國(guó)產(chǎn)螺桿鉆具奠基人

1、謝竹莊先生，祖籍浙江寧波，1932年6月出生于天津市，大學(xué)文化，生前是北京石油勘探開發(fā)研究院機(jī)械所正高工，碩士生導(dǎo)師。一、 美國(guó)技術(shù)引起了他的興趣1980年,我國(guó)處于改革開放的初期,與國(guó)際先進(jìn)國(guó)家的技術(shù)交流日益頻繁，其中美國(guó)克里斯坦森石油工具公司來京講授，介紹他們的產(chǎn)品，簡(jiǎn)稱納維螺桿鉆具，主要用于定向井鉆井技術(shù), 它是由特殊井下工具、測(cè)量?jī)x器和工藝技術(shù)有效控制井眼軌跡，造斜扭方位，使鉆頭沿著預(yù)定方向鉆達(dá)井下預(yù)定目標(biāo)的先進(jìn)鉆井工藝技術(shù)。同時(shí)定向井還具備三大優(yōu)點(diǎn)：（一）節(jié)約土地.（二）節(jié)省套管.（三）節(jié)省搬家。螺桿鉆具是一種以鉆井泥漿為動(dòng)力液，用高壓泵輸入到螺桿定子與轉(zhuǎn)子配合的型腔中，沿螺旋通道將

2、液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的容積式井下動(dòng)力鉆具。它主要由旁通閥、螺桿馬達(dá)（定子和轉(zhuǎn)子）、萬向軸、傳動(dòng)軸幾部分組成。其核心是螺桿馬達(dá)與傳動(dòng)軸。當(dāng)泥漿泵泵出的泥漿流經(jīng)旁通閥進(jìn)入馬達(dá)，在馬達(dá)的進(jìn)出口形成一定的壓力差，推動(dòng)轉(zhuǎn)系繞定子的軸線旋轉(zhuǎn)，并將轉(zhuǎn)速和扭矩通過萬向軸和傳動(dòng)軸傳遞給鉆頭，從而實(shí)現(xiàn)鉆井作業(yè)。美國(guó)專家在介紹螺桿鉆具時(shí)，提到設(shè)計(jì)是根據(jù)莫諾泵原理進(jìn)行的，那么螺桿馬達(dá)部分（定子和轉(zhuǎn)子）的線型設(shè)計(jì)就是他們的技術(shù)核心。謝老對(duì)此產(chǎn)生了濃厚的興趣，在此之前，他曾經(jīng)成功地設(shè)計(jì)制造油氣混輸?shù)孛媛輻U泵，螺桿鉆具不就是螺桿泵原理的逆應(yīng)用嗎？再加上他自1952年燕京大學(xué)畢業(yè)后，一直在清華大學(xué)和北京石油學(xué)院講授材料力學(xué)，理

3、論力學(xué)，他本人尤其擅長(zhǎng)高等數(shù)學(xué)，對(duì)曲線，擺線均有過較深入的研究，早在1974年2月謝老就在國(guó)內(nèi)石油機(jī)械雜志上發(fā)表過關(guān)于”單螺桿泵的基本原理”的論文.于是在課堂上謝老就開始計(jì)算，推導(dǎo)了一個(gè)公式給老師提問，當(dāng)時(shí)老外沒有回答他，說帶回去研究。過了幾天，美國(guó)專家再來北京授課時(shí)，干脆就回避了線型設(shè)計(jì)這個(gè)核心技術(shù)問題，人家擔(dān)心提防我國(guó)的技術(shù)人員尤其是有可能搞懂其中奧妙的人。同時(shí)也激起了謝老自主創(chuàng)新，為國(guó)爭(zhēng)光，為中國(guó)人爭(zhēng)口氣的雄心壯志。講座結(jié)束后，謝老把他的想法向石油機(jī)械所的領(lǐng)導(dǎo)做了詳細(xì)的匯報(bào)，得到了組織上的大力支持。二、 研制出國(guó)內(nèi)第一套用于定向鉆井的螺桿鉆具從1980年到1985年，謝老作為課題組長(zhǎng)，負(fù)

4、責(zé)螺桿鉆具的攻關(guān)，他和他的團(tuán)隊(duì)做了大量艱苦細(xì)致的工作，他們不是把國(guó)外產(chǎn)品拿來解剖分析，測(cè)繪，而是根據(jù)基本原理重新設(shè)計(jì)，探索材料，測(cè)試性能，推敲結(jié)構(gòu)，自主創(chuàng)新，螺桿鉆具從組成來說，在當(dāng)時(shí)哪個(gè)部分都是難題。首先，螺桿馬達(dá)，它由定子和轉(zhuǎn)子組成，國(guó)內(nèi)根本沒有螺桿加工機(jī)床，謝老就在臥式50*8米的普通車床進(jìn)行改裝，設(shè)計(jì)加工可以銑削定子芯軸的專用銑頭，設(shè)計(jì)銑螺旋槽的專用銑刀，然后又設(shè)計(jì)螺桿轉(zhuǎn)子的專用銑頭及扶正裝置。工件在操作者的外懷，進(jìn)行多頭轉(zhuǎn)子銑削加工，在加工螺桿的運(yùn)行過程中，不是簡(jiǎn)單的軸向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而是要有一定的偏心和螺距的有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，偏心的控制與調(diào)整就是一個(gè)很大的難題，謝老憑借著在北京石油機(jī)械廠二

5、十多年的摸爬滾打，精雕細(xì)刻，車、鉗、銑、刨、磨無所不能，甚至鍛工、鑄工熱處理工的工藝，無所不通，機(jī)床已有的螺距他利用，沒有的他重新配置齒輪，達(dá)到螺桿鉆具所需要的螺距，實(shí)踐證明，后來國(guó)外進(jìn)口的螺桿銑數(shù)控機(jī)床，在加工多頭轉(zhuǎn)子的方法與謝老自行設(shè)計(jì)的基本類似，當(dāng)然控制部分人家要先進(jìn)多了，刀的數(shù)量，刀盤直徑也比我們的大多了。謝老及其團(tuán)隊(duì)，從設(shè)計(jì)到圖紙，從圖紙?jiān)俚焦に?，從產(chǎn)品到工藝裝備，不僅僅是從理論到理論，而是從理論到實(shí)踐，從現(xiàn)有設(shè)備改造成專用設(shè)備，他們又搞了拆裝架，螺桿鉆具試驗(yàn)臺(tái)，當(dāng)時(shí)的青年技術(shù)人員徐長(zhǎng)安、呂剛、李志華、宋立、林凡夫等骨干兢兢業(yè)業(yè)，吃苦耐勞為了螺桿鉆具的配套工作，試驗(yàn)裝置可以說出了大力

6、，使得機(jī)械所當(dāng)時(shí)具有了核心部件的加工能力，整機(jī)的檢測(cè)手段，要是沒有謝老這樣一位基礎(chǔ)扎實(shí)、學(xué)識(shí)淵博、鍥而不舍、踏實(shí)肯干的科學(xué)帶頭人，同樣要是沒有像程粉榮，劉忠信等同志的各方面配合，黃志潛、賈延珊、馬家驥所長(zhǎng)的支持也是不可能集合這么多的骨干力量，也不可能投入這么大的財(cái)力物力的，是不可能取得成功的。1985年經(jīng)過四年多的上下努力，取得了階段性成果。謝老設(shè)計(jì)的5LZ165型螺桿鉆具，運(yùn)到遼河油田鉆井一公司，首次試驗(yàn)。經(jīng)過測(cè)試、排量、扭矩、轉(zhuǎn)速均達(dá)到鉆井的要求，并在現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)鉆進(jìn)10多小時(shí)，完成一口井的造斜和定向任務(wù)。以后陸續(xù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)了更多的定向井和不同區(qū)塊.通過幾年的實(shí)踐，大家逐步認(rèn)識(shí)到螺桿鉆具是一種難

7、度較大的，具有特殊功能，對(duì)各種部件性能要求較嚴(yán)格的高新技術(shù)產(chǎn)品，要想讓其在定向井中發(fā)揮作用，必須要把螺桿鉆具當(dāng)做一個(gè)系統(tǒng)工程，提高每個(gè)部件的可靠性，才能保證整體的質(zhì)量，進(jìn)而保證進(jìn)尺的延深。三、 螺桿鉆具被列國(guó)家七五項(xiàng)目和八五項(xiàng)目1985年，石油部科技司在遼河油田召開了5LZ165型螺桿鉆具的技術(shù)鑒定會(huì)，對(duì)前段工作給予了充分的肯定，同時(shí)也要求課題組再接再厲，克服現(xiàn)有缺陷，改善性能，研制出更好的鉆具。同年螺桿鉆具被列為國(guó)家七五重點(diǎn)科技項(xiàng)目,名稱為<叢式鉆井>的子項(xiàng)目-<螺桿鉆具>.謝竹莊繼續(xù)擔(dān)任課題組長(zhǎng). 然而，成熟一項(xiàng)技術(shù)，搞好一個(gè)產(chǎn)品太難了，它不是以我們的主觀愿望來發(fā)展

8、，而是依據(jù)當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐募夹g(shù)發(fā)展水平以及人們對(duì)事物的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)來決定的。在1987年6月謝老發(fā)表了關(guān)于“螺桿鉆具馬達(dá)短幅內(nèi)擺線等距線形分析”，還有“螺桿鉆具和多頭單螺桿馬達(dá)的基本原理”等專業(yè)文章，對(duì)螺桿鉆具的認(rèn)識(shí)和推廣起到了很大的作用，可以說我們很多人是讀著謝老的文章走過來的，他培養(yǎng)了一代人。 盡管謝老對(duì)于鉆具像對(duì)待孩子那樣精心細(xì)致，一個(gè)部件一個(gè)部件地去研究，一個(gè)零件一個(gè)零件地去把關(guān)，但是螺桿鉆具定子必須外協(xié)，當(dāng)時(shí)以中國(guó)的技術(shù)狀況，達(dá)不到橡膠與金屬粘結(jié)的性能要求，經(jīng)常出現(xiàn)掉塊，脫膠等問題，而定子出現(xiàn)脫膠和掉塊，就使得螺桿馬達(dá)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，更無法檢測(cè)出傳動(dòng)軸、萬向節(jié)、徑向軸承的性能，因此它是螺桿鉆具的

9、關(guān)鍵部分。 1985年-1989年又成了螺桿定子襯膠技術(shù)攻關(guān)的艱難歲月，謝老對(duì)橡膠原本不是內(nèi)行，但是它鉆研學(xué)習(xí)，請(qǐng)教，實(shí)踐,與油田橡膠廠的同志緊密配合，嚴(yán)格工藝，探討最佳技術(shù)方案，尋求較好的技術(shù)路線。首先是螺桿定子的加工成型工藝，螺桿鉆具一般直徑165-244（6½-95/8­­­­­­­­­­­­­­­）定子長(zhǎng)度3-4米，橡膠壁厚最薄處只有6毫米，也就是定子模芯必須與定子殼體保持精確的通心度，還要讓橡膠均勻地填滿整根定子的環(huán)形空間，還

10、要考慮橡膠硫化后，定子型腔的收縮率。模具的結(jié)構(gòu)形式、注射成型方式，橡膠的流動(dòng)性能，芯軸的扶正裝置，注射設(shè)備的選擇，都是考驗(yàn)?zāi)闶欠窬邆涠ㄗ由a(chǎn)能力的必要條件。其次，橡膠與金屬的粘結(jié)技術(shù)，它包括兩個(gè)工藝，1.橡膠配方加工工藝，2.粘結(jié)工藝。兩者缺一不可。僅就正常使用螺桿鉆具而論，整體壽命應(yīng)該可以達(dá)到200小時(shí)以上，鉆井方向上，不僅能打斜井，還可以打直井。這樣應(yīng)該說更能得到用戶的歡迎。然而誰也不能脫離當(dāng)年的歷史背景和技術(shù)條件去奢談優(yōu)越的性能和較長(zhǎng)的壽命。功夫不負(fù)有心人，在謝老及其團(tuán)隊(duì)的幫助下，大港油田橡膠配件廠在定子制造方面，取得長(zhǎng)足的進(jìn)步，新的工藝技術(shù)、配方，用于新設(shè)計(jì)的短幅內(nèi)擺線型的5LZ197

11、型螺桿鉆具，基本克服脫膠、掉塊的缺陷，使得73/4鉆具得到了用戶的好評(píng)。1989年8月在濰坊召開了規(guī)模較大的技術(shù)鑒定會(huì)。在89年濰坊鑒定會(huì)上，參加人有中油總公司、科技司、主管院局的領(lǐng)導(dǎo)，還有油田的用戶、國(guó)內(nèi)各行業(yè)的相關(guān)專家，對(duì)謝老及團(tuán)隊(duì)的螺桿鉆具項(xiàng)目予以很高的評(píng)價(jià)，充分肯定了他們所取得的成果。在鑒定會(huì)晚宴上，他舉杯向大家致意：“謝謝這么多年支持我的同志們，朋友們。是你們給了我信心和勇氣，是大家的努力，我們才構(gòu)筑了今日的輝煌，成功靠大家。”發(fā)自內(nèi)心肺腑的聲音，二十多年的右派生涯，使得他習(xí)慣了有成績(jī)應(yīng)該記在黨和同志們的頭上。面對(duì)著來之不易的鮮花和掌聲，謝老很淡然。他曾經(jīng)深情地對(duì)我說：“一個(gè)人一輩子

12、能搞好一個(gè)產(chǎn)品，就很不容易了。”他還說：“我贊成這樣三句話：做人要知足，做事要知不足，做學(xué)問要不知足。”多么富有哲理。一晃我們也是奔“六”的人了，時(shí)間愈久，他的話愈加值得品味。會(huì)后，他很快又投入到螺桿鉆具隨鉆測(cè)試控制裝置的研究，也就是平常我們說的：“MWD”隨鉆測(cè)試技術(shù)。四、 為螺桿鉆具產(chǎn)業(yè)化奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)在學(xué)術(shù)上，謝老是個(gè)很聰明的人，他能夠把設(shè)計(jì)的每個(gè)部分如數(shù)家珍，有時(shí)我們翻出多年以前的圖紙，他依然能夠準(zhǔn)確的說出尺寸與公差，叫人不由得發(fā)自內(nèi)心的佩服。尤其是螺桿馬達(dá)的設(shè)計(jì)、計(jì)算與加工，他對(duì)其中的內(nèi)涵認(rèn)識(shí)是全方位的。他在設(shè)計(jì)每個(gè)部件的同時(shí)就考慮了材料、設(shè)備、工藝、刀具、測(cè)量、檢驗(yàn)以及可能出現(xiàn)的問題

13、、故障，解決問題的措施和辦法。產(chǎn)品的圖紙和所實(shí)施的工藝與操作者所用的機(jī)床緊密吻合，連操作位置尺寸控制值都能預(yù)測(cè)在先，謝老對(duì)機(jī)械技術(shù)的爐火純青，對(duì)工藝的了如指掌，為鉆具的產(chǎn)業(yè)化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。由于改革開放的深入開展，濰坊生建機(jī)械廠承擔(dān)了螺桿鉆具的批量生產(chǎn)制造任務(wù)。該廠的郭洪志廠長(zhǎng)非常欣賞謝老的才華，組成強(qiáng)有力的班子投入大量人力、物力、財(cái)力實(shí)施謝老及其團(tuán)隊(duì)的全部技術(shù)方案，在89-95年期間，成為國(guó)產(chǎn)螺桿鉆具行業(yè)的領(lǐng)跑者。1994年謝老正式辦理了退休手續(xù)，但是他并沒有放棄對(duì)定向井的研究，他將其中的螺桿鉆具部分用計(jì)算機(jī)語言編輯了幾套設(shè)計(jì)軟件，非常實(shí)用可靠方便,可以直接生成線型并作出模擬運(yùn)行，轉(zhuǎn)子、定子的橫截面尺寸，控制可以達(dá)到20-50個(gè)點(diǎn)的精確值。為便于加工還專門有定子芯軸的設(shè)計(jì)專篇，刀具的專篇，為以后的螺桿數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化加工與控制留下了寶貴的財(cái)富。2002年4月謝老不幸患病，經(jīng)過數(shù)個(gè)月的精心治療，終未能挽回他的生命，于9月離開了我們，為他送行那天，從四面八方來自北京，上海、天津、山東專程趕來大約有