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通訊員 李秋璇 李勝杰
血栓是人們熟知的一種健康隱患。而在石油開采領(lǐng)域，石油輸送管道內(nèi)壁也極易結(jié)垢，形成類似“栓塞”的物質(zhì)，嚴(yán)重影響管道輸送效率。如何為石油管道除“栓”？長江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院師生研發(fā)的方案，一舉斬獲第十四屆“挑戰(zhàn)杯”秦創(chuàng)原中國大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計(jì)劃競賽終審決賽金獎(jiǎng)。
據(jù)了解，由于石油成分復(fù)雜，在從地下輸送到地面的過程中，常會(huì)析出碳酸鈣、蠟質(zhì)、碳酸鎂、硫酸鋇，以及沙礫等成分，這些成分極易在管道內(nèi)壁結(jié)成厚厚的污垢。此前，國內(nèi)輸油管道內(nèi)壁的清垢檢測技術(shù)和設(shè)備長期受國外壟斷，價(jià)格高昂，是一種典型的“卡脖子”技術(shù)。
2017年，中國海洋石油集團(tuán)有限公司提出，擬開展我國海上智能清管器開發(fā)及其相關(guān)基礎(chǔ)理論研究的計(jì)劃，并希望長江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院等院校團(tuán)隊(duì)盡快進(jìn)行相關(guān)技術(shù)預(yù)研。
團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)教師、長江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院副教授孫巧雷介紹，“我們團(tuán)隊(duì)有良好的研究基礎(chǔ)，早在2008年，學(xué)院就與長慶油田開展了類似的合作，且延續(xù)至今，為項(xiàng)目的后續(xù)研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?！?/p>
然而開發(fā)過程仍然困難重重——管道類別多；附著物“變幻莫測”；石油的易燃性要求設(shè)備不能帶電……這些都是擺在團(tuán)隊(duì)面前的巨大挑戰(zhàn)。
在孫巧雷的實(shí)驗(yàn)室，記者看到了多個(gè)不同設(shè)計(jì)階段的智能清管器設(shè)備模型和實(shí)物?！扒扒昂蠛笥腥?5名學(xué)生加入清管器項(xiàng)目研究?！睂O巧雷介紹，此次拿獎(jiǎng)的第三批學(xué)生由來自機(jī)械工程學(xué)院、電子信息與電氣工程學(xué)院、經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院的15名同學(xué)組成。他們個(gè)個(gè)身懷絕技，發(fā)揮各自學(xué)科背景優(yōu)勢，在合作與學(xué)習(xí)中不斷推動(dòng)項(xiàng)目發(fā)展。
針對(duì)沖砂洗井作業(yè)時(shí)，深井、超深井井眼軌跡復(fù)雜、攜砂液摩阻增大、施工壓力增加可能超出沖砂洗井設(shè)備承載能力、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大等難題，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種水平井渦輪振蕩沖砂工具，確定了沖砂工具的總體方案。
通過工具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和參數(shù)優(yōu)選研究、數(shù)值模擬，以及分析砂床運(yùn)移規(guī)律，團(tuán)隊(duì)建立了三維沖砂仿真模型，相關(guān)研究對(duì)提高長水平段沖砂洗井作業(yè)效率，改善國內(nèi)長水平段沖砂洗井作業(yè)現(xiàn)狀具有重要指導(dǎo)意義。
“團(tuán)隊(duì)的傳承，團(tuán)隊(duì)成員的密切配合，學(xué)校的大力支持，為成果的突破奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?！惫軆?nèi)不能帶電，團(tuán)隊(duì)就采用小型防爆電池，或使用渦輪轉(zhuǎn)具提供動(dòng)力；輸油管類別多樣，他們就設(shè)計(jì)不同尺寸……一個(gè)又一個(gè)難題在團(tuán)隊(duì)師生的共同努力下被各個(gè)擊破。
最終，團(tuán)隊(duì)研發(fā)的智能清管器具有智能化、間斷射流、實(shí)時(shí)監(jiān)測等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。設(shè)備融入數(shù)字孿生技術(shù)和虛擬影像，實(shí)現(xiàn)清管器的可變徑，突破了管徑變化對(duì)設(shè)備限制的難題；針對(duì)管內(nèi)時(shí)?？ㄗ璧膯栴}，設(shè)備可根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)間斷射流，進(jìn)而繼續(xù)前進(jìn)，疏通管道；配套的清潔檢測系統(tǒng)，則可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測。
“三批學(xué)生都為項(xiàng)目貢獻(xiàn)了力量。第二批成員李樂勤，學(xué)習(xí)能力強(qiáng)，會(huì)使用多種專業(yè)軟件，還自己組裝了實(shí)驗(yàn)室第一臺(tái)3D打印機(jī)；成員紀(jì)海濤則對(duì)項(xiàng)目技術(shù)爛熟于心……‘挑戰(zhàn)杯’備賽的最后一月，大家經(jīng)常就技術(shù)方案、答辯PPT等討論到深夜?！闭勂鹱约旱膶W(xué)生，孫巧雷很是自豪。
正是這樣一個(gè)團(tuán)隊(duì)，在經(jīng)歷了無數(shù)次的推倒重來后，帶著一款“智能可變徑油氣管道清潔檢測機(jī)器人”站上了“挑戰(zhàn)杯”的舞臺(tái)。
據(jù)介紹，該項(xiàng)目啟動(dòng)以來，團(tuán)隊(duì)共申請獲批專利十多項(xiàng)，軟件著作權(quán)6項(xiàng)，發(fā)表核心以上論文9篇。從初創(chuàng)到成熟，團(tuán)隊(duì)每個(gè)成員都收獲滿滿。幾乎每一個(gè)學(xué)生都有自己排名第1的專利或論文，7人次獲得了國家獎(jiǎng)學(xué)金，還有多名成員先后被保送到北京工業(yè)大學(xué)、電子科技大學(xué)、武漢理工大學(xué)等院校。
“我們下一步的打算是進(jìn)一步儲(chǔ)備技術(shù)，降低成本，讓設(shè)備更加成熟，相信在國內(nèi)市場肯定能夠占有一席之地?！贬槍?duì)智能清管器設(shè)備，孫巧雷說。
