新中国成立之初,为了尽快找到储量大的油气田,自1950年起,全国范围内共计十万余人扛着各种探油设备满世界找油。经初步勘探,四川盆地多处发现油气迹象,时任石油工业部部长余秋里立即抽调全国石油系统的钻探精英在川中探区展开石油会战。1958年5月到9月,四川盆地车辆川流不息,人声鼎沸,以比武、打擂、竞赛、誓师等形式打响了“大战川中,拿下二十口关键井”的夺油会战。一时间,这里聚集了全国的石油专家和相关学者,仅一线采油工人就达三万人。
但是这场声势浩大的石油大会战仅持续了不到一年。1959年3月,会战副总指挥康世恩宣布:立即结束川中会战,所有援川勘探和钻井队伍撤离川中,归还原建制。而原因是川中油藏被一个还在实习的大学生确定为侏罗纪地层的砂岩空隙出油——油量分布太广,单体可开采量不足,根本无法实现大规模连续开采。这个判定川中油田“死刑”的在读大学生,就是后来被称作“中国最帅院士”的王德民。
“川中发现大油田”的消息一夜之间传遍中国的时候,国内相关专业的大学院校纷纷派出实习生开展现场实习。当时在读大三的王德民被安排在最先喷油的龙女寺二号探井(简称“女二号”),跟随试油员熟悉现场程序并搜集整理资料,学习并锻炼解决实际问题的技能。
王德民从实习开始就身在女二号开采第一线,从头到尾参与了整个过程。他带着几个同学悄悄围着以女二号为中心的四口钻井研究了十来天,向井队建议注水加压求结果数据,以便进一步分析。队上随即派人配合,向井下灌注了一百多吨水,终于把含油液面提升到地表,用设备抽汲提捞后,这一百多吨油水混合物中原油的占比少得可怜。
北京石油学院实习领队老师把王德民等几十人集合在一起进行分析,最终王德民结合实践数据,得出一个结论:川中地质结构不适合采油。这句话让整个川中油田炸了锅,一个大学还没毕业的毛头小子居然否定数十位石油专家的结论……最终还是北京石油学院开发系主任秦同洛教授的总结性意见帮了他。秦教授是资深的油田开发学者,他在意见书中明确指出川中地区的油流来自不连贯的裂缝性油藏,先是不赞成在裂缝油藏端面上搞会战,又缓和性地建议先加大力度研究川中地区地层的裂缝规律,摸清裂缝延伸走向,再确定布置钻探井寻找油脉。
秦教授的解围让王德民不仅深深地意识到石油勘探的重要性,更懂得了技术上的严谨比夸夸其谈实在得多,也让他明白了石油形成和分布的复杂性和勘探开发的高难度、高风险、高技术含量以及地质结构的无法预测,任何脱离实际的盲目决策都有可能造成人、物、财等各方面的巨大浪费。
总体来说,这是一次失败的实习经历,却对王德民的一生影响深远。
到大东北找油去
1937年2月9日,王德民出生于河北省唐山市一个中瑞混血的高级知识分子家庭。混合着东西方血液的他不仅五官精致、容貌脱俗,性格方面也有瑞士人的细腻敏锐。母亲是音乐天才,父亲是口碑极佳的医生,一家人随父居于北平。优越的家世本可以让他衣食无忧,可惜的是,不满半岁的王德民就闻到了在东南沿海四处横行的日本战车浓烈的柴油味。
为了避免因外貌引起不必要的麻烦,父亲让母子几人留在家里尽量少出门。母亲自编教材,三个孩子的学习全部用英语,读书、学数理化、学钢琴小提琴,每天10点半还要在客厅里做操。王德民从小就不喜欢被约束,自由散漫,活泼调皮,母亲让他练琴,他就在键盘上乱弹,一边弹一边大声唱英文歌。
为了让孩子们学习汉语,父亲特意给他们请来了中文老师。但父亲请来的中文老师来一个被三兄妹气走一个,接连换了四五个老师。由于很少出门见客,王德民内向而敏感,喜欢独来独往,他最开心的事是跑到自家后院里和母山羊顶角。
就这样,北平官帽胡同中这座坐北朝南的小院里,父亲坐馆行医,母亲做家务,三个孩子在初通中文后也都转入了正规学校。北平解放时,王德民成了汇文中学的初一学生,而且是被保送的。当时保送的学校有好几个,王德民之所以选择了这里,不仅因为这所学校当年是他祖父捐资修建的,学校的图书馆里有大大的祖父的画像,还因为这所学校的校训即蔡元培先生亲笔题写的“好学近乎智、力行近乎仁、知耻近乎勇”深得其心。
汇文中学为增强学生体魄,每天下午4点,所有教室和图书馆一律上锁,全体师生必须到运动场集合。在这里,王德民除了中文突飞猛进,他充沛的体力也得到了很好的宣泄。从小就跟山羊顶角的他在体育场上如鱼得水,当时学长们组织了一个紫蔷薇篮球队,他想加入,但球队名额满了,他竟然在未入选的爱好篮球的同学间四方游说,又组建了一支球队,针锋相对地起名“紫罗兰篮球队”,天天缠着紫蔷薇篮球队比赛。每当两支球队对战时,连友邻学校都派人来围观学习。
由于长相特别,同学们背地里称王德民“二毛子”。抡过几次拳头之后,他发现效果并不好,于是采用“迂回战术”——参加各种演讲比赛时,他都用流利的中文旁征博引,用丰富的中文知识使那些对他评头论足的同学改变对他的看法。他这样学习好、长得帅又兼有体育特长的学生,自然成了整个学校的焦点,不仅赢得了同学们的喜欢,连老师也成了他的粉丝。
1955年,王德民以甲等生的成绩被北京石油学院录取。大学对他而言,印象最深的就是那场声势浩大却无功而返的川中石油大会战。由于当年深受有“保尔·柯察金”之称的吴运铎在汇文中学演讲的鼓舞,王德民深刻体会到作为一名基层工作者,最坚定的意志和最一线的工作才是生命的根本和人生价值的根本,于是大学毕业前夕,本可以选择在条件优越的北京工作的他,执意要去松辽油田,从出大力流大汗的试井工人做起。他渴望的不是舒适的办公室,而是东北一望无垠的大草原及其地下丰富的石油。
发明松辽法试井公式
1960年,经初步勘探,松辽平原上确定探明了绵延两百多公里的七个大小不一的油藏带,但这里的岩层结构是特大型陆相砂岩。而如何在这种极特殊的地质带上开发出大油田,全世界也没有现成的可以照搬的经验。石油工业部在吸取川中石油会战教训的基础上,决定在黑龙江省萨尔图地区规划出三十平方公里的生产试验区,开展十项不同的采油方式试验,通过实际的效果对比,确定松辽油田最优化的开发方案。
刚加入松辽石油会战大军的时候,条件艰苦到让王德民倒吸一口冷气。没有宿舍、食堂、办公室,他们只能住牛棚,即便是牛棚也是出于组织上对这些高学历的大学毕业生的照顾。晴天还好,一到下雨天,锅碗瓢盆都得用来接雨水。为了躲雨,一个晚上他们要换好几个地方睡觉。没有电也没有灯,屋子里烧的是未经提炼的原油,连烟囱都没有,被子、衣服上全是油烟。
这对于从小衣食无忧的王德民来说,是一种生活历练。同事们对这个终止了川中石油会战的小伙子也另眼看待,这让他信心十足也斗志十足。就是在这样的工作环境和精神状态下,这个名不见经传的年轻人不负众望,攻克了当时石油技术上的又一难题。
当时,七口试验井都能依靠地下压力自主喷油,这个把原油提升到地面上来的压力值是保证井下出油量的关键数据。在松辽平原的地质条件下,原油黏度高,压力稍稍降低,溶解在原油中的天然气就会游离出来,与原油共同占用出油管道,相当于两个人同时挤入一扇窄门,所以控制这个压力值是采油的关键。时任石油工业部副部长康世恩说:“抓住这个‘灵魂’,油田开发就有了主动权。”而为这个“灵魂”把脉的部门就是王德民所在的地质室测试组。测试组采用的压力测量法是国际通用的赫诺法,但王德民通过数据分析,发现通过赫诺法取得的数值波动极大,误差偏高。他想找到原因。
王德民知道自己的知识储备不够用,便抓紧时间搜集相关材料。记得有一次,推算完一个公式后已经是晚上10点了,他看时间还早,就步行四公里到油田图书馆借书。图书管理员已经睡下了,被他敲门叫醒后不高兴地质问他:“几点了你还来借书?”王德民只能赔着小心说好话,借到书后一边在月光下阅读一边往回走,走到宿舍时天都快亮了。
赫诺法计算油藏压力的公式在松辽平原上误差过大的原因终于被王德民找到了:由于最初规划不合理,试探井的分布密度过大,使得底部连通的油井之间压力相互影响,这口井喷油了,另一口井的数值就会减小。找到问题所在后,接下来就是如何改良赫诺的计算公式,甚至推翻这个公式重新弄出一个更精确的公式也有可能。
攻关方向一确定,王德民就像上了发条一样。同事曾经多次发现他的嘴角沾着白色粉末,刚开始还以为是残留的牙膏,后来才知道是他为了节省时间,直接干吃奶粉嘴角没擦干净留下的痕迹。不仅干吃奶粉,为了熬夜提神,他还经常干吃咖啡,因为连烧壶水的时间他都觉得是浪费。大年夜,全体吃饺子,但是人手有限,只发面粉和饺子馅,要自己包。王德民没空,干脆把半斤面擀成两个超级大的饺子皮,把馅往上面一堆,两个大饺子瞬间包完。就在大年初一的鞭炮声里,王德民交出了一个新的勘探井下压力的公式。
指挥部当时的要求是误差不能超过一个大气压,王德民拍着胸脯自信地向领导表示自己的公式误差一定符合这个要求。领导们望着这个年仅二十四岁的毕业不到一年的小伙子,不加掩饰地流露出质疑的神情。王德民带着人在六口试验探井上实测对比,误差最小零点三个大气压,最大零点八个大气压,比运用赫诺法计算的结果精确得多。
整个松辽平原都为之轰动,谁都没想到这个刚刚走出校门的大学生能在半年的时间里单枪匹马攻下这道难关。不料,王德民在一片赞扬声中又熬了十几个夜,把测试静压的时间压缩到在当时堪称“惊世骇俗”的程度。
赫诺法测压,需至少关井七十二小时,待到压力平稳(压力卡片上出现直线段)时才可以测量。国内为了少关井多出油,采用关井二十四小时,待压力平稳后用数学推演求出近似值。全国都在等着油井多出油,以供内需,关井时间越短就越能保证连续出油。王德民从自己的公式中前瞻性地预测出静压线段中的玄机,即不必等到线段平稳,而是在直线段刚开始出现的时候就可以继续在公式上用斜率计算出静压值。
为了保证精度,王德民这次一口气在二十口井上同时测验,并与赫诺法的测试值进行比对,从最长七十二小时减少到八小时,都可以完美地用公式推演出误差允许范围内的压力值。与赫诺法相比,前者误差是接近两个大气压,而王德民新公式算出的平均误差仅零点六三个大气压。
当时国内著名的老前辈童宪章与王德民同步改进赫诺法公式,但是他的算法没有王德民的公式简单、准确。童先生认为后生可畏、人才难得,主动放弃了自己的算法,大力推广王德民的新公式,并推荐学术界对这个新公式尽早普及使用。最初本打算用王德民的名字命名这个公式,由于种种原因,最终命名为“松辽法”。
松辽法一夜之间成为国内采油新标配,王德民也一战成名。但他还不知足,三个月后,又拿出了一个新的公式,把关井时间缩短到三个小时。松辽法公式经过连续四次更新,在两年多的时间里经受了国内数十个不同地质的采油探井实测,关井两小时之后,误差依旧小于一个大气压,这证明松辽法在全国各种土质结构下都适用。
在此之前,世界上只有两种类似的算法,赫诺法是其中之一,而王德民的松辽法是中国第一套、世界第三套不稳定试井方法,其精确度和适用性等综合指标明显高于前两种。这个发明不能不说是个奇迹,也使他成为同批毕业生中最早由技术员升任工程师的人。这个年龄和资历被评上这个职称,当时在全中国也是第一个。
1963年,中华人民共和国第二届全国人民代表大会第四次会议上,周恩来总理极其自豪地说:“我国石油产品基本自给了!”在台下经久不息的掌声中,还很少有人知道,就是在王德民发明新公式的那片松辽平原上,一个以“农垦”为代号的油田正如火如荼地生产着。这个油田后来被命名为“大庆油田”。
行军拉练解决封隔器的大问题
“北风当电扇,大雪做炒面。身穿冰激凌,头上冒大汗。”这是当时大庆油田流行的顺口溜。自松辽公式问世之后,王德民虽然分到了一间办公室,但他还是喜欢没事儿就往钻井平台上跑。注水口的压力很高,抽了油就往地下注水,那些水顺着钢丝绳往上喷,零下三四十摄氏度的大东北,水喷到衣服上几秒钟就冻得像盔甲一样,硬邦邦的,迈步都难,只能让身边的人拿棍子往下敲冰,敲掉了才能走路。时间一长,许多人的关节疼得夜里翻身都得扶着床沿才行。
在这样艰苦的环境中,王德民仅用四十五天就攻关完成了“多段隔开油层注水工具”,学名叫封隔器。这一发明解决了世界性的高寒地区采油难题。对此,康世恩的原话是“全世界一直闭着眼采油的时代一去不复返了”。
1970年夏天,又一个让王德民睡不着觉的问题出现了。他似乎有些精神失常,经常答非所问,傻呆呆出神,蚊子飞到脸上都不知道拍一下。了解他的人都知道,他指不定又在琢磨什么大事。
果然,王德民当时正醉心于一个奇思妙想。当时的钻井工艺上,各种数据都要通过一个孔洞输送出来,这根探管从地表到地下深处逐级变细,最细处不足十厘米,由于杂物卡阻,拨出堵塞器的拉力会超出钢丝绳的负荷,一旦拉断就只能花大力气用大量的时间排除故障,严重时整口油井就报废了。一般情形下,这种逐级变细的阶段最多分五级,而大庆地区特殊的地质条件,最多的级数居然达到了四十五级,经常会有堵塞器拉断钢丝绳的事故发生。
王德民的解题思路是像单行火车一样,把多余的车厢通过铁路道岔甩在沿途独立的车站,让主干线始终保持畅通。受限于客观条件,王德民借鉴了新疆油田同行们的思路和国外的偏置设置思路,但问题没有从根本上得到解决。
王德民恶补力学和机械学的相关知识,白天在办公室的绘图板上画图,晚上回家就找出几个青萝卜用小刀在上面雕刻模型。历时整整一年,他终于拿出了全套解决方案,队上领导看了纷纷拍案叫绝。但是千辛万苦拿出试验机装到钻井设备上,试验尚未过半,钻井里就发出了异常声响,仅两分钟,整个配产器便宣告报废。
王德民很纳闷,这种偏心钢球设计在深井泵等水力机械上被广泛应用,为什么放在偏心配产器上就不行呢?经过各种测试和理论推导后,他发现思路是可行的,关键在于如何减少钢球的撞击。他请教了几十位水力工程专家,但由于深井泵与配产器的功用不同,钢球的转数和耐摩擦系数都不同,所以也没找到行之有效的答案,问题还是要自己解决。
一次偶然的野外拉练让他茅塞顿开。黑龙江的2月天寒地冻,身穿大棉袄厚棉裤,再加上几十斤的背包行李,王德民没走多远脚底就磨起了泡,钻心地疼。他因为早上走得匆忙,忘了垫鞋垫,他突然由此想到,钢球撞击通道管壁就像脚底磨出的水泡,是间隙太大的缘故,只要减少硬撞击强度,把硬撞击改成滑动配合的栓塞结构,就应该可以解决问题。
接下来,修改图纸,找外协厂加工,进钻井队实测……十个月的时间,一千多次实验,偏心配产器及配套的配水器于1971年12月完成了采油工艺实验所全部检验程序,转入实际应用阶段。接下来的三年时间里,大庆油田在改良型配产器和配水器的加持下,总产量以每年百分之三十的速度递增,占当时全国石油总产量的一半还多。
但是做出如此突出贡献的王德民,突然改行去养鸡了。
“养鸡咱也得是状元郎”
原来,接连多个重大发明,让王德民的身体状况急转直下。由于大东北钻井台上的恶劣环境和严重的腰肌劳损,从宿舍到办公室六百米的距离,他甚至要走上半个小时。当年那个体育场上矫健的身影已经开始变得单薄。油田的工作又脏又累,营养也很难跟上。东北高寒,蔬菜供应严重不足,油田党委号召狠抓副业生产,丰富职工的餐桌,并抽调人员种粮养猪。采油工艺研究所人员较少,不具备大规模种植和养殖的条件,但养鸡不需要大的场地,也不用大型播种设备,于是就搞了个养鸡场。为了缓解长年工作带来的坐骨神经痛,王德民决定卸下工程师的工作去养鸡,也想提高自己的运动量恢复体力。
当时儿子王研已经六七岁了,女儿刚刚出生,为了给妻子和孩子增加营养,王德民早就开始在自家养鸡、鸭、鹅了,也算有些经验。他买来两千多只鸡雏,还买了十几本关于养鸡的书,养的鸡不仅成活率高还长得特别快。当时有个小问题是,哪只鸡长得快就死得也快。王德民从一本儿科病理书中找到一个思路:长得快死得也快,是因为东北冬季太长,青菜给人吃都不够,鸡就只能吃苞米粒,缺少维生素K。给鸡补充维生素K之后,鸡的成活率达到了百分之九十以上。
养鸡场距离王德民的住处有两公里,他每天早起晚归步行往返。鸡雏刚孵出来时需要细心照料,他就把行李搬进鸡舍,身边带着几本专业书。王德民像搞科研做实验那样认真看待养鸡这件事,一丝不苟地在笔记本上记录饲料比例、鸡舍温度、鸡雏增重量,不放过任何一个与鸡雏成活率相关的数据,很快就总结出了一套卓有成效的饲养方法。鸡雏的死亡率比成年鸡高,死后身上发紫,类似婴儿得的紫癜病,他就从儿科病理上下手,买回治疗婴幼儿紫癜的药喂给得病的小鸡,果然又是药到病除。
自从王德民当了“鸡司令”,采油工艺研究所的职工就有了口福,每家都能定期分到鸡蛋,逢年过节甚至每周末还能分到鸡肉。王德民戏称这是真正的干一行爱一行,钻一行成一行,“养鸡咱也得是状元郎”。
当时几千人的钻井队里只有他这个养鸡场不亏损。但这个“鸡司令”并没干太久,几年后,大庆油田的原油产量即将突破五千万吨,国家要求大庆油田乘胜前进,争取连续十年保持稳产。油田要求不能光喊口号,要拿出科学性的论证,采油工艺研究所负责编制十年稳产期间地面建设和老流程改造规划,领导点名让王德民牵头编制。奉调回所的通知书里还夹着一份采油工艺研究所主管工程师的任命。
王德民带头编制的规划书于1975年底成稿,成为大庆油田未来十年的指导性总纲。1978年,他出任大庆油田副总工程师,是当时国内采油行业年纪最轻、资历最浅的专业技术负责人。也就是在这一年,中国石油产量突破一亿吨,世界排名第六,大庆一个油田的出油量就占全国的一半以上。1994年,中国工程院评选的首批九十六名院士中,王德民是唯一一个石油开采专业的院士,加之面目俊朗的异国血统,他被亲切地称为“中国最帅院士”。2016年4月,国际小行星命名委员会批准将紫金山天文台发现的210231号小行星,正式命名为“王德民星”。
“最帅院士,越老越帅”
王德民与妻子王日英共育有一子一女,儿子王研跟他一样学的是石油地质专业,毕业后到大庆油田子承父业,从一名普通的采油工程师成长为第一采油厂的总工程师。谈到父亲,王研最大的感受就是“严”。他说,几乎所有工作项目的细节,父亲都能很严密地一步步推导出来。而且一旦一项工作改变,之后其他方面的工作会怎样变化,他也会提前考虑得非常细致。
如今耄耋之年的王德民,依旧在和油田“较劲儿”。每天下午4点,是王德民雷打不动的工作电话时间,了解各个油田的项目进展,核对数据,布置下一步工作……王德民认为,每天工作十二个小时,每周七天,这样能多给国家工作三十年。如此不亚于年轻人的高强度工作,他日复一日地干着。他坦言自己这么自律的唯一动力,就是大庆油田还需要他,他想亲眼见证老油田再现青春。
王德民兄弟姊妹几人因受母亲影响,个个都是音乐高手。哥哥和姐姐不仅多才多艺,还是各自领域中的佼佼者,哥哥是中央人民广播电台的英语播音员,姐姐是中央音乐学院的钢琴教授。王德民自己也爱好广泛,除了摆弄钻井台上的铁疙瘩,对琴棋书画都很精通,单位举办职工大合唱歌咏比赛,他还担任指挥。每每此时,台下总有同事赞许:最帅院士,越老越帅!