液压岩心钻机的发展趋势

2025-03-21 00:12:40

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回答1：

1.采用伸缩式桅杆

采用伸缩式桅杆可增加立根长度，减少起下钻辅助时间。美国雷姆公司研制的T130×D型伸缩桅杆式全液压钻机，是一款具有大提升力、大转矩的车载钻机。该钻机采用先进的伸缩桅杆技术，使得钻机在具备大行程和大工作高度能力的同时，还使钻机更加小巧，运输更加方便。

动力头由液压桅杆直接升举，当动力头提升时，第二级桅杆以1∶2的行程进行提升，直到动力头到达顶部。动力头行程为15.24m。

2.液压缸升降式液压钻机

液压缸升降式液压钻机的理念与传统钻机不同，它以液压缸作为提升机构，取代传统的卷扬机，减轻了重而大的井架，取消了天车、游动滑车等装置。这种钻机结构简单，系统质量小，承载能力大，功率利用率高，钻探成本低，安全性更好，它移动快且容易实现自动化作业。

瑞典山特维克 ONRAM1000/3型金刚石岩心钻机，不设主卷扬机，只有取心卷扬机，用液压缸提升钻具，NQ 钻杆钻进深度600m。钻机具有质量轻，便于使用和维护等特点，可在地表或地下坑道内使用。

美国2006年推出首台无绞车型动力头钻机，分三个型号，提升能力分别为400.5kN、578.5kN、801.0kN。

2007年德国 HerrenKnecht GmbH 公司研制深部钻进取心钻机InnovaRig，为双液压缸提升系统，行程22m，功率2000kW。

挪威在20世纪90年代末已将该种钻机用于海洋钻井船，钻深能力达10058m。挪威MH 公司研制的 RamRig钻机，已基本形成系列，提升载荷为1500～10000kN，其中提升载荷为3000kN的钻机，顶驱行程为30m，最高提升速度为2m/s。RamRig钻机由2个液压缸的活塞杆上端共同支承游动滑轮组，一端有2个或4个滑轮，钢丝绳死端固定在底座上，钢绳绕过滑轮固定在顶驱装置上，构成液压缸—钢丝绳倍速机构。顶驱的运动速度是活塞运动速度的2倍，顶驱的载荷是两个液压缸载荷的一半。如提升载荷为3000kN 的钻机，其2个液压缸最大推力为6000kN，活塞杆伸出行程为15m，顶驱运动行程为30m。顶驱上下运动就实现了钻孔、起下钻柱、下套管等作业。

意大利Drilmec公司于1994年成功开发了液压缸升降式液压钻机，其 HH300型最大提升能力为2720kN，已批量生产，产品表现出良好的性能，使用该钻机可大幅度的减少井队人员。

3.深孔、超深孔液压钻机

深孔、超深孔岩心钻机是大陆科学钻探研发的课题。按孔深分类：小于2000m 的钻机为浅钻，中深钻为2000～5000m，深钻为5000～8000m，超深钻大于8000m。

大陆科学钻探要求钻探设备对地层适应性强，环境适应性强，满足多种钻进工艺要求，根据地质要求岩样直径不小于100mm，要求岩心具有原样性、连续性和完整性。

目前，我国深孔、超深孔施工均使用石油钻井设备。在石油钻井设备中顶驱装置和卷扬机多采用交流变频电驱动方式。

近年来，加拿大、德国、意大利、美国和挪威等国以液压技术见长的公司，研制出多种类型液压顶驱钻机。如加拿大 Tesco公司生产 HS750/1100顶驱装置提升能力5000/6000kN，额定功率805.5kW，最大钻井转矩61.73kNA·Am。美国 NOV 公司生产的TD350P型顶驱装置提升能力为3500kN，功率385.9kW，最大钻井转矩37.26kN·m。挪威 MH 公司研究开发 Ramrig液压驱动石油钻机，钻深15000m，额定载荷为10000kN。

液压驱动与交流变频电驱动相比，其特点是：

（1）尺寸小，质量轻，运移性非常好，井架、起升系统、底座等用一个拖车运输，与传统钻机相比可减少拆装运输费用。

（2）能在较大范围内实现无级调速和自动恒功率调节，具有运转平稳、无冲击、运动惯量小、易防止过载、操纵性好的优点。

（3）液压驱动钻机，采用液压缸进行加减压钻进，并可自动送钻。

（4）自动化程度高，钻柱的排放、连接和上卸扣全部自动化，降低了劳动强度，减少了操作人员。

（5）模块化程度高，安装拆卸工作量小，速度快。

（6）更符合环保要求，液压钻机安全可靠、噪音低，对环境污染小。

4.向智能化钻机方向发展

当今生产过程多用机械人来完成，智能钻孔系统最终发展目标是 “地下钻掘机器人”，它是由孔内执行机构、测量系统和控制系统三部分组成。孔内执行机构（底部钻具组成）好比机器的手，控制系统好比机器的大脑，而测量系统好比机器人的眼睛和感觉器官。

在钻进过程中，孔内执行机构的动作应根据控制系统的指令来完成，而控制系统所发出的指令则应根据设计钻孔的要求及实钻测量反馈信号来确定。

钻掘机器人必须能够在地下复杂的地质环境及非常恶劣的环境下进行有效的工作，它必须能够精确地探测前方和周围的地质环境及本身的状态，进而作出正确分析和决策，并且能自动适应周围的工作环境。这种机器人是自动化钻进的核心，是高端科技技术集成的产品，代表着未来钻机的发展趋势。

5.选用铝合金或碳纤维材料钻杆

铝合金钻杆是一种轻合金钻杆，由于这类钻杆在钻进中具有明显的优越性，20多年来在国外得到迅速发展。这种钻杆与钢钻杆相比，有以下三个优点：

（1）在强度相同的情况下，质量轻得多。相同规格的钻杆，铝合金钻杆为钢钻杆质量的一半。因而可以减少动力头回转器的转矩及主卷扬机的提升负载，即节约动力。而且由于铝合金钻杆壁厚的增加，使其耐磨性增强，寿命延长。铝合金钻杆的寿命几乎是普通薄壁钢钻杆的两倍多。

（2）铝合金钻杆有较大的回弹力，因而其抗冲击能力增加，从而改善了金刚石钻头在孔底的工作条件，使其寿命延长。

（3）铝合金钻杆抗腐蚀性强，除不易氧化外，还不易受酸性物质的侵蚀。可节省管材费用。

国外资料表明，使用铝合金钻杆，一般可增加钻机钻进能力20％～50％，提高生产率35％～40％（这是由于机械钻速提高了10％～30％），同时钻杆寿命延长一倍多，金刚石钻头寿命延长20％～30％。用铝合金钻杆代替钢质钻杆，每吨铝合金钻杆可取得可观的经济效益。

碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的密度比铝小，不到钢的1/4，碳纤维增强树脂复合材料抗拉强度一般都在3500MPa以上，是钢的7～9倍，比不锈钢还耐腐蚀，比耐热钢还耐高温。碳纤维将成为深井超深井钻杆新兴材料。

6.钻机要适应创新的钻进工艺要求

技术创新的核心内容是科学技术的发明与创造，其直接结果是推动科学技术进步，提高社会生产力的发展水平，进而促进社会经济的增长。通过技术创新可实现技术跨越式发展，可使钻探技术领域取得显著成效。例一：前苏联科拉超深钻，完成了世界唯一一口深度超过万米的钻井———12262m。这口井之所以能钻进成功，起决定性作用的重大创新是：超前孔裸眼钻进方法；铝合金钻杆；带减速器的涡轮马达井底驱动。例二：我国大陆科学钻探工程科钻一井，在坚硬的结晶岩中施工5000m 连续取心钻孔，由于采用螺杆马达—液动锤—金刚石取心钻进方法，使机械钻速提高50％以上，回次长度由3m 提高到8～9m，大大节省了施工时间和成本。研发新型钻机，要充分满足创新的钻进工艺要求，并要有超前意识。

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