沈忠厚 | 中国“射流钻头之父”

在工地上的沈忠厚

他诞生于民族危亡之际，成长于炮火纷飞之中。大学毕业后，他将主攻方向瞄准了被称为“工业血液”的石油领域。此后数十年，在钻井工艺和钻井工程开发等方面，他不断探索研究，不断改革创新，取得一系列令全世界瞩目的开创性成果，被称为中国“射流钻头之父”。他就是中国工程院院士，杰出的石油钻井和水射流技术专家——沈忠厚。

好男儿志存高远

1928年2月，沈忠厚出生在四川省大竹县的黄城寨，父母为其取名“忠厚”，希望他能忠实立身，厚道做人。1947年，他考入重庆大学工学院采矿冶金系。以当时的成绩，沈忠厚完全可以选择一个相对轻松热门的专业，但令人意外的是，他却选择了艰苦冷僻的采矿系石油钻采专业。

1951年，大学毕业后的沈忠厚留校任教，从事石油钻井教学工作。为了更好地适应教学需要，1953年，他来到玉门油田实习。当时，全国只有几台钻机，都集中在玉门。在那里，沈忠厚掌握了大量的第一手资料，积累了丰富的实践经验。

在玉门，石油勘测开采一线的人才匮乏和石油工人面对困难百折不挠的干劲，给了他极大的震撼和鼓舞，也进一步坚定了他献身祖国石油工业的决心：“这辈子搞石油，把自己的青春年华融入这片黑色的海洋中……”

1955年，沈忠厚调入成立不久的北京石油学院任教。在北京石油学院工作期间，他参加了一次又一次的石油大会战。从四川油田到大庆油田，从大港油田到中原油田、胜利油田，他为中国石油科技事业的振兴和石油教育事业的发展跋山涉水、转战南北。

解决世界级难题

石油，被称为“工业血液”，是宝贵的能源和战略资源。但石油大都蕴藏在几千米深的地下复杂岩层中。当时，每打一口井要耗资几百万元甚至更多，要想降低成本，就必须提高钻井效率。提高钻井效率，尤其需要对钻头进行改进。这成了沈忠厚钻研的课题。

上世纪70年代，一次偶然的机会，沈忠厚到成都飞机制造厂参观，看到了水射流切割机。高速流动的水射流切起坚硬的合金材料来，就像切豆腐一样容易。这给了他一个启发：能否让钻头喷射出比岩石还坚硬的水流，从而提高钻井效率呢？从那时起，他把水射流破岩技术作为主攻方向。

在研究过程中，沈忠厚发现无法解决淹没非自由射流的衰减问题，更无法定量地解释射流在井底的衰减规律。面对这个复杂又极其关键的难题，他一度陷入困境。

1980年3月，带着关于喷射钻井技术的疑问和困惑，沈忠厚以访问学者的身份前往美国路易斯安那等地的科研院所访问学习。

一天，在听完美国水射流钻井权威戈恩斯教授的讲座后，沈忠厚向他提问：“只有到达井底的水射流才对破岩有效，您为什么只计算钻头喷嘴出口位置的水力参数，而不计算到达井底的参数？”戈恩斯教授听罢，无奈地摊摊手：“不是不想计算，而是太复杂了。”

戈恩斯教授的回答，激起了沈忠厚破解这个难题的决心，他要啃下这块硬骨头。

回国后，沈忠厚全身心投入到这个课题的研究中。他和他的团队打破传统思维模式，用大量试验数据来构建理论计算模型，再用可知的理论检验试验成果，经过大量的试验和反复的理论攻坚，他们终于在淹没非自由射流动力学规律、射流到达井底功率计算等方面取得重大理论突破，建立了新的水力设计理论，彻底解决了困扰世界的井底水功率难题。

1989年，根据此理论成果设计的第一代钻头——加长喷嘴牙轮钻头问世，引起国内外轰动。外国专家称赞道：是中国人解决了这个世界级的难题！

很快，新型钻头在十余个油田推广。与普通钻头相比，单只钻头进尺提高30%到40%，钻速提高20%到30%，使用寿命最高可达150小时。该成果获得了国家科技进步奖二等奖，省部级科技进步奖一等奖，并获两项国家专利和一项美国专利。美国、英国权威机构的名人辞典上，也赫然收录了“沈忠厚”的条目。

创新攻坚永远在路上

在研制第一代钻头的过程中，沈忠厚发现，如果把具有很大破坏作用的空化现象引入破岩，变害为利，将会大大提高钻头的破岩效果，于是自振空化射流钻井技术又成为他和团队新的攻坚点。1991年，第二代钻头——自振空化射流钻头诞生。新型高效自振空化射流产生的脉动冲击压力比普通射流压力提高24%到37%，破岩效果提高1到3倍。

1991年8月，在阿根廷举行的第13届世界石油大会上，沈忠厚等撰写的论文《新型射流理论及其钻井工程应用前景研究》在大会上宣读，与会的专家和学者被他的理论和构想所吸引，称这一理论为“走出迷宫的最佳路径”。

在围绕钻井提速增效的持续攻关过程中，沈忠厚和团队逐渐形成了“理论研究—室内实验—现场试验—推广应用”的研究模式，创新灵感使得研究项目叠加进行。

1992年，第三代钻头——水力及机械联合破岩钻头诞生，该钻头可使机械钻速提高32%到36%。1997年，利用旋转射流技术提高采收率的第四代钻头——旋转射流破岩钻头诞生。该研究成果于1997年8月首次在辽河油田试验成功，钻出我国第一口超短半径径向水平井，填补了我国在该领域的空白。

2003年12月，重庆开县发生井喷事故，国家安监总局组织专家组到现场调查事故，沈忠厚任组长。在调查过程中，他发现了事故的重要线索——硫化氢气体超临界相态的存在。根据这一发现，沈忠厚又提出超临界二氧化碳钻完井提高油气采收率新思路，并指导研究，取得了重要进展。

资料来源：《党员干部之友》、中国科学家

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