钻井利器的故事之“全液压岩心钻机”

钻机作为钻探工程中最重要的地面设备,是当之无愧的钻井利器。全液压岩心钻机是岩心钻机的主要发展方向。本文从科普的角度,介绍了岩心钻机在破岩过程中提供压力和旋转运动的主要作用,类比杠杆分析液压传动的工作原理,回顾了立轴式手把钻机、立轴式油压钻机到全液压岩心钻机的发展历程,阐述模块化轻便岩心钻机的特点及适合绿色勘查要求的优越性,并指出全液压岩心钻机的智能化、高效化、绿色化的发展方向。

HRD800F型水平岩心钻机动力头的研制

自然资源部找矿办装备组开展了找矿装备调研和国内外找矿技术装备对比分析研究。结果表明,历经数十年积累,我国勘查技术装备的发展虽然取得了进步,但仍存在一些短板和挑战。总体上,目前我国地勘队伍装备陈旧,绿色先进装备配备少,先进仪器设备以进口为主,国内研发保障能力不足,装备产业化水平不高,野外生活安全保障条件差,亟需加强找矿装备建设,支撑全面推进绿色勘查,满足新一轮找矿突破战略行动的找矿装备新需求。自然资源部中国地质调查局率先加快构建现代化野外条件保障体系,先后制定了《关于加强地质调查野外综合保障基地使用的指导意见》等制度文件,主要任务是推动绿色勘查、缩短与国外先进装备水平的差距。为适应新一轮战略找矿行动和国家重大工程勘察精细化对装备的要求,我们研制了HRD800F型水平岩心钻机。动力头是岩心钻机的关键部件,本文阐述了该型号岩心钻机动力头设计方案和设计过程以及测试过程,并总结了该动力头的性能特点。

12000 m特深井自动化钻机研制与应用

为助力我国超深地层科学探索和万米以上深层油气发现,研制了2套12000 m特深井自动化钻机。该钻机配套15 m超高钻台底座、4600 kW高载重比绞车、3000 hp五缸钻井泵组、9000 kN交流变频顶部驱动装置等,满足万米超高压复杂井钻井作业需要;配套超大容量管柱自动化处理设备及集成控制系统,满足万米钻具自动化存储和排放要求,实现了管柱从堆场到井口的全流程作业自动化;全面应用电动驱动设备,控制更精准,运行更环保,低温环境适应能力强,安全性更高;顶部驱动装置、发电机组、国产变频器全面替代进口,国产化程度高。钻机现场应用效果表明:两套12000 m特深井自动化钻机综合钻井速度达到1.6 m/h,起下钻速度24.8柱/h,通过远程在线检测及专家诊断系统使钻机的平均故障率较在役石油钻机降低50%,可减少钻井作业人员3人/班,人员劳动强度大大降低。为我国万米级地层的油气田开发提供了装备保障。

TGQ-200RC型多工艺自动化钻机的研制与应用

新一轮找矿突破战略行动对钻探技术提出更高要求,利用浅钻技术在浅覆盖区进行快速查证是重要的技术手段。多工艺钻探可以为复杂地层钻探施工提供绿色高效的钻探技术支撑。围绕这一需求研制了TGQ-200RC型多工艺自动化钻机,制定了钻机的总体方案,研制了多工艺动力头、夹持拧卸装置、6自由度移摆管机构、车装集成式液压储杆库、电液控制及参数监测系统等钻机主要部件,规划了自动加减钻杆过程中多机构协同动作控制流程。实钻试验表明,TGQ-200RC型钻机钻进效率高,取样质量好,具有多工艺、机动化、自动化、数字化等特点,单次自动加减钻杆平均用时约90 s,配合无线遥控可实现孔口无人操作,有效降低劳动强度,提高施工安全性。TGQ-200RC型多工艺自动化钻机可以为构建绿色、高效、经济的快速查证钻探技术体系提供坚实支撑,为推动国内浅层钻探装备自动化升级提供有益借鉴。

挖掘机用旋挖钻机伸缩臂的原理及使用

挖掘机用旋挖钻机,工作范围广,可以弥补传统旋挖钻机的局限,应用越来越广泛。然而在一些钻孔施工中,经常因不平衡加压导致钻头钻杆设备损坏,耽搁工程进度。考虑到伸缩臂减震性与灵活性的特点,对此问题提供很大的帮助。基于此,有必要将二者进行结构结合改良。该设备运行前要熟知使用规范,平时作业时应注重正确的使用方法和保养保护措施,以延长使用寿命。预计该设备在现实运用作业过程中,将会发挥极高的作业效率,具有重要的使用价值。

一种深海硫化物取样钻机的研制

深海硫化物是一种含有铜、锌、铅、金、银等多种元素的重要矿产资源,分布于2000~4000 m的深海底,采用海底钻机用于深海硫化物的勘探是最经济、有效的一种方式。受应用水深及大洋主力调查船收放能力等条件限制,国内现有大钻深海底钻机不具备深海硫化物勘探的能力,国内能用于深海硫化物资源勘探的海底钻机也存在钻深浅、坐底难、取心效率低等难题,不能满足深海硫化物资源评价工作的需求。针对上述问题,研制了一台最大工作水深4000 m、最大钻深60 m的海底硫化物取样钻机。介绍了钻机的构成、适配的钻进工艺、技术指标及关键技术。目前该海底硫化物取样钻机已进行了前期的室内及浅海的试验,各项技术指标达到预期,下一步将开展深海实钻测试。

ZDY1200L型履带式全液压坑道钻机的研制

为适应当前煤矿井下小直径浅孔瓦斯抽放钻进的需要,研制了ZDY1200L型履带式全液压坑道钻机。钻机带有履带行走机构,机动性强;液压系统为开式循环双泵系统,采用负载敏感技术,降低系统功耗;具有可快速方便地调整钻孔方位角的转盘;自带电磁起动器及照明灯,使用方便,安全性强,便于钻孔作业和钻机维修。现场试验表明:该钻机操作简单,移动性好,钻进效率高,性能可靠,钻孔定位和稳固快捷方便。

背包钻机在黑土地地表基质调查中的应用研究

为查清齐齐哈尔工作区黑土地地表基质平面及垂向空间分布等本底属性,设计土壤钻孔320个,钻探工作量1600 m,要求采取0~5 m土壤原状样品,样品按分层原则进行取样,以判断地表基质分层结构特征及理化性质等属性。为确保工程质量,采用了GL-10型背包钻机,该钻机为手持液压柱状土壤采样钻机,采用液压动力头驱动冲击圆凿和钻杆进行冲击钻进方式,有效解决了传统钻探的局限性和样品受污染等问题。本文阐述了背包钻机的钻进工艺以及工作原理,论证了其在等方面的突出表现。在调查施工过程中,展示了背包钻机的灵活性、便携性和高效性,以及在获取准确的地表基质样本和数据方面的可靠性。结果表明,背包钻机能够适应复杂多样的地表条件,为地表基质调查提供了一种便捷且有效的技术手段,显著提升了调查工作的精度和效率,对推动地表基质调查技术的发展具有重要的实践意义和应用价值。

立轴钻机在贵州复杂地层施工近水平孔的设备改造应用

贵州省的钻探装备和技术总体较发达地区落后,正在使用或闲置的传统立轴岩心钻机较多,但传统立轴钻机的使用范围十分受限,为了有效利用现有的大量立轴钻机转型来施工近水平孔,可以对原有立轴式钻机进行了结构改造和施工工艺的研究。通过在贵州赤水河施工现场对立轴钻机进行施工平台的修筑、机器设备的固定、提升装置的设计安装、钻机立轴卡盘改造等,使立轴钻机既可以满足近水平孔顶角大的施工要求,同时还保留传统立轴式钻机可360°旋转、扭矩大、提升力强的优点,在近水平孔和普通地质岩心直斜孔中进行自由转换,真正让传统立轴式钻机实现功能上的一机多用,弥补坑道钻机扭矩和提升能力不足、处理孔内问题能力差,非开挖钻机不适宜贵州复杂地层的缺陷。同时将这些传统立轴岩心钻机利用好既可缓解购置新装备资金不足的压力,节约成本,也可运用现有设备装备更多的钻探队伍,具有广阔的推广价值和经济效益。

模块化全液压钻机在页岩地层钻探施工中的应用

在湘西北地区进行滑石矿详查项目中,采用模块化全液压钻机进行钻探施工,穿过多层页岩、泥页岩地层,岩石破碎。本文对钻探施工过程中遇到的钻机能力、冲洗液、钻孔环状间隙等各种技术问题进行了分析,并提出的应对措施,对于同类矿区的施工具有一定的借鉴作用。

MJH300E煤矿用机载锚杆钻机改造及力学研究

以MJH300E煤矿用机载锚杆钻机为研究对象,将机载锚杆钻机与掘进机结合在一起,探讨机载锚杆钻机的改造设计,建立机载锚杆钻机的仿真模型,进行机载锚杆钻机力学分析,探讨其在工程应用效果,减少工序转换时间,能够做到快速精准定位,使钻孔过程变得更为安全、稳定。

ZDY4000S型全液压钻机的设计与应用

文章介绍了ZDY4000S型全液压钻机研制的背景和过程,简述了钻机主要组成部分的设计思路、加工和型式试验,以及典型的应用情况,钻机经多家用户使用后反应非常好,被证明是一种性能可靠、钻进效率高、应用广泛的设备,一定会促进煤矿瓦斯预抽技术水平的提高,为煤矿安全生产提供必要保障。

工程地球物理勘探随钻测量钻机的研制

为提高我国工程地质勘察钻机的技术水平,研制了JDD-100型全液压动力头式工程地球物理勘探多功能钻机。钻机具有静力触探、动力触探、回转钻进、高频振动回转钻进等功能,配有钻进参数检测和自动钻进控制系统,可随钻检测9个钻进参数,并可随钻测量地层密度、地层电阻率等地球物理参数。根据回转动力头的结构和液压马达的工作特性,研制了适用于全液压钻机的输出扭矩检测方法。经实验,钻机对黏土层、卵砾石地层、破碎层的适应性较好,复杂地层的勘察速度提高1.5倍。

基于单片机的钻机参数监测仪的研制

针对目前国内资源勘探钻机的钻进参数在实时显示等方面的不足，设计并实现了一套基于MSP430单片机的集钻机的钻进深度、钻进速度、钻进功率、转速、提升／钻进力、扭矩、空压机风量和空气压力等参数的检测系统。实际实验结果：钻进深度检测精度为1cm，压力检测精度为1％FS，转速检测范围为0～1000r／min，钻进／提升力为0～1000kN。

用空气钻井开发晋城煤层气技术研究

通过对晋城煤储层伤害评价实验和特性分析 ,论述了在晋城煤层气开发试验区实施空气钻井的可行性和相关实施技术 ,结合经济评价 。

全回转套管钻机和全套管施工工艺的研究

简述了全回转套管钻机的国内外研究现状和应用领域。主要介绍了QHZ-2000型全回转套管钻机的设计结构、技术参数、关键技术。分析了全回转套管柱、冲抓斗、清障钻具的结构原理和应用特点。总结了全回转套管灌注桩、全套管清障和全套管拔桩的施工流程、机理和适用范围。研究填补了国内自主研发全回转套管钻机的空白,是一种适合在城市施工的绿色环保、广谱安全的无循环桩基施工新设备和新技术。

轻便型模块化岩芯钻机研制及优化

针对国内外轻型模块化钻机存在的问题,设计了一款钻深更大、便于装拆的轻便型模块化岩芯钻机。并对钻机的整体结构进行了优化,使其模块划分更加合理,且便于快速拆装。针对关键零部件进行了轻量化设计,使各模块质量更轻。该产品可应用于地质勘探、深边探矿等领域。

4000 m交流变频电驱岩心钻机的研制及其 在地热井的工程应用

为满足深部找矿、科学钻探以及新能源勘探等对深孔取心钻探装备的需求,开展了4000m地质岩心成套技术装备研究。4000m地质岩心钻机回转系统采用顶驱系统,实现高转速下取心钻进;在井架底部设计有转盘回转系统,可进行大扭矩低转速钻进以应对不同的工况需求;钻机塔架和升降系统能进行长立根提下钻,可缩短提下钻作业时间;钻机的电传电控系统采用了目前国际先进的全数字交流变频技术及自动化、智能化控制技术、计算机控制技术、现场总线通讯和程序控制技术等,实现回转系统的无级调速和司钻的智能化控制。研制的4000m交流变频电驱岩心钻机在天津东丽湖地热调查井(CGSD-01井)中应用,初步验证了其技术性能,具有操作简便、安全性与可靠性高、使用成本低等优点。本文介绍了4000m交流变频电驱岩心钻机的项目来源、国内外研究现状、总体技术方案、主要结构及特点、主要技术参数、野外生产试验应用等情况。

快移ZJ30DBT钻机的开发与研制

为提高钻机的移运性能,适应石油装备市场竞争,研制开发了ZJ30DBT交流变频电驱动丛式井全拖挂快移钻机。钻机的设计和制造依据"性能先进、工作可靠、运输方便、运行经济"的原则,具有安装和拆卸方便快捷、移运迅速、稳定性好、钻井效率高等优点。钻机同时适应丛式井作业,在丛式井井口移运时,使用电缆移运车拖运管线,电缆管线等连接均采用快速插头,方便快捷。现场试验及应用表明,该钻机移运最快速度60km/h,整套钻机在10km距离内搬迁时,用时少于17h,在丛式井作业中,9m内搬迁用时少于5h。

潜孔钻机凿岩过程自动防卡钻控制

根据潜孔钻机凿岩过程卡钻机理的分析 ,提出了利用回转压力的缓变信号无级控制推进器推进力的预防卡钻控制和利用回转压力突变信号控制推进器回退的综合自动防卡钻控制 ,并对其控制规则进行了理论研究。试验证明 ,该控制系统性能稳定 ,能够实现自动预防各类卡钻控制 ,增强了钻机对复杂岩层钻进的适应能力。