仿生石油钻头试验成功
纳米绿色制版术成功首印
硬 、研磨性更强 。常用的牙轮 、聚晶金 刚石 复合片 、
阳 透 射 比 ，增 强 集 热 器 的 瞬 时 效 率 截 距 ，更 多 地 采 集
科技厅主持 的成 果鉴定 。专家鉴定 认为 ：这两项科技 成果是我 国太 阳能热利用领域 的一次重大 技术革新 ， 填 补了全玻璃真空太阳能集热管在１ ０Ｃ 区的技术空 ５￣ 温 白，达到了国际领先水平。 “ 中温 太阳能真空 集热管和 中温 真空管集 热器” 两项新 产品是力诺集 团与清华大学 历时三年时 间共同 研发 的。该项 目先后被 列入国家科 技支撑计划 、山东
表 镶 金 刚 石 和 孕 镶 金 刚 石 等 钻 头 很 难 满 足 钻 探 的 要 太阳能 量 ；改进 了真 空排气工 艺 ，采用 了新 型的吸气
５￣ ￣ 求 ，仿生石油钻 头的问世为 勘探 开发深层 油气 资源提 剂 ，实现 了较高温度下高真空的保持等 。研发的１０Ｃ 的全玻璃 真空集热管 具有耐高温 和热效高等 特点 ，首 供 了有效的破岩技术。
买 或租赁其他传 动设备 的费用 ，且首 台多功能强 力型 ２ １年７ １ ０ ０ 月２ 日，由我国完全 自主研发 的 “ 中温 太 履 带 起重 机 的 市 场售 价 比进 口 同吨 位机 型 低 近５ ％。 ０
阳 能 真 空 集 热 管 和 中温 真 空 管 集 热 器 ” 通 过 了 山东 省
一
。
设 计 人 员 为 Ｓ Ｃ１０ Ｈ 预 留 了 两 个 液 压 接 口 ，客 Ｃ ００ Ｄ
我 自主研 发 中温太 阳能 真空 集热 管和
绿色摩擦学的科学与技术内涵及展望_张嗣伟
第31卷第4期摩擦学学报Vol31No4 2011年7月Tribology July，2011绿色摩擦学的科学与技术内涵及展望张嗣伟*（中国石油大学机械与贮运工程学院，北京100083）摘要：在简述绿色摩擦学产生背景的基础上，系统地论述了绿色摩擦学的科学与技术内涵．着重阐明了绿色摩擦学的定义、目标和主要任务以及狭义和广义的绿色摩擦学所包含的领域；结合绿色摩擦学的最新进展，全面地介绍了绿色摩擦学的技术内涵（研究范围或领域）．最后，指出了绿色摩擦学今后的主要发展方向．关键词：绿色摩擦学；科学与技术；内涵；展望中图分类号：TH117．1文献标志码：A文章编号：1004－0595（2011）07－0417－07Scientific and Technological Connotation andthe Prospects of Green TribologyZHANG Si－wei*（College of Mechanical and Storage andTransportation Engineering，China University of Petroleum，Beijing100083，China）Abstract：The background to the use of the expression“green tribology”is given．The definition，objectives and main mission of green tribology are presented．The fields of the green tribology in a narrow sense and in a broad sense are also clarified．Moreover，through introducing the recently advances in green tribology，its research contents are discussed comprehensively from four aspects：（1）Tribological theories，methods and technologies for saving both energy and materials，and prolonging the working life of tribological parts and tribo－systems；（2）Tribological theories，methods and technologies for removing or reducing the harmful effects to ecological balance（including human health）produced by both tribological parts and tribo－systems in the course of life cycle；（3）Research on the tribological aspects of natural environment and natural disaster，mainly focused on the role，mechanisms and effects of friction；（4）Tribological technologies for providing technological support to the equipment of both renewable and clean energy．The developing directions of green tribology are also pointed out．It is held that green tribology will certainly play an increasingly important role as the earth is facing with serious energy and environmental problems．Key words：green tribology，science and technology，connotation，prospects从20世纪以来，全球面临着日益加剧的资源、能源短缺和生态环境破坏的危机，国际摩擦学界的一些学者针对机械装备生产与运行中存在严重的能源消耗和环境污染问题，先后提出了节能摩擦学（Tribology for energy conservation，1997年）、生态摩擦学（Ecological tribology或Ecotribology，2000年）和环境友好摩擦学（Environmental friendly tribology，2000年）．特别是进入新世纪以来，随着资源、能源和环境状况的进一步恶化，摩擦学的作用更加突显出来，其研究目标也相应地发生了变化，即从传统的“控制摩擦，减小磨损，改善润滑”发展到“节能、节材、减排、减振、降噪和发展生物/生态润滑以及改善生命质量”．这标志着摩擦学已从原来的经典摩擦学（Classical tribology）发展到一个新阶段，即现代Received8June2011，revised15June2011，accepted25June2011，available online28July2011．*Corresponding author．E－mail：swzhang99@sina．com，Tel：+86－10－82723713．摩擦学（Modern tribology）．正是在这种背景下，本文作者从保持自然界和人类社会可持续发展的高度，于2001年初在国内首次提出了“绿色摩擦学（Green Tribology）”这个术语和概念［1－2］，以突出摩擦学在节能和减少（或消除）对生态环境所造成的负面影响作用，建立新的摩擦学分支学科．2008年又在国际上提出这个术语，并作了进一步阐述［3］，受到国际摩擦学理事会主席Jost的极大关注．2009年在Jost先生的倡议下，以“绿色摩擦学”为主题的中国摩擦学学会代表团访英活动得以成行．这次访问在英国同行以及有关政府官员和一些著名企业家中引起了强烈反响［4］．在同年9月召开的第4届世界摩擦学大会上，Jost发表了题为《绿色摩擦学－一个满足经济与环境需求的领域》的开幕辞［5］．在这篇讲话中，他不仅充分肯定了中国同行在这方面的贡献，而且向国际摩擦学界郑重宣布：2009年6月8日（即中国摩擦学学会代表团访英作主旨报告的日期－作者注）“这一天可以认为是绿色摩擦学作为一个国际性概念的公认的诞生日”［5］．从那以后，在短短的一年多的时间里，英、美、法、日、加拿大和以色列等国的学者陆续发表了不少有关绿色摩擦学的论文和报告［6－10］．2010年10月，英国皇家学会自然科学会刊还出版了200多页的“绿色摩擦学”专集（A辑）［7］，而且美国Spinger出版公司今年将出版一本由美国学者编辑的“绿色摩擦学”专著［9］．然而，虽然本文作者近几年来曾先后在国内有关会议、杂志或讲学中多次对绿色摩擦学作过介绍［11－13］，但并未引起应有的关注；同时，为了避免国外某些学者对绿色摩擦学不准确的认识引起误导，本文将着重对绿色摩擦学的科学与技术内涵作出全面、系统的论述．1绿色摩擦学的科学与技术内涵1．1绿色摩擦学的定义、目标与任务绿色摩擦学是研究涉及生态平衡以及环境与生物影响的各种摩擦学问题的一门科学与技术［4－5，13－14］．它和生物摩擦学、纳米摩擦学一样，也是摩擦学的分支学科，尽管它们都包含在摩擦学的一般概念之内，但却具有各自鲜明的学科特征．与其他摩擦学分支学科相比，绿色摩擦学是一门涉及范围更广的交叉学科，它涉及到能源科学、环境科学、材料科学、生态学、仿生学、生命科学、地球科学和绿色化学（环境无害化学）［13－14］．狭义的绿色摩擦学主要包括节能摩擦学和环境友好摩擦学．而广义的绿色摩擦学还应包括生命摩擦学（人体生物摩擦学）、仿生摩擦学和可再生能源摩擦学以及地质摩擦学的部分内容［13－14］．因此，文献［8－9］将绿色摩擦学只等同于环境友好摩擦学是不正确的，因为它完全排除了“节能”这一项绿色摩擦学中极其主要的内容．绿色摩擦学是以资源、环境与经济全面协调的可持续发展的理念作指导，以节能、节材、保护生态环境和提高生命质量为目标［4－5，13－14］．其主要任务是研究和开发实现此目标的各种绿色摩擦学理论、方法与技术，使摩擦学部件和摩擦学系统在其整个生命周期中成为具有可持续发展性/能力的人工生态系统［13－14］．因此，可以把绿色摩擦学的主要目标和任务概括为“三低一高”（3L+H），即低能耗、低排放（低碳）、低环境成本和高生命质量［13－14］．绿色摩擦学是摩擦学今后的主要发展方向之一．由上可见，绿色摩擦学是一门主要关注资源、能源消耗和环境影响的摩擦学分支学科，也是一门独立的、有明确学科特征的科学与技术，其学科特征就是研究维持自然界和人类社会可持续发展的摩擦学科学与技术及其应用．它主要的研究范围是研究有关节能、减排（低碳）以实现人类社会可持续发展的摩擦学理论、方法与技术．因此，也可以把绿色摩擦学定义为：研究维持自然界和人类社会可持续发展的摩擦学理论、方法与技术及其应用的一门科学与技术．因而也可称之为可持续发展摩擦学（Tribology for sustainability）．显然，文献［8－9］把绿色摩擦学简单地看成是一把可以包罗多种摩擦学问题的“大伞”，并把它看成是其他绿色学科（绿色化学、绿色工程等）的“更宽的范围”的观点是不妥的，因为它否定了绿色摩擦学是一门独立的、有明确学科特征的摩擦学分支学科．1．2技术内涵（研究的范围/领域）绿色摩擦学的技术内涵（研究范围/领域）包括四个方面：①节能、节材以及延长摩擦学部件和摩擦学系统的寿命，而自身也具有可持续发展性的摩擦学理论、方法与技术；②消除或减少摩擦学部件和摩擦学系统在整个生命周期中对生态环境（包括人类健康）产生有害影响而自身也具有可持续发展性的摩擦学理论、方法与技术（包括减排、零排放、无害排放、降噪、减振等方面）；③研究自然生态系统（生物、大气、土壤、水体等之间以及它们与环境814摩擦学学报第31卷之间所组成的系统）和自然灾害（包括地震、海啸、滑坡、泥石流、台风、龙卷风及火山爆发等）中的摩擦学问题，主要是研究摩擦在其中的作用机制和影响；④为可再生能源和清洁能源发电装备提供技术支撑的摩擦学技术．1．2．1节能、节材及延寿技术关于节能、节材以及延长摩擦学部件和摩擦学系统的寿命，而自身也具有可持续发展性的摩擦学理论、方法与技术，目前已开展的研究工作主要包括以下三个方面：第一，改善发动机燃油经济性的节能、减摩技术．在各行业中，交通运输业的摩擦损失最大，据估计，其动力系统的摩擦损失约占35% 60%［15］．因此，改善发动机燃油经济性是节能的一项主要内容，而减摩则是改善发动机燃油经济性的最重要的技术措施．Hayasi 和Fawa ［16］提出了以下七项措施（图1）：采用低黏度油；采用低负荷设计；采用光滑表面；选用添加摩擦改进剂的低摩擦油品；采用低摩擦材料；选用附着性低的油品；采用低阻力设计．Fig．1Tribological approach for friction reduction ［16］图1减摩的摩擦学措施［16］为了改善发动机燃油经济性，可采用新一代的油溶性聚亚烷基二醇（PAGs ）节能润滑剂［17］或钼基摩擦改进剂（MoDTC ）［18］．DLC －Si 涂层在柴油润滑下具有极好的减摩性能，较之使用机油润滑的减摩效果更好［19］．采用摩擦学设计的方法降低汽车轴承的摩擦也可以改善发动机燃油经济性，并可减少CO 2的排放．Matisuyama 等［20］开发了1种用在客车后轴分速器中的超低摩擦力矩的滚锥轴承（TRB ），其摩擦力矩比一般低摩擦力矩的滚锥轴承减少75%，这种轴承具有3个特征：优化的内部几何形状，润滑油流的合理控制和结构紧凑（图2）．Fig．2Features of developed tapered rollerbearing （TRB ）［20］图2新开发的滚锥轴承（TRB ）的特征［20］第二，减阻技术．近年来，陈大融等发展了界面效应减阻理论，并在此基础上开发出微凸体减阻技术，已成功地在我国赛艇上应用，使我国女子单人双桨运动员张秀云在2008年奥运会上取得优异成绩．赛艇船体上实际应用的微凸体表面如图3所示．Fig．3Asperous surface 图3微凸体表面第三，抗磨技术．李健和袁成清研制的超高分子量聚乙烯（UHMWPE ）耐磨衬板已成功应用在落差280m 的泄洪道混凝土结构上，使用效果良好．这是1种综合仿生表面技术，即仿照具有非常高的耐泥沙冲蚀的撒哈拉沙漠中的沙鱼（Sandfish ）的表皮结构的涂层技术和仿昆虫翅片互锁作用的涂层固定技术，从而形成了具有强附着、抗冲蚀性能的表面结构（图4）．经过3个汛期后，表面磨损轻微，如图5所示．这是应用具有可持续发展性的摩擦学技术延长摩擦学系统寿命的1个范例．914第4期张嗣伟：绿色摩擦学的科学与技术内涵及展望1．2．2消除或减少摩擦学效应对生态环境产生有害影响的技术在消除或减少摩擦学部件和摩擦学系统在整个生命周期中对生态环境（包括人类健康）产生有害影响而自身也具有可持续发展性的摩擦学理论、方法与技术（包括减排、零排放、无害排放、降噪、减振等）方面，目前所开展的研究主要是生态（低碳）润滑技术、仿生摩擦学材料与技术和降噪技术三个方面．关于生态（低碳）润滑技术，Numazaki等［21］从天然的“氨基酸”获取的无硫、磷的添加剂KWF－12122比一般的GMO（Glycerol monooleate）摩擦改进剂具有更优的减摩性能；兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室近年来开发出的具有环境友好和减振、降噪特性的抗海水隐蔽舰艇润滑脂是生态润滑技术的1个典型例子；目前，基于各种植物油的生物基金属切削液已进行了广泛地研究和开发，从金属切削液的使用要求看，植物油作为润滑剂的优缺点如表1所示［22］．广州机械科学研究院研制的环境友好无氯极压微乳切削液具有良好的使用性能和应用前景［23］．表1植物油作为润滑剂的优缺点Table1Advantages anddisadvantages of vegetable oils as lubricantsAdvantages DisadvantagesHigh biodegradability Low thermal stability Low pollution of the environment Low oxidativeCompatibility with additives High freezing points Low production cost Poor corrosion protection Wide production possibilitiesLow toxicityHigh flash pointsLow volatilityHigh viscosity indices自然界的生物具有天然的生态环境适应性．模拟生物体表形态、结构和组成等对生物功能特性起支配作用的有关特征，开发环境友好的仿生摩擦学材料与技术是绿色摩擦学的重要组成部分之一．仿生摩擦学材料与技术方面已开展的典型的研究工作包括：美国在研究海豚、鲨鱼和鲸鱼等大型动物体表形态特征的基础上，开发出减阻的仿生贴膜材料，应用在空客320客机的机翼和机身上，大大减少了燃油消耗；吉林大学工程仿生教育部重点实验室基于沙漠蜥蜴和山地穿山甲等动物体表柔性与刚性耦合高效耐磨减阻的原理开发出仿生金刚石钻头（图6），应用于地质勘探与石油钻井中，与常规的牙轮钻头相比，其寿命显著延长，并提高了机械钻速．关于降噪技术的研究，目前在我国主要针对高速列车．高速铁路作为一种快速、运载量大、低碳环保的运输方式被认为是可持续发展的交通运输的发展方向，已成为世界铁路发展的主要趋势之一．我国投入运营的高速铁路已超过7500km，居世界第一位，未来三年还将修建9200km．因而列车运行的噪声也越来越受到关注．近年来，肖新标和金学松研究了高速列车的噪声及其控制措施，主要包括车外和车内噪声的识别与控制（图7）．对运行速度为394km/h的高速列车车外噪声识别的研究结果表明：高速列车噪声主要是受电弓、车头和车身表面的空气湍流连续波动产生的空气动力噪声和高速轮轨噪声（图8）．运行速度为350km/h的高速列车产生的车内噪声主要是气动噪声、结构噪声、轮轨噪声和辅助系统噪声（图9）．024摩擦学学报第31卷Fig．8High－speed train exterior noise 图8高速列车的车外噪声1．2．3自然生态系统和自然灾害中的摩擦学问题研究自然生态系统（生物、大气、土壤、水体等之间以及它们与环境之间所组成的系统）和自然灾害（包括地震、海啸、滑坡、泥石流、台风、龙卷风及火山爆发等）中的摩擦学问题，主要是研究摩擦在其中的作用机制和影响．咸水河断层是位于西藏高原的一个高度活动的走向滑动断层，为了认识其以往地震活动的特征，特别是深入了解其地震潜能，采用与速率和状态相关的摩擦定律，制订出了对咸水河断层地震活动的数值模拟方法［24］．发现在每一段模拟地震的重复间隔的累积分布函数大致遵循布朗时间推移分布或对数正态分布．124第4期张嗣伟：绿色摩擦学的科学与技术内涵及展望近年来，De Lorenzo 等［25］采用与速率、状态和温度相关的摩擦定律，开发了一种研究摩擦热和热对流对前地震滑动的影响的数值方法．Fig．9High －speed train interior noise图9高速列车的车内噪声Han 等［26］研究了热分解导致的碳酸岩断层的超低摩擦．他们认为由于摩擦热产生的方解石的热解，引发了稳态摩擦系数很低（0．06）的明显的断层削弱，热解可能是断层动态削弱的1个重要过程．台湾科学家与美、法科学家合作，通过反演研究了1999年台中大地震的震源机制，发现了一个新现象，即地壳中的地壳应力和摩擦的空间不均匀性［27］．1．2．4为可再生能源和清洁能源发电装备提供技术支撑的摩擦学技术传统的化石能源发电装备大量消耗有限的地球资源，并且对环境产生污染．因此，随着全球能源需求的增长和气候变暖的加剧，世界各国都在积极寻找和发展各种可持续发展的可再生能源和清洁能源发电装备．目前，最有发展前景的是原子能发电装备（核电）、风力发电装备（风电）以及太阳能和海洋能（包括陆风、潮汐和波浪）发电装备．水电在清洁能源结构中也占有十分重要的地位．压水堆核电站二回路系统的汽轮机和核电站主冷却剂泵，以及水平轴变速变桨风力发电机中均存在一些特殊的摩擦学问题，需要摩擦学学者提供技术支持．Wood 等［28］提出了陆风和潮汐涡轮机以及海浪机械等3种不同的海洋能源转换装置的摩擦学设计约束条件，并指出这3种设备的操作、维护成本取决于有效的摩擦学元件和润滑．2展望面对全球资源、能源和环境危机以及气候变化中涉及到的许多亟待解决的摩擦学问题，绿色摩擦学将在以下几方面进一步发展．第一，推广和应用已有的绿色摩擦学知识、方法与技术，并在此基础上逐步实现绿色摩擦学技术的产业化．第二，研究并开发新颖的绿色摩擦学技术．这包括发展低碳润滑（绿色润滑）技术、开发优异的减摩耐磨涂层以及开发新一代的摩擦学仿生材料和生态材料．低碳润滑（绿色润滑）技术就是节能、降耗、减排的润滑技术，包括开发具有先进添加剂的低黏度、长寿命的润滑油以及新一代的生物/生态润滑剂；开发优异的减摩、耐磨涂层方面，Erdemir 等［29－30］已做了许多有价值的工作，包括为改善先进的运输系统的燃油经济性和提高寿命的超硬、低摩擦（摩擦系数小于0．05）纳米复合材料涂层和可供各种运输装置和航空、航天应用的超低摩擦涂层（在惰性环境中，摩擦系数为0．001）；中科院兰州化学物理研究所与中国一汽等单位合作，开展了固体润滑涂层薄膜在汽车运动部件中的应用研究工作，取得了良好的效果．第三，研究并开发支持可再生能源多样化和能源复合或杂化的摩擦学技术．第四，建立绿色摩擦学的理论与方法体系，以充分发挥其在解决对人类关系重大的全球性问题（包括能源、粮食和水资源短缺以及气候变化和生态环境恶化等问题）中的独特作用．这包括建立对摩擦学部件、摩擦学系统和摩擦学技术进行可持续性分析并评价其可持续性程度或绿色程度（包括节能价值和生态价值等）的理论与方法，以及研究绿色摩擦学技术之间的集成与整合和绿色摩擦学各领域之间的耦合与协同效应的理论与方法．3结束语绿色摩擦学的出现标志着摩擦学已从经典摩擦学发展到一个新的阶段，即现代摩擦学．它对发展低碳经济和应对全球能源危机和气候变化以及推动社会可持续发展具有独特的作用．正如Jost 所指出：绿色摩擦学确实是所有摩擦学家及其所在单位值得从事的一项事业，因为它将使摩擦学起到它应有的作用，即不仅有利于科学与技术，而更重要的是有利于全人类［10］．因此，我们要大力推动绿色摩擦学的发展和应用，为促进我国绿色经济的发展，并对整个人类社会的生存与发展做出应有的贡献．224摩擦学学报第31卷4致谢真诚地感谢国际摩擦学理事会主席Jost教授对本文作者在提出和建立绿色摩擦学的过程中所给予的支持和鼓励以及有益的讨论和建议，并提供他最新的论文和尚未正式发表的报告．作者也衷心地感谢吉林大学工程仿生教育部重点实验室任露泉院士、清华大学摩擦学国家重点实验室陈大融教授、武汉材料保护研究所李健研究员和武汉理工大学袁成清教授、西南交通大学牵引动力国家重点实验室肖新标和金学松教授等毫无保留地为本文提供他们的新成果和宝贵的资料．参考文献：［1］Zhang S W．Investigation of the developing directions of tribology in China at present［C］．Luoyang：Symposium onTribology and Related Materials in New Millennium，2001（inChinese）［张嗣伟．当前我国摩擦学发展方向的探讨［C］．洛阳：新世纪材料与摩擦学研讨会，2001］．［2］Zhang S W．Investigation concerning the developing directions of tribology in China［J］．Tribology，2001，21（5）：321－323（inChinese）［张嗣伟．关于我国摩擦学发展方向的探讨［J］．摩擦学学报，2001，21（5）：321－323］．［3］Zhang Siwei．Current industrial activities of tribology in China ［C］．Plenary Lecture to the5th China International Symposiumon Tribology and the1st International Tribology Symposium ofIFToMM，2008，Beijing，China．［4］30Anniversary and“Green Tribology”－Report of a successful Chinese Mission to the United Kingdom（June7－14，2009）［R］．Tribology Network of Institution of Engineering andTechnology（SET），2009．［5］Jost H P．Green tribology－a footprint where economics and environment meet［C］．Address to the4th World TribologyCongress，Kyoto，Japan，2009．［6］Martin J M，Bouchet M I De Barros，Sagawa T．Green tribology：lubricant－compliant superhard DLC coatings［C］．In：Proc the4th World Tribology Congress，Kyoto，Japan，2009，19．［7］Nasonovsky M，Bhushan B（eds）．Green Tribology．Theme Issue of Philosophical Transactions of the Royal Society A［M］．London：Royal Society Publishing，368（1929），2010．［8］Nasonovsky M，Bhushan B．Green tribology：principles，research areas and challenges，in Green Tribilogy．PhilosophicalTransactions of the Royal Society A［M］．London：Royal SocietyPublishing，2010，368（1929）：4677－4694．［9］Nasonovsky M，Bhushan B．Towards the“Green Tribology”：Biomimetic surfaces，biodegradable lubrication，and renewableenergy［C］．In：Proc．STLE/ASME International JointTribology Conference，San Francisco，2010，IJTC2010－41157．［10］Jost H P．Development of green tribology－An overview［C］．Moscow：Seminar－New Direction in Tribotechnology，2010．［11］Zhang S W．Green tribology－a way to propel society sustainable ［C］．Wuhan：Symposium on Tribology in Central China andNational Tribology and Surface Protection Conference for YoungTribologists（in Chinese）［张嗣伟．推动社会可持续发展的绿色摩擦学［C］．武汉：中部地区2008年摩擦学学术论坛和全国青年摩擦学与表面保护学术会议，2008］．［12］Zhang S W．Green tribology－a way to propel society sustainable ［J］．Lubrication Engineering，2008，33（10）：1－3（inChinese）［张嗣伟．推动社会可持续发展的绿色摩擦学［J］．润滑与密封，2008，33（10）：1－3］．［13］Zhang S W．Green Tribology－an important field of saving both energy and materials and improving the ecological environment［C］．Hangzhou：National Symposium on Tribology and itsIndustrial Application for Young Tribologists，2010（inChinese）［张嗣伟．绿色摩擦学－节能、节材与改善生态环境的主要领域［C］．杭州：全国青年摩擦学及工业应用研讨会，2010］．［14］Si－wei Zhang．Green tribology－the way forward to a sustainable society［C］．Keynote Address，In：ProcInternational Tribology Congress－ASIATRIB2010，Perth，WestAustralia，2010，6．［15］Bartz W．Saving of energy and resources by the tribological approach［C］．In：Proc the4th World Tribology Congress，Kyoto，Japan，2009，34．［16］Hayashi K，Fuwa Y．Tribo－technologies for improving fuel efficiency［C］．In：Proc the4th World Tribology Congress，Kyoto，Japan，2009，584．［17］Merryweather S，Zweifel D．New oil soluble polyalkylene glycols for energy saving lubricant applications［C］．In：Proc the4thWorld Tribology Congress，Kyoto，Japan，2009，37．［18］Yamamoto K，Umehara K，Kotaka A．Additives for improving the fuel economy of diesel systems［C］．In：Proc the4th WorldTribology Congress，Kyoto，Japan，2009，28．［19］Koyamaishi N，Murakami M，Komiya K，et al．Study of future oil［C］．In：Proc the4th World Tribology Congress，Kyoto，Japan，2009，577．［20］Matsuyama H，Kawaguchi K，Uemura A，et al．Development of super－low friction torque tapered roller bearing for highefficiency axle differential［C］．In：Proc the4th WorldTribology Congress，Kyoto，Japan，2009，591．［21］Numazaki R，Nakayama S，Inayama T，et al．Contribution for energy saving by novel environmental lubricants containingderivatives from natural resources［C］．In：Proc the4th WorldTribology Congress，Kyoto，Japan，2009，41．［22］Shashidhara Y M，Jayaram．Vegetable oil as a potential cutting fluid－an evolution［J］．Tribology International，2010，43：1073－1081．［23］Xiong H Q，Lin X Y，Dai E Q．Preparation and application of environment－friendly chlorine－free extreme－pressuremicro－emulsion cutting fluid［J］．Lubrication Engineering，324第4期张嗣伟：绿色摩擦学的科学与技术内涵及展望2011，36（1）：102－106（in Chinese）［熊红旗，林心勇，戴恩期．环境友好无氯极压微乳切削液的研制与应用［J］．润滑与密封，2011，36（1）：102－106］．［24］Kato N，Lei X，Wen X．A synthetic seismicity model for the Xianshuihe fault，southwestern China：simulation using a rate－dependent friction law［J］．Geophysical J Int，2007，169（1）：286－300．［25］De Lorenzo S，Loddo M．Effect of frictional heating and thermal and advection on pre－seismic sliding：a numerical simulationusing a rate－，state－and temperature－dependent friction law［J］．J Geodynamics，2010，49（1）：1－13．［26］Ham R，Shimamoto T，Hiroset Ree J H，et al．Ultralow friction of carbonate faults caused by thermal decomposition［J］．Science，2007，316（5826）：878－881．［27］Hsu Ya－ju，Rivera L，Wu Yih－Min，et al．Spatialheterogeneity of tectonic stress and friction in the crust：newevidence from earthquake focal mechanisms in Taiwan［J］．Geophysical J Int，2010，182（1）：329－334．［28］Wood R J K，Bahaj A S，Turnock S R，et al．Tribological design constraints of marine renewable energy systems，in GreenTribilogy．Philosophical Transactions of the Royal Society A［M］．London：Royal Society Publishing，2010，368（1929）：4807－4827．［29］Erdemir A，advances in surface engineering for extreme tribological applications［C］．In：Proc the4th World TribologyCongress，Kyoto，Japan，2009，158．［30］Erdemir A，Eryilmaz O L，Urgen M，et al．Ultra－low friction and wear of designer nanocomposite coatings enabled by the useof a crystal－chemical model［C］．In：Proc the4th WorldTribology Congress，Kyoto，Japan，2009，283．订阅指南本刊为中国科学院兰州化学物理研究所主办、科学出版社出版并向国内外公开发行的覆盖摩擦学各分支学科的综合性学术期刊（双月刊）。
仿生表面织构及其在油气装备中的应用 ppt课件
钻头轴承配对副摩擦性能-Stribeck 参数和深径比
摩擦系数随Stribeck 参数的变化
优选微凹坑磨损量变化曲线
钻头轴承销-盘织构试样优选深径比为0.165和0.483时，润滑、减磨性能较优。
X. He, L. Zhong, et al, Industrial Lubrication and Tribology, 67, 630, 2015
牙轮钻头结构示意图
牙轮钻头工况示意图
钻头破岩过程模拟
6
1.2 牙轮钻头轴承失效形式
塑性变形
磨料磨损
轴承断裂
牙轮钻头轴承失效破坏形式
黏着磨损
2 柱塞泵液力端工程背景
2.1 柱塞泵液力端结构与工况
工 况 恶 劣 和 复 杂
大功率、大排量 高排出压力 冲击动载
交变往复运动
2.1 柱塞泵液力端零部件失效形式
表面织构优异功能：降低摩擦、减小磨损和提高承载能力， 是改善摩擦副摩擦学性能的一种有效手段。
自然界生物的体表微观形貌
11
2.表面织构的润滑减磨机理
✓ 产生附件流体动压 ✓ 储存和补充润滑介质 ✓ 捕捉磨损颗粒 ✓ 提升润滑状态
12
3.表面织构的应用领域
发动机气缸内部微结构
提升了相对滑动摩擦副的润滑、 减磨性能；延长了产品的使用寿 命；
仿生表面织构及其在 油气装备中的应用
2016-11-5
目录
一、油气装备的工程背景 二、仿生织构摩擦学的简介 三、仿生织构减磨研究-钻头轴承与柱塞动密封副 四、仿生表面织构减阻研究-深水钻井隔水管 五、总结和展望
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
【国家自然科学基金】_钻进速度_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802
2井参数 岩石可钻性 岩屑
推荐指数 1 1 1 1
2010年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
科研热词 高温高压 冲击功率 转速 花岗岩 水力结构 喷嘴 单位破岩能耗 刀翼 冲击频率 冲击旋转 冲击凿岩 pdc钻头 cfd
推荐指数 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2014年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
2014年 科研热词 钻锚机钻臂 钻进速度 跃移 煤巷顶板锚固孔 滚动 水平井 欠平衡 机液耦合 携岩 悬浮 应力状态 岩屑运移 多相流 多体动力学 可视化实验 刚柔耦合 推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年 科研热词 推荐指数 钻井液 2 高聚物 1 高压脉冲水射流 1 页岩气 1 钻探 1 钻孔 1 酸化 1 自进式 1 粒子冲击钻井 1 空气钻井 1 破胶 1 石门揭煤 1 白云岩层 1 生物酶 1 煤层钻孔 1 煤层气水平井 1 潜孔钻头 1 泥浆钻井 1 油页岩 1 水力结构 1 气固两相流 1 气体钻井 1 气体渗透率 1 松辽盆地 1 有限元 1 无固相 1 旋转触探 1 旋转密封 1 数值模拟 1 振动 1 影响半径 1 岩石本构关系 1 岩石力学 1 岩土工程 1 尖齿状金刚石复合片钻头 1 喷嘴结构 1 周期运动 1 吸附膜 1 动力学 1 分岔 1 冲击动力学 1 冲击 1 全井段钻柱 1
推荐指数 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43
万米超深层油气钻完井关键技术面临挑战与发展展望
万米超深层油气钻完井关键技术面临挑战与发展展望
孙金声;刘伟;王庆;黄洪春;纪国栋
【期刊名称】《钻采工艺》
【年(卷),期】2024(47)2
【摘要】万米超深层油气科学探索是践行国家“四深”探测计划的重要任务,也是推动实现我国能源战略接替、保障国家能源安全的重要举措。
现有钻井工程技术对于实现钻达万米超深层的地质目标,存在众多瓶颈难题,包括:超大吨位钻具提升、极限深度井身结构拓展、超深特深层高效破岩提速、多因素耦合井壁稳定控制、耐超高温高压井下工具等,亟需在12 000 m自动化钻机、P110钢级膨胀管、减振增能工具、超高温高压井壁稳定与钻井液降摩阻技术、耐高温螺杆、机械式随钻测斜仪等关键核心攻关突破。
因此中国石油深入开展研究,并在2023年启动了两口万米
深地科探井任务,进一步加速相关技术研发进程,取得阶段性成果,正逐步形成“打成、打快、打好”万米超深层油气钻井技术体系,助力我国早日实现油气工程技术制高点、石油科技高水平自立自强。
【总页数】9页(P1-9)
【作者】孙金声;刘伟;王庆;黄洪春;纪国栋
【作者单位】中国石油集团工程技术研究院有限公司;油气钻完井技术国家工程研
究中心
【正文语种】中文
【中图分类】F42
【相关文献】
1.渤海中深层天然气田钻完井关键技术现状及展望
2.万米科学超深井钻完井现状与展望
3.川西地区深层致密砂岩气氮气钻完井试验及发展建议
4.四川盆地超深层钻完井技术进展及其对万米特深井的启示
5.中国深层—超深层钻完井关键技术及发展方向
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
《地热工程学》正式出版
本期广告索引
&( .M4!A工程地质勘察钻机车 封面 !( 中地装$北京%科学技术研究院有限公司 ///
////////////// 封!前插& )( 无锡钻探工具厂有限公司///// 前插!) +('地质装备( //////////// 前插+ ,( 北京探矿工程研究所$勘查机械%/// 中插& '( 张家口中地装备探矿工程机械有限公司 / 中插!)
*( 衡阳中地装备探矿工程机械有限公司 / 中插+, #( 中地装重庆探矿机械有限公司 // 中插'* $( 第!+届非开挖技术研讨会暨展览会 / 中插# &"( 北京探矿工程研究所$勘查仪器% // 后插& &&( 北京奥地探测仪器有限公司 /// 后插!) &!( 中地装$重庆%地质仪器有限公司// 后插+封) &)( 北京海光仪器有限公司 封底
博孜区块油气井设计井深均超'"""J!上部为 巨厚砾石层!厚度超 !""" J!可钻性差!机械钻速 低"针对地层特点!探矿工程所技术人员从胎体配 方#刀翼结构#流道布置及耐高温钻头制造工艺等方 面开展攻关!创新研发出新型大直径孕镶金刚石全 面钻头!并在博孜&"!4+井匹配高速涡轮成功进行 了钻进应用试验"该钻头平均机械钻速达!("&J&K! 综合指标与国外同类产品相当!但费用远低于国外
'地热工程学(已被中国地质大学$武汉%地质工 程#勘查技术与工程等相关专业列为本科生选修课! '地热工程学(3LLA 课程正在制作中!有 望 明 年 上线"
“地壳一号”万米大陆科学钻探钻机-2016.7.7
井下
大）、耐高温电磁随钻测量系统（地大
地 工具 吉林大学+地质大学（北 ●武汉） 下 科学 京）+北京探矿工程研究 耐高温钻井液（探工所）、耐高温固井
钻探 所+长春工程学院
材料（长春工程学院）、仿生钻头自动
工艺
设计软件平台（长春工程学院+吉大）、
方法
深井井壁稳定性（地大●北京）
SinoProbe-09-05
仿生金刚石钻头
三合一钻具
高转速液压顶驱装置 高精度自动送钻装置 机械化自动化拧、摆管装置
高温泥浆体系
铝合金钻杆柱
铝合金钻杆材料
耐高温随钻测量仪
深部大陆科学钻探装备研制系统图
SinoProbe-09-05 深部大陆科学钻探装备研制
名称
技术任务分解
研发核心技术及亮点
科学 吉林大学+四川宏华 钻探
数字化控制、大功率绞车、变流变频无 级调速、五级固控系统，国际先进水平
SinoProbe-09-05
地壳一号——通向地球深部的望远镜
一、为什么要实施入地计划？
SinoProbe-09-05
何谓“科学钻探”？
地球是人类居住的唯一场所，为人类 提供了生命必需的粮食、水，和生活必 须能源和矿产资源；同时也常给人类带 来诸如火山、地震、海啸等灾难。
科学钻探是为地学研究目的而实施 的钻探，它通过最先进的现代深部钻探 技术手段，获取地下岩石、岩屑、流体， 并进行地球物理测井和安放仪器进行长 期观测，来获取地球内部的各种地学信 息，校正地球物理对深部的探测结果。
2001年8月6日，在江苏东海县毛北村的大别 —苏鲁超高压变质带东部，中国第一口大陆科学 钻探井正式开钻，至2005年4月18日现场施工任务 全部完成，施工工程全部历时1395天，终孔深度 5158.2m。
【国家自然科学基金】_热压法_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802
2011年 科研热词 力学性能 非均相沉淀-热还原 普通热压 喷蒸热压 原位反应 si3n4 mo5si3 竹材 热压法 烟秆 溶胶共混-热压 无胶碎料板 无胶板 性能 复合材料 医用聚氨酯 丝素粉体 ti3sic2 推荐指数 3 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2014年 序号 1 2 3 4 5
2014年 科研热词 软磁性能 磁学性能 热压法 复合材料 力学性能 推荐指数 1 1 1 1 1
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
科研热词 推荐指数 钛基复合材料(tmcs) 2 网状组织结构 2 热变形 2 流变应力方程 2 tib晶须 2 透明陶瓷 1 发光性能 1 共沉淀法 1 transparent ceramic 1 ti6al4v合金 1 ti6a14v合金 1 luminescence property 1 co-precipitation 1
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
科研热词 铝基复合材料 真空热压 力学性能 sic颗粒 耦合仿生 正交试验 微晶玻璃 开槽 孕镶金刚石 去除率 切削齿 冰冻固结磨料抛光垫 仿生石油钻头
推荐指数 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8
Байду номын сангаас
科研热词 热压法 激光直写 波导多层光存储器 功能材料 光刻法 介电性能 sic纤维 sicsf/las复合材料
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
《地质岩心钻探规程》正式发布实施
试验 技术 资 料 ，以及 听取 项 目承 办 单 位 和项 目协作 单位负责人汇报后 ，一致认为 ，该项 目确定的指导思 想 、总体方案具有先进性 、创新性 、适用性等特点 ，各 项 技术 经 济指 标达 到设 计 任 务 书 要 求 ，所 研 制 的钻 机 和钻 杆 在地层 条 件 复杂 的安 徽霍 邱周 集铁 矿 深部 找 矿 项 目 中 完 成 了 生 产 试 验 ，终 孔 孑Ｌ深 达 ２７０６．６８ｍ，创造 了我 国小 口径绳 索 取 心钻 探 最 深 记 录 。该 项 目所取 得 的成 果 达 到 国际 先进 、国 内领 先 水平 ，对 推 动我 国深 部钻 探 技术进 步 具有 重要 意义 。
《地 质岩心 钻探 规 程 》包 括 钻 探 工程 设 计 、钻 探 方法 、钻探 设备 、冲洗 液 与护壁堵 漏 、钻孔 轨迹测 量 、
孔 内事故预 防和 处理 、工程质 量 、生产 （安全 ）管理 等 １９章和 ２个 附录 ，具 有很 强 的实 用性 。《规 程 》全 面 规 范 了地质 钻探设 计 、施 工技 术及 管理 工作 ，对提 升 钻 探工 程标 准化 、产业 化水平 ，提 高矿产 资源评 价质 量 和效 率具 有重要 意义 。
《地 质 岩 心 钻 探 规 程 》正 式 发 布 实 施
地质 岩 心钻 探技 术涉 及地 矿 、冶 金 、煤 炭 、有色 、 核工业、化工 、建材等各工业部 门，是资源勘查最 主 要 、最 直 接的 技术 手 段 ，具 有 不 可替 代 的重 要 作 用 。 钻 探 规程 是钻 探施 工 应 遵 循 的准 则 ，是 实 现探 矿 工
据 了解 ，石 煤机 公 司技 术 人 员设 计 了一 种 铜 闸 门 ，并将 其安 装在 水刹 车 的壳 体 与动轮 之 间 ，通过 调 节铜 闸 门对水 刹 车 动轮 的遮 盖 面积 ，改变 其 水 力 半
石油工程仿生学应用现状及展望
1921 石油工程仿生学应用现状1.1 仿生学在钻井方面的应用首先，在钻井液方面的应用，在石油钻井中，井壁的稳定性一直是一个比较难以解决的难题，尤其是水平井。
仿生强固壁钻井液的研发有效的解决了这一难题，该钻井液是中国石油大学通过对海洋生物贻贝足丝蛋白的研究而研发的，主要是利用该生物的超强粘附能力，通过对该种蛋白关键集团的链接，合成一种水溶性的聚合物，在岩石的表面能够固化形成一种保护层，从而起到对井壁的稳定作用[1]。
同时，在钻井液的研发中，相关专家还从细菌结构中受到启发，研发了含有仿生绒囊的钻井液，这种钻井液的研发使得在钻井过程中不需要固相也可以进行对失储层的堵漏。
而且该钻井液已经被广泛的应用到空气钻井、快速钻井等方面。
其次，在钻头方面的应用，石油钻井中，钻头的性能主要体现在其使用寿命以及钻速两个指标上，PDC钻头具有钻速高以及使用寿命长等优点，所以其也是当前最常用的钻井破岩工具之一。
但是常规的PDC钻头在金刚石与合金结合的过程中仍存在很多的不足，磨损速度较快而且粘合度不强，因此针对这些问题，利用仿生学开发出耦合仿生钻头，该钻头消除了传统钻头的弊端，其借鉴了组纤维素以及木质素的分布方式、树木年轮排布、贝壳表面非光滑形态以及蝼蛄的挖掘特点等，综合起来设计了耦合仿生PDC钻头，在钻速上比传统的钻头提高1.5倍，大大缩短了钻井的周期并节约了钻井的成本。
1.2 仿生学在管道防护中的应用仿生血小板管道的修复技术研发，是英国的一家公司根据血小板伤口的凝结原理，研发出的石油管道的自行修复技术。
具体的方式为，将Platelets微粒加入管道的流体中，如果管道出现裂缝，当这种微粒通过流体的压力进入裂缝后，将会对裂缝起到填补的作用。
目前这种技术已经被应用到阿帕奇公司的原油输送管道上，并获得了良好的效果。
2 仿生学在石油工程应用中的展望2.1 仿生材料的研发仿生材料的研发是利用生物学原理制作具有生物活性的材料，在石油工程领域内仿生材料可以分为物理、化学、机械等方面的具有仿生特点的材料，以及具有修复、保护、润滑等方面工程的仿生材料。
八项石油新技术介绍
未来最具影响力的石油新技术据美国能源信息署统计，全球对能源的需求将以每年2％～3％的速度增长，20年后世界能源消耗量将增长50％。
开发和应用革命性、突破性的技术，大幅度提高勘探和开发新油气资源的效率，是解决未来油气供需矛盾的关键所在。
美国《石油工艺》杂志发表的文章认为，过去10年间三维地震、水平钻井和地质导向3项技术的推广，对常规油藏的开发具有重大影响，而在未来20年对石油上游产生巨大影响的将是如下几项技术：1、极大触及储层（ERC）的钻井技术目前研发成功并推广应用的所谓最大储层接触井（MRC，Maximum Reservoir Contact），是一种集井眼轨道设计、钻井液设计、侧钻方式、完井方式和采油工艺于一体的初级智能多分支井，通过钻横向分支井可以在油层中延伸到距主井筒3英里远的地方，若横向分支的设计能优化排油，则能有效提高产能，尤其适合致密和非均质油藏。
目前国际著名大公司如斯伦贝谢、哈里伯顿、贝克休斯、威德福研发自己的专利技术。
但MRC井的缺点是每口井的横向分支数很少，且是靠机械方法控制其出油管线与井口的联系，因此效用有限。
未来的发展是，MRC井将被极大触及储层井（ERC）代替。
ERC井的特点是各分支井的油管是利用无线遥测遥控技术代替MRC中的机械控制，通过一个井下控制模块向井下每个阀门的开关传输无线指令。
因此，理论上ERC井可以拥有的智能分支数量不受限制，而在每一个横向分支井筒的出油管上分段设置的阀门也不限量。
例如，Saudi Aramco近来的Haradh III仅仅依靠这样的井从32口MRC井产出30000桶/日。
2、油田智能化全自控开发技术Intelligent Autonomous Fields传统的智能油田是指将油田所有相关的储层压力、温度及井口计量等信息进行实时数据采集，通常是将很多长期安装在井下的测控装置和中央处理系统相连接，再将指令反馈到各井，实现生产管理。
然而，未来的智能油田不仅是各井的自动监测，而是朝着油田—井完全自控的方向发展。
仿生材料研究综述
收稿日期：２０１５－０２－１７。
基金项目：辽宁省教育厅高等学校优秀人才项目（ＬＪＱ２０１１１１７）；辽宁省教育厅大学生创新创业训练计划（２０１４１０１６６０００００８）。
作者简介：郭帅帅（１９８６－），男，山东潍坊人，沈阳师范大学硕士研究生；通信作者：封文江（１９７４－），男，河北石家庄人，沈阳师范大学副教授，博士，硕士研究生导师。
第３３卷 第２期２ ０ １ ５年 ４月沈阳师范大学学报（自然科学版）Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）Ｖｏｌ．３３Ｎｏ．２Ａｐｒ．２ ０ １ ５文章编号：１６７３－５８６２（２０１５）０２－０１６０－０４仿生材料研究综述郭帅帅，封文江，朱 影，何江海，徐雅辉，亓雨生，杨奥新（沈阳师范大学物理科学与技术学院，沈阳 １１００３４）摘 要：生物与环境长期相互作用下形成了优异的功能与完美的结构，新型材料的发展对于推动社会进步的重要性不言而喻。
仿生科学作为新型结构功能材料的研发新思路得到突破性发展。
从一些天然材料的复合结构和优异功能出发，介绍了仿生材料的特点及其研究领域的一些成果。
天然复合材料优良的力学性能，与材料的微观结构有显著直接关系。
以天然材料作为设计思维的来源制作出高性能仿生材料，主要包括结构仿生材料与功能仿生材料，已经被应用于社会生产的多个领域。
随着科技发展，计算机模拟作为一种高效、经济环保的设计方式，对于仿生材料发展有极大地推进作用。
关 键 词：材料仿生；计算模拟；结构功能中图分类号：ＴＢ３０３ 文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－５８６２．２０１５．０２．００７０ 引 言新型材料的研发一直是活跃的研究领域。
自然界是人类利用材料、设计材料及发明创造的源泉，二十世纪六七十年代，仿生学的概念被正式提出，当时仿生材料的研究处于起步阶段，研发的成果稀少，进展缓慢。
胜利油田页岩油丛式井提速提效钻井技术
文章编号：1000 − 7393(2023)04 − 0404 − 06 DOI: 10.13639/j.odpt.202211028胜利油田页岩油丛式井提速提效钻井技术田启忠1,2 戴荣东2 王继强3 李成龙2 黄豪彩11. 浙江大学海洋学院；2. 中石化胜利油田分公司石油工程技术研究院；3. 中石化胜利油田分公司安全环保质量管理部引用格式：田启忠，戴荣东，王继强，李成龙，黄豪彩. 胜利油田页岩油丛式井提速提效钻井技术［J ］. 石油钻采工艺，2023，45（4）：404-409.摘要：胜利油田济阳坳陷页岩油储层属陆相断陷盆地，发育多套优质烃源岩，具有极大开发前景，但该类油藏钻井地质环境复杂，面临井壁稳定性差和钻头选型难度大等技术难题。
为此，进行了井组整体设计优化、井眼轨道优化及控制技术、钻具结构优化及钻具优选、提速配套技术与精细控压钻井技术研究，形成了页岩油丛式井提速提效钻井技术。
目前试验井组已完钻12口井，其中牛页XX 井钻井周期53 d ，试验井二开平均机械钻速达22.3 m/h ，比前期试验井提高47.3%；三开采用“NOV 钻头+旋转导向+导向马达+水力振荡器”钻具组合，机械钻速达13.04 m/h ；水平段中后期采用“抗高温动力钻具+双水力振荡器”钻具组合，油气层穿透率高。
结合实钻数据分析，提出了页岩油丛式井钻井提速提效建议和下步重点研究方向。
关键词：页岩油；丛式井；钻井；旋转导向；钻头；提速中图分类号：TE242 文献标识码： AAn efficient and fast shale oil cluster well drilling technology for Shengli OilfieldTIAN Qizhong 1,2, DAI Rongdong 2, WANG Jiqiang 3, LI Chenglong 2, HUANG Haocai 11. Ocean College , Zhejiang University , Zhoushan 316021, Zhejiang , China ;2. Petroleum Engineering Technology Research Institute , SINOPEC Shengli Oilfield Company , Dongying 257000, Shandong , China ;3. HSE Management Department of SINOPEC Shengli Oilfield Company , Dongying 257000, Shandong , ChinaCitation: TIAN Qizhong, DAI Rongdong, WANG Jiqiang, LI Chenglong, HUANG Haocai. An efficient and fast shale oil cluster well drilling technology for Shengli Oilfield ［J ］. Oil Drilling & Production Technology, 2023, 45(4): 404-409.Abstract: Shale oil reservoirs in the Jiyang Depression of Shengli Oilfield are developed in continental faulted basin, and correspond to multiple sets of high-quality source rocks, implying a great potential for development. However, these reservoirs are challenged by complex geological conditions for drilling, wellbore instability and difficult bit selection. Through researches on overall optimization of well group design, optimization and control of wellbore trajectory, structural optimization and selection of drilling tools, associated ROP enhancement technology, and precise managed pressure drilling (MPD), an efficient and fast shale oil cluster well drilling technology was developed. So far, 12 of the test wells have been drilled. For Well Niuye-XX, in the 53 d drilling period,the average rate of penetration (ROP) was 22.3 m/h in the second spud-in, 47.3% higher than that in the early stage; the ROP reached 13.04 m/h in the third spud-in by using the assembly of NOV bit + rotary steering + steering motor + hydraulic oscillator; in the middle-late stage of drilling in horizontal section, the assembly of high temperature-resistant downhole motor + double hydraulic基金项目: 中石化科技攻关项目“复杂难钻地层高效钻头钻具研制及规模化应用”(编号：P23119)。
针对须家河组岩性特征选择仿生金刚石钻头参数
表 面 。而且仿 生孕镶 金刚石钻 头 的非 光滑表 面随着
钻 头 的 磨 损 能 够 自然 再 生 ， 钻 头 的 开 始 钻 进 到 报 从
作者 简 介 ： 良（ ９ １ ） 男 ， 东 日照 人 ， ０ ４年 毕 业 于 中 国 徐 １８ 一 ， 山 ２０ 地 质 大 学 （ 汉 ） 查技 术与 工 程 专 业 ， 质 工 程 专 业 在 读 博 士研 究 武 勘 地 生 ， 要 从 事钻 探 工 具及 ＿ 艺方 面 的研 究工 作 。 主 Ｔ － 联 系 电话 ： ０ ３ ） ８ ０ ４ １ （ ４ １ ８ ５ ２ ５
维普资讯
第３ ６卷 第 ５ 期
石
油
钻
探
技
术
Ｖ ｏ１ ３ Ｎ Ｏ ５ ． ６， ．
Ｐ ＥＴＲ（ＩＥＵＭ ＤＲＩ ＮＧ ＴＥＣＨＮＩ ） ＬＩ Ｉ ＱＵＥ Ｓ
Ｓｅ ｐ．， ０ ２ ０８
“ ６ ” 划 专 栏 ８３ 计
针对 须 家 河组岩 性 特征 选 择仿 生金 刚石钻 头 参数
差 等问题 。
１ 仿 生 孕镶 金 刚石钻 头 设计 原 理
大 自然 中 ， 论 是 陆 地 、 洋 ， 是 天 空 中 的 生 无 海 还 物， 为适 应 不 同 生 活 环 境 而 进 化 成 的 表 面 都 是 非 光
滑 表 面 ， 类 非 光 滑 表 面 具 有 减 粘 、 附 和 减 阻 的 特 该 脱
废 一直存在 非光 滑 的表 面 。当然 ， 生 钻头 的设 计 仿
维普资讯
・４ ・ ４
石
油
钻
探
技
术
２０ ０ ８年 ９月
２ ２ 岩石硬 度及 研磨性 ．
“岳父”原来是敬称
Ｔ艺 、管 线 防腐等 方 面开 展技 术攻 关． 加快 了普 光 气 田开发 建设 步 伐
高 科 博 士 研 制 出世 界 上 首 只 拥 有 自 主 知 识 产 权 的 ２ １３ 米 仿 生 石 油 ４ ．毫 钻 头 ．实 现 了 我 同 仿 生 石 油 钻 头 研 制 工 作 的 重 大 突 破 曹 品 鲁 博 士 完 成 的 空 气 泡 沫 循 环 钻 井 技 术 ． 在 川 东 北 地 区 成 功 应 用 ．平 均 机 械 钻 速
油 田来 开 展学 术 活动 ． 善 了油 田 改 的 科 研 氛 围 ． 强 了 对 外 技 术 交 流 加
培 训 专业 技 术 骨 干２ ０ 多人 次 ． ６０ 提 高 了专 业 技 术 人 员 的 业 务 技 术 能
力 以 科 研 项 目 为 载 体 ． 田 为 每 油 名博士配备３ ～ 名科研 助手 ． 名 ５ 组 成 科 研 工 作 团 队 ． 累 计 培 养 了 近
ｌＯ 科 研 骨 干 人 才 ．优 化 了人 才 １名 队 伍结 构 近 年 来 ． 田设 立 了７ 油 个 博 士后 工 作 站 分 站 ． 成 了 以博 士 形 后 为 核 心 的 科 研 骨 干 人 才 培 养 体
系 ． 挥 了 良 好 的 带 动 效 应 勘 探 发 开 发 科 学 研 究 院李 中超 同 志 在 担
提高３ ～ 倍 ． 倍 ４ 钻井 周期 同 比下 降２ Ｏ
天 ～ ０ ． 高 了效 率 ， 低 了 成 本 ， ３天 提 降 该 技 术 应 用 前 景 广 阔 管 涛 博 士 完 成 的《 干 凹陷 火 山岩 地 球 化 学 特 查
合 作 合 作对 象 不 仅 有 石 油 院 校 ， 与 地 方 院 校 、 研 院所 的合 作 也 在 科 不 断 增 加 特 别 是 与浙 江 大 学 、 南
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
氧 助 燃 的 燃 烧 机 理 是 高 分 子 膜 在 压 力 差 的 作 用 下 使 空
武大卓越科技公司与武汉龙安集团合作，创造性地 运用多层弹性体理论、激光 测量技术 、空间定位技术 、 惯性测量技术及 数字化 信号处理技术 ，经过１ 年多潜心
５￣ ￣ 求 ，仿生石油钻 头的问世为 勘探 开发深层 油气 资源提 剂 ，实现 了较高温度下高真空的保持等 。研发的１０Ｃ 的全玻璃 真空集热管 具有耐高温 和热效高等 特点 ，首 供 了有效的破岩技术。
创 了 工 作 在 １０Ｃ 新 型 竖 单 排 、横 双 排 无 盖 板 、横 双 ５￣ 的
速 达０ ７ ｈ ． ｍ／ ，进 尺 １ ． ７ ６１ ｍ，与 同 井 、同 地 层 相 邻 牙 轮
的检 测是评 价路面承载 力的基础 ，对于工程 质量的控
制 和 检 验 至 关 重 要 。一 直 以 来 ，传 统 的公 路 弯 沉 测 量
钻 头相比 ，钻速提 升１ ． ９７ ％，寿命提高３８倍 。仅 此一 ． ８
硬 、研磨性更强 。常用的牙轮 、聚晶金 刚石 复合片 、
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
阳 透 射 比 ，增 强 集 热 器 的 瞬 时 效 率 截 距 ，更 多 地 采 集
表 镶 金 刚 石 和 孕 镶 金 刚 石 等 钻 头 很 难 满 足 钻 探 的 要 太阳能 量 ；改进 了真 空排气工 艺 ，采用 了新 型的吸气
气 中的氧气优先通 过 ，送入燃烧设 备中 ，从而提高工 业 炉窑 内氧气含量 ，大幅提高工业炉 窑燃烧效率 ，使
燃 料 在 富 氧 燃 烧 中 极 大 地 转 化 成 热 能 。 工 业 炉 窑 采 用 富氧 助 燃新 技 术 节 能率 可 达 ５ ％～２％。燃煤 锅 炉 节 煤率 ０ 可达 １％以上 ，并 可 提 高锅 炉 出 力１％以上 。 ０ ０
量越来越大 ，市场呼唤快速 、高效 、准确 的弯 沉测量 新技术装备。２ １年７ 日，采用 自主知识产权生产的 ０ ０ 月７ 激光动态弯 沉测量车在武 汉诞生 ，为我国公路 的竣工 验收 、养护管理和路况评价提供 了有力武器。
弯 沉 是 反 映 路 面 结 构 性 能 的 重 要 指 标 ，路 面 弯 沉
纳米绿 色制版 术成功 首 印
不 需要 感 光成 像 、不 会污 染 环 境 、印 刷流 程 缩 短 …… 由我国 自主研 发的纳米材料 绿色制版技术 ，近 日首 次用于杂志 印刷 。这是纳米材料 绿色制版技 术经
过 约５ 的研 发 后 ，首 度 运 用 于 围 家 正 式 出版 物 印 刷 ， 年
兀 。
近年来 ，随着世界各国对油气资源需求量的不断增
加 ，在 浅 层 油气 资 源越 来越 少的 情 况下 ，勘探 目标 已瞄
准 深 层 资 源 。 勘 探 开 发 深 层 资 源 钻 遇 的 岩 石 将 更 坚 了太 阳选 择 性 吸 收 涂 层 的 太 阳 吸 收 比 和 罩 玻 璃 管 的 太
不 停顿剪切 大型 中厚板移 动剪切 机
研 制成功
２ １年７ ８ ０ ０ 月１ 日，山东 宏康 机 械 制造 有限 公 司的
“Ｔ ４４—５～ ２５ ４ ２ ０ 卷 矫 平 移 动 剪 切 生 产 线 ２ ０开 Ｘ
．
”通 过
专家 鉴定 。 在 钢 铁 加 工 业 中 ， 把 原 材 料 钢 卷 加 工 成 直 的 钢 研 究 与 攻 关 ，成 功 攻 克 了道 路 快 速 弯 沉 检 测 的核 心 技
“ 类似于不停车收 费系统 。”该公 司常务副总经理朱 提 高３多 倍 ，而且 测 量时 不影 响 正 常交 通 。 ０ 洪 臣说 。他表示 ，该设备加工 的钢 板 ，无论是厚度上
还 是 长 度 上 ，在 国 内 同 类 设 备 中 都是 顶 尖 的 ， 同时 ，
它的面世打破 了外 企对国 内市场 的垄断 ，而其价格仅 为后者的四分之一 。
设备 不仅 测速慢 、效 率低 ，还干扰公路 上车辆的正常 通行 ，检 测结果 的科学性 、准确性 也难 保证 ，特别是 检 测设备和工作人 员安全得不到保 障。而国外的 同类 设备２ ０ 年Ｎ ／ ０９ ＪＩ Ｎ 投入应用 ，购置费用和维护费用极其高 ．
只 钻 头在一 口井 上使 用 ，就 可节 约钻 井费 用 约１５ ０万
稳 定后 再 进 行 切 割 。 “ ４ ５ ５４×２ ０ 开 卷 矫 平 移 测点的动态弯沉值。在满足正常交通状态下 ，测试速度 Ｔ４ － ～２ ． ２ ０
动剪 切生 产线 ”可在 钢 板 的移动 过程 中实现 剪 切 ，
达到了１－ ０ｍ／。与传 统的弯沉测量设备相比，效率 ５ ８ｋ ｈ
仿 生石油钻头试 验成功
日前 ，拥有 自主 知识 产 权 的仿 生石 油 钻头 在 中 国石
激光动态 弯沉测 量车在 武汉 问世
随 着 我 国 大 规 模 的 道 路 建 设 ，道 路 维 护 监 测 工 作
化中原油 田元坝１３ ０ 井试验成功。 ２０ 年 ，为加快川东北地区油气勘探开发的进程 ， ０６ 解决钻速慢和钻头寿命短等技术难题 ，中原油 田钻井管
板 ，切割之后 ，再进入 下一个程序 。这 个过程被称为 术 。这一技术利用激光多普勒测速原理 ，由安装在载荷 “ 开卷矫平剪切 ”。传 统意义上 ，当矫 直后的钢板进 车辆上的多个激光多普勒传感器同步测出不同测点的弯 入 剪切程 序时 ，设 备需要调整一下尺寸 ，待钢板完全 沉变形速度 ，再通过弹性力学的数学模型 ，反演出相应
具 工程 处 博 士后 科 研 工作 站 博士 高 科及 其 团队 开 始立 项 研 究 新型 钻 头 。他 们 巧 妙地 将仿 生 非光 滑 理论 和 自再生
理念 应用到破岩钻 头中 ，有针对性地进行 仿生钻头研 制 ，成功研制出仿生石油钻头。 这只钻头直径２ １ ｍ ４ ． ｍ，孕镶金刚石 ，平均机械钻 ３