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秦川百炼出金声——访中国工程院院士、石油管工程专家李鹤林

作者:本刊记者 唐大麟 胡玮斐 特约记者 白云雪 | 作者单位:

李鹤林,中国工程院院士,孙越崎能源大奖得主。1937年7月生于陕西汉中,1961年在西安交通大学毕业后,扎根西部六十余年。他主持完成多项标志性管材失效分析,钻杆研究成果纳入API国际标准;首创“石油管工程”学科,大力推进石油管材国产化,是我国石油材料、石油管工程领域领军专家。近日,本刊记者专程赴陕西西安看望李鹤林院士,亲身感受他科研报国的动人故事。

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记者:李院士,您好!非常荣幸能采访您。您是新中国第一代石油科技工作者,请分享一下您的求学成长之路与投身石油科研的报国初心。

李鹤林:回望我的求学与科研之路,可谓是坎坷相伴,感恩长存。我出生在农民家庭,但父母支持我上学。到了初中阶段,因家庭突发变故,我只上了一学期便被迫辍学。虽然在家务农,但我依然坚持自学。后来,当地教育局开设小学教师短训班,我凭借优异表现获得深造机会。之后,放弃了工作的机会,继续攻读高中。

1956年,我考入西安交通大学,成为学校西迁的首批新生。70年过去了,“扎根西部、服务国家”的西迁精神早已与我的生命融为一体,这也是我毕生的行动准则。大学期间,我师从我国金属材料及热处理专业奠基人周惠久院士。恩师教导我做学问要立足实际、科研当心系家国,这套治学准则,指引了我此后数十年的科研道路。

1961年我大学毕业。那时,新中国的石油工业亟待发展,国家所需便是我心之所向。我主动要求去到位于陕西宝鸡,那时条件还很艰苦的石油工业部(简称石油部)钻采机械研究所工作。自此,我与石油、钢铁材料结下了不解之缘。

回望我八年的求学之路,全靠国家资助、学校帮扶和师长的成全。培育之恩我终生铭记,这也是我扎根西部、深耕石油材料领域,矢志为国攻坚、潜心科研奉献的不竭动力。

记者:当年您与铁人王进喜在北京曾见过一次面,您曾说过那次会面是您科研事业的重要起点,请给我们讲述一下那场会面给您带来的触动与影响。

李鹤林:1966年2月,我在北京编写《石油机械用钢手册》,编写人员只有我一个人,第一批书出版后,我正为下一步工作方向感到迷茫。一天,石油部供应制造局的赵宗仁工程师告诉我,铁人王进喜来北京了,让我去听听他对试验新钢种、改进石油机械的意见。当时,铁人王进喜的大名如雷贯耳,我对他充满了敬佩与好奇。

那天,我冒着寒风赶到安定门外的地兴居招待所,与王进喜整整交谈了三个小时。他特别强调了钻井工人工作时最痛苦的是使用那些笨重的“三吊(吊环、吊卡、吊钳)”。王进喜握着我的手说:“李技术员,希望你们怀着对钻井工人深厚的感情,赶紧造出我们自己的东西,把那些傻大笨粗的洋玩意儿赶下我们的钻台。”

王进喜的话语如进军之鼓,重重敲打在我的心上。他的期望也是成千上万钻井工人的共同心愿。我感到身上沉甸甸的责任,当即向组织请战,回宝鸡科研一线搞一场“钢铁革命”。我下定决心:一定要造出中国的新“三吊”。

那个时代的人有一种特别朴实的情感——你答应了别人的事,就要拼了命去完成。对于“铁人”的嘱托,我记了一辈子,也照做了一辈子。

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本刊记者看望李鹤林院士

记者:您牢记铁人王进喜的嘱托,成功研制出轻型“三吊”系列产品,圆了“铁人”和一线钻井工人的心愿。对于项目研发中的重重困难,您是如何克服的?

李鹤林:攻关轻型“三吊”项目,我们遭遇技术、原材料、生产设备三方面短缺的困境,核心的卡点是需要研发出一种兼具高强度、高韧性且轻量化的专用钢材。

我们就是凭着一股知难而上的冲劲,在当年年底就使用低碳马氏体钢,通过锻造和淬火、低温回火工艺,试制出了负荷50吨的第一代轻型吊环。这种轻型吊环单根质量只有16千克。而同负荷的美式吊环重27千克,苏式吊环更是重达52千克。我们把两副新吊环寄到大庆油田,“王铁人”笑了:新的吊环他一手就能拎起来。

1966年底,我们开始启动150吨、250吨的第二代轻型吊环的研制。谁料新品的第一次测试,就给了我们个“下马威”:拉力测试进行到一半时,吊环发生断裂。

失败让我备受打击。可“铁人”的嘱托和组织的支持,给了我从头再来的力量。我和研发团队认真复盘失败原因,反复调整材料配方、优化热处理工艺。经历了无数次的试验与迭代升级,第二代轻型吊环于1969年在川中油矿试验成功并实现量产。

随后,1971年至1978年间,第三代吊环研制成功并趋于完美;1980年,第四代轻型吊环研制完成。各种轻型吊环质量只有仿苏吊环的1/3,使用寿命比美国同类产品延长50%。1982年,轻型吊环获国家金质奖,这也是我国第一个获得美国石油学会(API)会标使用权的产品。其间,吊卡和吊钳的试制改进也趋于完美。

我万万没想到,当年铁人王进喜的一席话竟让我干了十多年的“三吊”研制。那些日子里,我不停地试错、没日没夜地攻克技术难关。可以说,我们是用生命来推进新产品的研制进度。试验中吊环断裂,一节钢棒冲破防护网,擦着我的头皮呼啸而过;试验场中,我的小腿被钢管擦伤,至今还留着疤痕。不过,这些伤痛都不算什么,我心里只有一个目标:尽快研制出我们自己的钻井器材,让钻井工人工作时不再辛苦。这种使命感让我不怕任何艰难险阻,再苦再累,我也无怨无悔。

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李鹤林收藏的版画,描述李鹤林(右)与铁人王进喜深入探讨研制轻型三吊的问题。

记者:您曾经牵头完成了三起重大失效分析案例,奠定了新中国石油工业失效分析的行业基础。请您讲讲当时的经过和感悟。

李鹤林:失效分析是石油行业保障生产安全的关键一环。油田里六成资产是各类石油管材,管材质量出现问题,后果不堪设想。

1966年春,四川威远气田管线通气试压时,4天内接连爆炸3次。我们通过多项理化检测和金相组织分析,确定是管道焊缝的马氏体组织引发了应力腐蚀开裂。

这个结论直接关系后续技术整改和行业标准制定。当时,石油部领导要求我们必须复刻事故、验证结论。但是,接连三次的试验全都失败。我没有气馁,带领团队在现场反复核查,最后找到问题所在,成功复现事故原貌。这是新中国石油工业首次采用失效分析,并指导了之后的重大工程决策。

随后,我又接手了华北油田任84井进口G105钻杆断裂、四川关基井套管柱断裂两起重大事故的分析工作。这三起典型案例,核心问题都集中在腐蚀与应力腐蚀领域。这也是我国石油工业早期失效分析的标杆成果。

通过事故调查,我切身感受到,做材料研究绝对不能闭门造车、死守实验室。只有亲身奔赴事故现场,实地查看破损设备的真实状态,耐心倾听一线工人的实操反馈,才能找准问题根源,拿出真正落地、解决实际问题的技术方案。

记者:1987年,您凭借一篇钻杆失效分析的论文,敲开了API的大门。这也是API成立60多年来,中国人第一次站上API讲台。请给我们分享一下您的经历。 

李鹤林:二十世纪八十年代前,国内油田钻杆全靠进口,成本高昂。我曾在一份统计报表上看到,全国每年发生钻杆刺穿、断裂事故多达千起,造成了极大的人身伤害和经济损失。经过几次现场调查后,我萌发了彻底找出事故原因的想法。

在石油部的支持下,我组建了钻杆失效分析课题组,在各大油田进行了长达3年的调查。通过剖析200多起钻杆失效事故,我们找到了钻杆内加厚过渡区形成的刺穿点,这是疲劳和腐蚀疲劳导致。这也是事故发生的重要原因。

通过研究孔洞形成、应力腐蚀的演化规律,我们提出“先漏后破”准则,首创钻杆内加厚区的双圆弧曲线结构,优化了钻杆内的几何形状和尺寸,解决了钻杆应力腐蚀问题,延长了钻杆使用寿命,避免了事故发生。

1987年,我与赵宗仁一道去美国参加API第64届年会。这是API成立60多年来,第一次有中国学者登台作专题报告。我的报告《钻杆失效分析及内加厚过渡区结构对钻杆使用寿命的影响》,赢得与会专家的高度认可。国际钻井承包商协会主席杜芒特说,API有关这个问题的提案5年了,但一直处于争论之中,中国人这次拿出了令人信服的方案,终于有了结果。

会后,API正式采纳我们的成果,用以修订行业标准。API和国际钻井承包商协会成立的钻杆加厚联合工作组,破例邀请中国作为成员国。1987年、1988年,这项成果先后获得石油工业部科技进步奖一等奖、国家科技进步奖二等奖。日本、德国的相关企业,也不惜投入巨资按照成果对原生产线进行了改造。

站在国际会议的讲台上,我特别自豪。我搞这项研究说到底就是想让钻井工人少出事、更安全。我拿实打实的科研成果给咱中国人争了口气。

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20世纪90年代初,李鹤林(右二)现场调研轻型吊环吊卡的使用情况。

记者:我国钻杆、套管高度依赖进口的现状令您产生了忧患意识。作为1991年“高质量油井管开发”攻关项目的主要推动者,您是如何促成国家层面决策的?

李鹤林:推动石油管材全面国产化,关乎国家油气供应安全。长期依赖进口不仅耗费巨额外汇,更暗藏战略隐患。这一问题仅靠企业力量无法解决,必须从国家层面统筹推进。

因此,我多次在国家级专业会议上建言献策,全力推动将石油管材国产化纳入国家科技攻关规划。1991年,国家批准由冶金工业部和中国石油天然气总公司联合承担国家重点企业开发项目:高质量油井管开发。这是我国油井管发展史上的重要节点。

在国家统筹组织下,冶金、石油两大行业协同联动、联合攻关。自此,我国石油管材彻底扭转了高度依赖进口的局面,国产化率从原先不足5%提升至90%以上。宝钢B型钻杆、天津钢管TP系列套管等产品性能均达到国际先进水准。

经历几十年的科研风雨,我真切地感受到,能支撑一代代科研人咬牙攻关、啃下硬骨头,实现管材全面国产化,是所有科研工作者心中“挺起民族脊梁”的爱国情怀。这份心气凝聚成的精神力量,最终转化成实实在在的技术突破和产业成果。

记者:您牵头创立了“石油管工程”学科,将力学行为、腐蚀行为、失效诊断三大板块整合为全链条闭环体系。回顾这一历程,您认为这种从“单点突破”到“系统构建”的思维跃迁,对当下我国能源装备领域的科研创新有哪些启示?

李鹤林:“石油管工程”学科的核心就是打破碎片化研究,建立一整套系统思维。在科研实践中,我发现行业中存在“各管一段”的问题。一旦现场出现管材断裂、失效事故,大家只能各自排查,很难找到真正的根源。这也让我深刻体会到,必须把管材放到整个井筒乃至整套油气系统里,进行整体性、系统性研究。

基于这样的实战体会,我建立了“石油管工程”这一新学科,就是把管材力学行为、环境腐蚀行为、失效诊断与预防这三大板块整合打通,形成从材料研发、结构设计、生产制造、现场服役,到失效分析、安全评价、完整性管理的全链条、全周期研究体系。

实践证明,这套系统思维在国家重大工程中发挥了关键作用。以西气东输为例,项目初期最大隐患是管道突发爆裂,我们依托石油管工程体系,攻克了X70、X80高钢级管线钢的断裂控制、止裂性能、焊接工艺和防腐安全等一系列难题,自主建立X70、X80高钢级管线钢全套标准并实现国产化;确定了螺旋焊管搭配直缝焊管并行使用的独有建设方案;采用专业模型精准测算管线止裂韧性;在国内率先攻关应变设计法,解决地震、断层地段管道抗变形难题。

整体来看,我们在管材钢级提升、管道选型方案、断裂安全控制、应变设计等领域实现技术跨越,从根本上改变了以往参照国外技术的局面,让我国油气管道的整体技术跻身世界前列。

一路走来,我最深的感悟是:科研不能只解决单点难题,要从实践提炼通用理论,再指导工程应用。如今“石油管工程”学科体系成熟、人才辈出,令人欣慰。

记者:您深耕科研六十余年,为石油行业培养了一大批优秀的技术人才。请分享一下您在育人方面的心得和经验。

李鹤林:这些年我带过30多名硕士、博士和博士后,现在大多已成长为石油管工程领域的骨干力量。我对培养青年科技人才主要有三点体会。

第一,我常告诉学生,做工程科研不能只守在实验室里写论文。要多下油田、上钻台、进管沟,亲眼看管材如何失效,亲耳听工人讲工作中的具体问题。我要求学生在项目开题前,至少要在现场实践三个月,要带着真问题回来做研究,这样的科研才有价值,不是纸上谈兵。

第二,要大胆给年轻人压重担。我从不让年轻人只做辅助工作,都会让青年骨干牵头子课题,独立对接项目、直面现场难题、自主攻坚突破,在实战中快速成长。 

第三,要教会他们不惧失败,练就百折不挠的韧劲。搞科研从来不会一帆风顺,失败是常态。我常以自己的亲身经历告诉学生,失败一点都不可怕,真正可怕的是失败后不去总结、找不到原因。我们做失效分析,核心就是从一次次失败里找规律、找症结,不断改进、不断突破,一步步走向成功。

记者:请您介绍一下,在“双碳”目标、能源转型的大背景下,“石油管工程”学科该如何顺势发展,未来又有哪些核心方向?

李鹤林:能源转型是大势所趋,我们不能固守传统模式,必须主动革新、转型升级。比如我们早年将西安管材研究所升级为石油管工程技术研究院,再到现在的工程材料研究院,就是应对这种变化的具体体现。

未来,“石油管工程”学科要聚焦三个发展方向。首先是传统油气领域还要持续攻坚。如今油气开发逐步走向深层、深水、非常规油气,开采环境愈发苛刻,像川渝高含硫气田,对管材耐腐蚀、耐高压和耐高温的要求极高。我们正在攻关新型耐蚀合金、超高强度钻杆等新材料,适配极端开采工况。可以说,在“双碳”时代下,石油管工程不是被淘汰,而是向着更高端、更精细的方向迭代升级。其次是把成熟技术延伸到新能源赛道。经过多年积累的失效分析、管道安全评价等技术和经验,能够很好地解决氢能、CCUS、地热项目里的管材难题。比如可以通过全链条工程方法论,解决输氢管道氢脆开裂、超临界二氧化碳输送腐蚀、地热井管材防腐等行业难题,并为其提供成熟的技术支撑,填补新能源管道领域的技术空白。此外,还要推进管材绿色低碳制造。在保证管材耐用、高性能的前提下,研发少热处理的低碳钢材,减少生产碳排放并提高管材回收复用比例,走循环发展路线。

“双碳”转型并非替代传统油气,而是为“石油管工程”学科开辟了全新的发展赛道。我们将持续深耕专业、迭代技术,继续为国家能源安全与绿色能源发展保驾护航、贡献力量。

记者:回望过去六十多年的科研征程,您心目中的石油科学家精神是什么?对年轻的石油人,您有何寄语?

李鹤林:回首我的科研之路,几乎从未平坦过,吊环试验的失利、钻杆攻关的三年鏖战、西气东输的技术险峰……但我一路砥砺前行,心中始终坚守八个字——石油报国,科技兴业。我想这就是对石油科学家精神的最好诠释。

对于年轻人,我有四点期望。

一是要心系国家需求。只有把国家能源安全装在心里,科研才有不竭的动力。二是要肯下苦功,甘坐冷板凳。科研从无捷径,唯有筑牢根基,方能行稳致远。三是要敢闯敢为,无畏挑战。年轻人应有这份志气和胆略,要凭着不服输的勇气,攻克国产化、管道核心技术等难关。四是要扎根实践,服务实践。“石油管工程”学科源于工程,也终将回归工程。科研不能止于论文奖项,必须将成果运用在祖国的工厂与工程中。

我始终坚信,艰苦奋斗不是煎熬,而是科研人最宝贵的财富。百炼成钢,既是材料之道,也是我的人生信条。中国石油工业的未来,终将由年轻一代接续书写。

(注:本文初稿完成于2022年12月,经受访者本人过目,2026年7月修改后定稿。李发根、白莹、程琛对本文亦有贡献)

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2026年, 第7期
刊出日期:2026.7
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主办单位:中国石油企业协会 中国石油企业协会海洋石油分会
国际标准刊号:ISSN 1672-4267
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