趙建國 | 機器人助力油田智能化升級

從工作單位到家，開車只要40分鐘，因為忙，趙建國最近回家的天數(shù)卻很少?！捌鋵嵨乙膊辉敢膺@樣，有時會想，為什么歐美人可以一天只工作三五個小時，就坐在那兒喝咖啡、聊天？我感覺還得要努力。”趙建國說，“可能忙過這一階段，我們會上一個臺階，不可能每一代人都這么忙?！?/p>

▲趙建國

趙建國已經(jīng)很久不看足球比賽了，最主要的原因就是沒時間。趙建國是成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程全國重點實驗室副研究員，從2016年開始做井下機器人等鉆完井工具及工藝研究，在這一方向他持續(xù)探索了8年。他坦言，對于初心、使命，他起初并沒有想那么遠(yuǎn)，當(dāng)時只是感覺應(yīng)該做點事讓自己忙起來?！安蛔觯杏X什么問題也沒有，一旦開始研究，各種問題就暴露出來了，所以就不斷地投入，持續(xù)地研究，在為自己找到事做的同時，也為國家作了點貢獻(xiàn)?！壁w建國說。

錨定目標(biāo) 堅定前行

趙建國很有主見，是一個能為自己拿主意的人。家里很多人從事口腔事業(yè)，家人也勸他干這行，但趙建國認(rèn)為自己的人生不應(yīng)被別人規(guī)劃。跟隨本心，他考入西南石油大學(xué)，并在那里完成了本科、碩士學(xué)業(yè)。

畢業(yè)后，趙建國進(jìn)入中石化一家研究院工作。碩士階段已有一些科研積累的他，原本打算在那里好好做科研，但事與愿違。研究院以工程技術(shù)服務(wù)為主，技術(shù)含量雖高，但設(shè)備都是進(jìn)口，昂貴的設(shè)備資金投入讓研究院的科研事業(yè)幾乎處于停滯狀態(tài)——因為沒有資金支撐。

正是在那時，趙建國認(rèn)識到原創(chuàng)高端設(shè)備的重要性。一心想做科研的他，也不太適應(yīng)研究院的工作節(jié)奏?！坝悬c過分安逸的感覺，好像人生沒追求了?！彼f。不想浪費光陰的他，開始主動求變。

趙建國慕名給我國石油鉆采裝備領(lǐng)域的知名專家——西南石油大學(xué)的劉清友教授，發(fā)了一封電子郵件，想跟隨他讀博士。當(dāng)時已赴任西華大學(xué)校長的劉清友，在百忙中回復(fù)了趙建國，他的唯一要求是不招在職博士生。趙建國當(dāng)即回復(fù)，只要能考上，他愿意全職讀博士。

“碩士求學(xué)時，我對科研沒有明確目標(biāo)，工作后才認(rèn)識到要做一些有意義、有價值的事情。如果沒有研究院的工作經(jīng)歷，我也不會認(rèn)識到科研的意義，后來的目標(biāo)定位也不會那么清晰?！壁w建國坦言。

劉清友很早就提出了研發(fā)井下鉆井機器人的想法，并與國內(nèi)外團(tuán)隊合作進(jìn)行了探索，2016年趙建國讀博時與導(dǎo)師商量選擇了這一研究方向?！皠⒔淌诮ㄗh我，結(jié)合現(xiàn)場，利用以前的工作經(jīng)驗去做探索，看能否讓井下機器人往前推一推?！壁w建國說。

趙建國坦言，后面會走到哪步，他當(dāng)時心里沒譜，就是憑著興趣和信念做事情。經(jīng)過8年的持續(xù)攻關(guān)，他的井下鉆井機器人研究終于迎來曙光，不僅獲得了學(xué)界、業(yè)界的重視，也收獲了一些可圈可點的成績。但趙建國清楚，這離他要的目標(biāo)還有一定距離。

勇闖難關(guān) 不懼道遠(yuǎn)

趙建國坦言，在迎來科研成果高產(chǎn)期前，他曾經(jīng)歷很長時間的科研瓶頸期?！耙恢痹诿?，翻文獻(xiàn)看國外怎么做，但一直沒看出名堂。”趙建國說。

靈感有時會突然迸發(fā)。通過閱讀大量文獻(xiàn)，趙建國認(rèn)為決定機器人性能的核心在于它的運動控制，他發(fā)現(xiàn)機器人的運動控制機理其實可以從挖土機，甚至艦船上炮彈的控制找到相似點。以此為突破口，他完成了博士學(xué)位論文，基本厘清了機器人的控制機理。之后，他又做了全尺寸樣機，在地面實戰(zhàn)測試中，取得不錯成績，那套樣機至今仍是國內(nèi)第一套鉆井機器人全尺寸樣機。

博士畢業(yè)，趙建國先是留在西南石油大學(xué)的團(tuán)隊繼續(xù)做研究。在多個高校任職的劉清友教授準(zhǔn)備在成都理工大學(xué)搭建團(tuán)隊，在此機緣下，趙建國來到這里。

就像油氣開發(fā)找準(zhǔn)甜點會開采到豐富的油氣資源一樣，以完成博士學(xué)位論文為契機，趙建國發(fā)現(xiàn)了一系列具有研究價值的課題，為獲得對井下鉆井機器人的完整認(rèn)識，此后他順著科研脈絡(luò)對這些課題做了持續(xù)探索。

“工程應(yīng)用可靠性很重要，高溫高壓密封壓力是140兆帕，汽車輪胎壓力大概是0.2兆帕，輪胎爆炸可以把人炸死，140兆帕是輪胎壓力的700倍，這個壓力密封起來很困難，但我們攻克了。在小尺寸問題上，有些元器件國外一直壟斷，我們也把它突破了。還有供電問題，我們現(xiàn)在用高溫電池供電，也是一個突破。研究到一定階段，會發(fā)現(xiàn)很多問題必須去突破?！壁w建國說。

最近兩三年，趙建國迎來了他的科研成果爆發(fā)期。他和團(tuán)隊一道突破了密封問題，研發(fā)出小型電磁閥，很多技術(shù)申請了專利，還成功做出兩套樣機。“一套是大尺寸172毫米樣機，在地面和實驗井測試中表現(xiàn)出色。另一套是94毫米樣機，很快會下井測試?！币虺晒麡O具創(chuàng)新性和應(yīng)用價值，井下機器人的研究引來了業(yè)界的關(guān)注，國內(nèi)產(chǎn)油量最高的企業(yè)長慶油田、石油裝備企業(yè)中的“老大哥”渤海裝備、鉆井行業(yè)的龍頭企業(yè)川慶鉆探，主動找他們合作，一起做產(chǎn)業(yè)化研究，樣機的研制就是與他們一道努力的成果。

趙建國坦言，做科研他們的經(jīng)費一直很緊張，承擔(dān)各種項目，與企業(yè)聯(lián)合研發(fā)是克服困難的主要途徑?！霸O(shè)備要入井，對零件的加工要求很高，我們有一個零件要打2米深的孔，它的直徑只有5毫米，精度要控制在±0.5毫米以內(nèi)，在國內(nèi)只是找廠家就花了很大精力，這還不能保證一次性能做成功。目前，我們跟加工廠在加工工藝上聯(lián)合攻關(guān)，廢品率低了，原來我們加工一個零件，得備3根料，現(xiàn)在基本上1∶1備就可以，甚至不需要備料，加工多少，直接下多少料，這樣成本就控制住了?！壁w建國介紹。

因之前有過在油田現(xiàn)場的工作經(jīng)歷，現(xiàn)在去現(xiàn)場趙建國感覺很親切，與許多第一次去現(xiàn)場的老師和同學(xué)對油田充滿好奇不同，他的心態(tài)更平和。他會主動了解油田鉆井遇到哪些難題，詢問機器人需要做出哪些改進(jìn)?！八麄兲岢龅暮芏嘟ㄗh都很好，即使現(xiàn)在無法實現(xiàn)，與工程應(yīng)用還有距離，但我們正在努力?！壁w建國說。

前不久，劉清友教授牽頭，團(tuán)隊拿到了成都理工大學(xué)第一個重大儀器研制項目“智能鉆完井機器人實驗系統(tǒng)研制”，趙建國也肩負(fù)了一些課題研究任務(wù)?！耙郧拔覀冏鰧嶒灒桥R時搭實驗臺架，很多事情做起來非常費勁。現(xiàn)在大家都看到了井下鉆井機器人的前景，依托做機器人研究，我們想建一個實驗平臺，可以做更深入的研究。這個項目我們申請了3年，在此過程中不斷完善我們的想法，基礎(chǔ)扎得更實，積累到一定程度，總會爆發(fā)出好的結(jié)果?！?/p>

另外，他們與中石油集團(tuán)公司聯(lián)合申報的揭榜掛帥項目也已成功立項。憑借團(tuán)隊在關(guān)鍵零部件上的知識產(chǎn)權(quán)優(yōu)勢和之前的積累，未來在科研上，趙建國有底氣挑戰(zhàn)一些艱深難題。

井下鉆井機器人、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)、精細(xì)控壓裝備研發(fā)，趙建國在同時開展這3項工作，他尤其看重裝備研發(fā)。“中國頁巖氣探明儲量全球第一，為什么產(chǎn)量一直上不去，不到美國產(chǎn)量的5%？因為美國的裝備很厲害，裝備好效率就高，效率高成本就低，石油行業(yè)最重要的就是成本?！?/p>

除此，中國的能源依存度也很高，原油依存度超過70%，任何危機都會導(dǎo)致很多行業(yè)癱瘓。包括正在實施的萬米深井計劃，萬米深井壓力、溫度都很高，萬米深井無法采用隨鉆設(shè)備，完全是在盲打，在實施過程中承擔(dān)了很大的風(fēng)險。解決這些問題，需要有更先進(jìn)的設(shè)備支撐。

“認(rèn)識世界的目的是改造世界。科研初期，我們是把科學(xué)問題認(rèn)識清楚，之后，就要有裝備產(chǎn)品出來。依托大項目，通過與業(yè)界合作，接下來我們要在成果轉(zhuǎn)化上下功夫，做我們自己的裝備。希望未來3～5年，我們有機會在機器人和相關(guān)裝備轉(zhuǎn)化上取得突破，為促進(jìn)石油行業(yè)的健康發(fā)展作一些貢獻(xiàn)?！壁w建國說。