石油装备及工具开发仿真与工程应用

1 团队简介：

“石油装备及工具开发仿真与工程应用”团队为湖北省省级优秀中青年创新团队，该团队有力支撑了由湖北省科技厅批准建立的“湖北省油气钻完井工具工程技术研究中心”，团队依托长江大学机械工程学院，通过钻完井装备及智能工具研发来解决油气钻完井过程中各种复杂工艺要求和提速提效要求，促进石油科技与经济的有效结合，提升油气钻完井工具产品技术水平，适应科技发展与智能油气钻完井工具的研发需要。团队目前目前主要面向国家能源安全重大战略，重点攻关深地深层深水及非常规等领域的智能工具设计、装备研发、装备可靠性等关键技术。该团队支撑的“湖北省油气钻完井工具工程技术研究中心”是体现湖北省先进油气钻完井工具科技发展水平、反映钻完井工具研究开发能力和条件建设的重要标志。

2.1 团队负责人及简介：

孙巧雷，男，汉族，中共党员，湖北黄州人，副教授、硕士生导师，现为湖北省油气钻完井工具工程技术研究中心副主任、长江大学农学院院长、机械工程学院教工一支部书记、机电系副主任，入选第五批长江大学长江人才计划—“菁英人才”人选。先后主持湖北省自然科学基金等纵横向课题项，参与国家自然科学基金面上项目、青年项目、国家重大专项子课题10余项；兼任湖北省力学学会理事、《石油钻探技术》与《石油机械》青年编委等，在Applied Thermal Engineering、Engineering Failure Analysis、Journal of Engineering Research、天然气工业等期刊发表论文50余篇；授权发明专利19项、实用新型专利31项、软件著作权6项；指导本科生申请专利18项、撰写论文6篇，指导或协助指导研究生撰写核心及以上论文20余篇、申请专利10余项。 邮箱：sunqiaolei@163.com 个人主页：https://faculty.yangtzeu.edu.cn/sunqiaolei/zh_CN/index.htm

2.2 团队教师成员及简介：

	冯定，博士，二级教授，博士生导师，长江大学教学名师和优秀研究生导师。湖北省有突出贡献中青年专家、湖北省船舶与海洋工程领域专家、湖北省新世纪高层次人才工程第二层次人选、湖北省机电工程学会副会长、中国石油和石油化工设备工业协会石油钻采机械专委会副主任委员、亚洲流体机械学会（AFMC）常务理事、湖北省机械工程学会常务理事。《石油钻探技术》、《石油机械》等四个杂志的编委。主要研究领域包括：油气钻完井工具与装备和海洋工程装备设计、测试与诊断和管柱力学及动态仿真等。 邮箱：fengd0861@163.com 个人主页：https://faculty.yangtzeu.edu.cn/fengding/zh_CN/index.htm
	张红，女，山东青岛人工学博士，副教授、硕士生导师，长江大学“师德先进个人”、“优秀女工”，“工会活动积极分子”，研究生和本科生国家级设计大赛优秀指导老师。中石协检验检测与认证认可专业委员会理事，湖北省机电工程学会理事，湖北省包装联合会设计委员会会员，中国石油学会会员。主要研究领域：智能油气装备及井下工具的设计、开发、仿真与工程应用，工业装备数字化设计，智能产品设计与开发，品牌策划，设计管理，人机工程等。 邮箱：47628496@qq.com 个人主页：https://faculty.yangtzeu.edu.cn/zhanghong/zh_CN/index.htm
	施雷，男，汉族，1989年7月生，湖北仙桃人，工学博士，副教授、硕士生导师。现为长江大学物理与光电工程副院长、机器人工程系副主任。湖北省机电工程学会会员，湖北省机械工程协会会员。主持国家自然科学基金青年基金项目1项（52204002，组合轴承-转子系统非线性耦合振动机理及智能控制方法研究）、省部级项目2项、厅局级项目1项；发表学术论文30余篇；授权国家发明专利15项，软件著作权8项。主要从事钻完井工具智能化、智能机器人以及人工智能技术应用研究工作。 邮箱：shilei0909@163.com 个人主页：https://faculty.yangtzeu.edu.cn/shilei/zh_CN/index.htm
	王鹏，男，汉族，河南辉县人，1983年2月生，博士，讲师，硕士研究生导师。参与国家科技重大专项子课题、国家自然科学基金、开放基金及企业单位项目10余项，主持项目2项，公开发表学术论文30余篇，其中SCI收录2篇、EI收录1篇；获批国家专利13余项，以第一发明人获发明专利授权5项。科研方向：石油机械设计方法、井下工具智能控制、设备状态监测等。 邮箱：94211936@qq.com 个人主页：https://faculty.yangtzeu.edu.cn/wangpeng1/zh_CN/index.htm

3 团队研究方向与特色：

本团队主要围绕国家油气资源安全战略对油气钻完井工具的迫切需求，针对油气钻完井工程领域的关键性、基础性和共性技术难题，通过自主研发、产学研用结合、引进吸收等多种途径，进行系统化、配套化和工程化的研究开发，推动油气钻完井工具行业先进技术的持续创新和产业升级，为国家能源安全提供装备技术保障。主要研究方向包括：新型钻井工具及工艺、先进动力钻具研究与开发、智能化钻井技术研究、钻井工艺及力学分析技术研究，研究团队特色技术包括旋转导向工具设计与分析、全金属封隔器设计、海水深水作业管柱力学与流体流动安全分析、深井超深井降摩减阻工具设计、冲砂洗井工具、油气钻完井装备数字孪生、水下采油树密封设计等技术。

4 近五年代表性成果（代表性奖项、专利、论文著作等）：

（1）代表性奖项

近五年，承担国家和省部级科研项目30余项，获省部级科研成果奖3项，授权发明专利20余项，发表学术论文90余篇，其中SCI/EI收录论文20余篇。
近五年团队获得的科研奖励：

中国石油和化学工业联合会，科技进步奖，一等奖，南海西部低渗油田高效钻完井关键技术及工业化应用

湖北省，科学技术进步奖，二等奖，绿色智能化电动修井成套装备关键技术及其应用

中国仪器仪表学会科技进步奖，二等奖，数控机床热稳健性分析及性能提升关键技术应用

（2）专利

1. 一种水力旋转射流切割式冲砂工具，20250610，中国，ZL 202310274329.6

2. 一种全液压水力式内切割装置，20231110，中国，ZL 2018 1 0010480.8

3. 一种管中管系统力学与流体流动性能测试装置及测试方法，20230801，中国，ZL201910559766.6

4. 一种具有蓄能特性的气动潜孔冲击器，20230228，中国，ZL 202011593751.0

5. 一种可控变径刮管器,20221209,中国，ZL 202110049934.4

6. 一种助步器,20250429,中国，ZL 2020 1 0021299.4

7. 一种石油钻井用耦合冲击器,20230822,中国，ZL 2017 1 0767924.8

8. 一种智能呼吸阀,20230411,中国, ZL20171 0450146.X

9. 一种海上油气开采深水管道的内刮洗装置及清洗方法, 20250718,中国，ZL 2023 1 1288994.7

10. 一种往复式轴向冲击加压装置, 20230929中国，ZL 201810891913.5

（3）论文著作

1. Numerical investigation on the thermal radiation characteristics in  deepwater well testing blowoff with/without spraying[J].Applied Thermal Engineering,2025,280:128200.

2. Analysis of lateral dynamic response characteristics of drilling riser during installation of deep-water Christmas tree[J]. Journal of Engineering Research, 2025, 13(2):1250-1262.

3. Experimental and numerical simulation analyses of elbow erosion in surface process of deepwater gas well testing[J]. Journal of Failure Analysis and Prevention, 2024, 24(1): 202-215.
4. Modeling and research on offshore casing cutting of hydraulic internal cutting device[J]. Journal of Marine Science and Engineering,2024,12(6):1026.  
5. Modeling and experiment of pressure drop on valve section of hydraulic oscillator[J]. Journal of Petroleum Science and Engineering,2022, 208:109294.

6. 基于响应面法的深井压缩式封隔器双胶筒优化研究 [J]. 润滑与密封, 2026, 51 (5): 124-132.

7. 卧式气液分离器入口结构优化与分离效率 [J]. 科学技术与工程, 2026, 26 (6): 2385-2392.

8. 油气装备数字孪生技术体系构建与应用示范 [J]. 石油钻探技术, 2025, 53 (2): 1-10.

9. 斜井段冲砂砂粒沉降规律及影响因素仿真分析 [J]. 石油机械, 2024, 52 (10): 108-116.

10. W形密封结构金属封隔器性能研究 [J]. 润滑与密封, 2024, 49 (9): 24-31.

11. 抗冲击PDC滑动止推轴承设计与分析 [J/OL]. 轴承, 1-10.

12. 数字孪生技术在油气钻完井工程中的应用与思考 [J]. 石油钻探技术, 2024, 52 (5): 26-34.

13. 基于传递矩阵法的指向式旋转导向工具主轴振动特性 [J]. 振动与冲击, 2024, 43 (16): 129-135.

14. 深水采油树Spring-Seal密封圈接触模型构建与实验测试 [J]. 中国安全生产科学技术, 2024, 20 (8): 112-119.

15. 导向工具组合轴承超静定问题数值解法及其验证 [J]. 轴承, 2025, (11): 66-75.

16. 管中管流体流动与管柱变形测量实验平台设计与测试 [J]. 实验技术与管理, 2024, 41 (6): 64-69.

17. 涡轮钻具定转子三维叶型的设计方法研究 [J]. 石油机械, 2024, 52 (6): 45-50.

18. 喷淋作用下的深水测试放喷热辐射规律及关键参数[J].天然气工业,2024,44(2):111- 121.

19. 基于Kriging法的造斜率预测精度提升研究 [J]. 石油机械, 2023, 51 (10): 41-49.
20. 基于弹簧刚度法的螺栓分布研究 [J]. 机床与液压, 2023, 51 (18): 18-25.

21. 等直径膨胀套管螺纹接头安全分析 [J]. 石油机械, 2023, 51 (9): 141-147.

22. 波流载荷作用下的下入安装立管横向动态特性 [J]. 石油机械, 2023, 51 (6): 50-56.

23. 潜孔冲击器非线性动力学建模 [J]. 液压与气动, 2023, 47 (1): 111-121.

24. 水下采油树S密封结构优化与试验研究 [J]. 石油机械, 2023, 51 (1): 70-77.

25. 基于API标准的HXJ180海洋修井机作业强度分析 [J]. 石油机械, 2022, 50 (11): 58-65.

5 近五年承担及完成项目：

近五年，中心承担国家和省部级科研项目30余项，涵盖国家科技重大专项、国家自然科学基金、湖北省自然科学基金、湖北省技术创新专项等多个层次。

国家科技重大专项及三大石油公司重大撰写：齿轮齿条啮合动力学模型研究、深水测试风险评估及安全控制技术研究、水下采油树密封材料与结构优化研究、深水钻井装置安全作业与深水弃井工程应用技术及测试分析等。

国家自然科学基金及省部级项目：组合轴承-转子系统非线性耦合振动机理及智能控制方法研究（52204002）、湖北省自然科学基金项目（2021CFB180）、湖北省技术创新专项（重大项目）（2019AAA010）、湖北省高价值知识产权培育工程（专利类）项目（20210101）、国家采油装备研究中心（ZBKJ 2021-A-03）、湖北省高等学校省级教学研究项目（2021276）等。

团队完成承担及完成中石油、中石化、中海油等企业委托项目“套损井贴堵窄间隙固井顶替效果评价”、“水平井井筒再造管柱力学分析及技术优化研究”、“基于API 4F（第四版）标准的钻修井机井架与底座结构计算”、“油管柱可靠性设计及开发生产过程中环空压力计算方法研究与应用”等项目20余项。