
新中國成立之初,為了盡快找到儲量大的油氣田,自1950年起,全國范圍內共計十萬余人扛著各種探油設備滿世界找油。經初步勘探,四川盆地多處發現油氣跡象,時任石油工業部部長余秋里立即抽調全國石油系統的鉆探精英在川中探區展開石油會戰。1958年5月到9月,四川盆地車輛川流不息,人聲鼎沸,以比武、打擂、競賽、誓師等形式打響了“大戰川中,拿下二十口關鍵井”的奪油會戰。一時間,這里聚集了全國的石油專家和相關學者,僅一線采油工人就達三萬人。
但是這場聲勢浩大的石油大會戰僅持續了不到一年。1959年3月,會戰副總指揮康世恩宣布:立即結束川中會戰,所有援川勘探和鉆井隊伍撤離川中,歸還原建制。而原因是川中油藏被一個還在實習的大學生確定為侏羅紀地層的砂巖空隙出油——油量分布太廣,單體可開采量不足,根本無法實現大規模連續開采。這個判定川中油田“死刑”的在讀大學生,就是后來被稱作“中國最帥院士”的王德民。
“川中發現大油田”的消息一夜之間傳遍中國的時候,國內相關專業的大學院校紛紛派出實習生開展現場實習。當時在讀大三的王德民被安排在最先噴油的龍女寺二號探井(簡稱“女二號”),跟隨試油員熟悉現場程序并搜集整理資料,學習并鍛煉解決實際問題的技能。
王德民從實習開始就身在女二號開采第一線,從頭到尾參與了整個過程。他帶著幾個同學悄悄圍著以女二號為中心的四口鉆井研究了十來天,向井隊建議注水加壓求結果數據,以便進一步分析。隊上隨即派人配合,向井下灌注了一百多噸水,終于把含油液面提升到地表,用設備抽汲提撈后,這一百多噸油水混合物中原油的占比少得可憐。
北京石油學院實習領隊老師把王德民等幾十人集合在一起進行分析,最終王德民結合實踐數據,得出一個結論:川中地質結構不適合采油。這句話讓整個川中油田炸了鍋,一個大學還沒畢業的毛頭小子居然否定數十位石油專家的結論……最終還是北京石油學院開發系主任秦同洛教授的總結性意見幫了他。秦教授是資深的油田開發學者,他在意見書中明確指出川中地區的油流來自不連貫的裂縫性油藏,先是不贊成在裂縫油藏端面上搞會戰,又緩和性地建議先加大力度研究川中地區地層的裂縫規律,摸清裂縫延伸走向,再確定布置鉆探井尋找油脈。
秦教授的解圍讓王德民不僅深深地意識到石油勘探的重要性,更懂得了技術上的嚴謹比夸夸其談實在得多,也讓他明白了石油形成和分布的復雜性和勘探開發的高難度、高風險、高技術含量以及地質結構的無法預測,任何脫離實際的盲目決策都有可能造成人、物、財等各方面的巨大浪費。
總體來說,這是一次失敗的實習經歷,卻對王德民的一生影響深遠。
到大東北找油去
1937年2月9日,王德民出生于河北省唐山市一個中瑞混血的高級知識分子家庭。混合著東西方血液的他不僅五官精致、容貌脫俗,性格方面也有瑞士人的細膩敏銳。母親是音樂天才,父親是口碑極佳的醫生,一家人隨父居于北平。優越的家世本可以讓他衣食無憂,可惜的是,不滿半歲的王德民就聞到了在東南沿海四處橫行的日本戰車濃烈的柴油味。
為了避免因外貌引起不必要的麻煩,父親讓母子幾人留在家里盡量少出門。母親自編教材,三個孩子的學習全部用英語,讀書、學數理化、學鋼琴小提琴,每天10點半還要在客廳里做操。王德民從小就不喜歡被約束,自由散漫,活潑調皮,母親讓他練琴,他就在鍵盤上亂彈,一邊彈一邊大聲唱英文歌。
為了讓孩子們學習漢語,父親特意給他們請來了中文老師。但父親請來的中文老師來一個被三兄妹氣走一個,接連換了四五個老師。由于很少出門見客,王德民內向而敏感,喜歡獨來獨往,他最開心的事是跑到自家后院里和母山羊頂角。
就這樣,北平官帽胡同中這座坐北朝南的小院里,父親坐館行醫,母親做家務,三個孩子在初通中文后也都轉入了正規學校。北平解放時,王德民成了匯文中學的初一學生,而且是被保送的。當時保送的學校有好幾個,王德民之所以選擇了這里,不僅因為這所學校當年是他祖父捐資修建的,學校的圖書館里有大大的祖父的畫像,還因為這所學校的校訓即蔡元培先生親筆題寫的“好學近乎智、力行近乎仁、知恥近乎勇”深得其心。
匯文中學為增強學生體魄,每天下午4點,所有教室和圖書館一律上鎖,全體師生必須到運動場集合。在這里,王德民除了中文突飛猛進,他充沛的體力也得到了很好的宣泄。從小就跟山羊頂角的他在體育場上如魚得水,當時學長們組織了一個紫薔薇籃球隊,他想加入,但球隊名額滿了,他竟然在未入選的愛好籃球的同學間四方游說,又組建了一支球隊,針鋒相對地起名“紫羅蘭籃球隊”,天天纏著紫薔薇籃球隊比賽。每當兩支球隊對戰時,連友鄰學校都派人來圍觀學習。
由于長相特別,同學們背地里稱王德民“二毛子”。掄過幾次拳頭之后,他發現效果并不好,于是采用“迂回戰術”——參加各種演講比賽時,他都用流利的中文旁征博引,用豐富的中文知識使那些對他評頭論足的同學改變對他的看法。他這樣學習好、長得帥又兼有體育特長的學生,自然成了整個學校的焦點,不僅贏得了同學們的喜歡,連老師也成了他的粉絲。
1955年,王德民以甲等生的成績被北京石油學院錄取。大學對他而言,印象最深的就是那場聲勢浩大卻無功而返的川中石油大會戰。由于當年深受有“保爾·柯察金”之稱的吳運鐸在匯文中學演講的鼓舞,王德民深刻體會到作為一名基層工作者,最堅定的意志和最一線的工作才是生命的根本和人生價值的根本,于是大學畢業前夕,本可以選擇在條件優越的北京工作的他,執意要去松遼油田,從出大力流大汗的試井工人做起。他渴望的不是舒適的辦公室,而是東北一望無垠的大草原及其地下豐富的石油。
發明松遼法試井公式
1960年,經初步勘探,松遼平原上確定探明了綿延兩百多公里的七個大小不一的油藏帶,但這里的巖層結構是特大型陸相砂巖。而如何在這種極特殊的地質帶上開發出大油田,全世界也沒有現成的可以照搬的經驗。石油工業部在吸取川中石油會戰教訓的基礎上,決定在黑龍江省薩爾圖地區規劃出三十平方公里的生產試驗區,開展十項不同的采油方式試驗,通過實際的效果對比,確定松遼油田最優化的開發方案。
剛加入松遼石油會戰大軍的時候,條件艱苦到讓王德民倒吸一口冷氣。沒有宿舍、食堂、辦公室,他們只能住牛棚,即便是牛棚也是出于組織上對這些高學歷的大學畢業生的照顧。晴天還好,一到下雨天,鍋碗瓢盆都得用來接雨水。為了躲雨,一個晚上他們要換好幾個地方睡覺。沒有電也沒有燈,屋子里燒的是未經提煉的原油,連煙囪都沒有,被子、衣服上全是油煙。
這對于從小衣食無憂的王德民來說,是一種生活歷練。同事們對這個終止了川中石油會戰的小伙子也另眼看待,這讓他信心十足也斗志十足。就是在這樣的工作環境和精神狀態下,這個名不見經傳的年輕人不負眾望,攻克了當時石油技術上的又一難題。
當時,七口試驗井都能依靠地下壓力自主噴油,這個把原油提升到地面上來的壓力值是保證井下出油量的關鍵數據。在松遼平原的地質條件下,原油黏度高,壓力稍稍降低,溶解在原油中的天然氣就會游離出來,與原油共同占用出油管道,相當于兩個人同時擠入一扇窄門,所以控制這個壓力值是采油的關鍵。時任石油工業部副部長康世恩說:“抓住這個‘靈魂’,油田開發就有了主動權。”而為這個“靈魂”把脈的部門就是王德民所在的地質室測試組。測試組采用的壓力測量法是國際通用的赫諾法,但王德民通過數據分析,發現通過赫諾法取得的數值波動極大,誤差偏高。他想找到原因。
王德民知道自己的知識儲備不夠用,便抓緊時間搜集相關材料。記得有一次,推算完一個公式后已經是晚上10點了,他看時間還早,就步行四公里到油田圖書館借書。圖書管理員已經睡下了,被他敲門叫醒后不高興地質問他:“幾點了你還來借書?”王德民只能賠著小心說好話,借到書后一邊在月光下閱讀一邊往回走,走到宿舍時天都快亮了。
赫諾法計算油藏壓力的公式在松遼平原上誤差過大的原因終于被王德民找到了:由于最初規劃不合理,試探井的分布密度過大,使得底部連通的油井之間壓力相互影響,這口井噴油了,另一口井的數值就會減小。找到問題所在后,接下來就是如何改良赫諾的計算公式,甚至推翻這個公式重新弄出一個更精確的公式也有可能。
攻關方向一確定,王德民就像上了發條一樣。同事曾經多次發現他的嘴角沾著白色粉末,剛開始還以為是殘留的牙膏,后來才知道是他為了節省時間,直接干吃奶粉嘴角沒擦干凈留下的痕跡。不僅干吃奶粉,為了熬夜提神,他還經常干吃咖啡,因為連燒壺水的時間他都覺得是浪費。大年夜,全體吃餃子,但是人手有限,只發面粉和餃子餡,要自己包。王德民沒空,干脆把半斤面搟成兩個超級大的餃子皮,把餡往上面一堆,兩個大餃子瞬間包完。就在大年初一的鞭炮聲里,王德民交出了一個新的勘探井下壓力的公式。
指揮部當時的要求是誤差不能超過一個大氣壓,王德民拍著胸脯自信地向領導表示自己的公式誤差一定符合這個要求。領導們望著這個年僅二十四歲的畢業不到一年的小伙子,不加掩飾地流露出質疑的神情。王德民帶著人在六口試驗探井上實測對比,誤差最小零點三個大氣壓,最大零點八個大氣壓,比運用赫諾法計算的結果精確得多。
整個松遼平原都為之轟動,誰都沒想到這個剛剛走出校門的大學生能在半年的時間里單槍匹馬攻下這道難關。不料,王德民在一片贊揚聲中又熬了十幾個夜,把測試靜壓的時間壓縮到在當時堪稱“驚世駭俗”的程度。
赫諾法測壓,需至少關井七十二小時,待到壓力平穩(壓力卡片上出現直線段)時才可以測量。國內為了少關井多出油,采用關井二十四小時,待壓力平穩后用數學推演求出近似值。全國都在等著油井多出油,以供內需,關井時間越短就越能保證連續出油。王德民從自己的公式中前瞻性地預測出靜壓線段中的玄機,即不必等到線段平穩,而是在直線段剛開始出現的時候就可以繼續在公式上用斜率計算出靜壓值。
為了保證精度,王德民這次一口氣在二十口井上同時測驗,并與赫諾法的測試值進行比對,從最長七十二小時減少到八小時,都可以完美地用公式推演出誤差允許范圍內的壓力值。與赫諾法相比,前者誤差是接近兩個大氣壓,而王德民新公式算出的平均誤差僅零點六三個大氣壓。
當時國內著名的老前輩童憲章與王德民同步改進赫諾法公式,但是他的算法沒有王德民的公式簡單、準確。童先生認為后生可畏、人才難得,主動放棄了自己的算法,大力推廣王德民的新公式,并推薦學術界對這個新公式盡早普及使用。最初本打算用王德民的名字命名這個公式,由于種種原因,最終命名為“松遼法”。
松遼法一夜之間成為國內采油新標配,王德民也一戰成名。但他還不知足,三個月后,又拿出了一個新的公式,把關井時間縮短到三個小時。松遼法公式經過連續四次更新,在兩年多的時間里經受了國內數十個不同地質的采油探井實測,關井兩小時之后,誤差依舊小于一個大氣壓,這證明松遼法在全國各種土質結構下都適用。
在此之前,世界上只有兩種類似的算法,赫諾法是其中之一,而王德民的松遼法是中國第一套、世界第三套不穩定試井方法,其精確度和適用性等綜合指標明顯高于前兩種。這個發明不能不說是個奇跡,也使他成為同批畢業生中最早由技術員升任工程師的人。這個年齡和資歷被評上這個職稱,當時在全中國也是第一個。
1963年,中華人民共和國第二屆全國人民代表大會第四次會議上,周恩來總理極其自豪地說:“我國石油產品基本自給了!”在臺下經久不息的掌聲中,還很少有人知道,就是在王德民發明新公式的那片松遼平原上,一個以“農墾”為代號的油田正如火如荼地生產著。這個油田后來被命名為“大慶油田”。
行軍拉練解決封隔器的大問題
“北風當電扇,大雪做炒面。身穿冰激凌,頭上冒大汗。”這是當時大慶油田流行的順口溜。自松遼公式問世之后,王德民雖然分到了一間辦公室,但他還是喜歡沒事兒就往鉆井平臺上跑。注水口的壓力很高,抽了油就往地下注水,那些水順著鋼絲繩往上噴,零下三四十攝氏度的大東北,水噴到衣服上幾秒鐘就凍得像盔甲一樣,硬邦邦的,邁步都難,只能讓身邊的人拿棍子往下敲冰,敲掉了才能走路。時間一長,許多人的關節疼得夜里翻身都得扶著床沿才行。
在這樣艱苦的環境中,王德民僅用四十五天就攻關完成了“多段隔開油層注水工具”,學名叫封隔器。這一發明解決了世界性的高寒地區采油難題。對此,康世恩的原話是“全世界一直閉著眼采油的時代一去不復返了”。
1970年夏天,又一個讓王德民睡不著覺的問題出現了。他似乎有些精神失常,經常答非所問,傻呆呆出神,蚊子飛到臉上都不知道拍一下。了解他的人都知道,他指不定又在琢磨什么大事。
果然,王德民當時正醉心于一個奇思妙想。當時的鉆井工藝上,各種數據都要通過一個孔洞輸送出來,這根探管從地表到地下深處逐級變細,最細處不足十厘米,由于雜物卡阻,撥出堵塞器的拉力會超出鋼絲繩的負荷,一旦拉斷就只能花大力氣用大量的時間排除故障,嚴重時整口油井就報廢了。一般情形下,這種逐級變細的階段最多分五級,而大慶地區特殊的地質條件,最多的級數居然達到了四十五級,經常會有堵塞器拉斷鋼絲繩的事故發生。
王德民的解題思路是像單行火車一樣,把多余的車廂通過鐵路道岔甩在沿途獨立的車站,讓主干線始終保持暢通。受限于客觀條件,王德民借鑒了新疆油田同行們的思路和國外的偏置設置思路,但問題沒有從根本上得到解決。
王德民惡補力學和機械學的相關知識,白天在辦公室的繪圖板上畫圖,晚上回家就找出幾個青蘿卜用小刀在上面雕刻模型。歷時整整一年,他終于拿出了全套解決方案,隊上領導看了紛紛拍案叫絕。但是千辛萬苦拿出試驗機裝到鉆井設備上,試驗尚未過半,鉆井里就發出了異常聲響,僅兩分鐘,整個配產器便宣告報廢。
王德民很納悶,這種偏心鋼球設計在深井泵等水力機械上被廣泛應用,為什么放在偏心配產器上就不行呢?經過各種測試和理論推導后,他發現思路是可行的,關鍵在于如何減少鋼球的撞擊。他請教了幾十位水力工程專家,但由于深井泵與配產器的功用不同,鋼球的轉數和耐摩擦系數都不同,所以也沒找到行之有效的答案,問題還是要自己解決。
一次偶然的野外拉練讓他茅塞頓開。黑龍江的2月天寒地凍,身穿大棉襖厚棉褲,再加上幾十斤的背包行李,王德民沒走多遠腳底就磨起了泡,鉆心地疼。他因為早上走得匆忙,忘了墊鞋墊,他突然由此想到,鋼球撞擊通道管壁就像腳底磨出的水泡,是間隙太大的緣故,只要減少硬撞擊強度,把硬撞擊改成滑動配合的栓塞結構,就應該可以解決問題。
接下來,修改圖紙,找外協廠加工,進鉆井隊實測……十個月的時間,一千多次實驗,偏心配產器及配套的配水器于1971年12月完成了采油工藝實驗所全部檢驗程序,轉入實際應用階段。接下來的三年時間里,大慶油田在改良型配產器和配水器的加持下,總產量以每年百分之三十的速度遞增,占當時全國石油總產量的一半還多。
但是做出如此突出貢獻的王德民,突然改行去養雞了。
“養雞咱也得是狀元郎”
原來,接連多個重大發明,讓王德民的身體狀況急轉直下。由于大東北鉆井臺上的惡劣環境和嚴重的腰肌勞損,從宿舍到辦公室六百米的距離,他甚至要走上半個小時。當年那個體育場上矯健的身影已經開始變得單薄。油田的工作又臟又累,營養也很難跟上。東北高寒,蔬菜供應嚴重不足,油田黨委號召狠抓副業生產,豐富職工的餐桌,并抽調人員種糧養豬。采油工藝研究所人員較少,不具備大規模種植和養殖的條件,但養雞不需要大的場地,也不用大型播種設備,于是就搞了個養雞場。為了緩解長年工作帶來的坐骨神經痛,王德民決定卸下工程師的工作去養雞,也想提高自己的運動量恢復體力。
當時兒子王研已經六七歲了,女兒剛剛出生,為了給妻子和孩子增加營養,王德民早就開始在自家養雞、鴨、鵝了,也算有些經驗。他買來兩千多只雞雛,還買了十幾本關于養雞的書,養的雞不僅成活率高還長得特別快。當時有個小問題是,哪只雞長得快就死得也快。王德民從一本兒科病理書中找到一個思路:長得快死得也快,是因為東北冬季太長,青菜給人吃都不夠,雞就只能吃苞米粒,缺少維生素K。給雞補充維生素K之后,雞的成活率達到了百分之九十以上。
養雞場距離王德民的住處有兩公里,他每天早起晚歸步行往返。雞雛剛孵出來時需要細心照料,他就把行李搬進雞舍,身邊帶著幾本專業書。王德民像搞科研做實驗那樣認真看待養雞這件事,一絲不茍地在筆記本上記錄飼料比例、雞舍溫度、雞雛增重量,不放過任何一個與雞雛成活率相關的數據,很快就總結出了一套卓有成效的飼養方法。雞雛的死亡率比成年雞高,死后身上發紫,類似嬰兒得的紫癜病,他就從兒科病理上下手,買回治療嬰幼兒紫癜的藥喂給得病的小雞,果然又是藥到病除。
自從王德民當了“雞司令”,采油工藝研究所的職工就有了口福,每家都能定期分到雞蛋,逢年過節甚至每周末還能分到雞肉。王德民戲稱這是真正的干一行愛一行,鉆一行成一行,“養雞咱也得是狀元郎”。
當時幾千人的鉆井隊里只有他這個養雞場不虧損。但這個“雞司令”并沒干太久,幾年后,大慶油田的原油產量即將突破五千萬噸,國家要求大慶油田乘勝前進,爭取連續十年保持穩產。油田要求不能光喊口號,要拿出科學性的論證,采油工藝研究所負責編制十年穩產期間地面建設和老流程改造規劃,領導點名讓王德民牽頭編制。奉調回所的通知書里還夾著一份采油工藝研究所主管工程師的任命。
王德民帶頭編制的規劃書于1975年底成稿,成為大慶油田未來十年的指導性總綱。1978年,他出任大慶油田副總工程師,是當時國內采油行業年紀最輕、資歷最淺的專業技術負責人。也就是在這一年,中國石油產量突破一億噸,世界排名第六,大慶一個油田的出油量就占全國的一半以上。1994年,中國工程院評選的首批九十六名院士中,王德民是唯一一個石油開采專業的院士,加之面目俊朗的異國血統,他被親切地稱為“中國最帥院士”。2016年4月,國際小行星命名委員會批準將紫金山天文臺發現的210231號小行星,正式命名為“王德民星”。
“最帥院士,越老越帥”
王德民與妻子王日英共育有一子一女,兒子王研跟他一樣學的是石油地質專業,畢業后到大慶油田子承父業,從一名普通的采油工程師成長為第一采油廠的總工程師。談到父親,王研最大的感受就是“嚴”。他說,幾乎所有工作項目的細節,父親都能很嚴密地一步步推導出來。而且一旦一項工作改變,之后其他方面的工作會怎樣變化,他也會提前考慮得非常細致。
如今耄耋之年的王德民,依舊在和油田“較勁兒”。每天下午4點,是王德民雷打不動的工作電話時間,了解各個油田的項目進展,核對數據,布置下一步工作……王德民認為,每天工作十二個小時,每周七天,這樣能多給國家工作三十年。如此不亞于年輕人的高強度工作,他日復一日地干著。他坦言自己這么自律的唯一動力,就是大慶油田還需要他,他想親眼見證老油田再現青春。
王德民兄弟姊妹幾人因受母親影響,個個都是音樂高手。哥哥和姐姐不僅多才多藝,還是各自領域中的佼佼者,哥哥是中央人民廣播電臺的英語播音員,姐姐是中央音樂學院的鋼琴教授。王德民自己也愛好廣泛,除了擺弄鉆井臺上的鐵疙瘩,對琴棋書畫都很精通,單位舉辦職工大合唱歌詠比賽,他還擔任指揮。每每此時,臺下總有同事贊許:最帥院士,越老越帥!