白家祉

白家祉，石油工程力學專家，教育專家。論證鏈條傳動存在“臨界轉速”，並研究改進了鏈條傳動設計與製造精度。研究解決了油田鑽井廣泛套用的大馬力柴油機曲軸斷裂問題。提出的“縱橫彎曲法”得到國際權威專家認定，稱為“白家祉方法”。發明的“圓桶型方位控制器”在油田套用，獲國家專利。主持完成的“定向井、叢式鑽井技術研究”成果於1990 年獲國家科技進步特等獎，被評為國家“七五”科技攻關先進個人。

基本介紹

• 中文名：白家祉
• 出生日期：1917年6月11日
• 畢業院校：清華大學
• 出生地：河北省易縣

個人履歷

教授。北京人。1939年畢業於清華大學機械系。1946年獲美國麻薩諸塞理工學院套用力學碩士學位。1949年獲美國哈佛大學科學博士學位。同年回國。歷任清華大學教授、機械系副主任，北京石油學院、西安石油學院教授，石油部石油勘探開發研究院高級工程師。改進了石油鑽機的鏈條設計。對柴油機的振動理論有較深研究。對鑽井泥漿的流變物性提出一種雙曲型模式；在定向鑽井工藝中提出了縱橫彎曲法來求解鑽具組合的受力與變形，並於1986年被美國石油工程師學會列入教科書中。撰有《套用縱橫彎曲連續梁理論求解鑽具組合的受力與變形》、《套管型鑽井變向器》、《雙曲流變模式的室內和現場論證》等論文。

人物生平

早年求學

白家祉，1917年6月11日生於河北省易縣梁各莊。父親白廣善，曾任軍醫，於1931年病逝。因家庭兄弟姐妹眾多，境遇甚為困苦。1935年，白家祉考取清華大學公費生。1937 年，抗日戰爭爆發，隨學校南遷，於1939年在昆明西南聯合大學畢業獲學士學位。畢業後，留校任機械系助教。1945年考取清華第六屆留美公費生，入美國麻省理工學院學習，獲取碩士學位後轉入美國哈佛大學師從H.M.Westergarrd教授研究結構動力學。

回國發展

在美國求學期間，白家祉關心國內形勢發展。1948年間他與侯祥麟共同籌建中國科協波士頓分會，動員留美同學學成後早日回國，為祖國建設服務。1949年7月獲取博士學位後帶頭啟程經過香港於8月底回到已解放半年的北京。他多次寫信給美國的中國同學宣傳黨的政策。不久，吳仲華、李敏華、黃茂光、張建侯、洪朝生等也相繼回國。白家祉回國後，在清華大學化工系任教授，講授力學、化工機械及化工數學等課程。1952年化工系改為石油系。隨後參加了北京石油學院的籌建工作。1953年，學院由清華園遷往學院路新校址後，他擔任教研室主任，並講授機械零件、機械原理等多門課程。他親自翻譯蘇聯教材，並寫成詳細講稿進行教學。1956年任副教務長，並招收副博士研究生。白家祉於1952年參加“九三”學社，後任石油學院支社主任。1958年在“反右”中受到不公正待遇，於1980年平反。1962年2月調往西安石油學院任教研室主任，講授多門基礎課程，並為培養青年教師開設了高等力學、工程數學等進修課程。“文化大革命”期間，下放勞動至1976年“四人幫”倒台。此後曾被派去濟南柴油機廠協助解決曲軸斷裂問題。20世紀70年代後期，研究井斜控制技術。

白家祉

學術研究

1980年，由西安調到石油工業部石油勘探開發科學研究院鑽井工程研究所任教授級高級工程師，並擔任定向鑽井課題組長，完成了國家“七五”期間的重大科技攻關項目，在“定向井軌道控制技術”及“套筒型變向器”兩個專題的研究中，取得了豐碩成果。1984年被國務院學位委員會批准為首批博士生導師，隨即開始招收博士研究生。他在指導研究生或青年人時，注重科學研究方法。在選擇科研課題時，他說，為人和做學問都一樣，不應有任何投機取巧，要講求一個“誠”字。白家祉說到做到，率先垂範，因此，學生們十分敬重他。他先後培養了8名碩士生和兩名博士生。同時，完成了在學術界頗有影響的《井斜控制理論與實踐》的專著。1987年8月，年滿70歲的白家祉退休了，但他仍然關心石油鑽井事業的發展，繼續做一些科技諮詢工作。

榮譽

在“七五”國家科技攻關項目“定向井、叢式鑽井技術研究”中，白家祉的“井身下部鑽具組合的受力分析研究”（即縱橫彎曲法）和“圓筒型方位控制器”兩項成果獲得中國石油天然氣總公司（部級）1990年科學技術特等獎。他被評為國家“七五”科技攻關先進個人，出席了國家計委、國家科委、財政部聯合召開的國家“七五”科技攻關總結表彰大會。黨和國家領導人江澤民、李鵬出席了會議，並親自為他們頒獎。

成就

論證鏈條傳動存在“臨界轉速”

1953年，白家祉在北京石油學院講授“機械零件”課程，結合教學內容開展科學研究工作。當時所採用的蘇聯教材對鏈條傳動的計算方法屬經驗設計不夠完善，且影響到國產鏈條的質量。他認為影響鏈條的因素很多，僅各取一個安全係數，然後相乘作為總的安全係數的這種做法太不準確，應從力學角度深入進行理論分析，便首先對“迴轉不均勻性”進行了研究。經過數理分析，他論證這項結論原是錯誤的，而實際情況卻是存在著一種“臨界轉速”，當轉速超過這個臨界值時，迴轉就會變為均勻。1957年，他將研究結果寫成《套筒滾子鏈支負荷分析》論文，在《機械學報》上發表，引起了科技界同行的高度重視。中國科學院長春機械研究所負責人登門拜訪他，並專門成立實驗室進行科學驗證。此外，他對齒輪傳動的計算方法也進行了研究；論證了套筒滾子鏈條所受到的撞擊載荷與套筒鏈板之間緊配合的關係以及與潤滑方法之間的關係等。這些研究成果對改善鏈條傳動設計，提高製造的精確度起到重要作用。

白家祉

解決了大馬力柴油機曲軸斷裂問題

1976年至1977年，白家祉到濟南柴油機廠搞科技攻關。濟南柴油機廠的V12-190機組已成批生產並大量在國內各大油田使用。廠方為擴大此型機組的系列產品，研製8缸機組，在試運轉中出現曲軸斷裂的嚴重問題。若按簡單的強度計算，8缸機馬力較小，曲軸較短，其尺寸及材料則與12缸所用的完全相同，曲軸承載能力理應有所加強，但結果卻產生了斷裂，讓人十分不解。白家祉通過研究和精確的曲軸扭轉振動計算後，查明原12 缸型的飛輪採用了柔性結構使其有效慣性矩較小，因而可避免造成曲軸斷裂的六階共振；而8缸型採用相同的飛輪結構，則剛好造成使此機曲軸斷裂的四階共振。白家祉經過進一步研究找到了解決的好辦法，把曲軸改成剛性結構並適當增加其重量，即可完全避免四階共振，保證曲軸安全。白家祉對此型系列大馬力柴油機還進行了多方面的科學研究，認為柴油機採用的一種矽油減振器，其缺點是重量大、成本高。他設計一種層板式彈簧減振器，其優點是重量輕，成本低，耐用、可靠，並且具有很強的阻尼減振效果。此外，他還對減小整機振幅，降低噪音，改善燃燒室等方面進行了有效的研究。

對“縱橫彎曲法”的新建樹

在定向井軌道控制理論方面，白家祉對“縱橫彎曲法”有新發展、新貢獻。“縱橫彎曲法”是在鑽井過程中，對井下鑽具組合的分析方法。它主要研究組合鑽具的受力與變形，以控制鑽頭鑽進方向。

這項研究國外開始於20世紀50年代。1953年，美國魯賓斯基首先提出了鑽柱模型，導出了相應的數學方程式，但只是對簡單的鑽具組合進行一維分析。因為計算模型與實際情況不符，1954年他重新進行了修正。70年代，定向井、水平井的發展，提出了對彎曲井眼內扶正器（穩定器）組合鑽具求解的要求。國外對這樣複雜的問題只提出了一些近似的求解方法。白家祉於70年代後期開始研究這一課題，提出了“縱橫彎曲法”的精確解法，經油田現場試驗，證實了求解方法的正確性。1982年，白家祉的《套用縱橫彎曲梁理論求解鑽具組合的受力與變形》論文，在國際石油工程會議上發表，使大家耳目一新。“縱橫彎曲法”經過不斷完善，現在已經成為用於鑽井工程的代表方法之一。它不僅使計算更為精確，而且大大減少了計算工作量，在大型計算機上幾分鐘才能得出的計算結果，簡化到在PC微型機上幾秒鐘即可完成。這種新方法具有模型合理、物理意義清晰、解法簡潔及計算精確等特點。

推廣套用

美國魯賓斯基通過驗證說：“‘縱橫彎曲法’的符合程度很好。”美國JPT雜誌編輯部的評價是“計算簡便，可以在攜帶型計算機上運算，便於現場套用。”世界著名鑽井工程專家米爾海姆在贈言中寫道：“白先生，您在中國的技術成就是舉世聞名的。感謝您對鑽井工程做出的貢獻”。米爾海姆還把“縱橫彎曲法”收入石油工程學會編輯的《實用鑽井工程》教科書中，稱之為“白家祉方法”。在國內，用這種方法編制的微機軟體，已在全國各油田推廣套用。

發明了“圓筒型方位控制器”

“七五”攻關中，白家祉主持的另一項研究是“圓筒型方位控制器”。套筒變向器是一種控制井眼方位和井斜角的井下工具，是定向井軌道控制的重要工具。這種工具60年代美國開始生產。由於結構上存在一些嚴重缺陷，因而在現場套用中往往得不到預想的結果。白家祉在研究定向井軌道控制的同時，著手研製套筒變向器。白家祉帶領他的學生對變向器進行理論分析的同時，在遼河、大慶、勝利等油田開展現場試驗。三種規格的變向器試驗了50井次，對變向器的結構進行了三次較大的改進，使之成為一種實用的定向井專用工具。據統計，遼河油田使用套筒變向器與使用井下動力鑽具加彎接頭相比，節省了扭方位時間，避免了使用昂貴的井下動力鑽具，平均每口井可節省費用1萬元左右，在大慶油田每口井可節省費用2萬元左右，其他油田的統計均在1萬元至2萬元之間。

目前套筒變向器已成為定向井鑽進的有效工具，其性能已超過國外同類產品，這項技術已獲得了國家專利。

此外，白家祉在鑽井力學領域中，還從事了地層造斜力的定量分析，利用地層自然造斜力設計叢式鑽井網路以及適用於破碎堅硬地層的自激振動型的鑽頭等項目探索的研究。

艱苦奮鬥 求實奉獻

1953年，我國第一所石油高校——北京石油學院建立。白家祉從清華大學調入該院，先後擔任教研室主任、系副主任、副教務長等職務，從事教學和管理工作。他先後擔任理論力學、材料力學、機械原理、機械零件、工程數學、彈性力學、流體力學等學科的教學任務。有的學科沒有現成的教材，他就自己編講義。在給學生講課的同時，他還給青年教師講課。特別是在力學56師資班中，他還承擔了彈性力學、板殼理論、機械振動理論等高等力學的授課任務，為石油院校培養師資做出了貢獻。

“縱橫彎曲法”的研究工作始終是在華北油田的板房招待所中進行的。20多人擠在一個房間內。千百次繁瑣的數值計算，一個個精確的數據，靠的仍是計算尺。一位當年和白家祉一起工作的同志說：“那裡的條件太艱苦了，白家祉經常耳堵棉團，以排除各種干擾堅持工作。”

1977年我國恢復高考，白家祉的孩子要考大學，老伴幾次托人帶話，讓他回來給孩子輔導一下功課。那時，白家祉正在華北現場搞實驗，由於經費缺乏，實驗遇到了許多困難，白家祉不能回來，也不肯回來。為了搞研究，他曾坐著卡車去華北；為了搞研究，他春節沒過完就去渤海；為了搞研究，他迎著風雪上遼河；為了搞研究，他頂著酷暑下江漢油田。一位博士研究生說：“白老師從來不願意麻煩人。其實他的學生哪個油田都有，現在都是頭頭腦腦的，如果去打個招呼，肯定照顧得很周到。可他去油田就直奔現場。他不圖享受，可那時終究也是快70歲的人了。”

白家祉指導的一位碩士研究生說：“白教授治學嚴謹，理論基礎深厚，他對我們的要求十分嚴格。他指導的選題都直接與油田生產實際相結合。在做碩士論文期間，他每周都指導我們一次，了解研究進展。要求我們需要推導的數據，他自己也推導一遍。如果我們推導出了差錯，他就幫我們找出原因，及時糾正。這樣也培養了我們治學嚴謹的良好習慣。”

白家祉帶出的博士生蘇義腦，是我國自己培養的鑽井領域第一位博士後。他講述了與白家祉合作寫書的經歷。1988年，蘇義腦的博士論文完成後不久，收到石油出版社約稿的信件。約他寫專著《井斜控制理論與實踐》一書，正好與他的論文內容相聯繫。他找白家祉商量倆人合寫。白家祉卻鼓勵他獨立完成。在蘇義腦的請求下，白家祉同意寫該書的總論和其中的一章。出書時白家祉堅持不署自己的名字或署在第二位，那是蘇義腦硬把他的名字署在第一位的。事情過後，蘇義腦才從石油出版社了解到，出這本書早在1983年就商定了，出版社和白家祉訂了契約，雙方約定在定向井技術取得一定成果時出版。而對著雙方的契約和白家祉寫給出版社推薦自己的信，蘇義腦久久不能平靜。從中他看到了老師的良苦用心。《井斜控制理論與實踐》是中外第一部大部頭系統論定向井控制理論的專著，出版後產生很大的影響。1991年，白家祉在給院裡的一份材料中卻這樣寫道：“蘇義腦與我合著30多萬字的《井斜控制理論與實踐》一書，其中約有十分之九的內容是由他執筆寫成的。內容多屬創新見解。”如今，蘇義腦已經當選中國工程院院士。白家祉熱心扶植後來者，推舉人才，甘當人梯，實在是難能可貴。

個人簡歷

1917年6月11日 生於河北省易縣梁各莊。

1935-1939年 在清華大學學習，獲學士學位。

1939-1945年 在昆明西南聯合大學工學院機械工程學系任助教、教員。

1945-1946年 在美國麻省理工學院學習，獲碩士學位。

1946-1949年 在美國哈佛大學工科研究院學習，獲博士學位。

1949-1951年 任清華大學副教授。

1951-1953年 任清華大學教授。

1953-1962年 任北京石油學院教授。

1956-1958年 任北京石油學院副教務長。

1962-1980年 任西安石油學院教授。

1980-1987年 任北京石油勘探開發科學研究院教授級高級工程師。

1987年8月 退休。

主要論著

1 白家祉.套筒滾子鏈條迴轉不均勻性的計算.機械工程學報，1957.7

2 白家祉.帶屈伏值的假塑性流體的雙曲模式方程與壓降計算式.石油學報，1980.4

帶屈伏值的假塑性流體的雙曲模式方程與壓降計算式實驗驗證.石油學報，1980.7

3 白家祉.國際石油工程會議論文集.套用縱橫彎曲連續梁理論求解鑽具組合的受力與變形.北京：石油工業出版社，1982.3（SPE 10561）

4 白家祉.關於穩斜鑽具的選擇.石油鑽采工藝，1985（1）

5 白家祉.A New Design of Azimuth Controller for Rotary Drilling.38屆加拿大國際石油會議（Calgary）1987.6

6 白家祉，等.縱橫彎曲法對鑽具組合的三維分析.石油學報，1989.4

7 白家祉，蘇義腦.井斜控制理論與實踐.北京：石油工業出版社，1990