我国著名石油开发专家童宪章

2022-06-21 14:26:00

童宪章(1918-1996,男,汉族,中共党员。1941年中央大学物理系毕业。曾任中国石油天然气总公司石油勘探开发科学研究院总工程师、中国科学院院士。

几年前,一封寄自大洋洲的信转达了澳大利亚邦德石油公司总工程师L先生对一位中国同行的敬意:“我以非常惊喜和满意的心情,见到您的著作《油井产状和油藏动态分析》。您的著作在简单经验性递减曲线方法’和油藏模拟方法’之间,起了填补空白的作用。”

由此再追溯至1979年,当时美国斯坦福大学教授、国际著名的石油试井权威李梅先生,以他敏锐的目光已经注意到一本中文石油专著尤其对该书中关于“7的法则”用于油井分析产生浓厚兴趣,委托来华进行学术交流的同事,“一定要找到《压力恢复曲线在油气田开发中的应用》的作者”,并且与之探讨这一方法的理论依据。

这位不仅给中国各主力油田预测未来石油产量和潜力,同时又在国外石油界产生影响的学者,就是我国著名石油开发专家、中国科学院院士童宪章。他独创的“水驱油田样板曲线”分析方法及公式,被国外石油界称为“童氏公式”。

1941年,正是中国人民抗日战争最艰苦的一年。当年7月,一辆从“大后方”出发的卡车,经过四川内江、成都、广元,进入陕西后,辗转开往初创时期的玉门油矿。车过甘肃天水时,正逢日寇飞机狂轰滥炸,小城一片火海。在武威,又有8架日本飞机轮番俯冲、投弹、扫射,弹片钉在他们住宿的旅店门上。刚从中央大学物理系毕业的童宪章和几位立志“工业救国”的同学,就在这辆“冒着敌人的炮火前进”的卡车上。他的老师翁文波教授放弃了重庆较优裕的工作生活条件,到祖国大西北开发玉门油田,童宪章作为翁先生的助手一同前往。

19419月,童宪章刚到工作岗位之后不久,玉门油田8号井钻到“L”层顶部进行测井时,由于油层压力高,井内钻井液密度低,大量原油势不可挡地喷出井口。当时童宪章正在8号井应用自制的测井仪进行电测工作。强大的气流把仪器冲出了井外,测井工作被迫中断。他和大家一道投入保护油井的应急作业,满身满脸都是黑色的原油。

油井生产出现危急情况时,童宪章总是和技术人员、工人一起排除险情。1943年秋的一天,他在19号井值班时出现井喷迹象。由于司钻操作失误,使游动滑车猛地撞到转盘上,立时钢丝绳乱成一团,把指挥排险的童宪章卡在钻杆立柱与钢丝绳之间,尽管身子被挤住十分危险,他仍然镇静地指挥大家用正确方法排除险情。

1942-1943年间,当时的经济部资源委员会为玉门油矿先后聘来了几位美国技师。童宪章和其他的年轻人认真向他们学习,较短的时间内就掌握了先进的钻井技术,钻成了中国第一批高产自喷油井。在抗日战争艰苦的“相持阶段”,载着“中国油”的卡车队辗转于荒凉戈壁和丛山峻岭中,将宝贵的“工业交通血液”运往祖国的西北、西南。

抗日战争时期,为物资运输的需要,经由喜玛拉雅山曾开辟了一条“空中通道”。就在这富有传奇色彩的航线上,一支包括童宪章在内的中国石油工程技术人员组成的“小分队”于日本无条件投降前夕,以同盟国“石油后勤供应部队”名义,飞越喜玛拉雅山,经过印度,搭乘美军运输舰来到美国东海岸,开始了大洋彼岸的留学生活。半个世纪后,童宪章在回忆文章中。写道:在美国学习石油工程专业将近两年时间,抓住这一宝贵学习机会的那种劲头只有用贪婪’这样的词儿才能形容。

20世纪50年代,石油试井技术应用有了突破性进展。美国开始应用连续式井下压力计,测量井下从关井到井底压力趋于稳定这一过程的压力恢复曲线。从这一曲线的形态变化获得很多信息。从50年代初,童宪章即在玉门油田开始推广应用这种方法。首先是缩短过去长时间关井求静压的时间,以提高油井生产效率。以后又在新发现的新疆克拉玛依油田,开始应用连续测压力恢复曲线的方法,结合井下油、气取样,进行综合分析,取得比较全面的油藏和地层流体特征的可靠信息,作为制定开发方案的重要原始资料。这种新的测压解释结果有力地证明,克拉玛依主要产油区是由不同压力系统的若干断块构成的。根据测压解释结果,可以明显地划出各断块的边界作为布置井网的有力依据。这一研究结果是克拉玛依油田早期注水开发方案的基础。以后又用这种“压力分区法”检查老油田的测压资料,证明玉门油田也存在不同原始压力分区的状况,这样就澄清了过去难于解释的某些开发中的问题。

更为重要的是,当1960年我国发现了亚洲东部特大油田大庆油田时,应用这种已经成熟的测压解释方法,能够较快地测定出油田的原始地层压力系统,同时试井解释结果说明自南而北,油层的渗透率和流体特征存在着显著的差异。在这一认识的基础上编制了早期注水的油田开发方案,对油田长期保持稳产高产具有重要意义。

1960311日,大庆萨尔图油田“萨66号井”产出原油,说明萨尔图油田是一个高产油区。这口油井的试采方案是由童宪章主持完成的。其后大量统计数据证实,在此油井测定的“原始油层压力”,在整个大庆油田颇具普遍性,是一项有重要意义的资料。

当年会战的参加者们,不会忘记松辽大地肆虐的狂风卷着飞雪拍击夜空的情景。艰辛磨炼意志,也激励智慧。童宪章多年来心血结晶的技术理论及其丰富的实践经验,在冰天雪地间焕发出熠熠光采:作为大庆油田长期高产稳产注水开发技术的主要研究与实施者之一,获得国家级科技进步特等奖的殊荣。

从玉门到克拉玛依,从青海到大庆,多年来童宪章潜心致力于“水驱油藏油井产状与动态分析”的研究。这项研究是在我国各主要油田开发丰富实践的基础上,应用数理统计方法,阐明各类水驱油田开发中的一般规律与特征,从地下油与水的动态来判定动用的储量和潜力,预测生产趋势。

童宪章根据多年来石油开发试井方面取得的经验,进行创造性研究,通过大量的现场实例特别是大庆油田的实例,在为石油开发现场技术人员写成的专著《压力恢复曲线在油、气田开发中的应用》中,提出一些有首创性的经验方法。其中比较重要的,即是本文开头提及的7的法则”。

以往的经验认为,在油田开发过程中,每一口油井的日产量,基本上应符合一个理论的油藏水动力学公式,称“达西径向流公式”。这一公式的主要参数有油层厚度、渗透率、原油黏度和生产压差等,而生产压差是其中最主要的参数。由于实际情况往往与理想公式算出的结果存在差异,有人提出,若实际产量与经典公式计算结果吻合则称为“完善井”将显著小于计算结果的称为“不完善井”,显著大于计算结果的称为“超完善井”。作出上述区分,还需用比较复杂的公式和更多的参数算出“完善程度”。童宪章在他的专著中提出一个大大简化了的计算法则,他称之为“7的法则”。这个法则只须确定两个参数,即一口井关井前的生产压差,以及压力恢复曲线之近似直线段的斜率。这两个参数的比值称为“完善系数”。根据大量实践资料和理论推导,当完善系数等于7时,则井底是完善的,说明井底产层未受污染若大于7,则井底为不完善,说明井底有污染或射孔不完全若小于7,则井底为超完善,说明井底有裂缝或有其他特殊情况。用这个“完善系数”概念,可以很简单地算出完善程度。这就是人们所称的“童氏经验公式”,其突出之处是易于为工程技术人员记忆和掌握。

应用于油田油井产状动态分析的“童氏公式”,以油田开采历史为基础,把各油田的生产数据输入统一的计算程序,由计算机自动拟合水驱样板曲线,并计算出各油田的动态地质储量、可采储量和预期的最终采收率。然后将计算结果与资料中所列的相应数值作对比、评述。统计结果说明:应用动态法估算储量和采收率有着高度符合性,估算不同油田的储量和采收率且具可比性。这已为国内外众多油田大量开发实践所证实。

70年代末,全国原油生产出现比较严峻的局面。在制定几个主要油田年度生产计划时发现,应用传统方法算出的储量,即通常采用的“油田产量递减曲线法”推导出的结果,都说几个油田已进入开采后期,剩余可采储量很少了。“不可能保持稳产,递减将不可避免”的问题被尖锐地提出来,而且个别油田实际上已出现显著递减的现象。在这种形势下,应用“童氏公式”得出的结果却大不相同,其典型曲线算出的储量比传统方法算出的要高得多。曲线群进行拟合的结果说明,某些主要油田开发刚进入中期,保持稳产应该没有太大困难。经领导机关慎重研究、评估后,对一些油田采取了有效措施,只半年左右时间即见到明显效果。又是10年过去了,这些油田尚未出现明显递减现象。

1994年晚秋时节。迎着渐凉的秋风,一辆银灰色面包车,沿杨村黄骅无棣滨州的公路线向东疾驰。车内前座上,年逾古稀的童宪章望着眼前浩茫的秋景,仿佛陷入了沉思。

沿着车行方向,地面以下的千米深处,便是他熟悉不过的地质构造——“黄骅坳陷”和“济阳坳陷”。此刻他的脑海里,正清晰地闪现着一条条各具特色的“水驱油藏动态曲线”。应胜利石油管理局胜利采油厂约请,他带领助手们正驱车赶往向油田生产一线的技术人员作一次联系油田生产实际、推广动态分析新技术的讲学。

曾经,他顶住了各种压力,给地质所的同事们以及从采油队慕名而来的技术人员,细心讲解过“油井动态分析”的主要理论和方法,并带领他们到现场测算、验证。转眼多年过去,应用于油井产状和动态分析的“童氏公式”也已经推广开来,变为油田开发工作者们手中的锐利武器。

今天这批当年的年轻人,现在的技术骨干一大早就从各采油厂赶来听课。童宪章手指着投影在幕布上的一幅幅曲线图,开始讲解“水驱样板曲线分析方法”。听课者的思维都被引向地表以下千米深处……

20世纪50年代以来,全世界油田开发的总趋势,是充分利用水驱动力采出油藏内部的石油。这样做,一方面是为了获得较高的最终采收率,同时还为了在开发过程中保持高产稳产。若干年来,前苏联和中国90%以上的原油产量,都是利用天然或是人工水驱方法采出的。对于水驱油田,特别是大型水驱油田的生产动态分析研究,正统的方法是应用现代化的数学模拟方法。这一方法需要应用相当复杂的理论公式和大型的计算机组,此外还需求得大量有代表性的油田地质和试验室数据。囿于这些条件,特别是大量且又可靠的数据有时难以满足,因而效果通常不够理想。童宪章20多年来收集国内外水驱油田的生产动态资料,进行了大量的统计分析工作,从中总结出一套简单明了的水驱油的动态分析方法,命名为“童氏水驱曲线法”。多年来童宪章收集了国内外数百个水驱产油单元包括单井、井组、油藏、油田、油区,进行统计分析,总结出一些重要规律,使之在国内外油田推广应用,解决了一些重要的油藏工程问题。

科学研究必须紧密联系生产实际,研究成果并应尽快地转化为生产力。数十年来,童宪章坚信这一方针的正确性,并身体力行。此次他以76岁之高龄赴胜利油田,即是这种信念“老而弥坚”的写照。近3小时的讲学,他仅中间休息过15分钟。随着投影在幕布上一条条曲线的延伸,听讲者分明感觉到童院士在油藏工程学科领城的成就也在延伸,其影响正在不断扩大……

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