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给万米钻井系上“安全带”

来源:科学网 | 日期:2021-02-08

甘坐10年“冷板凳”研发出国产化钻头,带队解决世界级难题——深海油气开采中的管柱安全问题,科研成果转化产值超100亿元……这些成绩的缔造者就是成都理工大学教授刘清友。

过去30年,他一直在石油机械领域耕耘,突破多项钻头关键技术,逐渐成为我国石油机械领域学科带头人之一。

因在专业领域的突出贡献,近日刘清友被授予2020年度何梁何利基金科学与技术进步奖。

谈及获奖,刘清友说:“奖项只代表过去。‘钻研’是永无止境的,我将继续带领团队勇攀高峰。”

以实验室为家

油气行业有句行话:“钻头不到,油气不冒”。一家油气企业只有掌握了钻头技术,才能在行业内拥有话语权。

上世纪80年代,钻头等油气装备大部分依赖进口,我国油气开采因此非常受限。1995年,美国提出开展钻头及钻柱系统仿真研究,刘清友以此作为博士论文研究课题,开始从事相关科研工作。

“我们既要建立自己的理论体系,也要建立自己的实验装置验证理论。”刘清友告诉记者,“当时,只要有一个程序调不顺,我脑子里就会一直琢磨这个事,根本睡不好觉,直到程序调试通过。”

为能早日实现钻头国产化的目标,刘清友开始“驻扎”在实验室,每天总是第一个到,晚上最后一个离开,甚至连续3个春节都没回过家。

功夫不负有心人,1999年4月该课题研究的仿真程序成为我国向国外转让的第一个钻头技术。

此外,在研究期间,刘清友发现此前国内外研究人员在设计钻头时,没有考虑到钻柱振动、地层变化、井眼轨迹等对钻头性能的影响。于是,刘清友在后续研究中加入这些变量,构建出“钻头—钻柱—岩石系统动力学模型”和“钻头动态设计分析方法”。

随后,刘清友团队与企业合作,成功研制出100余种具有世界先进水平的牙轮钻头和深部难钻地层个性化钻头,打破了国外在该领域的技术垄断,并形成了具有自主知识产权的核心技术。

6个月完成千余种交叉实验

近年来,世界海洋油气开发的战略重点,逐渐由浅海转向深海。2008年,国外已具备3000米水深的钻采技术,我国却只做到500米。当时,我国迫切需要掌握“超深水钻井技术”,以实现油气开发向深海进军。

面对这一需求,2008年“海洋石油981深水半潜式钻井平台”(以下简称“海洋石油981”)项目启动。刘清友带领团队参与到其中,他们为项目建立了深水、超深水隔水管系统耦合动力学模型,属世界首创。

在此期间,他们还研制出世界上首台“深水钻井隔水管力学性能实验测试装置”(以下简称实验测试装置),编制了深水钻井隔水管设计手册,制定了深海钻井安全操作准则。

实际上,在研制实验测试装置之初,刘清友团队几乎找不到可参考的文献资料,为此他们在近6个月时间,进行了千余种交叉实验。

2012年5月9日,中国首座自主设计、建造的第六代深水半潜式钻井平台“海洋石油981”在南海海域正式开钻,最大钻井深度达万米,最大作业水深达3000米,可抵御200年一遇的台风,打破了国外在这一领域的长期垄断。

据悉,刘清友及其团队凭借在该项目中取得的研究成果,获得2014年度国家科技进步奖特等奖。

实现更多从0到1的突破

谈及入行初衷,刘清友跟记者谈起儿时旧事。“小时候,一支石油地质勘测队曾借住在我家。打井时,他们抬着井架、徒手操作,干得特别辛苦。”他说,“我后来常想,怎么能让他们干得轻松一点。”

或许,从那时起“能源强国”的种子就已植入刘清友的心中。

科研工作之外,作为成都理工大学校长,刘清友还承担着培养人才的重任。“高校的职责之一就是立德树人,在人才培养方面,要把科学研究与经济社会发展结合起来,要引导学生将自己所学服务社会。”刘清友对记者说。

此外,在推进科技成果转化方面,刘清友也交出了亮眼的成绩单。他和团队的系列研究成果已在10余家钻头骨干企业转化,并主持生产三大类十余个系列20余万只钻头,相关产品占有90%的市场份额,畅销国际市场,累计产值超100亿元。

如今,刘清友已56岁,但他的干劲儿一点也不比年轻人少。“我还要继续带领团队,更加坚定地搞科研,努力实现更多从0到1的突破。”他说。

作者:雍黎 | 责任编辑 | 丹若
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