石油圈
縱觀石油行業“百年老店”的企業，其共同點在于持續的科技創新。
作者 | 郭永峰 子衿
咖啡研磨機，石油鉆頭。對我們大多數人來說，或許它們之間毫無關聯。但對另一些人來說，情況決然不同。
1908年的一天晚上，在路易斯安那州石油城（Oil City），忙完一天工作的老霍華德休斯 (Howard Hughes Sr .)先生準備小憩一下，他來到附近一家名叫Shreveport的酒吧。這一天晚上，路易斯安那州一油田的工人Granville Humason勞累了一天，也走進Shreveport酒吧小酌。
相同的工作背景下，二人很快找到了共同話題。在嘈雜昏暗的酒吧里，推杯換盞，老霍華德休斯和Granville Humason談了許多。當Granville Humason談起根據咖啡研磨機的工作原理制造鉆頭的靈感時，老霍華德休斯眼前一亮，他意識到這樣的鉆頭潛力無限。聽完Granville Humason對這種鉆頭的解釋后，他隨即以150美元的價格從Granville Humason手中買下這個設計。
或許，石油工人Humason從未想到，一個處于“襁褓”中的設計可以賣出“天價”，更沒有想到150美元賣掉的是一個“鉆頭帝國”；或許老霍華德休斯也從未想到，這150美元買下的鉆頭設計，經過他的改造升級，在隨后的日子為他打下一片江山，成就了百年休斯石油“鉆頭大王”的威名。
1. 休斯鉆頭前傳
1901年1月，美國德克薩斯州博蒙特 (Beaumont)的紡錘頂（Spindletop）油田發生強烈井噴，地面形成了巨大的油湖。紡錘頂油田大發現開啟了德克薩斯州的石油熱潮。很快，數百口油井涌現，鉆井工人、投機商等各路人馬蜂擁而至。
在這股“淘金熱”中，1869年出生于密蘇里州蘭開斯特郡的老霍華德休斯 (Howard Hughes Sr .)先生很快也慕名而去，并結識了鉆井承包商Walter Sharp。1902年，二人一拍即合，成立了Moonshine Oil Company，主要業務是讓那些已經停止生產的油井“重獲生機”。
1908年買下油田工人Granville Humason的鉆頭設計后，老霍華德休斯根據設計改造制作了一個木制的鉆頭模型。這是一種牙輪鉆頭，有166顆牙齒。當鉆頭旋轉運動時，堅硬的“牙齒”會“吃掉”巖石。另外，在原先的設計基礎上，老霍華德休還找到了一種方法，使鉆頭在破碎巖層時保持潤滑。由于牙輪鉆頭具有特殊的液力沖擊回轉錐齒，可以穿透堅硬的巖層，鉆孔高效，與當時使用的魚尾式鉆頭（fish-tail bit）相比，牙輪鉆頭具有極大的優越性，對于石油開采有重要意義。
出生律師家庭且從事過律師行業的老霍華德休斯深知專利的重要性，在獲得鉆頭設計后，便為其申請了專利。而關于“牙輪”鉆頭，他當時取得了13項美國國內外發明專利。到20世紀20年代初，共獲得73項專利。
木制的鉆頭模型完成后，老霍華德休斯和Walter Sharp興致勃勃找到他們的投資人——當時的Texaco德士古公司總裁Joseph Culinan，向其展示新式鉆頭，試圖說服Joseph Culinan支持他們制造新式鉆頭，并進行測試。Joseph Culinan被說服了，并且為他們提供了資金。
就這樣，老霍華德休斯的新式鉆頭誕生了，這也是世界上第一支牙輪鉆頭。
1908年的一天，在休斯頓的鵝溪油田（Goose Creek）進行的測試結果超出了老霍華德休斯的預期，證明了它優于任何其他正在使用的鉆頭。后來的市場也證明，休斯的牙輪鉆頭廣受鉆井商喜愛，一度供不應求。鉆頭業務也從最開始只是提供鉆頭租賃，發展到后來1913年既可租賃也可購買，平均每月的凈利潤高達8000美元。
鉆頭業務風生水起，1908年12月11日，老霍華德休斯和Walter Sharp成立了Sharp-Hughes Tool Company。1912年Walter Sharp去世后，Walter Sharp的遺孀Estelle Sharp于1914年將自己在該公司的股份賣給了老霍華德休斯。1915年2月3日，Sharp-Hughes Tool Company正式更名為休斯工具公司（Hughes Tool Company）。
2. 休斯鉆頭帝國形成
1924年，老霍華德休斯心臟病發作逝世，他的兒子小霍華德休斯（Howard Hughes Jr.）繼承了休斯公司（Hughes Tool Company）的多數股權，然后說服他的親戚把他們在公司的股份賣給他。
子承父業的小霍華德休斯并沒有按照老休斯的路徑走下去。相反，他開始“不務正業”，除了石油主業以外，小霍華德休斯還研制飛機、衛星與導彈，拍攝好萊塢電影，甚至駕機起飛，“冒死”去創造飛行史上的“最快”與“最遠”。
然而，這并沒有影響休斯公司鉆頭事業的發展。憑借產品技術的不斷推陳出新，休斯公司的發展如日中天。1972年休斯公司上市，并于1975年收購了當時知名的鉆頭制造公司Reed Tool Company。
創新的基因一旦根植于企業血液中，便伴隨企業的“一生”。自第一支牙輪鉆頭的出現，“技術創新”成為其不變的主題，使得休斯公司一直是其行業里最亮的那顆星星。即使在1987年與貝克（Baker International）合并成為貝克休斯，但“休斯鉆頭”的光芒任誰都無法掩蓋。
2017年，休斯公司研制出可自動調整鉆齒切削深度的鉆頭，簡稱為“可調齒深鉆頭”，即TerrAdapt鉆頭。此類型鉆頭代表了2019年度國際最新型PDC鉆頭。其特點是鉆頭體上安裝一個切削深度調節單元DOC (Depth of Cut)，鉆頭鉆進時可根據地層巖硬度與種類，自動調節鉆頭切削齒的切削深度，以減少鉆進時鉆頭的“粘卡-滑移”扭轉振動，從而提高鉆井速度。
休斯公司認為常規PDC鉆頭損壞，在于鉆頭的以“粘卡-滑移”過程為基礎的“扭轉振動”。即使用“頂驅”或“轉盤”鉆進時，鉆頭在井底的運動，并不是勻速旋轉，而是包括兩個運動過程的“扭振”狀態:
一是鉆齒與巖石的“粘卡”運動；此時由于“頂驅”或“轉盤”的作用，整個鉆柱像彈簧一樣，形成螺旋狀態。
二是鉆齒與巖石的“滑移”運動；當鉆柱的螺旋狀態積聚的能量足夠大，甚至超過鉆齒與巖石之間的“粘卡”所形成的摩擦轉矩，鉆頭會發生瞬間滑移，并將螺旋狀態所積聚的能量釋放出去。
這兩個過程的迭加，即形成鉆頭在井底作業時的“間歇轉動”，或稱之為“扭振”狀態。這種“扭振”為造成鉆頭作業中損壞的主要因素。
智能TerrAdapt鉆頭
而PDC鉆頭的齒自動深調節功能，可以優化鉆齒切削深度，減弱“粘卡-滑移”的扭振現象，最終提高鉆頭效率，降低鉆井成本。
百年來時至今日，休斯仍是全球最大的鉆頭公司，引導世界油田勘探與開發所用鉆頭的系列演變，締造現代石油鉆頭改進與完善的“進化史”。100年來，石油鉆探使用的“牙輪”鉆頭，不僅基本原理沒有產生結構性變化，而且一直擔負世界各油氣田勘探開發的主要鉆孔功能。這在同期各種專利技術中，極其罕見?？梢哉f，如果離開了休斯公司，在世界石油鉆頭史上，就無法起筆與展開。
直到今天，我國陸海石油勘探所使用的超半數深層鉆頭，正是休斯公司所生產的。在國內各油田上，提起休斯鉆頭，“無人不知，無人不曉”，已然成為高質量鉆頭的代名詞。聞名遐邇的國內石油行業的“江漢石油鉆頭廠”，起先也是休斯公司在中國的合資廠。1985年9月，“江漢休斯”牌鉆頭在湖北江漢鉆頭廠誕生。新中國原石油部領導說：盼好鉆頭、盼硬鉆頭盼了幾十年，現在總算盼來了！
那么未來，休斯鉆頭的設計與制造，將如何發展呢？根據披露的消息，從現在到2030年，休斯鉆頭將遵循5個方向：
1. 繼續研發“組合型”鉆頭，即類似休斯的Kymera 型，以“牙輪”鉆頭與“PDC”鉆頭的混合形式的鉆頭；具體來說，這種鉆頭“集”PDC切削齒與牙輪硬質合金齒“為一身”的PDC鉆頭；
2. 繼續研發“智能化”“自調整型”鉆頭，即類似休斯的TerrAdapt型自調整鉆齒切削深度鉆頭；
3. 繼續研發“儀表化”鉆頭，實時進行鉆頭動態監測；即在鉆頭體上安裝鉆頭“黑匣子”，全面實時監測鉆頭工作過程中的各種參數，包括鉆頭轉速、扭矩、壓力、溫度與振動等參數；
4. 繼續改善鉆頭設計與使用參數數據庫，類似于目前休斯的CoPilot優化數據庫系統；
5. 繼續引入當代高新技術進行個性化鉆頭的設計與研發；包括使用3D打印技術制作鉆頭母體，類似于目前休斯的Talon 3D PDC鉆頭；并且使根據地層條件，制作的個性化鉆頭時間，由目前的30～50天，縮短至3～5天。
3. 休斯公司“外傳”
倘若故事到這里就結束，當然不足以全面的說明休斯公司的成功。
如果說，老霍華德休斯開創了一個全新的鉆頭時代，那么，他的繼任者小霍華德休斯，則是在這個新時代的舞臺上“狂舞”，賦予休斯公司更多的科技元素。
上世紀90年代，美國公眾選出的過去百年最能代表美國精神的三位人物，一位是代表法治精神的喬治·華盛頓(George Washington)、一位是象征民主精神的亞伯拉罕·林肯(Abraham Lincoln) ，第三位就是小霍華德休斯（Howard Hughes Jr.），代表美國拼博創新的英雄氣概。而“拼博創新的英雄氣概”，顯然不只是單靠造鉆頭實現的。
相較于鉆頭制造與石油現場服務的業務，小霍華德休斯更醉心于造飛機、拍電影等，用生命在拼搏?？釔叟臄z和飛行的小霍華德休斯于1930年拍攝電影《地獄天使》。拍攝中，他要求一飛機從距地面30米高度俯沖墜毀，由于現場無一飛行員敢于從命，小霍華德休斯親自駕駛飛機，結果是“機毀”“人未亡”。1937年他駕機以7.5小時飛行記錄飛越美洲，1938年他還駕機創91小時環球飛行記錄。
如果只是這樣單純的“冒險”，當然不足以當選“最能代表美國精神的3位人物”。其“拼博創新的英雄氣概”更在于為人類發展所作出的貢獻。
1932年小霍華德休斯在加利福尼亞州建立的休斯公司飛機部門，創造了人類歷史上多個第一：設計與制造了最大的水上飛機——Hughes H-4 Hercules Spruce Goose(休斯 H-4大力神云杉鵝)水上飛機（1944年），研制出世界上第一批軍用“空對空”導彈—AIM-4 Falcon（“獵鷹”空對空導彈）（1956年）。
1934年小霍華德休斯更是得到當時美國總統羅斯福的接見，為美國陸軍航空部隊提供戰機。盡管美國陸軍駁回了休斯公司提供的H1式戰機樣機，選擇了美國洛克希德（Lockheed）公司生產的XP38戰機。但在后來，日本襲擊珍珠港美軍基地所采用的日本三菱重工公司生產的性能更先進的“零式”戰機，與休斯的H1式戰機基本相同，故歷史學家認為日本三菱重工公司抄襲休斯公司的戰機設計。
此外，小霍華德休斯還主持研制世界上第一臺實用紅寶石激光器（1960年）；生產世界第一顆同步通信衛星（1963年）；生產世界第一顆同步氣象衛星（1966年）。還研制“測量員”號探測器，完成人類第一次完全可控的月球軟著陸（1966年）。
小霍華德休斯的公司，還制造世界綜合排名第一的武裝直升機—AH（Apache，阿帕奇）64武裝直升機（1982年）。人類第一個土星探測器，即Galileo(伽利略)無人土星航天器（1989年）。在2000年，世界上40%的在役人造衛星均是其公司生產的。
如果沒有小霍華德休斯一生的“冒險”經歷，也許休斯工具公司只是一家鉆頭公司，也許無法與推動人類社會的進步聯系在一起。
為了紀念和致敬這樣一位傳奇人物，2004年馬丁斯科塞斯執導了好萊塢大片——The Aviator（飛行家），該片以小霍華德休斯為原型，在2005年獲得第77屆奧斯卡金像獎的5個單項獎。
在回顧休斯公司的歷史過程中，我們不難發現，它與油服巨頭斯倫貝謝有著諸多不謀而合之處。在我們之前發布的《揭秘！從“石油圈”外的斯倫貝謝“秘史”看石油工業！》文章中，我們可以看到，斯倫貝謝公司之所以能保持全球領先的勢頭，原因之一是是其竭力涉足世界科技前沿盡可能多的領域，如戰略核潛艇救援、探月飛行、互聯網創立，以及集成電路與芯片研發等方面，為自身在石油業的創新進行高科技儲備。
無論是斯倫貝謝也好，還是休斯公司，抑或是后來的貝克休斯，與其說他們是油服公司，不如說他們是立足石油圈的科技公司。
3. 后記
休斯公司為何百年來一直處于行業領先地位呢？對專利的重視以及科技創新是關鍵點之一。
1909年老霍華德休斯設計新鉆頭后就為其申請了專利。到上世紀30與40年代，休斯的鉆頭專利保護逐步走出20年的保護期，但由于公司不斷開發新型鉆頭，使得新的鉆頭專利仍然有效地提升公司業績，因此，休斯始終行進在“正向循環”的行業領袖公司的軌道上。
換言之，重視技術專利的引導與持續強調發明專利作用，勇于技術創新，是確保公司產品性能與質量始終居于世界前列的保障。
休斯公司的另一大“秘密武器”在于密切跟蹤國際鉆頭行業動向，緊緊圍繞石油現場的需要及時推出鉆頭新品，這是其發展壯大的重要保障。
我們可以看到，休斯公司在每個石油鉆頭結構轉型的關鍵時刻，都及時把握時機，提出能跟上時代潮流的產品。例如1909年在世界上研制成第一個牙輪鉆頭、1927年研發出“碳化鎢鑲齒”刮刀鉆頭、1972年推出全球第一批PDC（聚晶金剛石）三刮刀鉆頭，并于2009年推出將牙輪鉆頭和PDC鉆頭合二為一的組合鉆頭，2017年研發出“可自動調整鉆齒切削深度”的鉆頭。在國際石油鉆頭創新的每個關鍵點，休斯公司都不“落伍”，有自己的創新產品出現在國際鉆井行業市場上。
當然，回顧國外企業的發展壯大之路，并非“崇洋媚外”或“妄自菲薄”，而是希望通過成功企業的發展軌跡能從中有所思、有所悟。而事實上，關于2012年休斯提出PDC鉆頭與井底巖石的切削原理，我國石油行業于1992年就提出PDC鉆頭切削原理假說。
2012年休斯提出PDC鉆頭與井底巖石的切削原理，“顛覆”了此前所有中外教科書的描述。此理論提出PDC鉆頭在井底工作時“間歇扭振”假說，即鉆頭與巖石之間“粘卡-滑移”過程理論。并且，基于此假說與理論，休斯于2017年推出“可自動調整鉆齒切削深度”的鉆頭，即TerrAdapt型自調整鉆齒切削深度鉆頭。
實際上，我國石油行業于1992年就提出PDC鉆頭切削原理假說，并且于1994年據此原理與假說開發一種新型鉆具，以提高PDC鉆頭作業效率。
時間倒回1992年，中石油大港油田鉆井研究院林忠、尹肇學高工推出自主研發產品，“懸浮鉆井系統”，工作原理即休斯公司20年后才提出的鉆頭“粘卡-滑移”理論，利用所設計的彈簧機構，自動改變井底PDC鉆頭的鉆齒切削深度，減輕井底PDC鉆頭的“扭振”，以及扭矩的變化幅度，以便改善鉆頭作業環境，延長鉆頭壽命，并且大幅度提高PDC鉆頭鉆進效率。此鉆具在國內3個油田現場試用10個井次，獲得滿意效果。
1994年，在大港油田科技處的主持下，石油大學（北京）呂英民、蔡強康（我國石油工業50年代與錢學森一同回國的3位留美博士之一）教授使用計算機非線性有限元法，對“懸浮鉆井系統”進行鉆進中的力學模擬，論證系統的可行性與合理性，最終證實此鉆具的設計理論新穎獨特，現場運行安全可靠，并且大大減小井底鉆頭的扭矩與振動。
然而，由于當時國內鉆井科研成果評估的方法局限，例如，認為此鉆具加裝軸向彈簧后，使得鉆井隊進尺計量有誤差，給鉆井隊的技術管理造成困難，故這項早于美國公司20年的同類技術發明被塵封在技術檔案之中。
隨著2017年休斯“可自動調整鉆齒切削深度”的鉆頭推出，美方獲得中方多年前推出同類產品的信息。美方表示愿意就此展開雙方技術研討，共同改進提高產品性能。中石油有關方面已初步得到有關信息，表示會派員啟封技術檔案，光大本系統科研成果。
對此，擔負這項中美技術信息溝通的一位資深專家說，此事會成為中外石油科研人員技術交流的佳話，較長時間在國內石油行業傳頌。專家指出，由于我國“石油人”的勤奮與聰明才智，從80年石油開發實踐中，積累豐富石油鉆頭知識與成果。目前首要是提高技術人員的中英文技術成果總結能力與水平。這些鉆頭方面的技術與制造成果，只要應用現代科技方法加以歸納，便可與國際先進技術接軌，致使國內鉆頭產業接近或者達到國際先進水準。
總之，師夷之長技,亦不妄自菲薄。
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