为“石油血管”除“栓” “清樾”团队贡献长大智慧

10月1日，正在出差路上的机械学院副教授孙巧雷，忽然接到校团委老师打来的电话，“孙老师，恭喜咱们团队入围第十四届‘挑战杯’国赛决赛啦。”挂断电话，孙巧雷的第一反应是：赶紧通知团队学生备赛。

10月29日至11月2日，第十四届“挑战杯”秦创原中国大学生创业计划竞赛国赛终审决赛在西安交通大学落下帷幕。经过精彩比拼和激烈角逐，由机械工程学院报送，孙巧雷、李修权、冯定、李明武老师共同指导的项目《净管卫士——智能可变径油气管道清洁检测机器人》斩获金奖。

获奖团队的名称叫做“清樾”，其中“清”是清管的清，“樾”谐音“越”，寓意清管效果越来越好。

石油在开采后，将其从地下输送到地面是石油钻采过程中的关键一环，然而石油成份复杂，其在地层流动过程中常析出碳酸钙、蜡质、碳酸镁、硫酸钡，以及沙砾等成分，类似于血管中形成血栓，这些成份的流动堵塞也极易在管道内壁结成厚厚的污垢，进而严重影响管道输送效率，因此，管道内的清垢工作显得尤为重要。

管道蜿蜒曲折、直径大小变化，由于石油的易燃性，对安全性要求还极高。国内输油管道内壁的清垢检测技术和设备长期以来都受国外垄断，不仅价格高昂，还要“看外国人脸色”，是一个典型的“卡脖子”技术。基于国内现有设备适应性不强、可靠性不高等问题，2017年，中海油相关领导专家在某重大专项技术交流会议期间，提出拟开展我国海上智能清管器开发及其相关基础理论研究的计划，并希望长江大学机械工程学院等院校团队尽快进行相关技术预研。

“我们团队有良好的研究基础，早在2008年，学院就与长庆油田开展了类似的合作，且延续至今。”采访中，孙巧雷总是强调传承是此次取得突破的关键。此次“挑战杯”项目就是主要针对陕西长庆油田使用需求而设计开发。

“‘挑战杯’很能锻炼人，我们的出发点和落脚点都是教书育人，培养学生的科研思维。”2019年开始，不断有学生加入该项目。

前前后后三批25名学生加入清管器项目研究。此次拿奖的第三批学生由来自机械工程学院、经济与管理学院、电子信息与电气工程学院的15名同学组成。

“老师在这个过程中要给学生提供足够多的技术支持和专业指导。”孙巧雷如是说。他对团队学生提出“4个1”的要求，即写好1篇综述，申请1项专利，掌握1款软件，写1篇研究论文。“通过写综述可以了解研究现状和趋势、找出当前技术存在的问题和不足；通过申请专利，可以帮助掌握机构原理、挖掘技术内容、进行结构创新；掌握1款软件则可以提高工作效率、增强团队协作、提升技术技能；写研究论文可以帮助学生深入技术领域、揭示问题本质、形成科学思维。”孙巧雷介绍道，“本科生的创新从做好一项竞赛项目开始。”

老师的言传身教、团队的协作配合，为成绩的取得打下了坚实的基础。张景涵是团队的学生负责人，他说，“自加入团队以来，感觉自己成长很快，科研思维得到了很好地训练。”团队不同学科背景的成员，个个身怀绝技，他们发挥各自优势，在合作与学习中不断推动项目发展。

机械设计制造及其自动化2019级本科生李乐勤属于团队的第二批成员，现就职于创维电器股份有限公司。在孙巧雷老师眼里，他不仅会使用多种专业软件，而且学习和动手能力强。当时团队需要实现3D打印，如果长期租用外面的设备，会很不划算，于是李乐勤决定自己动手组装一台3D打印机。在孙巧雷的资助下，李乐勤购买配件，一台3D打印机就这样在实验室诞生了。

来自新疆的张梦薇，是校辩论队的一员，答辩是其强项。暑假刚回去参加完亲友婚礼的她，接到孙巧雷老师的备赛通知后，二话没说立马赶回学校。事实证明，最后决赛的答辩环节，张梦薇就是得力干将之一。

另一位得力干将纪海涛则对项目技术非常了解。在此次“挑战杯”决赛现场，他沉着冷静，与张景涵等默契配合，为整场比赛争分不少。

前人的研究为项目打下了坚实的基础，但后期开发过程实则仍然困难重重。管道类别多；管内壁附着物让其孔径大小和走向“变幻莫测”，极易形成卡阻；由于石油的易燃性，设备还不能带电，其动力来源从哪儿来？这些都是摆在团队面前的巨大挑战。

就拿水平井来说，其常用于高渗透疏松砂岩油气藏的开发。在开发过程中，经常会面临出砂问题。当油层出砂之后，砂粒会紧跟原油流进井筒，随后逐渐沉积在水平段较低位置处，进而产生砂床。砂床不仅会影响石油的开采，堵塞出油通道，增加流动阻力，甚至还会损坏井下设备，造成井下砂卡事故。

“三批学生都为项目贡献了力量。”谈到自己的学生，孙巧雷有些自豪地说。

针对冲砂洗井作业时深井、超深井井眼轨迹复杂、携砂液摩阻增大、施工压力增加甚至超出冲砂洗井设备承载能力、作业风险大等难题，团队设计了一种水平井涡轮振荡冲砂工具，确定了冲砂工具的总体方案。

通过工具结构设计和参数优选研究、数值模拟，以及分析砂床运移规律，团队建立了三维冲砂仿真模型，相关研究对提高长水平段冲砂洗井作业效率，改善国内长水平段冲砂洗井作业现状具有重要指导意义。

在孙巧雷老师实验室，我们看到了多个清管器设备的模型和实物。在团队成员的不懈努力下，他们发挥不同学科的专业优势，破解了一个又一个难题。管内不能带电，团队就采用小型防爆电池，或使用涡轮转具提供动力。研究开发的智能清管器目前具有智能化、间断射流、实时监测等多项优点，具有广阔的应用前景。

智能化，即融入数字孪生技术和虚拟影像，实现清管器的可变径，突破管径变化对设备限制的难题；间断射流则是针对管内时常卡阻的问题，根据需要实现射流，进而继续前进，疏通管道；配套的清洁检测系统，会根据输油管道不同应用需求，利用有源、无源两种方式，实现实时监测。

“有天晚上11点钟，我刚参加完一个线上会议，准备到7教402办公室取点资料，发现隔壁会议室内灯火通明，推门进去，团队的学生还在讨论技术、修改PPT。” “我当时就被他们的这种精神感动了。大家心里始终都藏着一股劲儿，一股不拿金奖不罢休的劲儿。”

成绩的取得离不开团队的密切配合。整个暑假，团队成员都在备赛，没有一人主动离开，没有一天休息，无数场聚集讨论、PPT打磨、语言表达训练、40多场专家模拟答辩，将能够想到的评委提问几乎都模拟了一遍……但没有一个成员喊累，反倒是乐在其中。“暑假里的唯一的一次放松，可能就是我请团队所有成员去吃了一次火锅。这也是我们这个‘战狼’团队最难忘记忆的一部分。”孙巧雷说。

“最后一个月尤其紧张，之前团队获得过多项省奖国奖，但‘挑战杯’金奖对于他们来说更加意义非凡，所以学生们特别想有所突破。”孙巧雷说道。除了内部的压力，外部压力则是来自于强大的竞争对手。据了解，该项赛事金奖历年来大多都被“985”高校垄断，要想实现突破，挑战可想而知，但这些压力似乎都被团队转化成了动力。

“此次团队突破，除了团队教师之外，整个机械学院、团委、创新创业学院和研究生院，都为我们提供了强有力的支撑。”团队成员金雨杰说道。机械学院历来注重学生专业素养、综合素质及创新能力的培养，提供了大量人力、物力支持；团委则在东校区16教C区5楼为每一个参赛团队提供了一间教室，最后一个月，除邀请专家外，团委每天都会有一位老师过去，和同学们一起模拟答辩；创新创业学院和研究生院则在学生论文发表和专利申请等多个方面提供了指导。

项目自正式启动以来，团队总共申请获批专利十多项，软件著作权6项，发表核心以上论文9篇。

正是因为成长在这样一个团队，团队成员都收获满满。从初创到成熟，团队几乎每一个学生都有自己排名第1的专利或论文，7人次获得了国家奖学金；而之前已经毕业考研的学生中，复试无一人被刷，多名成员先后被保送到北京工业大学、电子科技大学、武汉理工大学等院校。

“我们下一步的打算是进一步储备技术，降低成本，让设备更加成熟，相信在国内市场肯定能够占有一席之地。”针对清管器设备，孙巧雷坚定地说。