深層超深層石油資源占比為30%，天然氣資源量占比為60%，是陸上剩余資源量最多、發(fā)展?jié)摿ψ畲蟆@井挑戰(zhàn)最多的領(lǐng)域。在深層超深層水平井鉆井過(guò)程中，遇到了水平井軌跡控制難、安全鉆井液密度窗口窄、酸性氣體濃度高、機(jī)械鉆速慢等復(fù)雜問(wèn)題和挑戰(zhàn)。長(zhǎng)期從事于石油管力學(xué)行為及工程應(yīng)用方面的研究，連續(xù)承擔(dān)了自“八五”以來(lái)水平井鉆井、側(cè)鉆水平井鉆井、大位移鉆井、超深水平井鉆井等序列技術(shù)的研究，幾乎參與了國(guó)內(nèi)特殊工藝井鉆井方面重大實(shí)驗(yàn)井的研究與施工作業(yè)。下部鉆具力學(xué)分析、鉆柱摩阻扭矩分析、基于特殊工具（雙中心擴(kuò)眼鉆頭、水力振蕩器）鉆柱動(dòng)力學(xué)研究及特殊入井管具（實(shí)體膨脹管、波紋管、直連扣套管）的力學(xué)行為研究等研究成果在中石油、中石化、中海油所屬油田進(jìn)行了成功應(yīng)用，并創(chuàng)造了定向隨鉆擴(kuò)眼及實(shí)體膨脹管應(yīng)用的最深記錄，參與了國(guó)內(nèi)垂深最深水平井的施工。在巖石力學(xué)、管柱力學(xué)、流體力學(xué)在特殊結(jié)構(gòu)井研究方面取得了一批有影響力的研究成果。
①超深水平井欠平衡鉆井井壁穩(wěn)定機(jī)理研究：以巖石力學(xué)、滲流力學(xué)、熱力學(xué)等理論為基礎(chǔ)，分別建立起考慮滲流效應(yīng)、井筒熱力學(xué)效應(yīng)和地層弱面等因素綜合影響下的水平井欠平衡鉆井井壁失穩(wěn)力學(xué)模型，利用該模型系統(tǒng)分析了井眼軌跡、地應(yīng)力類(lèi)型、鉆井壓差、地層巖石物性參數(shù)、弱面強(qiáng)度和產(chǎn)狀等因素對(duì)坍塌壓力的影響規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上提出了井壁穩(wěn)定控制的工程技術(shù)措施，為不同鉆井條件下的井壁穩(wěn)定控制提供了理論依據(jù)。
②建立高精度的超深水平井波動(dòng)壓力/流動(dòng)壓降預(yù)測(cè)模型：以流體力學(xué)理論為基礎(chǔ)，分別建立穩(wěn)態(tài)條件下的赫巴流體（屈服冪律流體）閉口管/開(kāi)口管中的同心/偏心環(huán)空（或存在巖屑床）波動(dòng)壓力/流動(dòng)壓力數(shù)值模型/仿真模型，通過(guò)波動(dòng)壓力/流動(dòng)壓降影響因素分析建立了擬合模型，以實(shí)現(xiàn)波動(dòng)壓力/流動(dòng)壓降的精確便捷預(yù)測(cè)；與數(shù)值模型相比，擬合模型誤差僅為±5%（不存在巖屑床）或±10%（存在巖屑床），且無(wú)需任何數(shù)值計(jì)算方法便可實(shí)現(xiàn)波動(dòng)壓力/流動(dòng)壓降的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)；研究成果方便了現(xiàn)場(chǎng)鉆井工程師進(jìn)行井底壓力的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確便捷預(yù)測(cè)。采用偏心螺旋流理論，考慮鉆柱旋轉(zhuǎn)、偏心、接頭尺寸等參數(shù)的影響，建立了小井眼螺旋流環(huán)空壓力計(jì)算模型，模擬了小井眼偏心環(huán)空速度、有效黏度和壓力分布，為超深小井眼水平段安全延伸預(yù)測(cè)提供了重要的理論基礎(chǔ)。研究結(jié)果在塔河油田TK-640CH等6口井Φ130mm得的了成功驗(yàn)證，泵壓預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值相對(duì)誤差小于5%。
③形成了超深水平井開(kāi)窗側(cè)鉆與擴(kuò)眼完井成套技術(shù)及配套工具：基于非線(xiàn)性有限元理論，分別建立了增斜井段帶偏心鉆頭的隨鉆擴(kuò)眼鉆柱動(dòng)力學(xué)模型以及實(shí)體膨脹管膨脹動(dòng)力學(xué)分析模型，研究了定向隨鉆鉆柱動(dòng)力學(xué)特征以及膨脹管力學(xué)行為，優(yōu)化了擴(kuò)眼鉆柱結(jié)構(gòu)參數(shù)及鉆井參數(shù)，確定了合理的實(shí)體膨脹管施工作業(yè)程序及膨脹施工參數(shù)；研究成果在塔河油田TH10410CH2、TK6-463CH等6口井的隨鉆定向擴(kuò)眼井段進(jìn)行了成功應(yīng)用。結(jié)合目前超深水平井套管開(kāi)窗側(cè)鉆及隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)需求，研發(fā)了一系列新型的配套工具，包括適用于超深水平井的雙中心擴(kuò)眼鉆頭（已在TH12115CH等3口井進(jìn)行了成功應(yīng)用）、直連扣套管、斜向器開(kāi)窗工具、新型組合式開(kāi)窗銑錐以及雙作用強(qiáng)側(cè)切開(kāi)窗鉆頭。
④研發(fā)了確保高溫高壓復(fù)雜結(jié)構(gòu)井鉆井安全的新型鉆井隨鉆測(cè)量新工具： 圍繞提升高溫高壓復(fù)雜結(jié)構(gòu)井鉆井安全可控能力這一核心問(wèn)題，針對(duì)鉆井地層壓力評(píng)價(jià)、井下溢流監(jiān)測(cè)、井下復(fù)雜事故監(jiān)測(cè)等開(kāi)展了隨鉆測(cè)量新方法的研究；打破傳統(tǒng)微流量鉆井技術(shù)束縛，創(chuàng)造性提出鉆井環(huán)空流量測(cè)量思想，開(kāi)辟了井下微流量鉆井技術(shù)先河，并初步構(gòu)建了井下微流量控制鉆井技術(shù)體系，并在四川地區(qū)成功開(kāi)展2次下井試驗(yàn)；建立了隨鉆地層測(cè)試壓力響應(yīng)數(shù)值模型，自主設(shè)計(jì)并研制出具有室內(nèi)測(cè)試功能和高精度刻度功能的隨鉆地層壓力刻度裝置，自主研制了一套隨鉆地層壓力測(cè)量裝置地面試驗(yàn)原理樣機(jī)；成功研制了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)關(guān)鍵測(cè)量工具—井下工程參數(shù)測(cè)量工具。
