【石大记忆】访中国牙轮钻头研究的奠基人——马德坤教授

编者按

西南石油大学从诞生至今走过了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。官微也将持续跟进报道。

访中国牙轮钻头研究的奠基人

——马德坤教授  

采访时间：2016年12月16日10:30-14:00

地点：成都市青羊区马德坤夫妇住所

人物：马德坤

访谈人：张宝玲

摄像：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

人物简介：

马德坤，男，汉族，教授，博士生导师。1935年5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。   

从北京到南充

 Ｑ1 

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，1959年7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，1960年9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。

留学美国

 Ｑ２ 

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：1982年1月到了塔尔萨大学，继续我在国内的钻头力学研究。大概4， 5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。1985，86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  

 Ｑ３ 

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1983年5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4台HP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：1995年11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。1996年4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”。

 Ｑ4 

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SPE和ASME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。1994、96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Amoco，Dowell，Hughes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

 Ｑ5 

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。

据了解，

马德坤教授带回来的这枚钻头一直珍藏在校史馆。

感谢您，

正是因为有您在三牙轮钻头方面的卓越成就，

才让学校获得许多殊荣，

让我们获得了今天的“镇馆之宝”；

正是因为有像您一样

倾其一生去实践

“为祖国加油、为民族争气”的石大人，

才让西南石油大学的历史愈发厚重与精彩。

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 信息来源 / 西南石油大学新闻网

编辑 / 舒琳