深部钻探技术是探索地球演化、寻找深部油气及矿产资源的重要途径，具有重大战略意义。然而，深部钻探面临高温、高压、高地应力与高研磨性地层等极端环境的挑战。在新型耐温耐压钻具的研发过程中，现场测试成本高、周期长、风险大，且原位关键数据难以实时获取，性能评价体系仍不完善。高温高压钻具性能测试装置为解决上述问题提供了有效途径，可以显著降低测试成本，加速新型钻具研发迭代。

针对上述问题，结合现有研究，我校工程技术学院硕士生尹宇森在导师孙友宏院士、徐良教授和徐绍涛老师的共同指导下，基于对国内外典型高温高压钻具性能测试装置及其优化设计的调研，从加热系统、加压系统、井筒及其结构、数据采集与控制系统、密封与驱动等五个方面阐明了现有装置的结构组成及作用机理，对比了其性能参数差异，厘清了不同装置的技术特点。此外，从长期可靠性与服役稳定性、成本与效益、评价体系与技术瓶颈等多角度，总结出现有钻具测试装置的不足，主要包括：热-流-力-化多场耦合程度低、长期循环重载下材料退化与密封失效、实时多维数据采集困难、配套设备性能存在短板。最后，基于上述不足，提出了高温高压钻具性能测试装置的未来发展方向。

主要研究亮点如下：

1. 建立了温度-压力双参数耦合的钻具性能测试装置分级评估框架，为装置测试能力的对比提供了量化标准；

2. 揭示了钻具测试装置短期性能达标与长期服役可靠性间的核心矛盾，聚焦循环载荷下的材料退化与密封失效；

3. 明确指出热-流-力-化多场耦合是未来钻具测试设备的研发重点，并提出了具体的技术发展路径。

该研究从子系统功能的角度综述了高温高压钻具测试装置的工作原理、性能指标与关键技术瓶颈。相关评价体系与创新方法可为深层和超深层钻具测试装置的研发、多场耦合模拟及工程应用提供参考。

图1  高温高压地层分类

图2 钻具测试装置的组成及功能

图3 量化评价标准

图4 现有钻具性能测试装置对比

本研究由地球深部探测与矿产资源勘查国家科技重大专项课题“高温高压钻探机具动态测试平台研制”（编号：2024ZD1000906）资助，研究成果发表于国际石油工程领域权威期刊《SPE Journal》上：Yusen Yin, Youhong Sun, Liang Xu*, Shaotao Xu*. Development Status and Prospect of Performance Testing Equipment for Drilling Tools in High-Temperature and High-Pressure Environments. SPE Journal, 2026: 1–18.

全文链接：https://doi.org/10.2118/233781-PA