白家祉,石油工程力学专家、教育专家。论证链条传动存在"临界转速",并研究改进了链条传动设计与制造精度。研究解决了油田钻井广泛应用的大马力柴油机曲轴断裂问题。提出的“纵横弯曲法”得到国际权威专家认定,称为“白家祉方法”。发明的“圆桶型方位控制器”在油田应用,获国家专利。主持完成的“定向井、丛式钻井技术研究”成果于1990年获国家科技进步特等奖,被评为国家"七五"科技攻关先进个人。
一
白家祉,1917年6月出生,1939年清华大学机械系毕业。1945年底,白家祉怀着科技救国的宏愿,考取了第六届清华留美公费生,和吴仲华、杨振宁、洪朝生等一行22人,远渡重洋,赴美深造。
白家祉报国心切,在三年的时间里,攻读了麻省理工学院的硕士、哈佛大学的博士学位。导师希望他留下来当助手,他婉言谢绝了。他觉得“中国人应该为中国服务”,几经周折,于1949年8月回到祖国,回到久别的清华园。
1953年,我国第一所石油高校——北京石油学院建立。白家祉从清华大学调入该院,先后担任教研室主任、系副主任、副教务长等职务,从事教学和管理工作。他先后完成了理论力学、材料力学、机械原理、机械零件、工程数学、弹性力学、流体力学等学科的教学任务。有的学科没有现成的教材,他就自己编讲义。在给学生讲课的同时,他还给青年教师讲课。特别是在力学56师资班中,他还承担了弹性力学、板壳理论、机械振动理论等高等力学的授课任务,为新兴的石油院校培养师资作出了贡献。
在教学过程中,他发现教科书中关于链条的理论和设计不够完善,又了解到国产链条质量很差,于是,他利用教学之余,从力学的角度深入研究这一课题。1957年,他的研究论文《套筒滚子链支负荷分析》在《机械学报》上发表。这一研究成果,引起科技界同行的高度重视。中国科学院长春机械研究所的负责人登门拜访白教授,共同探讨进一步验证,并要为此专门成立一个实验室。但就在这时,由于众所周知的原因,白家祉受到不公正的待遇。
在回顾那段坎坷经历时,白家祉说:“在那段时间里,最难以忍受的是不能用我的知识为祖国服务。知识总要发挥作用,我的知识可以为祖国发挥更大的作用。我希望祖国强大起来,我坚信这一点,因此,没有放弃对力学的研究,时刻准备着为经济建设服务。”
机会终于来了。1973年,他从西安仪表厂的自行车修理棚调到车间当机修钳工,监督使用。他利用力学知识搞技术改造,制造了升降式手推车、活动式吊车等维修工具。他可以不断地寻找着更能发挥力学知识的用武之地。
在济南柴油机厂,他解决了V-8、V-12大马力柴油机的曲轴振动问题,使系列产品规格化。九三学社勘探院支社主任委员吉宗珸回忆那段经历时说:“当时我在济柴合作搞项目,与白老师住在一起,平时和他一起聊聊天,向他请教一些问题。他灵活利用力学知识解决实际问题的能力、广博的学识和深厚的功底,在国内石油机械行业中是屈指可数的。"
1976年到华北油田出差,他又开始研究打垂直井的抗斜问题。防斜要用刚性钻具,这是人们通常的认识。白家祉却探索用弹性稳定理论,求解钻头的侧向受力,从而提出了一种柔性钻具组合。在井场试验中,取得了较好的效果。
1977年,年已六旬的白家祉开始从事更深入的钻井力学理论研究,并把理论分析结果应用于井斜控制的实践上,1978年,他调入北京石油勘探开发科学研究院,从此在“六五”、“七五”科技攻关中大显身手,在钻井工艺领域里大展宏图,取得了丰硕的成果。
二
有人说:“人生如同河中行船,如果没有远大的目标,随时都是可以靠岸的。“年过60的白家祉比别人有更多的“靠岸"的理由。然而在国家急需科学技术、急需人才的时候,他奋力挑起开辟我国钻井力学新领域和培养研究人才的重担。
白家祉是国家“七五“科技攻关“定向井轨道控制技术”及“套筒型变向器研制”两个专题的负责人。
在定向井轨道控制理论方面,他提出了"纵横弯曲法”。“纵横弯曲法”是在钻井过程中对井下钻具组合的分析方法。它主要研究组合钻具的受力与变形,以控制钻头钻进方向。
这项研究国外开始于50年代。1953年,美国鲁宾斯基首先提出了钻柱模型,导出了相应的数学方程式,但只是对简单的钻具组合进行一维分析。因为计算模型与实际清况不符,1954年他重新进行了修正。
70年代,定向井、水平井的发展,提出了对弯曲井眼内扶正器(稳定器)组合钻具求解的要求。国外对这样复杂的问题只提出了一些近似的求解方法。白家祉70年代后期开始研究这一课题,提出了"纵横弯曲法”的精确解,经油田现场试验,证实了求解方法的正确性。1982年,白家祉的《应用纵横弯曲梁理论求解钻具组合的受力与变形》的论文,在国际石油工程会议上发表,使大家耳目一新。
“纵横弯曲法”经过不断完善,现在已经成为用于钻井工程的代表方法之一。与国外的其他求解方法相比,它不再把钻具组合综合考虑为一个整体,而是把钻具组合分解成为一系列承受纵横载荷的简支梁。它不仅使计算更为精确,而且大大减少了计算工作量,在大型计算机上几分钟才能得出的计算结果,简化到在PC微型机上几秒钟即可完成。这种新方法具有模型合理、物理意义清晰、解法简洁及计算精确等特点。
美国鲁宾斯基通过验证说:“‘纵横弯曲法’的符合程度很好。”美国JPT杂志编辑部的评价是“计算简便,可以在便携式计算机上运算,便于现场应用。”世界著名钻井工程专家米尔海姆在赠言中写道:“白先生,您在中国的技术成就是举世闻名的。感谢您对钻井工程作出的贡献。”米尔海姆还把“纵横弯曲法”收入石油工程学会编辑的《实用钻井工程》教科书中,称之为“白家祉方法”。在国内,用这种方法编制的微机软件,已在全国各油田推广应用。
“七五”攻关中,白家祉主持的另一项研究是“套筒型变向器研制”。套简变向器是一种控制井眼方位和井斜角的井下工具,是走向井轨道控制的重要工具。这种工具60年代美国开始生产。由于结构上存在一些严重缺陷,因而在现场应用中往往得不到预想的结果。故此白教授在研究定向井轨道控制的同时,着手研制套筒变向器。
白家祉带领他的学生对变向器进行理论分析的同时,在辽河、大庆、胜利等油田开展现场试验。三种规格的变向器试验了50井次,对变向器的结构进行了三次较大的改进,使之成为一种实用的定向井专用工具。
据统计,辽河油田使用套简变向器与使用井下动力钻具加弯接头相比,节省了扭方位时间,避免了使用昂贵的井下动力钻具,平均每口井可节省费用1万元左右,在大庆油田每口井可节省费用2万元左右,其他油田的统计均在1万元至2万元之间。
目前套筒变向器已成为定向井钻进的有效工具,其性能已超过国外同类产品,这项技术已获得了国家专利。
“七五”期间,白家祉取得了丰硕的成果,是他和专题组集体智慧的结晶,也凝结着他艰苦创业的精神。
“纵横弯曲法”的研究工作始终是在华北油田的板房招待所中进行的。那里大通铺,20多人一个房间。一个个精确的数据,千百次繁琐的数值计算,靠的仍是计算尺。一位当时和白家祉一起工作的同志说:“那时的条件太艰苦了,白家祉经常耳堵棉团,以排除打牌、下棋、喝酒、吵闹等各种干扰。"
1977年我国恢复高考,白家祉的孩子要考大学,老伴几次托人带话,让他回来给孩子辅导一下功课。那时,白家祉正在华北现场搞实验,由于经费缺乏,人们对新工具的不重视,实验遇到了许多困难,白家祉不能回来也不肯回来。
为了搞研究,他曾坐着卡车去华北,为了搞研究,他春节没过完就去渤海,为了搞研究,他迎着风雪上辽河,为了搞研究,他顶着酷暑下江汉。一位博士研究生说:“白老师从来不愿意麻烦人。其实他的学生哪个油田都有,现在都是头头脑脑的,如果去打个招呼,肯定照顾得很周到。可他去油田就直奔现场,有时都走了,人家才知道。他不图享受,可那时终究也是快70岁的人了。”接着,他讲述了和白教授同去辽河的一次经历。
“那是深秋时节,天下着雨。我们从辽河回来,到了锦州火车站,接我们的车子还要过3个小时才到。我们劝白老师找个旅店休息一会儿,白老师说没有必要。因为天下着雨,火车站候车室人挤得满满的,我们只好站在屋梢下避雨。屋檐很窄,雨不时的飘落在身上,我们就用身子为白老师挡雨。他推开我们说:‘我没事。’当时,看着他湿漉漉的裤脚、沾满泥水的鞋子、消瘦的身体、花白的头发,我们眼泪都快掉下来了。”
由于白家祉的贡献突出,被评为国家“七五”科技攻关先进个人,他出席了国家计委、国家科委、财政部联合召开的国家“七五”科技攻关总结表彰大会。时任党和国家领导人江泽民、李鹏出席了会议并为他们颁了奖。白家祉的先进事迹被收入国家计委、国家科委、财政部编辑的《国家“七五”科技攻关先进个人事迹汇编》中。
三
白家祉说:“我所指导的研究生们,在“七五”“八五”期间搞出了一些科研成果,也取得了可观的经济效益。但我认为,更有价值的是他们已经成为既有理论水平、有研究能力,又能独创性地解决实际问题的研究人才。”确实是这样。他带的博士生黄惠泽后来担任了东海石油公司钻井副总,硕士生孙宁担任了中国石油天然气总公司科技局副局长,博士后苏义脑等6名研究生担任了室主任或项目负责人,成为钻井所的技术骨干。他们在“八五“科技攻关中,发挥了重要的作用。
白家祉指导的一位硕士研究生说:“白教授治学严谨,理论基础深厚,他对我们的要求十分严格。他指导的选题都直接与油田生产实际相结合。在做硕士论文期间,他每周都指导我们一次,了解研究进展。要求我们需要推导的数据,他自己也推导一遍。如果我们推导出了差错,他就帮我们找出原因,及时纠正。这样也就培养了我们治学严谨的良好习惯。”
白家祉带出的博士生苏义脑,是我国自己培养的钻井领域第一位博士后。他讲述了与白家祉合作写书的经历,1988年,苏义脑的博士论文完成后不久,收到石油工业出版社约稿的信件。约他写专著《井斜控制理论与实践》一书,这正与他的论文内容相联系。他找白家祉商量两人合写。白家祉却鼓励他独立完成。在苏义脑的请求下,白家祉同意写该书的总论和其中的一章。出书时白家祉坚持不署自己的名字,但谦虚的苏义脑硬把他的名字署在第一位。事情过后,苏义脑才从石油工业出版社了解到,出这本书早在1983年就商定了,出版社和白家祉订了合同,双方约定在定向井技术取得一定成果时出版。面对着双方的合同和白家祉写给出版社推荐自己的信,苏义脑久久不能平静。从中他看到了老师的良苦用心。
《井斜控制理论与实践》是中外第一部大部头系统论定向井控制理论的专著,出版后产生很大的影响。1991年白家祉在给院里的一份材料中却这样写道:“苏义脑与我合著30多万字的《井斜控制理论与实践》一书,其中约有十分之九的内容是由他执笔写成的。内容多属创新见解。”白家祉热心扶植后来者,推举人才,甘当人梯,实在是难能可贵的。
1986年底、1987年春,白家祉的研究生在辽河油田作套筒变向器现场试验。他们每天像“钉子”一样,“钉”在井场上。不管是现场科技人员的工作,还是工人的活,他们都主动伸把手。他们全然就像井队的职工。人们被他们的精神感动了,问他们为什么这样干?他们回答的是同一句话:“我们是白教授的学生。”
善歌者,使人继其声;善教者,使人继其志。如果把人生投身于事业,生命就会放出光彩;如果使这个事业后继有人,那就是生命延续。
1996年是白家祉教授80寿辰,爱戴他的学生们写了一幅对联,为他祝寿,也表达了他们无限崇敬之情:“学贯中西满园桃李花树,寿比南山传世道德文章。”