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1、我国钻探工程技术的发展及应用主讲人：许刘万中国地质科学院勘探技术研究所2010年 7 月 5 日I 目录一、钻探工程涉及的领域. 1（一）我国的能源现状. 1（二）勘探技术工作的主要内涵. 1（三）目前市场相关钻探技术的行业 . 1（四）钻探生产的主要设备与工具. 2二、水文水井钻探设备. 3（一）水文水井钻探设备发展和应用现状 . 3（二）国内外水井钻机对比 . 3（三）全液压动力头钻机与转盘钻机性能比较 . 4（四）中国水文水井钻机行业基本情况. 4（五）中国水文水井钻机应用效果及现状 . 5三、多工艺空气钻进技术. 8（一）概述. 8（二）气动潜孔锤钻进技术 . 9(三)气举反循环钻进技
2、术 . 22 四、结语 . 281 一、钻探工程涉及的领域（一） 我国的能源现状1、石油： 20%；2、煤炭： 70%；3、水电： 5%-6%；4、天然气、煤层气 3%左右；5、其它：核、风、太阳、地热、生物等。（二）勘探技术工作的主要内涵1、勘探设计：目的与任务、勘探方法与施工方案、工作量及布置、技术指标、工期等。2、施工过程控制：程序、质量、安全、技术措施、施工进度。3、技术成果：以文字、图表、实物样品等客观真实反映矿产品的状态等。（三）目前市场相关钻探技术的行业1、与地质矿产有关的 (地质是目的、钻探是手段之一)。（1）地质勘探：石油、煤炭、冶金、黄金、核工业、钾盐、水文等。（2）矿井生
3、产技术服务：注浆、通风、排水、堵水、瓦斯排放、救援等。（3）直接生产井：石油、天然气、煤层气、水井、地热井、盐井等。2、与工程建设有关的（钻探施工过程尤为重要）。（1）工程勘查：市政、水电、铁路、环评、地质灾害。（2）工程施工：桩基础及地基托换、非开挖、地源热泵、锚杆、地质灾害治理等。3、其它：科学钻探、考古、军事等。2 （四）钻探生产的主要设备与工具1、设备：钻机；泵（泥浆、泡沫、空压机）；动力（内燃机电机发电机） ；钻塔等。2、主要工具：钻杆、钻铤、钻头、取芯工具3 二、水文水井钻探设备（一）水文水井钻探设备发展和应用现状近年来水文水井钻机的结构和品种，随着钻进方法的发展也在不断地变化。钻
4、机本身不但随着方法而变化同时它的机械化程度也在不断的提高。（二）国内外水井钻机对比1、我国整个机械制造工业的能力和技术水平与世界先进水平相比还有一定的距离，因此水井钻机的发展水平也是落后于世界先进水平的。下面分几个方面进行比较并找出差距。2、从钻进工艺来看，国外为了适应不同的地层并提高钻进效率，发展了多种钻进工艺， 向多种钻机发展。 我国目前水井钻机的工艺相对来说还少些，比较普遍采用的是泥浆正循环转盘式钻机，古老的钢绳冲击钻机还在使用。 就空气钻进来说，钻凿基岩十分有效的潜孔锤工艺现在还只是部分单位在应用。国外发展的多功能水井钻机在我国还处在起步阶段。3、由于液压传动具有无机调速，易于操纵，简
5、化结构等优点，新的全液压钻机已成为国外水井钻机的主打产品，并得到了广泛地应用。 而我国只是将液压技术运用在水井钻机的辅助装置上。4、比较先进的国家水井钻机由于广泛采用液压传动，特别是主传动采用液压驱动，使得钻机的结构发生了很大变化，如全液压动力头式水井钻机，因用油缸、链条加减压钻进，取消了主动钻杆、绞车、天车、游动滑车等一系列笨重复杂的机构，使钻机结构简化。相对来说我国水井钻机仍普遍使用复杂笨重的结构。5、从操纵的方便程度来看，我国水井钻机与国外相比还有一定距离，特别是国外先进的水井钻机配有特别齐全的仪表。能够掌握整个钻机各个部件的工作情况以及井下状况， 我国还做不到。 在零部件和材料工艺性方
6、面，自动化程度以及产品 “ 三化” （系统化、标准化、通用化）方面，我们还有许多工作要做。现在各生产厂家在搞钻机产品时基本还是面面俱到从新设计加工，这样的话周期长。4 6、 从整体性能来看， 我国水井钻机的钻井口径一般较大， 多在 500mm 以上，而国外则小于500mm。由于国外水井钻机采用的工艺方法多，再加上自动化程度高，所以钻进速度比较高。（三）全液压动力头钻机与转盘钻机性能比较（1）全液压动力头是回转器又是水龙头也是提引器，而转盘钻机必须有水龙头、方钻杆、提引器。（2）给进结构在升降钻具时起到绞车功能，在钻进时起到加压与减压功能，转盘钻进不可以。（3）能实现各种钻进方法：如各种回转钻进
7、法，螺旋钻进法，跟管钻进法。转盘钻机有些方法不可以。（4）加接单根钻杆时间不到1min，而转盘起码 35min，明显浪费时间。（5）钻具升降及拧卸可实现机械化，塔上无人操作，下套管困难时动力头可帮助压入，但转盘钻机不能。（6）操作台可集中控制，钻进参数便于用仪表显示，提高钻进质量减少孔内事故，转盘钻机不好实现。（7）机台每班工作人员2 人就可完成，转盘钻机一般45人。（8）平均钻进速度快，综合钻进效率高，整个钻进成本低。施工完后搬迁迅速，工作环境好，工人劳动强度低，而转盘钻机则相反。（四）中国水文水井钻机行业基本情况（1）中国水文水井钻机自行设计与制造，始于20 世纪 60 年代，基本结构为钢
8、丝绳冲击钻机和转盘式钻机。70 年代至 80 年代研制完成了半液压式和全液压动力头式车装水井钻机，拖挂式水井钻机，钻机种类有所增加。90 年代至今研制的车装式水井钻机和深水井钻机型号有了明显的增加，使得我国中浅孔150500m、中深孔 5001000m、深孔 10003500m 水文水井钻机均已齐备。实现了由进口、仿制到自主研制的转变，由冲击钻机为主到回转钻机为主的转变，5 由散装的中浅孔钻机为主到车装钻机和散装钻机中深孔为主的转变。（2）中国现有各种钻机制造工厂初步估计400 多家，其中水井钻机厂家约200 多家，钻深能力达到600m 以上的大概 15 家，钻深能力达到1000m 以上的为
9、4 家。目前生产的水井钻机型号大约60 多种，钻深能力 600m 以上的钻机型号大约 20 多种。（3）中国现有水井钻机行业产品普遍为低水平机械结构，钻机的整体发展水平普遍低于其他机械制造行业。企业数量众多，百花齐放，相互低水平竞争。重复生产型号及同档次产品众多，大型特种产品少， 中小型产品普遍多。 对于国家制订的水井钻机标准， 厂家不能很好地贯彻执行， 导致生产的钻机性能低， 钻深能力弱，钻进工艺保守，不易有效开发深层地下水资源，使广阔无垠、浩瀚无际的深层地下水资源， 不能有效地开采， 严重影响了人口不断增加和经济发展对用水量的需要。（五）中国水文水井钻机应用效果及现状（1）水井钻机作为开采
10、地下水资源的必要设备，国内外在此领域随着钻进技术的迅速发展， 水井钻机也在不断的创新。 在我国转盘式水井钻机已成为各类钻机发展变化较快的一类机型， 而全液压动力头式车装水井钻机还只是我国发展的方向。（2）我国水井钻机经过40多年的发展， 特别是改革开放以来， 在广泛吸收国外产品技术的基础上， 结合我国的实际情况研究开发的不同结构和装载方式多样、适应多种钻进工艺的水井钻机， 已基本满足了国内水文水井及地热井施工的需要，并有少量出口。（3）目前我国大量使用的转盘式水井钻机有SPJ-300 型、红星400 型、SPC-300ST型、SPS-400型、SPS-500型、SPC-600ST型、SPT-6
11、00型、SPS-600型、红星 S600型。深水井用得最多的是TSJ-1000B、TSJ-2000A、TSJ-2000E、SPS-2000 、TS-2000、GZ-2000、GZ-2600、RPS-2500 、RPS-3000 型钻机。出国施工配套的多为 SPC-300ST型和 SPC-600ST型，也有少数散装转盘钻机用于出国施工配套。（4）水文水井钻机系列的研制成功并推向市场，为我国地下水资源开发提6 供了技术先进的设备， 为工农业的发展和地质钻探事业作出了贡献，取得了巨大的社会经济效益。表 1 国内部分散装转盘式水文水井钻机技术参数表（部分）钻机型号钻杆直径/mm 钻井深度 /m 转盘主
12、 卷 扬 机单 绳 提 升力/kN 钻塔生产厂家通孔/mm 转速 /(r min-1) 形式负荷/kN 正正SPJ-300 89 300 500 40 70 128 40 70 128 30 型上海金泰股份有限公司红星 400 89 114 600 400 650 22 59 86 126 22 30 型郑州勘察机械有限公司SPS-600 89 600 605 42 75 134 42 75 134 35 型300 张家口探矿机械厂S600 （拖挂式）89 114 900 600 605 22 59 86 126 22 30 型300 郑州勘察机械有限公司SPT-600 （拖挂式）89 600 610 23 25 61 103 160 23 25 61
