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科技进步奖公示:

项目名称 推荐单位 （推荐专家） 井下动力钻具关键技术与工程应用 沈阳工业大学 井下动力钻具是石油、天然气、页岩气等地下资源开采过程中在井下为钻头提供动力的机械装置，它将地面压入井底的高压泥浆的压力能转变为钻头钻削岩石的机械能，它也是井下最复杂的机械装置。发达国家对钻具的设计方法和关键制造工艺实施封锁，致使我国一直沿用30多年前的陈旧技术，其工作效率、输出扭矩和使用寿命等主要指标与国际先进水平相差甚远，严重制约了我国石油工业的发展。 项目组在国家自然科学基金、企业创新基金等项目支持下，历经12年产学研合作的理论与实践探索，针对螺杆钻具设计理论、关键结构、制造技术以及成套制造装备进行艰苦攻关，解决了系列关键难题，取得了如下主要创新成果： 1）提出了螺旋定转子共轭啮合廓形的数值表达方法，建立了非摆线等距线廓形数值模型，发明了“三步偏差补偿设计方法”，解决了注胶变形产生的误差廓形定子与理论转子啮合精度差的难题，实现了输出扭矩提高3倍的设计突破。 2）揭示了砂带抛光螺旋曲面的空间包络规律，建立了曲面等法向抛除量空间啮合数学模型，提出了双砂带抛光转子外螺旋曲面制造工艺，解项目简介 决了加工精度差、效率低和污染环境的关键技术难题。 3）提出了超细长螺旋转子廓形的在机检测方案，分析了检测系统的误差影响与校正规律，构建了廓形精度计算模型，实现了螺旋转子廓形的误差反馈补偿精密制造技术突破，使廓形制造误差由0.2mm降低到0.02mm。 4）精细分析了全部关键部件的受力特性与失效形式，发明并设计了油密封传动轴、大载荷万向轴、可调弯结构等部件总成，提高了螺杆钻具中所有部件结构的承载能力和使用寿命，解决了马达与各部件的等寿命设计难题，使钻具使用寿命提高了4倍。 基于上述创新成果，开发了螺杆马达设计软件和主要零件数控制造编程软件系统，自主研制出了6个系列18种规格的螺杆钻具专用成套数控制造装备。专家鉴定为：整体技术达到了国际先进水平，部分技术达到了国际领先水平。 新型螺杆钻具产品已推广到国内中国石油、中国石化、中海油的所有油田及北美、南美、俄罗斯、东亚、中东、非洲等国家和地区，在各地与国外知名公司同台竞标过程中，屡屡中标。完成单位近三年新增销售额16.08亿元人民币，仅6个开据应用证明的用户企业近三年新增销售额就达28.02亿元人民币。 获发明专利28件、实用新型专利66件、软件著作权1件，企业标准3项，出版专著3部、教材3部，发表138篇论文，其中SCI/EI论文46篇。 该成果切实提升了我国螺杆钻具行业设计制造和产品技术水平，逐渐地改变了螺杆钻具高端产品依赖进口局面，促进了螺杆钻具产品及其制造技术进入国际先进行列，建立了服务全球的螺杆钻具研发制造工业体系，推动了全行业的技术进步。 沈阳工业大学：自2004年开始承担全国各地多家企业委托攻关研究复杂螺旋曲面数控加工技术及装备的课题，主要围绕螺旋曲面廓形数值设计、双砂带精密抛光加工理论、螺旋曲面廓形在机激光检测与误差补偿、曲面数控加工机床设计制造和新型螺杆钻具等方面进行了多学科的交叉攻关研究，取得了涉及螺旋曲面廓形偏差设计方法、空间包络理论、曲面数控加工机床、具有特殊功能的集成数控系统和新型大扭矩螺杆钻具等多方面的诸多研究成果。在项目攻关、研发、实施、应用和推广过程中，对研究工作所需的人力、物力、资金和工作时间等条件给予了充分的保障。 沈阳工大科技开发有限公司：自2004年开始与沈阳工业大学进行产学研合作，经过十几年的合作、磨合，现已与沈阳工业大学数控机床开发中心和辽宁省复杂曲面数控技术重点实验室形成了三位一体的产学研联合体，该联合体是国内唯一一家专门从事复杂异形螺旋曲面制造技术、专用机床和螺旋机械产品研发、制造的专业公司，多年来共同研制了6个系列18种规格的螺旋曲面数控加工机床。公司主要承担本成果中螺旋曲面数控加工理论研究成果的试验加工与验证分析，以及螺旋曲面数控加工机床的制造、调试等工作。在项目的整个研究过程中，本公司为研究成果的实施提供了充分的试验条件，保证了本项目的顺利进行。 渤海装备辽河热采机械公司：自2004年与沈阳工业大学进行技术合作，在螺杆马达型线设计、螺杆制造技术和关键零件制造工艺等各方面进行了全方位合作，使产品性能、质量和品种等多方面得到了全面的提高。经过多年的合作与提高，我公司产品的性能特别适用于东北地质条件。公司螺杆钻具产品主要销往辽河、吉林、大庆和内蒙古等北方区块使用，使用情况良好，受到用户好评。 天津立林石油机械有限公司：与沈阳工业大学合作进行螺杆钻具设计和制造技术的研究之后，由一个生产螺杆钻具配件的企业逐步发展成中国最大、世界知名的螺杆钻具专业生产企业，产品以性能好、动力强、寿命长、运行稳定而著称。在与沈阳工业大学的合作与共同攻关研究多年后，目前我公司在螺杆钻具的设计方法、机械结构和制造工艺等多方面都达到了很高水平，产品达到世界先进水平。国内市场占有率达到30%，并远销到美国、加拿大、俄罗斯、智利、印度和中东等国家和地区。公司生产的螺杆钻具使用寿命由10年前的100小时提高到现在的400小时，效率由40%提高到55%，主要指标都达到了国际先进水平，获得了全球用户的好评。 廊坊奥瑞拓石油机械有限公司：自2011年开始与沈阳工业大学进行螺杆动力系统设计、制造关键技术与成套装备工程应用项目的研究工作。在本项目中，我公司承担了井下螺杆钻具中螺杆马达形线设计新方法的验证工作，试验中提出了该方法的修改建议，改进后的这种方法对提高啮合效率具有明显效果，现已在我公司所有产品中应用。公司承担了螺杆马达转子抛光工艺的试验研究工作，研究了螺旋曲面圆周抛光和螺旋抛光两种抛光完成单位 及创新推广贡献 方式的抛光轨迹对抛光质量的影响规律，进行了两种抛光方式的对比试验，优化了抛光工艺参数。公司还对激光测量廓形新方法进行了试验验证。在所有试验研究的基础上对新型抛光机床和铣床的设计方案提出了创造性的建议。 山东陆海石油装备有限公司：自2008年我公司开始与沈阳工业大学进行螺杆动力系统设计、制造关键技术与成套装备工程应用项目的研究工作。在本项目中，我公司主要承担了螺杆马达转子数控抛光工艺的试验研究工作，试验研究成果为开发数控螺杆抛光机床提供了重要的依据。我公司还进行了提高螺杆加工精度的工艺试验工作，应用激光测量反馈控制技术之后，172型螺杆马达转子的制造廓形误差由原来的0.15mm降低到0.02 mm左右，显著提高了产品质量水平。 山东东远石油装备有限公司：自2005年我公司开始与沈阳工业大学进行螺杆动力系统设计、制造关键技术与成套装备工程应用项目的研究工作，共同研究螺杆钻具中螺杆马达定转子的设计与制造工艺，对三步偏差闭环设计方法进行了试验与改进，使我公司设计水平明显提高，结合新型加工工艺，使用反馈控制技术之后螺杆的加工廓形误差由原来的0.2mm降低到0.02mm-0.05mm的国际先进水平。这些技术使我公司螺杆钻具产品性能有了突破性的进步，目前我公司以性能稳定、使用寿命长而著称，使用寿命由原来的100小时提高到400小时。 由本成果研发的螺杆钻具设计与制造技术，在国内螺杆钻具行业建立了全新制造技术体系，其螺杆钻具已推广到国内的所有省份及北美、南美、东亚、中东、非洲等国家和地区的石油钻井领域的200多个企业。其中出具应用证明的6个应用单位及应用情况如下： 1、 中国石油天然气集团长城钻探工程有限公司渤海分公司：我公司国内钻井区块主要在辽河地区，该地区地质条件复杂，对钻具性能要求比较苛刻，天津立林公司的钻具产品性能优越，在该地区使用情况良好。 2、 中国石油天然气集团西部钻探工程有限公司：我公司全部使用国产钻具，它替代了进口，钻具的扭矩和寿命都达到了进口产品的水平。 3、 中国海洋石油总公司：天津立林石油机械有限公司螺杆钻具在输出扭矩能够达到10000Nm，使用寿命能够达到400小时，都达到了世界水平，满足了海上钻井要求，近年来我们用该钻具替代了进口钻具，保证了正常的钻井生产需要。 4、 中国石油天然气集团川庆钻探工程有限公司：公司的螺杆钻具在四川区块作业性能优越，运转稳定，寿命长，使用情况良好。 5、 某出口经销商：将其钻具产品出口到国外，用户反映其产品性能和质量与美国公司产品相当，国外用户逐渐接受了中国产品，为民族工业争得了荣誉。 1、 细长曲面砂带数控抛光技术研究，沈阳市科技进步一等奖，2010.10 主要知识产权目录（不超过10件） 序知识产号 权类别 知识产权具体名称 国家 （地区） 授权号 授权日期 证书编号 权利人 发明人 推广应用情况 曾获科技奖励情况