赵建国 | 机器人助力油田智能化升级

从工作单位到家，开车只要40分钟，因为忙，赵建国最近回家的天数却很少。“其实我也不愿意这样，有时会想，为什么欧美人可以一天只工作三五个小时，就坐在那儿喝咖啡、聊天？我感觉还得要努力。”赵建国说，“可能忙过这一阶段，我们会上一个台阶，不可能每一代人都这么忙。”

▲赵建国

赵建国已经很久不看足球比赛了，最主要的原因就是没时间。赵建国是成都理工大学油气藏地质及开发工程全国重点实验室副研究员，从2016年开始做井下机器人等钻完井工具及工艺研究，在这一方向他持续探索了8年。他坦言，对于初心、使命，他起初并没有想那么远，当时只是感觉应该做点事让自己忙起来。“不做，感觉什么问题也没有，一旦开始研究，各种问题就暴露出来了，所以就不断地投入，持续地研究，在为自己找到事做的同时，也为国家作了点贡献。”赵建国说。

锚定目标 坚定前行

赵建国很有主见，是一个能为自己拿主意的人。家里很多人从事口腔事业，家人也劝他干这行，但赵建国认为自己的人生不应被别人规划。跟随本心，他考入西南石油大学，并在那里完成了本科、硕士学业。

毕业后，赵建国进入中石化一家研究院工作。硕士阶段已有一些科研积累的他，原本打算在那里好好做科研，但事与愿违。研究院以工程技术服务为主，技术含量虽高，但设备都是进口，昂贵的设备资金投入让研究院的科研事业几乎处于停滞状态——因为没有资金支撑。

正是在那时，赵建国认识到原创高端设备的重要性。一心想做科研的他，也不太适应研究院的工作节奏。“有点过分安逸的感觉，好像人生没追求了。”他说。不想浪费光阴的他，开始主动求变。

赵建国慕名给我国石油钻采装备领域的知名专家——西南石油大学的刘清友教授，发了一封电子邮件，想跟随他读博士。当时已赴任西华大学校长的刘清友，在百忙中回复了赵建国，他的唯一要求是不招在职博士生。赵建国当即回复，只要能考上，他愿意全职读博士。

“硕士求学时，我对科研没有明确目标，工作后才认识到要做一些有意义、有价值的事情。如果没有研究院的工作经历，我也不会认识到科研的意义，后来的目标定位也不会那么清晰。”赵建国坦言。

刘清友很早就提出了研发井下钻井机器人的想法，并与国内外团队合作进行了探索，2016年赵建国读博时与导师商量选择了这一研究方向。“刘教授建议我，结合现场，利用以前的工作经验去做探索，看能否让井下机器人往前推一推。”赵建国说。

赵建国坦言，后面会走到哪步，他当时心里没谱，就是凭着兴趣和信念做事情。经过8年的持续攻关，他的井下钻井机器人研究终于迎来曙光，不仅获得了学界、业界的重视，也收获了一些可圈可点的成绩。但赵建国清楚，这离他要的目标还有一定距离。

勇闯难关 不惧道远

赵建国坦言，在迎来科研成果高产期前，他曾经历很长时间的科研瓶颈期。“一直在摸索，翻文献看国外怎么做，但一直没看出名堂。”赵建国说。

灵感有时会突然迸发。通过阅读大量文献，赵建国认为决定机器人性能的核心在于它的运动控制，他发现机器人的运动控制机理其实可以从挖土机，甚至舰船上炮弹的控制找到相似点。以此为突破口，他完成了博士学位论文，基本厘清了机器人的控制机理。之后，他又做了全尺寸样机，在地面实战测试中，取得不错成绩，那套样机至今仍是国内第一套钻井机器人全尺寸样机。

博士毕业，赵建国先是留在西南石油大学的团队继续做研究。在多个高校任职的刘清友教授准备在成都理工大学搭建团队，在此机缘下，赵建国来到这里。

就像油气开发找准甜点会开采到丰富的油气资源一样，以完成博士学位论文为契机，赵建国发现了一系列具有研究价值的课题，为获得对井下钻井机器人的完整认识，此后他顺着科研脉络对这些课题做了持续探索。

“工程应用可靠性很重要，高温高压密封压力是140兆帕，汽车轮胎压力大概是0.2兆帕，轮胎爆炸可以把人炸死，140兆帕是轮胎压力的700倍，这个压力密封起来很困难，但我们攻克了。在小尺寸问题上，有些元器件国外一直垄断，我们也把它突破了。还有供电问题，我们现在用高温电池供电，也是一个突破。研究到一定阶段，会发现很多问题必须去突破。”赵建国说。

最近两三年，赵建国迎来了他的科研成果爆发期。他和团队一道突破了密封问题，研发出小型电磁阀，很多技术申请了专利，还成功做出两套样机。“一套是大尺寸172毫米样机，在地面和实验井测试中表现出色。另一套是94毫米样机，很快会下井测试。”因成果极具创新性和应用价值，井下机器人的研究引来了业界的关注，国内产油量最高的企业长庆油田、石油装备企业中的“老大哥”渤海装备、钻井行业的龙头企业川庆钻探，主动找他们合作，一起做产业化研究，样机的研制就是与他们一道努力的成果。

赵建国坦言，做科研他们的经费一直很紧张，承担各种项目，与企业联合研发是克服困难的主要途径。“设备要入井，对零件的加工要求很高，我们有一个零件要打2米深的孔，它的直径只有5毫米，精度要控制在±0.5毫米以内，在国内只是找厂家就花了很大精力，这还不能保证一次性能做成功。目前，我们跟加工厂在加工工艺上联合攻关，废品率低了，原来我们加工一个零件，得备3根料，现在基本上1∶1备就可以，甚至不需要备料，加工多少，直接下多少料，这样成本就控制住了。”赵建国介绍。

因之前有过在油田现场的工作经历，现在去现场赵建国感觉很亲切，与许多第一次去现场的老师和同学对油田充满好奇不同，他的心态更平和。他会主动了解油田钻井遇到哪些难题，询问机器人需要做出哪些改进。“他们提出的很多建议都很好，即使现在无法实现，与工程应用还有距离，但我们正在努力。”赵建国说。

前不久，刘清友教授牵头，团队拿到了成都理工大学第一个重大仪器研制项目“智能钻完井机器人实验系统研制”，赵建国也肩负了一些课题研究任务。“以前我们做实验，是临时搭实验台架，很多事情做起来非常费劲。现在大家都看到了井下钻井机器人的前景，依托做机器人研究，我们想建一个实验平台，可以做更深入的研究。这个项目我们申请了3年，在此过程中不断完善我们的想法，基础扎得更实，积累到一定程度，总会爆发出好的结果。”

另外，他们与中石油集团公司联合申报的揭榜挂帅项目也已成功立项。凭借团队在关键零部件上的知识产权优势和之前的积累，未来在科研上，赵建国有底气挑战一些艰深难题。

井下钻井机器人、旋转导向系统、精细控压装备研发，赵建国在同时开展这3项工作，他尤其看重装备研发。“中国页岩气探明储量全球第一，为什么产量一直上不去，不到美国产量的5%？因为美国的装备很厉害，装备好效率就高，效率高成本就低，石油行业最重要的就是成本。”

除此，中国的能源依存度也很高，原油依存度超过70%，任何危机都会导致很多行业瘫痪。包括正在实施的万米深井计划，万米深井压力、温度都很高，万米深井无法采用随钻设备，完全是在盲打，在实施过程中承担了很大的风险。解决这些问题，需要有更先进的设备支撑。

“认识世界的目的是改造世界。科研初期，我们是把科学问题认识清楚，之后，就要有装备产品出来。依托大项目，通过与业界合作，接下来我们要在成果转化上下功夫，做我们自己的装备。希望未来3～5年，我们有机会在机器人和相关装备转化上取得突破，为促进石油行业的健康发展作一些贡献。”赵建国说。

​