【科研百人】易先中：瞄准国际前沿技术 开展基础理论研究

人物名片：易先中，博士，教授，博士生导师。清华大学动力工程及工程热物理专业博士后；美国University of Houston高级访问学者。

众所周知，基础理论研究很难在短期内见到效益，特别是在国际前沿技术领域方面，想获得成果更为艰难。

深井钻井、水平井钻井、快速高效钻井一直是世界钻井工程领域的难题，必须依赖先进的钻井工具。螺杆钻具是目前钻井工程中不可缺少的重要井下动力钻具。

螺杆钻具的马达节是一个内啮合的共轭工作副，只有橡胶定子和刚制转子两个零件，结构简单，但加工难度大，它的螺旋曲面很难高精度地成形。另外，螺杆钻具是在含有高硬度固相磨砺颗粒的钻井液介质中工作，环境恶劣，其马达节和轴承节的寿命短。螺杆钻具的技术以美国最为先进，但美国对高端技术总是封锁。

易先中教授瞄准螺杆钻具的关键技术，首先从马达节的共轭线型入手，针对现定子与转子之间存在的齿间干涉和线型畸变等缺点，提出了内啮合螺旋共轭曲面的数字化设计方法。该设计方法突破了传统螺杆钻具定子与转子共轭线型囿于摆线簇的概念，克服了共轭曲面的齿形畸变问题，拓宽了单螺杆机械共轭曲面线型优化选择的范围。

然后，针对钻井工艺对螺杆钻具性能参数的不同需求，采用加权方法，建立了以最大综合曲率、最大相对滑动率和过流面积为目标函数的内啮合式动力机构共轭线型的优化设计模型；提出了共轭啮合副内部运动参数和外部机械性能指标间相关联的综合评价方法，形成了一套单螺杆容积式钻具共轭线型离散化设计方法。

另外，运用微分几何的法曲率原理，新创了复杂曲面5轴CNC旋风式等法曲率逼近包络铣削方法，提高了螺旋曲面数控铣削的精度和效率，实现了螺杆钻具复杂共轭曲面数字化设计与数字化制造（CAD/CAM）技术的一体化。

这些研究成果打破了国外技术对中国的制约，提升了螺杆钻具的核心部件——定子注胶心轴、转子螺旋曲面的加工制造质量，提高了我国石油工业螺杆钻具的性能水平、加快了国产化的进程。

2011年5月5日，湖北省科学技术厅在武汉主持召开了由易先中教授等人完成的“单螺杆容积式钻具设计制造的关键技术研究”项目技术成果鉴定会，“鉴定委员会一致同意该项目通过鉴定，并认为其成果达到同类技术的国际先进水平。”

之后，易先中教授对单螺杆内啮合机械的原理进行了延伸和拓展，研发出了一种大功率高频率的主动激振元件，用于大位移井和水平井钻柱的降摩减阻中，已在长庆钻井总公司20余口水平井得到应用，能明显消除水平井的托压效应，提高滑动钻井的速度，并产生了巨大的技术经济效益，达到国际先进水平。

易先中教授课题组还在激光钻井、激光射孔和高温地热开发等前沿技术基础方面进行探索研究，现已取得部分阶段性成果。

近5年来，易先中教授负责主持国家级课题多项；获省（部）级科技进步成果奖励4项，其中2项二等奖排名第一（2011，2013），1项一等奖排名十五（2010），1项三等奖排第二（2014）；公开发表EI收录的第一作者论文10篇。5项授权专利（1项发明、4项实用新型）成果在工程应用中创造了重大的经济效益。

（编辑 陆峰）