沈忠厚院士：水击石穿寻地火

1998年，中国石油大学老校长杨光华在沈忠厚70岁生日时题词:“水锤石穿土取火，肝胆为民。”这是老校长对沈忠厚的赞誉，也是对沈忠厚高尚的人生追求和高尚的学术风格的高度概括。

2008年，在沈忠厚80岁生日之际，沈忠厚的学生送给他的导师一副对联:“忠于天理，历经风雨，成就斐然，致力于培养优秀人才。”这是学生对老师的尊重，也是沈忠厚“学会做老师，做世界一流”的生动写照。-题字

■神六侠孟建刘玉佩

沈忠厚1928年出生于四川省大竹县。1951年毕业于重庆大学矿冶系。中国工程院院士，中国杰出的油气井工程技术专家、水射流专家、教育家，油气井工程学科创始人。

沈忠厚长期从事高压水射流理论和技术的研究，将水射流技术与石油钻井工程相结合，开辟了我国石油钻井技术的新领域。发明了三种新型高效钻头，即新型扩张喷嘴牙轮钻头、自激振荡空化射流钻头和机械液压联合破岩钻头，在水下非*射流动力学、自激振荡空化射流理论和机械液压联合破岩理论方面取得了重大突破和发展。国内外首次建立了一种新的水力设计方法和新的理论，在钻井工程中以井底岩石表面获得的最大水力为目标函数，从而解决了一个世界级的问题。自激振荡空化旋转射流处理油水井近井地层和解堵在世界上尚属首次，直接经济效益超过1亿元。曾多次获得国家科技进步奖、国家发明奖等国家和省部级奖励，获得国内外13项专利，被评为能源系统特殊劳动模范和对国家科研有突出贡献的专家。

出生在“富裕家庭”并选择“痛苦专业”

1928年2月13日，沈忠厚出生在四川省大竹县一个偏僻的寨子里。他的祖父起初从事农业，后来经商。他的家庭相对富裕。寨子被陡峭的悬崖包围着，东西只有两个门。防守容易，进攻难。然而，寨子里有各种各样的图书馆、剧院、餐馆、旅馆和邮局。当时，这里是富人躲避土匪的聚集地，一些学者和革命烈士已经获释。沈忠厚6岁开始在黄城小学学习。校长蒋忠喜是一名地下党员，雇佣了许多进步教师。他每天早上带领学生们跑去唱革命歌曲，给沈忠厚留下了深刻的印象。13岁小学毕业后，沈忠厚被大竹县中学录取，完成了初中和高中学业。沈忠厚崇拜一个叫徐仁福的人，他在四川大学教语言。那时，在他们的小镇上上大学并不容易，能够在大学教书更令人钦佩。沈忠厚很佩服这个许。受此影响，他下定决心要进大学。

1947年，沈忠厚高中毕业。父亲去世后，这个家庭逐渐衰落，他的母亲无力继续他的大学教育。沈忠厚向唐叔叔借钱，和几个高中同学一起去重庆参加高考。由于他扎实的基础，他以第一名的成绩成功地进入了重庆大学矿冶系。

有了沈忠厚的成就，你可以选择一个更轻松、更受欢迎的专业。除了考虑找工作的原因，沈忠厚还说他想为国家做点事。沈忠厚的大学入学恰逢*夕。局势动荡不安。虽然大学生冒险岛和矿冶系很难，但他们是相对较好的求职专业。更重要的是，当时的年轻人都渴望为国家服务。一些人选择从事体育运动，一些人选择科学技术来拯救国家。沈忠厚是后者。“当时我没有想太多。我做的一切都一样。我为国家做了一切。”在他看来，没有好坏之分。上学就是努力学习，以便将来为国家做事。不管你学什么专业，做什么工作，本质都是一样的。此外，这个国家太穷了，急需丰富的矿产资源。他的这一选择为他从事钻探研究打开了大门。

从战斗现场获得的拯救经验的灵感

1951年，沈忠厚毕业后留在大学教书。工作才两个月，他就带着学生去玉门油田实习了一年。回到工作岗位后不久，他被送到新成立的北京石油学院深造，然后留在北京石油学院任教。此后，他参加了大庆油田等石油战役，积累了丰富的油田经验。沈忠厚非常重视现场调研。他错过了参加战斗的艰难但却是全部的时间。"场景是最好的练习，战斗是最好的马克思主义理论课."在现场，他学到了很多商业知识和做人做事的原则，他的研究方向和研究方法也来自现场。

20世纪60年代初，沈忠厚主要从事固井研究，直至参与石油战争。看到国家花费数百万到数千万在油田现场钻一口油井，但是石油开采的效率非常低，他有了转向钻井研究和通过提高钻井速度来提高钻井效率和降低钻井成本的想法。当时，国内钻井机械仅依靠机械动作破碎岩石，钻井效率相对较低。直到有一次，沈忠厚参观了由四川水射流协会组织的水射流破岩活动。一个想法在他的脑海中诞生:水射流可以与钻头结合，增加水力破岩和岩石清洗，以提高钻井效率。因此，沈忠厚开始了对水射流的研究。

自20世纪60年代以来，当大多数中国石油专家还不熟悉喷射钻井时，美国已经开始了喷射钻井的研究，并在此基础上开发了喷嘴钻头，但并没有得到大力推广，因为喷射钻井带来的许多突出问题一直困扰着这些外国专家。

一个重要的问题是射流的大小不能得到很好的控制，从而直接影响井底射流破岩的控制。这是因为在射流钻井研究中，他们没有从根本上解决水下非*射流的衰减规律，也不能定量地解决井底射流的衰减规律。

这是一个理论上仍未解决的难题。

美国专家也无法很好地解决喷嘴寿命问题，这是喷嘴钻无法推广的一个重要客观原因。当时，喷嘴寿命一般只有20 ~ 30小时。

1981年3月，沈众厚作为访问学者访问了美国西南部的路易斯安那大学。一天，美国喷射钻井权威盖恩斯教授在休斯顿做了一个关于喷射钻井技术的讲座。讲座结束后，沈忠厚问教授:“只有到达井底的水射流才能有效破岩，为什么只计算喷嘴出口位置的水力参数，而不计算到达井底的水射流参数？”盖恩斯教授不情愿地回答说，从喷嘴到井底的水射流就像一罐浆糊。情况太复杂，无法计算。

虽然外国权威人士给出了这样的答案，但沈忠厚并没有止步于此，因为他坚信科学研究不能总是落在别人的屁股后面，因此他最多只能排在第二和第三位。要解决这个难题，我们仍然需要依靠自己！回到中国后，他召集了一个研究小组，从提高井底射流效率开始研究。然而，没有现成的理论。沈忠厚决定利用大量的实验数据建立理论计算模型，然后利用现有的成熟理论来检验实验结果。自1981年以来，沈忠厚和他的团队花了7年时间反复进行理论攻击和大量实验。最后，他们在水下非*射流动力学以及压力和水力衰减规律的研究方面取得了重要突破。在此基础上，建立了理论计算模型，并首次提出了一种新的钻井工程优化水力参数的方法和模型，以井底岩石表面获得的最大水力为目标函数。他们建立了新的水力设计理论，彻底解决了底水动力困扰世界的问题。

很快，根据这一理论结果设计的第一代钻头——加长喷嘴牙轮钻头诞生于1989年！与普通钻头相比，在同等条件下，加长喷嘴牙轮钻头的井底水力、井底压力和井底压力梯度分别提高了30%-40%、1.5倍以上。

据中国13个油田的400余个钻头的统计，平均机械钻速增加了30%，单个钻头的平均进尺增加了40%。3300加长喷嘴钻头在全国13个油田推广使用，直接经济效益1.7亿元。该成果获得国家科技进步二等奖、省部级科技进步一等奖、两项国家专利、一项美国专利和国家发明奖。因此，沈忠厚先后被评为“能源部特种劳动模范”和“石油行业有突出贡献的专家”...美国和英国权威机构的名人词典中也有“沈众厚”词条...

值得一提的是，沈忠厚对几代钻头的研究不是依次进行的，而是同时叠加进行的。在他研究第一代钻头的过程中，第二代和第三代钻头的概念以及后来的研究计划已经在他的脑海中形成。随着大量实验和理论挑战的不断推进，几代钻头相互借鉴，在研究过程中不断取得突破。就这样，1991年，利用空化效应破岩的第二代钻头——自激振荡空化射流钻头诞生，开创了自激振荡空化旋转射流处理近井地层、解堵的新技术，直接经济效益约1.65亿元。第二年，第三代钻头——液压与机械联合破岩钻头诞生，发展了液压与机械联合破岩理论。1997年，第四代钻头——旋转射流破岩钻头诞生，它利用旋转射流技术提高石油采收率。同年8月22日，沈忠厚带领学生王瑞和、杨永银等人利用该旋转射流技术，在辽河油田首次在径向水平井中钻1013.2米深油层100分钟，钻15.86米水平段，成功钻成我国第一口超短半径径向水平井，填补了我国在该领域的空白。该井的产油量比钻水平井前增加了7倍。

如果沈忠厚一生大部分时间都在研究高压水射流，那么超临界二氧化碳的出现无疑是他研究生涯的又一个转折点。2003年12月，四川省开县发生井喷事故。国家安全生产监督管理局指派了一个专家组到现场处理事故，沈忠厚是组长。在现场，专家发现油井中存在硫化氢气体，传统理论无法解释事故原因。为了尽快查明真相，沈忠厚让学生们在不同压力和温度下连夜找出硫化氢气体的状态，最终找到了事故的重要线索——超临界相态的存在。这种超临界硫化氢会产生巨大的压力和动量，正是这种巨大的压力和动量导致了井喷。也正是因为这个发现，沈忠厚突然有了灵感。在开县处理井喷事故后不久，沈忠厚就有了利用二氧化碳的超临界相态来破碎岩石的想法，这是一种全新的喷射方式。此后，沈忠厚带领研究团队研究超临界二氧化碳的特性及其在钻井、破岩和岩石清洗中的应用。经过近十年的研究，理论建模和台架试验取得了许多可喜的成果。

“上山”比“下海”好

沈忠厚经常教学生“上山不下海”。“上山”就是勇敢地面对困难，攀登科研高峰。“下海”就是利用科学研究成果谋取个人利益，从研究中赚钱。他经常说的这句话给学生们留下了深刻的印象，因为他花了一生的时间练习它。

沈忠厚刚开始做水射流研究时，和他共事多年的同事曾建议他不要做，因为国内外都已经做了水射流研究，这是一件老事情了。然而，沈忠厚觉得旧事物中也有未被发现的东西，许多新事物是在旧事物的基础上发展起来的。熟悉沈忠厚的人对他印象很深，那就是毅力。如果一件事被认可，你会坚持到成功。最典型的是他的科学研究。他研究的四代钻头每一代都花了七八年的时间才成功开发出来。然而，七年后他坚持了七年，并计划再花十年时间培养第五代。沈忠厚经常告诉学生，他们应该有坚持做科学研究的毅力，应该能够坐在板凳上。他们永远不应该追求短期、快节奏和稳定的进步。他们应该为每一步打下坚实的基础。在总结他成功的原因时，他说因为他有一个“愚蠢”的想法，所以他不会投机，一旦他做对了，他会坚持做一件事。

沈忠厚以淡泊名利而闻名。对他来说，个人荣誉和兴趣远不如科学研究成果有吸引力。签署学术成果，对教学和研究部门进行排名，挑选*，并评估成绩...在所有与个人利益相关的事情上，他总是把别人放在第一位，甚至挑选院士也不是他自己的主动。在沈忠厚的倡议下，中国石油大学(华东)和中国石油大学(北京)都建立了高压水射流实验室。为了保证实验室成员的积极性，1994年，捷特实验室与学校合作成立了以沈忠厚为董事长的公司。这是他第一次也是唯一一次“海上旅行”。当时，沈忠厚开发的钻机已经得到国家和油田的认可。如果这些技术成果投入商业运营，将会获得巨大的利润。即使演习研究不继续，也足以让他和他的团队成员过上舒适的休闲生活。然而，六个月后，沈忠厚自愿退出了公司，因为他一直觉得作为一名教师和科研工作者，他不仅要追求个人利益，还要做好学习和科研工作，为国家创造财富，培养人才。这是他的工作和幸福。

一生专注于水滴和石头磨损。

如果用一句话来概括沈忠厚目前的生活状况，那就是:一屋子书，一柜子药，一心一意搞科研。多年的辛勤工作和不知疲倦的工作使他患上了糖尿病和支气管炎。即使在部分肺切除后，他仍然需要每天服用十多种药物，并不时吸入氧气。然而，他并不关心自己的身体状况，仍然保持着多年的生活习惯:身体状况好的时候就去实验室；经常开会讨论问题，忘记吃饭。坚持每天读专业书籍和思考，读累了，坐在沙发上睡一夜。正是这种对专业前沿的敏锐认识，使他在七十岁时提出了利用超临界二氧化碳破碎岩石的先进理论。这是一个让许多年轻人脸红的先进思想。

沈忠厚对科学研究要求很严格，所以他自然对自己和学生也很严格。他的几代训练将被同时研究，时间会缩短，但工作量会成倍增加。然而，他说从事科学研究的人不计算工作量，只要他们感兴趣，就不能吃饭或睡觉。只要有条件，他会当场亲自监督实验过程。甚至在他70多岁的时候，他每天都骑着自行车去实验室和团队讨论研究计划，以便研究径向水平井。他对研究方向的把握非常准确。经过多年的研究，几代钻头终于从概念转变为现实，并取得了预期的效果。他非常仔细地考虑了研究计划的细节。研究的每一步都必须反复讨论和审议，考虑到在开始实际研究之前可能遇到的各种问题和支持措施。他从不渴望成功。即使一个对最终结果没有太大影响的小问题没有被彻底研究，他也会停下来，通过几十到几百个实验的反复演示找到解决办法。

谈到自己的研究成果，沈忠厚总是把功劳归于团队的共同努力。他非常重视团队合作，在团队管理方面有自己独特的方法。沈忠厚的科研团队由华东和北京的中国石油大学的教授、讲师、实验室技术人员和学生组成。团队的年龄也是老、中、年轻的组合。所涉及的专业包括物理、化学、机械、钻井等。梯队布局合理。在工作中，沈忠厚是一个严格的领导者。他要求团队成员以对国家能源产业做出贡献为出发点，充分发挥各自的专长，合作解决关键问题，而不仅仅是关心个人利益和得失。在生活中，他平易近人，为他人着想。学生们愿意听他的讲座并和他交谈。他还尽最大努力为学生和子孙后代提供思想指导和生活帮助:关心学生及其家庭的健康；学生们经常被邀请在家吃饭和聊天。

一个人的精力是有限的。全身心地投入科学研究和教育意味着一个人照顾和陪伴家人的时间要少得多。由于工作繁忙，沈忠厚的两个儿子从小就很少和父亲在一起。在他担任系主任的十年里，他的父亲从来没有按时吃饭。他的爱人承担了管理家庭的工作。后来，他因工作积累而生病，并推迟了患病时间。他患有非常严重的腰椎间盘突出症，无法站立。起初，孩子们抱怨他们的父亲，认为他的父亲比他的家人更关心他的工作和学生，但是后来，随着他们长大，他们逐渐理解了他对工作的热爱和坚持。说到家人，沈院士的脸上总是满是愧疚。他觉得自己欠家人太多了。没有他所爱的人和孩子的理解和支持，他不可能全心全意地做他喜欢的科学研究。

既然我选择了一个遥远的地方，我只想经历磨难。沈忠厚说，一个人一辈子认真做一件事就够了。他做到了。他一生都在研究喷气式飞机，但留给我们的不仅是先进的喷气式飞机理论和几代钻头，还有他高尚的学术追求和高尚的人格魅力。

(作者沈流霞，中国石油大学(华东)党委宣传部部长)；孟建，中国石油大学“华东”文学学院副教授。刘是中国石油大学(华东)党委宣传部的工作人员

1991年9月3日，沈忠厚(右二)和学生徐一吉、马佳吉一起学习水射流钻井技术。

1980年8月28日，沈忠厚(左二)等人参观了美国的一个油田。

1989年10月30日，沈忠厚(中)带领学生现场测试牙轮钻头。

精彩的语录

1.要做科学研究，一个人必须有毅力并能坐在长凳上。决不能追求短暂、平稳和快速的进步。必须为每一步打下坚实的基础。

2.跟在别人后面，充其量只能是第二个孩子，弄不好还能排到第三和第四的位置。

3.没有其他人做到了，我们做到了；别人花得多，我们花得少。这是创新。-沈忠厚

扩展阅读

沈忠厚谈超临界二氧化碳开发非常规油气藏的优势

2012年国际石油工业峰会论坛于2012年3月19日在北京举行。沈忠厚院士作了题为《超临界二氧化碳开发非常规油气藏钻完井技术研究》的报告。以下是该报告的摘录:

超临界二氧化碳开发非常规油气藏主要有四大优势。

首先，如果我们使用干净的水和普通的钻头，很难钻出坚硬的地层。用二氧化碳钻井会非常快。二氧化碳对花岗岩、页岩等难钻岩石有很好的效果，钻进速度一般可提高3倍。

第二个优势，众所周知，低渗透和非常规天然气储层在钻井过程中容易被污染。然而，我们的超临界二氧化碳是二氧化碳气体。如果温度降低到一定值，它就会变成液体。当它被加到最终的临界温度时，它会变成液体的密度和气体的粘度这样的东西。其可钻性相对较高。它既是气体又是液体。它如何污染和破坏油气储层？他完全没有条件去破坏。

第三个也是最大的优势是它可以提高单井产量。为什么？我们知道现在单井产量很低。我们现在正在复杂条件下钻分支水平井、径向水平井和结构井，因此一口井的产量可以达到直井产量的五到六倍。这取决于水平部分的长度或分支部分的长度。使用这种超临界二氧化碳钻井，更容易控制水平段和分支段的长度。

第四个优点是回收率可以很好地提高。超临界二氧化碳对石油开采的贡献是驱替，其次是驱替，也就是说，我们把它赶走。超临界二氧化碳的表面张力等于零，粘度很小，扩散系数很大。因此，当这种超临界二氧化碳到达地层时，它变得无处不在。地方越小，进出越快。进入后，里面的气体被排出。这不是替换，而是驱逐这个东西。超临界二氧化碳对采收率的另一个贡献是它具有很强的溶解能，可以吸收重油组分和井旁的一些矿渣。

《中国科学新闻》(第三版，2015年1月16日)