郭尚平,男,1930年3月出生,汉族。1957年莫斯科石油学院研究生毕业,副博士学位,曾任中国石油天然气总公司石油勘探开发科学研究院副院长,中国科学院院士,石油工业有突出贡献专家。
1995年10月,一位为科学事业勤奋耕耘了40余年的渗流学科及油田开发专家当之无愧地获得了中国科学界的最高荣誉——当选为中国科学院院士。这位就是北京石油勘探开发科学研究院及渗流流体力学研究所研究员、博士生导师郭尚平教授。
作为一个拥有46年党龄和丰硕学术成就的共产党员和著名学者,郭尚平在自己的人生道路上留下了坚实而辉煌的足迹。1930年3月17日,郭尚平出生在四川省荣县一个旧知识分子家庭。在那个军阀混战,民不聊生的年代,身为当地著名中医的父亲收入极为微薄,家庭人口又多,所以总是入不敷出。这使郭尚平幼小的心灵中,渐渐萌生出学好本领、自强自立的朴素理想。离郭尚平的家仅10公里,就是圣灯山气矿,幼年的郭尚平常常望着远处长明的火矩出神,大自然无穷的奥秘使他对科学知识无限向往。
“卢沟桥事变”之后,日本帝国主义发动了全面的侵华战争。当时的四川虽属后方,却也被日军飞机和国民党逃兵搞得战云密布、兵慌马乱。年龄稍长,郭尚平痛感列强之所以肆无忌惮地欺凌瓜分中国,是因为列强工业发达、国富兵强、有飞机大炮和军舰,而中国工业落后、没有强大的国防。上初中时,他在一篇作文中立志长大后要学工程技术,走工业救国的道路,使中国强盛起来,外国人就不敢再来侵略和压迫。1947年高中毕业时,郭尚平以年级第一名的优异成绩被保送上清华大学。然而,由于他无法筹足路费,未能北上。他进入了重庆大学,并且选择了矿冶系油田开发专业。
40年代后期的中国,社会动荡,民不聊生。作为一个有强烈正义感的热血青年,郭尚平本以为打败了日本,就可以发展工业,富国强民,振兴中华,不再受帝国列强之辱。哪知抗日胜利后,国民党政府又投靠了帝国主义打内战。面对这种情况,郭尚平逐渐觉悟到,推翻蒋家王朝才是国家民族的希望所在,郭尚平在如饥似渴地学习科学知识的同时,他开始接受革命思想,成为当时学生运动的积极分子,参加了“反饥饿、争温饱”、“反内战、要民主”的爱国学生运动。1951年1月,他加入了中国共产党,从此开始在党的旗帜下,为人类最崇高的事业而奋斗。
大学毕业后,郭尚平的志愿是去玉门油田,到生产现场接受实际锻炼,为新中国的石油工业贡献力量。然而,组织上却安排他留校任教了。任教一年后,郭尚平被选送到北京俄文专修学校“留苏预备部”。1953年9月赴苏,进入莫斯科石油学院研究生院和全苏油田开发研究所成为油田开发专业的研究生。
莫斯科石油学院和全苏油田开发研究所的学习和研究条件十分优越,集中了全苏优秀的石油勘探开发领域的专家。郭尚平如鱼得水,努力钻研专业知识,广泛地涉猎多种学科和学术思想,使自己的科研能力日瑧完善。1957年6月,他以副博士学位学成回国。从此,他怀着对祖国的一片赤诚,对科学的执着信念,在渗流力学、生物力学和油田开发等领域开始了长达40年的艰辛探索。
郭尚平认为,应用性的科研工作尽可能走在生产的前面,从生产实际出发,为发展生产服务。50年代中期,油层水力压裂技术问世不久,郭尚平考虑到必须要从大规模、集群性、全油田的总体效果的需要考虑压裂工艺,他提出了“集群压裂”的概念,研究了集群压裂条件下的渗流问题和生产效率。几十年后,人们真正应用和推广了“整体压裂”(或称“总体压裂”)技术。郭尚平用水电相似原理的模拟方法研究了多底井、斜井和水平井的渗流和生产效率问题。60年代,郭尚平又与刘慈群合作,完成了非均质地层二相渗流过程计算方法的研究,对大庆等油田开发前期的渗流计算起到了重要作用。
1957年到1960年,郭尚平在石油科学研究院油田开发室担任渗流组组长。这期间,他运用渗流理论及计算为克拉玛依油田的开发作出了贡献。克拉玛依油田是50年代中期发现的当时我国最大的油田。为适应国家急需开发油田资源的要求,郭尚平与研究设计组,用新思路进行克拉玛依油田的开发设计。他们克服了资金缺乏油田地质条件复杂、油层物性不好等不利因素。他们首次在方案中提出了科学开发油田的原则。方案提出,在保证国家规定产量任务前提下,要保证油田采收率最高,经济指标最好。提出“采用地质研究分析-油藏工程计算-经济指标分析”这种紧密结合优化筛选方案的技术路线,提出从油田开发之初就大规模采用人工注水,保持油藏压力,基本解决产量递减快,油气比上升快,采收率低,经济指标差的问题,提出大规模采用边内切割注水和面积注水,基本解决各区面积大,油层物性不好,导致边外注水影响小及各区块物性差距大,注水效果不好的难题。这个方案成为合理开发克拉玛依油田的基本依据。
1960底,郭尚平调到中国科学院兰州地质所担任渗流力学室主任。这期间,他又参加了石油部大庆油田工作组,成为大庆油田第一个开发区(萨尔图中区146平公里)开发设计中渗流力学计算研究的第一负责人,并创立了在当时为国际水平的渗流计算新方法。
60年代初,针对当时油藏工程、油田开发等实验研究只用天然岩芯,郭尚平提出,天然岩芯和人造模型都必须重视,两者相辅相成。天然岩芯的物理化学性质是天然的,但只代表地质层局部,人造模型可模拟出一个地层或一个井组的地层,物理化学性质也可设法接近实际地层。郭尚平组织科研集体研制人造地层模型。用了几年的功夫。这项人造地层模型制造工艺才在大庆、胜利等油田推广对这些油田开发初期的科研工作起了重要作用。
70年代至今,是郭尚平在诸多研究领域耕耘和收获的重要时期。这期间,他历任长庆油田研究院主管油田开发的副院长、中国科学院直属兰州渗流力学研究室主任、中国科学院兰州分院院长、北京石油勘探开发科学研究院副院长、渗流流体力学研究所研究员。
从60年代初开始,郭尚平就提出两个新的科学设想:“微观渗流”和“生物渗流”,这就是他后来创立的渗流学科的两个新的分支。
传统的渗流力学一般以不透明的地层岩样或土样为对象进行宏观研究,对样品中千万条孔隙内的力学、物理学、化学和生物学细节并不清楚。从1978年开始,郭尚平提出“微观渗流”的概念,指出必须设法直接观测孔隙内的细节、机理和规律,研究微观渗流,使渗流研究深化。他带领研究集体对一系列重要而复杂的前沿问题进行了微观研究,包括多相渗流、物化渗流、非牛顿流体渗流和非等温渗流等,发现或明确了多项渗流机理和规律,完善、深化、系统化和发展了原有的认识,建立起微观渗流理论,提出了提高原油采收率的新依据和15项建议,在国内外发表论文10余篇和第一部物理化学渗流--微观机理专著。这样,就开创了渗流力学的新分支--微观渗流,这项成果获得了国家自然科学三等奖。
作为渗流力学及油田开发专家,郭尚平也在思考相关学科。他注意到,对于生物体内微细管道中的流动问题,医学家及生物学家一直在从微循环的角度进行艰难的探索。经过缜密的思考,他大胆地设想,生物体内微细管道系统是否属多孔介质?能否把生物体内微细管道中的流动问题当作渗流来研究?如果能当作渗流来研究。则会比一般流体力学方法事半功倍。于是,他带领研究集体,大胆地突破了渗流力学研究岩石及土壤内流动的传统,把研究的触角伸向了生命现象。他们首先证实了人体和动物体内多种微细管道系统确属多孔介质,因而其中的流动确属渗流,可作为渗流进行研究,这就为渗流力学向生命现象渗透奠定了基础。他们通过动物实验和模拟实验,研究了人血、人造血、羊血、马血、兔血和肝胆汁等多种生物流体的渗流规律,首次获得重要发现,即:在多数情况下,生物流体渗流的基本规律不符合传统的渗流律--达西定律,而是遵循一种非达西定律。在研究的基础上,郭尚平等人建立了典型的生物渗流多重介质数学模型,如肺内二重介质、肝内四重介质和组织间质三重介质的数学模型。这样,就将渗流学科与生命学科交叉渗透,开创了渗流力学与生物力学的新分支--生物渗流。这一分支的创立,拓宽了渗流力学的研究领域,推进了渗流力学与生物力学学科发展。这一理论可以容易地用于研究植物体内矿物质溶液、糖液和气体的流动。因此,这一分支的创立,为渗流学科服务于人类健康和农林生产打下了基础。继郭尚平之后,北京大学和中国医学科学院也已开展了生物渗流的研究。美国全国科学院院士、美国工程科学院院士、美国医学科学院院士、中国科学院外籍院士被誉为“生物力学之父”的冯元桢教授1993年7月24日对上述理论评价为:“郭先生的理论在世界上是突出的”。
在为渗流力学和生物力学理论作出创新性、系统性成就的同时,郭尚平也在不断攻克相应的技术难关。
渗流力学、油藏工程、油田开发及其他多种地下工程的研究都需要微观模拟测试技术。这一技术需要研究者自己创新开发,其难度是很大的。郭尚平带领研究集体,开发成功由11项工艺技术配套的微观模拟测试技术。国外未见如此高度配套的技术,也缺乏一些单项技术。有关单位纷纷购买该技术,委托或合作运用该技术完成油藏工程研究任务。这套技术使微观研究日益普及,逐渐成为渗流力学和油藏工程研究中的常规实验项目。石油工业部曾举办培训班向全国推广。这项技术同样适合于其他部门的渗流和工程研究,如盐湖、地热和化学流体资源的开发,地下水污染、土壤盐碱化、城市地面沉降和海水入侵等的防治,它的一部分技术内容于1986年获中国科学院科技进步一等奖。
近来,郭尚平提出“四次采油”问题,他认为,在三次采油完成之后,应进行“四次采油”,以便继续提高采收率。郭尚平想,几十年前,当注水或注气采油(二次采油)大规模工业应用开始后科学家们便开始考虑,二次采油完成之后继续提高采收率的问题(三次采油)。现在,三次采油已开始在我国和国外大规模的工业性推广(如注聚合物或复合驱油剂),就应该尽快开始考虑“四次采油”以进一步继续提高采收率的问题。郭尚平与研究生合作开展的实验研究表明,“四次采油”的确能进一步提高采收率,只要方法适当,其采收率提高的幅度不亚于三次采油的幅度。因此,在三次采油之后继续挖潜,还可采出不少的原油,前景相当不错。
总结自己的治学思想,郭尚平他认为,创新是科学研究的灵魂,没有创新就没有科学的发展和人类的进步。在科学研究中,绝不能只跟着别人后面走,必须要有自己的新的科学思想、新的点子,并且要设法去实现。科学的眼光要放得长远一些,在一项研究工作进行的同时,就要准备开始设下一项或两项,特别要考虑为发展生产急需考虑和研究的问题,走在生产的前面。否则,如果等到生产急需时才开始,就可能影响生产的发展。所以,应该有一些人作这种超前的科研工作,当然首先要有超前的新的科学思想。这些超前的新的科学思想在它的初期可能不被人们重视,但作为一个富于创新意识的科学工作者,一定要顶住压力,坚持真理。
郭尚平认为,要培养科学研究较强的创新能力,有几点必须注意:首先,理论基础和技术基础必须扎实和广厚。因此,从中学特别是大学和研究生阶段必须重视这一点,在毕业后的工作中,还要边工作边继续补充这些基础。其次,专深和博学相结合,他说,一个人精力有限,一生专深一门工作已经不易,博学就更难。但要作到创新能力强,作到科学思想活跃,除自己专深的一门学科外,还要广览博学,才能由其他学科受到启发。才能知己知彼,产生新的科学思想,才能引进其他学科的新的研究方法和技术,将几门学科结合起来,产生新的学科分支。为此,科研人员有必要涉猎得广一些。郭尚平不仅重视参加本学科的学术活动和交流,阅读本学科的文献,而且还非常重视尽可能广泛地参加其他学科的学术活动和交流,浏览其他学科的文献。第三,活到老,学到老。科学技术发展很快,科技人员必须不断地根据需要学习新知识,只靠老本是绝对不够的。例如,为了建立生物渗流,只靠自己原有的对石头、土壤的知识当然是不够的,必须从头学习有关的生物学和医学知识。他在50岁时,才去医学院与大学生们一起学习人体生理学、组织胚胎学等新的课程,还自学了解剖学、病理学和脑组织学等。
作为学科带头人,他带领研究集体埋头苦干、锲而不舍,取得了丰硕的研究成果;作为领导干部,他襟怀坦白、正直干练,每到一个单位都把工作搞得有声有色;作为一名共产党员,他信念坚定矢志不渝,经受住了政治风雨的考验。
抚今追昔,郭尚平感慨良多。他感谢党的培养,人民的哺育;感谢几十年来成百位同行的合作和帮助。今天的郭尚平已功成名就。他多次获得国家自然科学奖励委员会、中国科学院和中国石油天然气总公司颁发的重大科技奖励。1991年,他成为国务院授予的“政府特殊津帖”获得者,中国石油天然气总公司授予他“石油工业有突出贡献科技专家”称号。1995年,郭尚平当选为中国科学院(数学物理学部)院士。
然而,郭尚平并没有在科学的道路上止步。近年来,他在教学和科研的同时,又在考虑开展几项重要前沿课题的研究,如“四次采油”等。愿他在科学的崎岖山路上不断攀上新的高峰。