《鑽探機具關鍵部件表面工程技術及其工程化套用》是由中國地質大學（北京）、北京探礦工程研究所、中國地質科學院勘探技術研究所、中國人民解放軍陸軍裝甲兵學院、南京工程學院、浙江工業大學、北京恆泰萬博石油技術股份有限公司擔任主要完成單位，康嘉傑、佘丁順、朱麗娜、岳文、馬國政、張保森、朴鐘宇、翁煒、梁健、遠方擔任主要完成人的一項科技項目。
基本介紹
- 中文名：鑽探機具關鍵部件表面工程技術及其工程化套用
- 主要完成單位：中國地質大學（北京）、北京探礦工程研究所、中國地質科學院勘探技術研究所、中國人民解放軍陸軍裝甲兵學院、南京工程學院、浙江工業大學、北京恆泰萬博石油技術股份有限公司
- 主要完成人：康嘉傑、佘丁順、朱麗娜、岳文、馬國政、張保森、朴鐘宇、翁煒、梁健、遠方
- 等級：二等
- 獲獎序號：20190043
- 獲獎證書編號：KJ2019-2-33
- 獎種：國土資源科學技術獎
項目摘要
開發高端鑽探機具是保障實施國家“三深一土”重大戰略的必要條件之一。表面塗層被譽為鑽具的“鎧甲”，其結構和性能決定著鑽進效率和鑽進能力。中國地質大學（北京）聯合相關單位，發明了鑽探機具關鍵部件表面工程技術，成功製備海洋、極寒和空間鑽具結構功能一體化塗層，實現了工業化套用，切實提高了鑽探裝備的服役性能和服役壽命。要點如下：
1. 發明海洋鑽具表面增強、防腐和耐磨塗層技術，揭示防腐耐磨機理
為解決海洋鑽具易疲勞、腐蝕和磨損失效等工程問題，發明了非晶防腐耐磨和納米晶/孿晶增強結構功能一體化塗層技術，全面提升了海洋鑽具的鑽進能力和服役壽命。通過最佳化深海鑽具結構功能塗層理論模型，發明了選擇性雷射處理，超聲表面滾壓和超音速火焰噴塗複合表面處理技術。在海洋鑽具關鍵部件（鑽桿、鑽鋌、絲扣）和鑽井液離心機關鍵部件（軸承、齒輪、芯軸和葉片等）表面成功製備總厚度約1 mm的“非晶-納米晶-微米孿晶”塗層，使鑽具表面硬度提升4倍，耐磨性提升2倍，疲勞強度提升10%，耐腐蝕壽命提升3倍。該技術被成功套用於“南海科鑽”等重大工程，也推廣套用於汶川科鑽等陸地鑽井項目鑽具防腐耐磨防護，近三年，創造新增銷售額7.8億元，新增利潤8610萬元。
2. 發明極寒鑽具表面防結冰、耐磨塗層技術，揭示耐磨防結冰機理
為應對溫度低於-10℃的鑽探工況，解決因結冰導致的鑽井液循環不暢、冰屑阻塞、鑽井效率低，甚至卡鑽等工程問題，研製了“金屬陶瓷/PTFE”耐磨防結冰一體化塗層技術。發明了“一步噴塗法”，在極寒鑽具表面成功製備金屬陶瓷/PTFE塗層，使極寒鑽具關鍵部件（鑽桿、回擴器、分動器、板牙、短接、絲扣等）摩擦係數減低至0.11，磨損率降低了75.6%，表面接觸角增加到125.1±1.8°（表現出優異的疏水性和防結冰特性）。該技術已在新疆、內蒙、東北等冬季寒冷地區的地質鑽井和非常規油氣資源井上成功套用，可應對最低-42℃的惡劣環境，使鑽具鑽進效率和鑽進能力大幅提升。近三年，創造新增銷售額2.22億元，新增利潤4050萬元。
3. 發明空間鑽具表面減摩耐磨、防輻照塗層技術，揭示減摩耐磨機理
在空間鑽探超高真空（10-10~10-12 Pa）、原子氧/紫、紅外光輻照等工況下，為保證取樣率、鑽進效率與鑽具服役壽命，發明了表面納米化、化學熱處理（離子滲氮、陽極氧化）複合表面處理技術。在空間鑽具表面成功製備了減摩耐磨、防輻照一體化塗層，使鑽具可在束流密度最高5×1015 atom/cm2·s，紫外輻照度（波長115~400 nm）不低於300W/m2的模擬空間條件下正常運行，使高真空條件下鑽具摩擦係數降低30%，耐磨壽命提升6倍，該技術還被推廣於深地科鑽“松科二井”等，為輕質合金鑽桿減阻耐磨防護提供了技術保障。
以上研究成果發表學術論文66篇，其中SCI49篇，EI12篇，授權和受理國家發明專利13件，培養博士、碩士48名，得到了鑽探工程學術界和工業界的充分肯定。近三年新增銷售額10.52億元，新增利潤1.266億元。項目組成員獲得中國地質學會青年科技銀錘獎，入選中國科協青年托舉計畫（附屬檔案35）、浙江省高校中青年學科帶頭人等。
