井下工具与智能监测设备技术方向，主要针对油气钻探与开采过程中井筒延伸摩阻大、旋转导向控制难、固控装备故障预警缺失、井下工具智能化程度低、装备磨损监测手段落后、管道清管检测周期长成本高等行业难题，系统开展井下专用工具与智能监测设备的研发。

【核心技术突破】

井下钻进延伸工具系列：包括旋转－滑动离合式控制工具（突破整体钻柱滑动模式，摩阻降低30%以上）、可变径稳定器、防磨减扭工具、岩屑床破坏器、脉冲射流工具、连续油管爬行器、气井抽汲排液抽子阻尼器等，以及调制型旋转导向钻井工具（形成闭环控制理论与工程样机），有效解决井筒延伸摩阻大、导向控制难等问题。

脉冲射流工具

钻井用可变径稳定器

连续管牵引器

石油钻头设计分析软件系统：基于钻头运动学、动力学及破岩机理，支持牙轮、PDC、混合钻头的齿面设计、破岩分析、钻速与磨损预测及受力分析。达到国际先进水平，已在斯伦贝谢、江钻股份等厂家应用。

装备磨损监测与智能运维系统：研发油液磨粒传感器及智能监测仪（探测精度<10μm，黑油下可获取磨粒图像，生产成本降低30%、监测性能提升2倍以上，误报率≤10%，检修效率提升40%以上），开发离线、在线、便携三种仪器。建立基于大数据的油井全生命周期监测预测技术、多源融合感知模型（改善沙尘/雨雪/夜间等恶劣工况感知），以及“机理－信号－诊断”深度融合智能运维系统（诊断精度99.98%，计算效率提升一个数量级）。

过程监测与预警技术：包括振动筛状态监测（监测激振电机、筛箱频率、漏浆跑浆）、高光谱溢油检测（机器学习辨识油水，防止海上漏油）、连续管作业实时预警系统（LSTM预测载荷，提前预警事故）。

管道智能检测与国产化核心硬件：研制输油气清检一体化智能管道机器人（一次发球完成清管与检测，覆盖φ40～1219mm全口径，缺陷识别率95%，定位误差≤2米，整体国际先进、部分国际领先）。研发全国产化核心板卡（复旦微+飞腾，100%国产自主可控，性能提升3-5倍，兼容Xilinx芯片）及高性能射频板卡（Xilinx RFSoC，功耗降低50%、面积缩小75%，支持-40~85℃）。

气田生产优化与管网管控系统：包括气田智能巡检设备调度系统通过优化遗传与蚁群算法，实现成本优化与路径平滑，致密气藏时变递减模型及集输管网适应性优化方案，以及复杂天然气管网容积数字化模型与输差管控系统（机器学习预测结算气量，优化管存计算，已开发“陕西省天然气股份公司计量输差管控系统”软件）。

【成果支撑】

输油气清检一体化智能管道机器人获2024年陕西省科技进步三等奖、陕西高等学校科学技术二等奖及2025年省科技工作者创新创业大赛一等奖；《石油机械》2023年第11期论文获2023年度中国石油科学十佳论文提名奖。

管道机器人发表高水平论文25篇，获中国发明专利20余项。

开发了旋转－滑动离合式控制工具安放位置计算、钻头设计分析、振动筛自动监测、装备磨损检测、油井全生命周期监测预测、气田智能巡检调度、陕西省天然气计量输差管控等软件系统。

装备磨损监测仪已应用于陆军装备部竞标、天地奔牛1000kW矿用齿轮箱、重庆永进齿轮箱等场景，成功监测出异常磨损故障；管道机器人完成200余次进管检测，覆盖复杂管道近2万公里。

高光谱溢油检测技术已在海上平台应用；连续管作业实时预警系统已在中石化系统部署；旋转导向钻井技术形成工程样机；气田智能巡检调度系统已落地；复杂天然气管网输差管控系统于2024年在陕西省天然气股份有限公司上线。

【应用前景】

井下工具：旋转－滑动离合式控制工具、可变径稳定器等系列工具可有效解决井筒延伸摩阻大的难题；调制型旋转导向钻井技术适用于大位移井、分支井等特殊工艺井，可提高钻井效率、缩短周期；石油钻头设计分析软件服务于钻头厂家及科研单位的钻头设计与性能分析。

智能监测设备：油液磨粒传感器已在风电、发动机及大型齿轮传动设备中应用，并具备向坦克、飞机、舰艇等国防装备视情维护拓展的潜力。油井全生命周期监测技术可实现从“被动响应”到“前瞻性优化”的转变，支撑“无人油田”闭环管理。多源融合感知模型助力智能油田建设，提升特种车辆作业稳定性。智能运维系统适用于石油钻探、装备制造、交通运输、能源电力等行业的旋转设备故障诊断。气田智能巡检调度系统及产量预测模型可为油气田巡检与生产计划提供科学支撑。输油气清检一体化智能管道机器人已在多条长输管道（中俄东线、陕京线、漠大线等）成功应用。全国产核心板卡与RFSoC高性能射频板卡可应用于国防军工、5G通信、雷达、医疗成像等领域，提供全栈国产方案。复杂天然气管网输差管控技术为天然气及掺氢天然气计量提供有效方法。