吨原油产量稳产十年采油工艺规划”，1978年8月调离采油工艺研究所，任命为大庆石油管理局副总工程师。

此时，大庆长垣上的萨尔图、杏树岗、喇嘛甸三大主力油田全面投入开发。5000万吨十年稳产的前五年立足于原井网、老流程和现有的自喷开采工艺尚可支撑，但是后五年的持续稳产将面临极大的困难。油田综合含水上升到60%之后，自喷开采工艺无法维系产液量的成倍飙升。王德民审时度势提出了转变采油方式的宏大构想，组织领导了自喷采油转变为机械采油的系统工程论证。这一方案的确立意味着业已成熟的与自喷采油相配套的绝大多数工艺技术将被淘汰，装机下泵之后是否还能够做到分层采油、分层测试，成为亟待破解的难题。国外的大油田多数是海相沉积，虽然大量使用机械采油，但是层系相对简单，通过多钻井分层系开采的办法规避了同井多油层的矛盾。陆相沉积的大庆油田别无选择，必须要在每一口采油井钻遇多油层的条件下实现高水平的转抽。从1980年开始，在王德民的组织领导下集中了一千多位采油工程师分系统联合攻关，相继研发成功了抽油机井10项、潜油电泵井8项配套的新技术和新工艺，为大庆油田5000万吨连续十年稳产方案的实施提供了坚实的技术保证。

1985年8月，王德民担任大庆油田总工程师。在第一个十年稳产规划即将如期实现的鼓舞下，开始制定5000万吨再稳产十年的规划，这时候最突出的问题是如何增加可供开采的石油地质储量。大庆油田开发初期核定的22.6亿吨地质储量当中未包括厚度0.5米以下的一批薄油层，按照当时的采油工艺技术这部分油层不具备开采条件，因此未列入储量统计表，统称为表外储量。王德民把大庆油田第二个5000万吨十年稳产的挖潜目标定在改造表外储层上，提出了应用限流法进行压裂改造薄油层的攻关课题，亲自带领项目组研究表外储层的岩心力学特性，引进设计软件，优化定位射孔和压裂施工的水力参数，筛选残渣少、携砂能力强的水基压裂液，经过室内的反复实验和施工现场的多次尝试，终于突破了国外普遍放弃开采厚度0.5米以下薄油层的禁区，使80到140多个厚度大于0.2米的薄油层依次裂缝填砂得以改造，降低了原油流入井筒的渗流阻力，在表外储层大范围沉积的生产试验区获得了平均单井日产10吨以上的好效果。

限流法改造表外储层的压裂技术的研发成功，犹如一把钥匙打开了封禁多年的储量仓库，使沉睡的6亿多吨原油转化为可供稳产接替的新增可采储量，以每年5000万吨的原油产量计算，大庆油田再稳产十年无需再为资源不足担忧。1987年7月，中共中央邀请七位在科研事业上做出重大贡献的中年专家到北戴河海滨度假，王德民位列第三，受到改革开放总设计师邓小平的亲切接见。1988年，国家科委向王德民领衔发明的“限流法压裂工艺”项目颁发了国家科学技术进步一等奖。

发现机理 聚驱夺冠

世界上任何油田都无法逃脱资源越采越少的结局，如何最大限度的提高采收率，是各国采油工程师竭力竞争的高端焦点。1991年开始担任大庆石油管理局副局长的王德民，主管科技工作，他把三次采油当中的注聚合物驱油提高采收率研究，确立为大庆油田在高含水后持续高产稳产的主攻方向，领导全油田的科技力量未雨绸缪，展开机理研究和矿场先导性工业应用试验。

王德民不仅是这一国家级重大科研项目的提出者和组织者，也是亲自从事实验研究的实践者，他率领科研团队在筛选适合大庆油田油藏特征的聚合物过程中发现了黏弹性能够提高微观驱油效率的机理，并应用这一理论上的新认识成功地解开了注聚地面流程剧烈震动，井下抽油杆严重偏磨等一系列工程方面的难题，为注聚合物驱油转入矿场工业化推广开辟了降低成本、简单易行的技术途径。

通过连续几年的国内外技术交流、项目引进和因地制宜的技术创新，在大庆油田建成了中国第一个聚合物化学助剂生产基地和目前世界上规模最大、效益最好的应用基地。实践证实，聚合驱油使大庆油田的采收率在水驱基础上平均提高了10个百分点，即每注入一吨聚合物可增产120吨原油，从而使全面进入高含水阶段的大庆油田不但年产油没有下降，反而使5000万吨以上的稳产期延长到27年，以主力油田采收率平均高于50%的夺冠指标，创造了世界同类油田开发史上的奇迹。

1994年，中国工程院成立之始，王德民因在油田开发领域的杰出贡献当选首批院士。1998年，他领衔研发的“聚合物驱油技术”再次获得了国家颁发的科学技术进步一等奖。

如今，中国工程院群英璀璨，各行各业的院士风采彰显出国家强盛的科学技术实力。蜚声海内外的王德民院士，耄耋之年依旧站在石油开采工程技术高端的最前沿，为我国石油工业的可持续发展从事开拓性的新技术研究，他所取得的学术成就在国际石油论坛上连篇引起轰动，被国际石油学会授予“终身会员”，2009年，何梁何利基金（Ho Leung Ho Lee Foundation）评审委员会把这一奖项的最高荣誉——科学与技术成就奖授予王德民院士。