30年前,凭借一次又一次开创“世界上油田开发意义重大、难度最大、工艺最先进的技术”,王德民当选中国工程院首批院士,也成为我国石油开采专业的首位院士。
王德民今年87岁了,“时不我待”的紧迫感越发强烈,他推掉了更多与本职工作关系不大的社交活动。他曾有过一个微信号,攒下了几千条未读消息,他随手点开几个,发现和油田没啥关系,干脆让儿子帮他注销了。
他曾在中国石油大庆油田三次采油技术转折中发挥核心作用。退休20余年来,他又在一众“不可能”的质疑声中推进四次采油的攻关。
四次采油的核心问题是国际上认为的废弃油藏如何经济有效开采。这是世界上从未成功过的技术,但王德民坚信能够攻克这一难关,目前,相关技术已初见成效。
寻油:到最艰苦的地方去
2000年退休后,王德民的科研进度反倒“加速”了。卸掉所有行政职务后,他全身心扑在科研上,成果产出频率从“每两三年1个”提高到“每年1至2个”。他对“成果”的定义标准不是论文也不是专利,而是“油田能用得上、能出油”。
王德民65年的科研生涯,就是为了“多出油”。
1955年,18岁的王德民被刚成立不久的北京石油学院录取。就在他即将毕业那年,黑龙江松辽盆地喷出了强劲的油流。这个重大发现在当时属于严格保密的信息,但在北京石油学院已经传开了。大半夜,年轻的学生们抄起身边一切带响儿的东西——脸盆、饭盒、勺子……“敲锣打鼓”地欢庆起来。
考大学时,王德民的第一志愿是清华大学水利系,其次是北京大学物理系。他的梦想就是到祖国最需要的大工程中去发光发热。尽管因为种种原因他没有被这两所名校录取,但好在失之东隅,收之桑榆,祖国东北即将诞生的史诗级大油田,正是他梦想中的舞台。
毕业分配时,王德民坚持要求去松辽参加石油会战,并最终得到批准。自此,他把人生写在了后来被叫作大庆的地方。
在这片土地上,王德民住过漏雨的牛棚、点过熏人的原油取暖、抬过100多公斤重的绞车、在大冬天被喷一身水冻成“冰棍”……他和所有大庆人一起,在一穷二白的条件下创造出一个又一个奇迹。
出油:暗自算出“松辽法”
迄今为止,大庆油田依然是我国规模最大的油田之一。
但发现一个油田后,并不是就坐等收获了。即便找到了一座宝库,能挖出多少宝贝、能挖多久,还要凭借各自的本事。
刚开发一个油田时,仅依靠天然能量就能开采出20%左右的石油——这是油田最丰饶的阶段,被称为一次采油。然而,这一阶段面临的问题并不简单。随着采油进程推进,把石油“推举”到地面的油层压力会逐渐降低,如果不能采取措施维持这一压力,就会导致日后大量石油无法采出。正因如此,油层压力也被称为油田的“灵魂”。
最初,王德民来到油田,没有像他的多数同学那样直接进入科研部门,而是被分配到生产一线的试井队。
但王德民没有气馁,他始终相信“科研,在哪里都能干”。
在一线实践中,王德民“眼见为实”,积累了丰富的经验。当他得知世界上通用的“赫诺法”计算的油层压力数据与实地检测得到的数据严重不符时,就暗下决心,投身解决这一“灵魂”问题的奋战中。
他白天工作,晚上做研究。那个时候,人们最大的困难是吃不饱,而工作加科研的状态常常让王德民饿得脚底发软、头昏眼花。他每天工作到凌晨2点,几乎在“拼命”。
经过半年废寝忘食的推导,王德民首次提出了一个既简单又精准的油层压力计算公式,很快被推广到整个油田。这就是后来载入史册的“松辽法”。
“松辽法”的成功让年仅24岁的王德民一鸣惊人。在领导和老专家的鼓励下,他乘胜追击,推出中国第一套、世界第三套不稳定试井方法,在油田开发初期作出了重要贡献。
这次成功点亮了王德民内心的信念。两年后,王德民从生产岗位转到科研岗位,而等待他的是二次采油、三次采油中越来越艰难的挑战。
延续:挑起大梁保产量
世界上多数著名的大油田都是海相油田,而大庆油田是罕见的特大型陆相砂岩油田。前者的油层结构比较简单,而大庆地下的油层多达上百层。随着时间推移,大庆油田开发面临的特有问题越来越清晰——不解决分层开发问题,二次采油就寸步难行。
采油井的井眼只有碗口大小,但在这之下,是石油、天然气、水共存的层层叠叠的复杂高压环境。所谓“深不可测”,大概就是这种感觉。
“深不可测”也要测,还要一层一层测,这是在全世界都找不到先例的高精尖技术。王德民提出了一系列新奇的破题之法:有的方法看起来简单却能四两拨千斤,如在原有测验仪器上串联一个压力计,就仿佛给地质师和工程师安上了一双能看见井下状况的眼睛,终结了“盲人摸象”般的采油时代;有的方法细致巧妙,如对精密仪表进行改型设计,成功研制出测试分层流量的主力仪器。
就这样,王德民领导的团队仅用不到三年时间,就为大庆油田建立了一套完整的分层动态检测的工艺体系。这一史无前例的创举,让人们在大庆油田开发初期就赢得了与油层自然条件博弈的主动权。
到20世纪80年代,大庆油田的主力油层已经开采得差不多了。王德民又发明了限流法压裂和选择性压裂技术,把条件较差的油层也开发出来,增加了7亿吨可采储量。
但大家都清楚,这一波技术革新带来的稳产,只能坚持到1995年左右。在那之后,又该怎么办?
几乎在限流法压裂等技术开发的同一时期,王德民开始策划三次采油了。当时世界上主流的化学驱方法,在实践中屡屡碰壁。世界多数专家这样评价:“这个方法已经死了。”还有知名实验室在100多次尝试失败后宣告解散。
王德民临危受命,再次挑起了大梁。好在这时,大庆油田的化学驱三次采油研究被列入油田重点攻关项目,从政策和资源上都得到了强有力的支持。
王德民看遍国外的所有相关资料,突然意识到一个关键问题:尽管聚合物化学驱的概念已经更新,但国外石油开采界还停留在老概念上,仅仅重视聚合物作为高黏度液体的特性,却忽略了和黏性同样重要的另一指标——弹性。提高聚合物弹性后,注聚合物驱三次采油的攻关很快取得突破,不仅采收率大幅增加,还很好地控制了成本,首次实现了化学驱三次采油的商业开采。
这是几十年来国际上唯一一个新诞生的驱油机理,而王德民完成任务的时间就是1995年左右,他再一次延长了大庆油田的稳产期。
“捞”油:耄耋之年还在“较劲儿”
如今耄耋之年的王德民,依旧在和油田“较劲儿”。
他脚下的地层中,那些零星分布的“油花、油膜”,加起来仍能占原始储量的30%以上。但这些油层中的含水量已接近98%,几乎就是“水中捞油”。
在这种条件下,王德民决定推动四次采油,这相当于不仅要从公认已经废弃封存的油层中找油,还要开采得经济划算。
这是世界级难题。早在20世纪90年代初,国外就大力研究井下油水分离注采工艺,降低含水量,但因注入压力不断上升等问题难以解决,2000年后便鲜有报道。
王德民再一次在普遍认为“不可能”的质疑声中,坚定前进。
2017年,在大庆油田已关停13年的区块内,王德民研发的“井下油水分离同井注采”工艺进行了小规模推广试验,在世界上首次成功实现了四次采油。已经废弃的油藏,重新焕发出生命力。
但王德民知道,四次采油不只是单一技术问题,而是过去采油、开发、地面建设三大核心问题的集合。
“这个题目非常大,可能得干十几年甚至几十年。在还能干的时候,我想多干一些。”王德民说。
从一次采油到四次采油,从最初单纯的数学运算,到需要理论和实践紧密结合的创新工作,再到如今全局一盘棋的宏大规划——87岁的王德民还在为65岁的大庆油田做着未来5年、10年、15年的规划。
爱一片土地,则为之计深远。历经世事风霜后,这位已经满头银丝的老人,依然会想起16岁那年被誉为中国“保尔•柯察金”的吴运铎来到他所在的学校,作了长达7个小时的报告。当时台下的少年泪流满面,满怀为党和国家奉献一生的深情和热望,想要把“整个生命和全部精力,都献给世界上最壮丽的事业”。■
《科学新闻》 (科学新闻2024年6月刊 封面)