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项目年度编号
1400230383
中图分类号
TE245
成果公布年份
2010
成果简介
“上天不易、入地更难”，这是同内外专家对深井钻井难度的共同认识。国内浅层、易开发油气资源已逐渐减少，开发深部地层油气资源势在必行，制约深井快速钻井的主要因素有岩石特性、钻头性能、固控系统、钻柱动力学和钻井参数等。该成果通过开展深井钻柱动力学、深部岩石力学特性研究，开发高速牙轮钻头和高性能振动筛，为深井快速钻井提供理论依据和设备保障。课题组在国家、省部级项目的支持下，依托国家、省部级实验室的设备条件，历经10多年研究取得了以下成果。1．主要技术内容：(1)创建了基于深井快速钻井的钻柱-钻头-岩石互作用三维耦合振动动力学模型，取消了钻柱为均质弹性杆和以三凸理论作为钻柱下端边界条件的假设；考虑了井底岩石的各向异性和非均质性；解决了含有随机变量、离散变量与连续变量非线性动力学模型求解难题；开发了具有自主知识产权的深井钻柱动力学和钴具螺纹力学性能分析软件。(2)针对川、渝和塔里木等复杂地层的深井钻井，开展了深部地层三轴岩石力学性能实验、牙齿压入与齿圈复合破岩等实验研究；掌握了不同深部地层岩石特性、深井快速钻井条件下牙轮钻头破岩机理、齿形结构和布齿方式对钻头破岩效率的影响规律，由此指导深井高速牙轮钻头和高性能振动筛的设计。(3)在钻柱动力学和岩石性能实验的基础上，创建了高速牙轮钻头浮动套轴承动载荷粗糙表面的润滑模型，开发了浮动套轴承工作行为仿真软件；开展了牙轮钻头材料和制造工艺研究；完成了高速牙轮钻头系列新产品设计、台架与现场试验和产业化生产；形成了一套集理论、实验研究、产品研制和产业化应用于一体的高速牙轮钻头研发体系。(4)针对深井快速钻井对钻井液净化的要求，在国内外率先提出了双轴惯性振动筛力心理论，并从理论和试验上论证了力心的唯一性与确定性，建立和完善了双轴惯性振动筛数学模型，突破了此前双轴惯性振动筛设计中的限制条件，研制出世界领先的GW系列双轴平动椭圆振动筛，并实现了产业化生产。2．授权专利及论文授权发明专利4项，实用新型专利33项，软件版权2项；发表论文215篇，三大检索收录80篇；专著2部，译著1部，教材4部；获“九五”国家重点科技攻关计划优秀科技成果奖1项、省部级科技进步奖一等奖2项、二等奖3项、三等奖3项；培养研究生56名。3．技术经济指标：研究成果相比国内外同类产品，高速牙轮钻头平均使用寿命提高15%，机械钻速提高20%；振动筛钻井液处理量增大20%-30%，输砂(排屑)速度增大15%。4．应用推广效益：研究成果先后在国内多家石油装备制造企业转化为产品，并在国内外推广应用。现已生产系列新产品高速牙轮钻头10000余只，GW系列振动筛1000余台，为企业和国内外钻井公司创造经济效益共43.7亿元，创收外汇6700万美元。项目鉴定专家组认为研究成果形成了多项专利技术，有多项技术填补国内外空白或处于国际领先水平。
完成人
学术成果认领
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