《鑽探機具防護與延壽關鍵技術及工程套用》是由中國地質大學(北京)、中國地質科學院勘探技術研究所、北京探礦工程研究所、無錫鑽探工具廠有限公司擔任主要完成單位，岳文、王成彪、梁健、康嘉傑、付志強、於好善、翁煒、彭莉、朱麗娜、田斌擔任主要完成人的一項科技項目。
基本介紹
- 中文名：鑽探機具防護與延壽關鍵技術及工程套用
- 主要完成單位：中國地質大學(北京)、中國地質科學院勘探技術研究所、北京探礦工程研究所、無錫鑽探工具廠有限公司
- 主要完成人：岳文、王成彪、梁健、康嘉傑、付志強、於好善、翁煒、彭莉、朱麗娜、田斌
- 等級：二等
- 獲獎序號：20180024
- 獲獎證書編號：KJ2018-2-17
- 獎種：國土資源科學技術獎
項目摘要
地質鑽探裝備是實現地質勘探開發的主要載體，鑽探機具關鍵部件服役性能決定了鑽探施工效率與效果，然而面向“深地、深海、深空、極地”套用的鑽探裝備仍缺乏鑽探機具防護與延壽理論與技術支撐。歷經十年產學研用協同攻關，通過探索苛刻工況下鑽探機具防護與延壽技術，在切削齒超硬材料製造、鑽探機具防護塗層技術和磨損壽命預測與評價技術方面取得了重大突破並實現了工業化套用，切實有效地提高了鑽探裝備的服役性能和服役壽命，創新點如下：
1. 創新形成了長壽超硬聚晶金剛石製造技術，實現了硬岩地層中鑽頭切削齒長距離掘進。合成了芯部硬度高達120 GPa（接近天然金剛石硬度）的超硬聚晶金剛石材料，揭示了其超硬機制和延壽機理，研製了鷹嘴複合結構的孕鑲金剛石鑽頭和高耐磨旋挖鑽筒截齒。套用于山東膠東金礦區硬岩取心鑽進，鑽頭壽命提高了20%；套用於硬岩土地層旋挖掘進，截齒壽命提高40%。
2. 率先研發了鑽探機具防腐、耐磨、減摩硬質防護塗層技術，實現了鑽探機具可靠、高效、長壽命服役。建立了鑽探機具一體化防護塗層構築理論模型，研製了基於低溫等離子滲氮、高能離子束注入、強流脈衝離子束沉積和超音速等離子噴塗的系列化防護塗層，確定了鑽探機具關鍵部件防護塗層方案，低溫離子滲氮滲硫處理提高鑽桿絲扣壽命50%，裝卸扭矩降低30%，表面納米化和微弧氧化複合處理提高鋁合金鑽柱抗腐蝕磨損性能80%物理氣相沉積氮化鈦和類金剛石薄膜提高軸承壽命50%，超音速等離子噴塗碳化鎢硬質合金塗層提高鑽井液離心機關鍵組件壽命20%。
3. 集成創新了鑽探機具關鍵部件磨損壽命預測與評價技術，實現了多相耦合場下鑽探機具磨損壽命預測。研製了超硬材料和硬質塗層衝擊磨損性能試驗機，實現了溫度、載荷、轉速、泥漿、潤滑劑、酸鹼度、氣氛等多相耦合場模擬條件下的磨損性能評價，揭示了固液沖蝕、腐蝕磨損、固液潤滑磨損理論，建立了微觀結構-巨觀力學性能-磨損壽命對應的評價方法，形成了可靠的多相耦合場下的鑽探機具磨損壽命預測技術，鑽具磨損性能和壽命評估可靠性達100%。
該成果發表學術論文54篇，其中SCI收錄37篇，EI收錄13篇，授權專利16項，專著1部，培養博士、碩士55名。該成果得到了鑽探工程學術界和工業界的充分肯定，中石油鑽井院蘇義腦院士評價“提高了對鑽井條件下濕度、溫度因素對聚晶金剛石使用性能的影響以及調控機制的認知水平，為聚晶金剛石合成工藝改進和金剛石表面改性工藝提供了理論支撐”；孫金聲院士評價“認知固體液體表界面的摩擦化學協同機制對實現鑽探機具高效長壽服役具有非常重要的意義”。成果成功套用於地質鑽頭、鑽桿、繩索取心鑽具、旋挖鑽具、離心機等關鍵部件，近3年新增銷售額9.16億元，新增利潤1.46億元。項目組成員分別獲得中國地質學會青年科技銀錘獎，成為俄羅斯工程院外籍院士、俄羅斯自然科學院外籍院士，入選北京市科技新星計畫、北京高等學校青年英才計畫。
