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【石大记忆】访中国牙轮钻头研究的奠基人——马德坤教授

2016年12月29日 点击:[]

编者按:beplay体育软件正规 从诞生至今走过了58年的风雨历程。58年的历史,是一部从小到大、从弱到强的创业史,一部为祖国加油、为民族争气的奋斗史,一部对人才培养规律和科技发展规律的探索史,一部15万西南石大人共筑和谐与梦想的“家史”。历史的河床积淀着许许多多色彩斑斓文化痕迹,告诉后人我们从哪里来,我们向哪里去。不忘初心方能继续前行。全面深化改革是西南石油大创业史、奋斗史、探索史和“家史”的延续,这是一条承载希望的道路,也是一段艰难的历程。前辈的足迹对后人有无尽的感召。为迎接60周年校庆,档案馆启动了“石大记忆”项目,以抢救校史文化,留下石大历史的亲历者和见证人的记忆。这些点滴记忆,是弥足珍贵的史料,具有丰富的文化价值,值得广大师生校友一读。从现在起,档案馆与党委宣传部在新闻网联合推出“石大记忆”栏目,陆续发表对一批老教师的采访实录。

访中国牙轮钻头研究的奠基人——马德坤教授

间:2016121610:30-14:00

点:成都市青羊区马德坤夫妇住所

物:马德坤

访谈人:张宝玲

像:张魁武

文字整理:张宝玲吴婷(研究生助理)喻金伦(研究生助理)

文稿审核:姚明淑

张:马老师,您好!我们是学校档案馆的,目前正在开展“石大记忆”项目的采访工作,推出这个项目的目的是想抢救学校的文化记忆,留下石大历史的亲历者和见证人的记忆,作为我们石大历史的一部分,将在档案馆永久保存。今天想请您讲一讲到石大来的经历,您所从事的教学科研和人才培养工作的情况。

从北京到南充

张:马老师,我们知道,您师出清华,在咱们学校建校初期从北京石油学院抽调过来的,能不能给我们谈一谈当时的情况?

马:我1951-1955年,在清华大学和北京石油学院大学本科一共学了4年。研究生又学了4年,19597月毕业后留在了学校矿机教研室。1958年咱们学校刚开始筹建,缺老师,19609月我从北京石油学院来到南充。

马:当时学校条件十分艰苦,苦到什么程度呢?缺衣少被,冬天睡觉为了御寒,床上垫上很厚的稻草,被子比较短,为了防止夜间睡觉腿脚伸到被子外边着凉,就把被子的一头用皮带捆起来,脚就伸不出去了。粮食还不够吃,每月定量粮食19斤,肉半斤,油3两。夜间饿得实在难受,就吃口咸菜,喝口开水。当时大家没有喊苦叫累,一心放在工作上,相信在党的领导下总能克服困难。带学生到川中实习,开始几天晚上就在老乡家的屋檐下放个行军床睡觉,遇到雨天,再在上面撑块油布挡挡雨。后来分到各井队,条件才好些。

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留学美国

张:马老师,您是恢复高考后首批公派出国留学人员,您在美国学习期间取得了很多了不得的成果,请您给我们谈谈您在美国的学习情况和研究成果。

马:1976年“文革”结束。1977年开始恢复高考,老师和学生都珍惜十分难得的工作、学习机会,热情非常高,现在的人是没有办法体会到的。国家从发展科技教育着想,拿出十分紧缺的外汇,资助优秀科技人员出国进修学习,经过层层选拔,1982年我成为石油学院首批出国留学人员之一。

马:19821月到了塔尔萨大学,继续我在国内的钻头力学研究。大概45月份,我接手了斯伦贝谢等几家大公司委托的钻头侧切方面的研究项目。198586年,我根据研究成果写成的两篇论文发表在美国《机械工程师协会学报》,学报的评审意见说我的研究“填补了钻头侧向力学研究的空白”,引起了美国的专家学者关注,现在这项研究成果还在国际上应用。

马德坤夫人佟曼丽说,当年他寄给我一幅计算机模拟的井底模式图,说是世界上第一个,我转给石油学院邢汝霖副院长时,邢院长高兴地说“这个太有价值,太珍贵了!”

独创牙轮钻头计算机仿真程序 创建实验室

张:大家都知道,您是咱学校钻头研究室的创建者和奠基人,在八十年代中期各方面条件还很困难的情况下,您是如何创建钻头研究室的?能不能给我们谈谈当时的背景?

马:原定我出国2年。但19835月,我就提前归国。因为国内急需研究牙轮钻头方面的人。当时的江汉钻头厂引进全套美国休斯公司的设备和制造技术,但是无论出多高价对方都不肯转让设计技术。石油工业部李天相副部长很忧虑,说国家花了好几个亿,买图纸、设备和制造技术,但是没有自己的设计技术,我们就得永远靠休斯公司了,这不是长久之计。合同条款规定:一旦休斯有新产品出来,两年以内,休斯将图纸给江汉钻头厂,江汉钻头厂可以仿造生产。但无论赔本还是赚钱,所有产值的8%要给予对方,这条件太苛刻了。石油工业部决定依靠自己的人,研究掌握设计钻头的方法。所以,我提前回国,接受石油部的这个任务。

马:石油工业部全力支持我们,拨了15万美金,购置了4HP公司首创的台式计算机,加上计算机绘图,数据收集系统等软件;抽调各方面的专业人才组建研究团队,都是各个领域的专家、高手。石油部还给了25万人民币,专款专用盖实验楼。我们组织了石油部内外6家单位,80余名科技人员,分6个项目组联合攻关,由我们学校钻头研究室牵头。到1987年,用我们自己的方法设计的第一只钻头在江西第一机械厂试制出来,第一批6只试制品,在3个油田下井试验,都打出了比原来国产钻头好得多的指标。但是掌握牙轮钻头设计方法的任务并没有完成

马:当时美国休斯公司钻头设计的路线是:手工绘制图纸试制产品——现场实验收集数据完善改进最后定型。休斯公司在塔尔萨大学旁有一块儿地,大概有三四百亩,专门做试验用。休斯的总设计师掌握好几百只钻头的解剖分析资料,几千只钻头的现场使用记录,随时可以供他参考。我们如果也按他们的路子走,起码要花十几年来积累必要的资料。我们等不起啊,必须另辟蹊径。我们先后考虑过人工智能,神经网络,专家系统各种路子。1990年我在英国利物浦大学进修时,最后确定走计算机仿真的路子。就是按照钻头与岩石互相作用的力学关系,把钻头和岩石的有关数据建立成数学模型,在计算机里运行数模程序,代替实物钻头和岩石做钻进实验。改变一套数据,就能模仿一个新钻头结构或一种新岩石,可以很快改变条件反复试验。当时快则一两个月,慢则三四个月就可以设计出一个适用于某种条件的钻头来。现在计算机速度快了,一、二个星期就够了。我们边建立仿真程序、边利用来为成都、江西、上海等钻头厂设计了5种新型三牙轮钻头,还有国内首创的单牙轮钻头,效果一个比一个好。

马:199511月,这种前所未有的牙轮钻头仿真程序和设计方法在北京SPE会议上发表,马上吸引了国外同行,要求交流。19964月我应邀访问了世界著名的Smith钻头公司,对口交流了一个星期。他们提出要我留下来工作,哪怕半年一年也好。我说国内工作离不开,婉拒了。7月,Smith公司考察团到达学校,连续2天在实验室观察学习,一直琢磨我们的设计方法。最后他们的副总裁说:做梦也没想到,你们在这样简陋的条件下做研究!做梦也没想到,你们能用计算机做仿真设计!从此可以不必花大钱做大量试制试验工作了,马上要求合作。很快达成委托我们做科研项目的协议。虽然是以委托科研的方式,实际上1998年交给Smith公司的仿真程序,是我国出口的第一个石油行业技术。也是四川省高校首次向外转让技术。后来经Smith公司继续完善,现已发展成号称世界第一的钻头仿真设计软件,名为“IDEAS”。

张:马老师,您在研究实践方面取得了领先世界的技术成果,你在理论著述方面肯定也毫不逊色,请您谈谈著述方面的成就。

马:我做研究,也写了些文章,1985-1995年,先后在SPEASME学报和会议上发表6篇论文,一直被各国论文作者广泛引用。199496年出版了《牙轮钻头工作力学》中、英文版,2009年出中文第二版。国内外钻头公司很多员工都在应用。我写论文的主要目的是为了交流。我能到严格保密的斯伦贝谢剑桥研究所参观一整天,同他们6位研究人员个别交谈;能进入闲人免进的休斯公司总设计师Newman的办公室同他交谈2个多小时;能访问Smith公司一周,同他们30多位工程师分组座谈4整天;能同哈里伯顿的工程师、律师一起逐字逐句分析推敲有关的专利整5天之久;至于参观AmocoDowellHughes等实验室更毫无问题;就是因为他们看过我的文章,虽未曾见面却早已了解,愿意同我交流,这对我的工作有很大帮助。

校史馆“镇馆之宝”的由来

张:我们校史馆“镇馆之宝”——三牙轮钻头和您有关系,请您讲讲它的来历。

马:大概是1986年,我在北京向石油部李天相副部长汇报,说到我们分析井底痕迹来推断钻头结构的优缺点。李部长说,我这里有个宝贝,是1979年邓小平副总理访问美国休斯公司时收到的礼品,是个三牙轮钻头和岩石井底。后来,中央办公厅转给了我们石油部。现在送给你们拿回去,看有什么参考价值。我看了,如获至宝。不仅是因为有参考价值,更是感受到中央和各级领导给我们的关怀和温暖。不久,就由夏宇文同志把这珍贵礼物从北京运回学校。

张:马老,您带回来的这枚钻头一直珍藏在我们校史馆,所以我们要特别谢谢您,因为有您在三牙轮钻头方面的卓越成就,才让学校获得了这份殊荣,让我们获得了今天的“镇馆之宝”,也谢谢您接受我们的采访!

人物简介

马德坤,男,汉族,教授,博士生导师。19355月生,浙江宁波人,享受国务院政府特殊津贴专家,四川省学术与技术带头人,中国石油天然气总公司劳动模范。1959年北京石油学院机械系4年制研究生毕业,1982-1983年美国Tulsa大学石油工程系博士后。1990年英国利物浦大学访问学者。在SPE, ASME等国际权威刊物和会议上发表论文6篇,出版专著《牙轮钻头工作力学》一本(中、英文版),建立了牙轮钻头的几何学、运动学和岩石破碎力学的基础理论和基本方程式,并建立牙轮钻头钻进过程的计算机仿真程序。这些独创性的成果被学术界广泛引用,并已被国内外钻头公司实际应用。创建并长期主持的西南石油学院钻头研究室,近30年来取得国家和省部级科技奖项20余项。培养了硕士生20余名,博士生15名。世界领先的钻头公司,如Smith, Halliburton等曾多次前来购买成果,委托科研或寻求咨询。现任《石油机械》杂志编委,石油工程学会装备工作部委员。

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