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上世纪五十年代初，新中国刚刚成立不久，百废待兴，朝鲜战火又起，内忧外患石油成为共和国急需的血液，为了打破帝国主义的经济封锁，正在陕南剿匪的西北军区某部近万人，奉毛主席之令，在汉中就地改编，踏上为共和国寻找“血脉”之路。以刘福生、高建成、林红为代表的石油人，怀着“流血流汗不扯退，拼命也要找到大油田”的信念，艰难攻关，改造土匪和特务，战胜地震，洪水，火灾，井喷，雪灾等艰难险阻，相继开发了玉门、柴达木、克拉玛依、四川、大庆、胜利等大油田，为共和国找到了石油这条血脉。他们的青春、爱情、家庭都染上了石油的色彩。他们的儿女，继往开来，生在大油田，长在大油田，爱在大油田，前仆后继，不仅将老石油田发扬光大，还开发出了海上大油田！这血脉相连的两代人，演绎了新中国石油发展史上壮怀激烈、威武雄壮的史诗。
一九四九年八月，国民党胡宗南军队派出田老六团前往玉门，执行炸毁油矿任务，我军十九军五十七师一六九团奉命保护玉门油矿，截击田老六军队。钢刀连连长石兴国冲锋在前，指导员邓耀华为了掩护石兴国英勇就义。五十七师师部派去报务员许茹，军医唐娜，和玉门油矿的邱建设，协助钢刀连执行任务。玉门油矿形势紧张。油矿经理周明等人，在得到田老六带兵炸矿消息后。他们一方面派出工程师田义文，利用宗族关系去劝阻田老六，一面发动工人护矿。
九月份，解放军和平接管玉门油矿。在接管前后，钢刀连和工人护矿队一起维护油矿治安。邱建设原为玉门油矿襄理，因为贪污盗窃，被田义文任新我等人举报。他向军管会安保部诬告任新我带领田老六部队炸矿。田义文私下放走任新我。石兴国等人气愤不已，带人把田义文抓了。一野司令部急令，说田义文、任新我都是石油技术人员，要保护留用。石兴国带领钢刀连回到陕南，原本的提拔也因对待田义文的错误处理，被降职为钢刀连代连长。
石兴国到家才知道，母亲已经病故。齐占山的母亲告诉他，说他娘两年前摔倒瘫痪在家，一直有人伺候，是他在部队找的媳妇。石兴国才发现，这是他在保卫玉门战斗时解救的梅大妮。梅大妮因为父亲临死前把自己托付给石兴国，自己就是他的人了。石兴国告诉梅大妮自己爱的是许茹，不可能娶她，会把她当妹妹照顾，并托付乡亲们，帮着梅大妮找个合适人家。石兴国回到部队，准备南下台湾前线，迎接新的战斗。不料，中央军委下令，要把五十七师，成建制改编为石油工程师。
接到改编命令后，五十七师好多战士都想不通。王振华这时候，已经接到命令，要调到军里任副政委。王振华为了搞好石油师的改编，主动辞去军副政委任命，要求仍然留在石油师，任师政委。石兴国找到师部，要求把神枪手等军事过硬人员，调往兄弟战斗部队，师部首长严厉批评了他，要求他必须要做好大家的思想工作。当他得知师政委王振华为了改编石油师，都放弃了提拔军副政委的机会，深受震动，决心服从命令，留在石油师好好工作。交枪仪式如期举行，天空下起瓢泼大雨，在雨中，战士们放下跟随自己多年的枪，每个人都百感交集.
1952年８月１日，57师正式改编为石油工程第一师。石油师分工为“一团钻，二团炼，三团围着轮子转。”钢刀连所属一团，跟随师政委王振华、师参谋长程孟华，奔赴玉门油矿，学习钻井技术。玉门油矿的干部工人，对石油师到来，表示热烈欢迎。邱建设现在任玉门油矿后勤处长。许茹对新工作充满期待，田义文却劝她，不该到玉门油矿来。田义文告诉她，任新我有个女儿小雨，仍然留在玉门一个奶妈家。这几年一直田义文在出抚养费。你是小雨的亲姑。许茹决定把小雨收到自己身边抚养。她和石兴国说了此事。
刘大勇追求许茹，他在钻井平台上拉起大幅标语，向许茹公开求婚。当刘大勇得知，许茹的男朋友就是石兴国，两人还马上就要结婚了。刘大勇对自己的荒唐行为表示道歉。 回到家中，发现家里多了一个陌生女人，紧张地问刘小青这个女人是谁，刘小青告诉了哥哥，听到梅大妮是来找她的丈夫石兴国时，认定石兴国是个陈世美。 石兴国和许茹，周远和唐娜，决定在同一天举行订婚仪式。钢刀连为此特意准备了一场联欢晚会，石油师领导和矿务局同志，也都前来祝贺两对年轻人。 刘大勇和一帮工人，带领梅大妮赶到订婚晚会现场，说要为梅大妮打抱不平。订婚晚会不欢而散。面对师领导的问询，石兴国和许茹表示，如果不把梅大妮的事情处理好，他们就不再向部队打报告结婚。
石油师一团入驻玉门油矿后，面临学习石油技术的巨大难关。师政委王振华和师参谋长程孟华，决好抓好钢刀连这个典型，让工程师田义文做钢刀连的技术教官，带动全连学习石油技术。这个想法一提出，就受到田义文和石兴国钢刀连的双方面反对。 王振华和程孟华，对石兴国提出严厉批评。石兴国接受批评，和周远、许茹一起去向田义文赔礼道歉。面对钢刀连一次次诚恳地道歉和虚心地求教，田义文放下偏见，接受担任钢刀连技术教官的任命。 邱建设对田义文当年的耿直一直怀恨在心。这次当他得知田义文一直在照管任新我的女儿，立刻去油矿办公室检举田义文和国民党特务任新我，在组织上有勾结。 办公室孟主任，出于对油矿安全的考虑，决定收押田义文，进行审查。由于许茹的是任新我的亲妹妹，也被传去帮助查清问题。
田义文的教学工作还没启动，就被中断。战士们自学的效率非常低，石兴国找到政委王振华，希望能尽快让田义文工程师回钢刀连。小雨的奶妈，担心政治上受牵连，把小雨送到田义文家门口，就不管了。四五岁的小雨流落街头，没吃的也没喝的，只能去捡地上的食物。梅大妮帮着炊事班择菜做饭。上街买菜时，发现小雨饿昏在街头，赶忙把小雨送到医院治疗。治疗之后，梅大妮把她带回了钢刀连。石兴国去看望田义文，希望他别着急，自己一定会想办法让他尽快被释放，田义文表示，自己可以在看管所写技术教材，让钢刀连带出去学习。让石兴国去看看小雨。
石兴国找到孟主任，愿意为田义文做保，放田义文出来工作。这时，石油师政委王振华也找到孟主任。石兴国立下了军令状，田义文终于放出来了。钢刀连的战士，自发举行欢迎仪式，到看管所门口欢迎田义文。田义文决定当天就搬到钢刀连营地，和钢刀连的战士住在一起。把自己的石油知识倾囊相授。战士们开始了文化技术培训。考试中，钢刀连取得全团最好成绩，石兴国、周远的成绩更名列前茅。石兴国的钢刀连战士，被分配到刘大勇的玉门油矿第一钻井队学习。
西北石油局为了照顾石油师官兵，为石油师官兵发了一些工作服，翻毛皮鞋之类劳保用品。在邱建设的挑唆下，一些工人们炸开了锅。石兴国发现工人的情绪后，便把发到手的劳保用品，又收了上来。石油师政委王振华也和玉门矿务局局长杨宇照说，石油师的劳保用品，暂时不发。石兴国和钢刀连的干部战士，为了学技术，在钻井工地主动找活儿干。但是没有人指导，一出手就错。他们都感到非常苦恼。石兴国认为，他们这种一般化布置，没有重点的学习做法不对。石兴国和周远，一块儿去找王振华和程孟华。
大家闲暇时，刘大勇看柏春生身子骨单薄，和他开玩笑说。咱们摔跤吧，你摔过我，我就教你学技术。柏春生学技术心切，就同意摔跤。许茹也正好在旁边。刘大勇为了在许茹面前显示自己，把柏春生摔得鼻青脸肿。齐占山看不下去了，上来连着摔了刘大勇几个跟头，把头皮也蹭破一块儿。刘大勇恼羞成怒，要和齐占山拼命。齐占山抡起拳头，要揍刘大勇，被赶来的石兴国一把拦住。石兴国狠狠训斥齐占山。带人几次去看望刘大勇。
刘大勇觉得石兴国在老家的家里定了亲，又在部队有对象，就是不地道。石兴国向大家讲明，自己和许茹是自由恋爱，而对梅大妮，当她父亲临终许婚时，自己只是答应以后会照顾她，并没有答应婚事。梅大妮的结婚后，他和许茹才会成婚。石兴国的做法，得到工人师傅的赞许。此时郝师傅赶到拜师大会，痛斥徒弟刘大勇。并让石兴国脱下上衣，钢刀连的战士也都脱下衣服。人们看到他们身上的一块块伤疤，深受震撼。郝师傅说自己虽然腰部受伤，但头脑没坏，胳膊没伤，要重新出山，收石兴国做徒弟。刘大勇愧疚不已。
石兴国和钢刀连的干部战士，马上要投入新的战斗，都非常兴奋。但是，连队要出发，梅大妮怎么安置，却成了石兴国头痛的事情。商量过后，石兴国和许茹，想给梅大妮在玉门找个婆家，梅大妮不答应，因为在她的观念里，父亲临终前把自己许配给石兴国，石兴国的母亲也同意了两人的婚事。她自己不能放弃石兴国。石兴国劝说梅大妮，梅大妮不听。许茹在大学学过俄语。来到玉门油矿后，她的这个专长得到发挥，经常翻译一些苏联石油技术资料，供干部战士学习。石油师和玉门油矿为了开发青草湾，要从苏联请石油专家，为他们在技术上把关拍板。
为了解决这个难题，石油师政委王振华决定，让许茹上阵，担任临时翻译。苏联石油专家乌瓦诺夫来到玉门油矿。许茹被石油师领导带到接待第一线。玉门油矿请苏联专家来，主要是为开发青草湾把关。所以，田义文和许茹，只为苏联专家提供了青草湾的俄文勘探资料。乌瓦诺夫认为，不提供玉门地区全部勘探资料，是对他的不尊重，说我不是来做样子的，如果你们不能提供全部勘探资料给我，我就立刻离开。玉门地区的全部勘探资料都有，但是并没有翻译俄文，拿出来也没有用。
石兴国和许茹发现冷落了梅大妮，便把梅大妮请出屋也一起干活，让她登场演唱民歌。乌瓦诺夫来营地和大家打招呼。许茹向乌瓦诺夫介绍了梅大妮的身份，夸她如何为石兴国照顾母亲，到玉门后，又照看自己的侄女小雨。乌瓦诺夫上前，称赞梅大妮，并拥抱她，亲她的面颊。梅大妮气坏了，认为是许茹对外国人说了自己的坏话。乌瓦诺夫当面赔礼道歉，梅大妮才知道，自己误会了外国专家，也误会了许茹。梅大妮感激石兴国和许茹对自己的真诚相待。为了成全石兴国和许茹，决定从三人关系中退出。
紧急时刻，石兴国等人在郝师傅指导下，用水泥填了废井，端正心态，重新开钻，很快取得了不错的进展。刘大勇钻井队的探井率先一步钻出石油，大家激动不已，每个人都高呼着“出油了”。石油师和玉门矿务局计划在刘大勇钻井工地，举办庆功表彰大会。都说好事成双，就在这时，石兴国的钢刀钻井队，也在新井中打出了石油。石油师和玉门矿务局决定，两个钻井队并列为优胜单位，同时进行表彰。青草湾开发成功，石兴国和许茹，周远和唐娜，准备同时举行婚礼。梅大妮非常高兴，带领几个战士，给他们粉刷墙壁，布置新房，每天忙里忙外。
西北石油局决定开发柴达木油田，程孟华参谋长被任命为柴达木开发指挥长，决定带领四支石油师钻井队，前往青海柴达木。石兴国和周远，也积极报名参战。石兴国和周远在得知邱建设被提拔为玉门矿务局副局长后，对此感到十分意外。邱建设对石兴国一直是表面上客气，实际上因为石兴国不帮他弄虚作假入党，恨之入骨。在得知许茹被选拔到苏联进修后，就写举报信，举报许茹哥哥是国民党特务，个人资产阶级生活习气严重。通知张贴出来，石兴国、周远带领钢刀连官兵，即将奔赴青海柴达木。梅大妮说自己要带着小雨一块去，因为她不愿意留在没人的钢刀连驻地，更不愿在玉门当地嫁人。
石油局和玉门油矿领导对石兴国等人此次出征高度重视，特意举办了欢送仪式，在欢送仪式上，表达了对于钢刀连的肯定和鼓励。钢刀连众人忙着与自己的亲人、爱人分别，唯独田义文心不在焉，魂不守舍，盼了许久终于盼到了刘小青，田义文才转忧为喜，两人相约再见面一定还要一起喝酒。梅大妮为了不给许茹等人添麻烦，带着小雨，偷偷爬上了西去柴达木的汽车。石兴国发现梅大妮擅自跟来，非常恼火，严厉批评她无组织无纪律，让她搭顺风车回去，在钢刀连战士的劝阻和说情下，同意她和小雨跟着部队。柴达木的生活，异常艰苦。一是交通不便。
因为缺水，卫生问题一直难以解决，很多人都生了虱子，梅大妮看着小雨头上生满虱子，只好给小雨把头发剪得短短的。看到战士们的鞋都磨得破破烂烂，梅大妮又把准备结婚用的布面剪成鞋垫，做成袜子，给同志们穿。梅大妮和小雨，都成了钢刀连不可缺少的成员。唐娜到西北医学院学习去了，但许茹出国进修的通知，却迟迟收不到。许茹向人打问，才知道，说她的进修材料，被上面卡住了。许茹到西安找到唐娜，两人一块儿到西北石油局医务室询问，许茹这才知道，因为有人举报，她哥哥是国民党特务，所以出国进修没有被通过。
程参谋长来钢刀连驻地看望大家，还送来土豆等蔬菜，但他也表示缺水情况一时很难改善，希望大家做好心理准备。许茹听人说到，因为自己的原因，石兴国在提拔副指挥长上，也受到影响，有些受不了了。她找到邱建设问情况。邱建设告诉她，确实因为她哥哥的事情，影响了石兴国的提拔使用，并且告诉她，因为她、梅大妮，和石兴国的关系，不少革命群众都对石兴国有看法。不仅提拔重用会受影响，石兴国还会受到更严重的处理，甚至有可能被开出石油师，开出石油队伍。他还说，许茹养兰花，就是典型的资产阶级生活习气。
