火箭，是把宇航员和卫星送上茫茫太空的人类{zxj}的运载工具。

    石油勘探开发所使用的牙轮钻头，是击碎坚硬的岩石，钻入地下几千米的石油小装备，因此有人把它比作入地的“小火箭”。

一个世界性的难题

    钻头不到，油气不冒。世界上{dy}只牙轮钻头自1909年在美国问世以来，一直是钻井工程中最主要的破岩工具，美国一直处于牙轮钻头的国际{lx1}地位。1979年xxx访美期间，在卡特总统的陪同下参观了至今为止仍然是世界上{zd0}的石油钻头制造公司——休斯公司。之后的1982年，江汉钻头厂全套引进休斯公司的图纸和生产设备，满足了我国石油勘探开发对钻头的需求。1999年，休斯公司撤资，对我国牙轮钻头技术及钻井工程技术造成了重大影响，使人们认识到掌握具有自主知识产权技术的重要性和紧迫性。

    1980年，西南石油大学建立了我国到目前为止{wy}的钻头研究室，30年来，钻头研究室的一系列科研成果极大地促进了我国牙轮钻头技术发展，迅速缩短了与国外的差距。

    但是，随着浅层、易开发油气资源的日益减少，我国不得不向沙漠、深海、深部地层寻找新的油气资源。要开发深部地层的油气资源必须打深井甚至超深井，而打深井、超深井的关键问题之一是要具有能够满足深井、超深井钻井需要的长寿命高速牙轮钻头。由于国外的技术垄断，必须依靠我们自己的力量研制出具有自主知识产权和国际竞争能力的高速牙轮钻头新产品，才能大幅度降低深井、超深井勘探开发成本，有效提高我国在该领域的国际竞争能力。

    石油天然气勘探开发是一个资金消耗巨大的行业。根据生产企业统计，目前，我国石油天然气勘探开发中，每米的钻井成本为五仟元左右，打几千米就得花几千万。一只牙轮钻头的使用寿命只有60小时至80小时，打坏了就得更换新的，换一次，就必须得把钻杆一根一根地从井下取出来，把新钻头装上去，再把钻杆接上去，重新开钻。一口7000米的井一次起下钻需要花费近2天时间，不仅费时费力，还造成极大的经济损失。

    于是，开展适用于深井超深井的长寿命高速牙轮钻头研制成了我国石油科技专家是面临的重大课题，而且这还是全世界钻井领域的重大课题。

    刘清友所从事的，正是这样的课题。

    1986年，刘清友以优异成绩毕业于我校矿机专业，1989-1997年先后在重庆大学和西南石油大学攻读精密制造专业硕士学位、石油机械专业博士学位，1997-1999年在重庆大学机械传动xxxx实验室做博士后。其间，执教三年，在成都石油总机械厂实践锻炼一年。10多年的求学和实践经历，使刘清友具备了扎实的理论基础，熟悉了钻头生产工艺，为他的研究做好了知识和能力两方面的储备。

渴望有个项目

    读硕士期间，刘清友在导师指导下，还有项目可做。“硕士毕业后，好渴望有个项目呀，哪怕让我参与一下，不给任何报酬都愿意。”他说。没有项目，也不清楚朝哪个方向发展，刘清友常常去图书馆，广泛阅读科技论文。看得多了，受到的启发也多了，新的想法就出来了，于是便开始计算机仿真方面的研究工作，撰写学术论文。自那以后，刘清友每年公开发表两三篇文章。写文章的过程，就是学习新知识，启发新思维的过程，在这期间，他的计算机能力得到大大提升，这对他今后的研究有着极大的帮助。

    考上博士以后，刘清友进入钻头研究室，师从马德坤教授。这是中石油的重点研究室，有项目，有实验设备，有高水平导师的指导。刘清友开始在这里寻找自己的研究方向。

    那时，马老师主持的中石油重点项目“牙轮钻头破岩机理研究与新型钻头设计”已接近尾声，刘清友看了大量的研究资料，读完了项目组编写的全部程序，弄清楚了钻头与岩石相互作用的原理。在这过程中，刘清友敏感地注意到，影响钻头使用寿命和钻井速度的因素除了钻头设计本身，还有与钻头相连接的钻柱。钻柱是由八九米长的钻杆一根一根接起来的，几百根钻杆连接成几千米长的钻柱，钻机输入的运动和动力通过几千米的钻柱传递到钻头，带动钻头旋转破岩，实现钻进，从而把井打到油气层。钻头在井底旋转过程中，由于受到岩石的反作用而不停地跳动，这就影响到钻头的使用寿命，降低了钻井速度。

    过去的钻头设计，没有考虑钻柱动力学对钻头工作性能的影响。于是，刘清友选定了这样的目标：围绕深井钻柱系统动力学、深井岩石力学及破碎学和高速牙轮钻头设计分析等重要的基础理论问题和关键技术开展研究。

“小火箭”的诞生

     “上天不易，入地更难”，这是国内外专家对深井钻井难度的共同认识。

     尽管人类已经登上月球，人类的探测器已经登陆火星，但对于自身居住的地球，人类钻探到的最深处才10000余米。打到6000米，已经是深井了。

    研究深井钻柱动力学，是为钻头设计提供理论指导，以改进钻头设计和钻井工艺。钻头为啥会断齿断？如何提高轴承寿命？钻杆怎么组合？钻井参数怎么优选？如果没有钻柱动力学理论基础是解决不了这些问题的。以前有人搞过，但因为没有实验，搞不下去。几千米的钻柱，往哪儿搁？在哪儿建这么高的实验室？现在有了计算机仿真，才有了研究的可能。

    这是一个很窄很专的方向，国内外研究的人都不多，资料也很少。读博士期间，刘清友就把有关钻柱动力学的资料看完了，马德坤老师从美国带回的一本170多页的博士论文，因为涉及到钻柱动力学，刘清友读了好多遍。

    刚刚开始的几年，刘清友从来都没有休息过双休日，全部钻到钻头和钻柱动力学中去了。有两个春节，过了大年初一就进了实验室，编软件，调程序，撰写论文。有一次是在除夕夜才赶到家，可正月初二，又回到实验室了。一旦进入攻坚阶段，刘清友往往食而不知其味，晚上只能睡四五个小时，满脑子都是程序、力学数学模型、仿真运行效果和在研究中遇到的问题。程序中出现一个代码错误，要花费{yt}，甚至一周、几周才能找到。

    2004年，刘清友提出“高速牙轮钻头”这个概念，开始了对深井高速牙轮钻头的研究。

    基于深井钻柱动力学的高速牙轮钻头研究是一项创新性研究，实验设备是一大关键因素。因为没有现成的实验设备，刘清友就带领课题组成员，自己动手改造和借用多套实验设备开展实验研究，甚至到中国石油大学、中国核工业物理研究院、中国测试技术研究院等校内外10多个实验室做实验。

    为了取得现场资料，10多年来，刘清友的寒暑假绝大部分时间都花在了跑现场井队和石油装备企业。2007年暑假，为了测试实际钻井过程中钻柱的振动规律，验证深井钻柱振动规律和高速牙轮钻头的工作性能，刘清友带着2名博士来到邛崃中石化钻井现场，半个多月吃住在井队。为了得到准确的数据，必须对井场进行24小时监控，每隔20分钟就要记录一次数据。三个人三班倒，没日没夜地记录数据。“白天井场就像桑拿室，晚上蚊子成群结队地向你扑来。”博士生庞东晓回忆说，“这半个月里，刘老师一直与我们一起工作，根本就不像是一个教授，又黑又瘦的刘老师回到家女儿都不认识他了。”

    10余年来，刘清友及其团队针对开发深部油气资源缺乏深井钻井的理论基础和高速长寿命牙轮钻头难题，在国家自然科学基金、教育部、四川省和中石油等项目的资助下，围绕深井钻柱系统动力学、深井岩石力学及破碎学和高速牙轮钻头设计分析等重要基础理论问题和关键技术开展了系统的研究工作，找到了深部岩石的性能特点和破碎规律，建立了基于深井快速钻井的钻柱-钻头-岩石互作用振动系统动力学模型、牙轮钻头动力学模型、深井注水管柱和酸化压裂管柱力学行为分析模型，开发了深井勘探开发专用仿真xxxx6套，研制出了具有自主知识产权的长寿命高速钻头系列新产品，形成了一套满足深井快速钻井需要的石油钻头基础理论、实验技术、新产品研发技术体系，打破了少数国家在深井钻井技术领域多年的垄断地位。

    刘清友设计的长寿命高速牙轮钻头在川渝、新疆、辽河、中原、大港、长庆等10余个国内油田和中东、独联体、北美、苏丹等国外油田得到广泛应用，为我国钻头制造企业和国内外钻井公司创造了极大的经济效益，完善和发展了油气井管柱理论模型，为高效、安全开发复杂地层的深部油气资源提供了理论依据和技术支撑，提高了我国深井钻井技术的整体水平和国际竞争力。　

“适合自己生长的土壤才是{zh0}的土壤”

    “人不是天生的聪明。”刘清友经常给他的研究生说，“搞研究，做学问，要看很多书和文章，你才能受到启发或者发现问题，还要勤思考，肯钻研，不怕苦。”

    刘清友就是一个不怕吃苦的人，这与他自小受到的磨练有关。他生于农村，高中两年，自己背大米、红薯、咸菜到学校。读本科时，有一年暑假留校勤工俭学，学校改造教室后剩下了很多废砖头，他和另外一个同学花了三十多天把六十几间教室的废砖头全部搬走，把教室打扫干净，为此挣得了差不多一个学期的生活费。刘清友苦并快乐着。

    “适合自己生长的土壤才是{zh0}的土壤。”马德坤老师对他说的这句话，他一辈子都不会忘记。1999年，刘清友完成了在重庆大学的博士后研究工作，曾想去北京、深圳等大城市，但听了马老师的话，刘清友回到了学校。他当时给自己确定的人生目标是：45岁评为教授，退休之前评为博导。2000年，34岁的刘清友就被学校破格提升为教授，次年被评为博士生导师。

    多年来，刘清友始终把课堂当作自己最重要的舞台，无论工作多忙、任务多重，从没耽误过给学生上课。他说，“教师的根本任务就是培养人才，因此教学工作必须置于xx，这也是我一直以来的一个为师准则。” 他在教学中不断进行教学方法、教学手段和教学内容的改革，不断提升教学效果，学生曾这样评价，听刘老师的课往往有如沐春风的感觉，因为他常常把{zx1}的科研成果引进课堂，有广度又有深度，因此他的课有着一种独特的吸引力……

    “水之积也不厚，则其负大舟也无力，风之积也不厚，则其负大翼也无力”。科学研究是人类一种{zgj}的智力“游戏”，但这个“游戏”的过程注定是高难度的，只有锲而不舍才能终有所得。“做科研对于我来说是一件很快乐的事情，快乐来源于我的每一个进步。”刘清友说，“但是，快乐的背后有着无数的孤独与寂寞，有时甚至都想过放弃。”“不过，如果让我重新选择，我还会选择这条路。”

    从刘清友在读博士期间申报的{dy}个国家自然科学基金算起，他主持或者主研的基金项目共有23项。在很多人把精力放在做横向项目的时候，刘清友却选择了申报难度大、不易出成果、研究经费较少的纵向项目。“基础性研究是关键，是根本。我今天的科研成就是建立在我对基础性研究的执着，事后证明，没有前期大量的基础性研究，就不可能获得国家科技进步二等奖。”刘清友说。

    “他总是走在别人的前头，站得高，看得远。”在团队成员的眼里看来，刘清友的研究具有战略眼光。他带的{dy}个博士生、如今已成为刘清友团队成员的王国荣这样评价昔日的导师、今日的同事。

    早在5年前，当刘清友了解到通讯、智能、机器人、微制造、微电子以及纳米技术的快速发展，他就敏锐地感觉到这些新技术将会给世界带来xxxx的变化，而如何将这些学科新技术应用到钻井技术研究中，将是世界钻井工程未来的新课题。由此，刘清友教授撰写了《未来智能钻井系统》一文，在国际学术会议宣读后，引起国内外专家的广泛兴趣。“我相信，在不久的将来，我们的石油人坐在成都的操控室，开采新疆乃至全球的石油天然气资源将不会是梦想。”