国内外地质钻机性能介绍与比较
国内外地质钻机性能介绍与比较
(2009年)
1.国内钻机概况
国内地质勘探钻机、水文水井钻机和小型石油钻机，如：TK.3型立轴钻机、TSJ.1000型水源钻机、TSJ.2000钻机、GZ-2000钻机、ZJ20/1350石油钻机等。小型石油钻机实例：
本钻井工程为煤层气产能井钻井工程，工程甲方为晋煤集团蓝焰公司以及中石油华北油田沁
水盆地煤层气勘探开发公司。井身结构：全井分一开、二开，一开深度20m-50m（达到基岩10m 以下），孔径311.15mm；二开至完井，孔深400m-1200m，孔径215.9mm。目的与任务，获取
目的煤层的埋深、厚度、煤岩及煤质特征，为后期产气提供基本参数依据。
2）坑道钻机
我国煤矿坑道钻探作业的主导机型为全液压动力头式坑道钻机。具有钻进效率高、工艺适应性强、操作安全、解体性好、易搬迁等特点。目前，国内全液压动力头式钻机的生产厂家较多，
钻进能力从几十米到上千米，已形成多个系列。
ZDY6000LD(A)型履带式全液压坑道钻机
ZYL-6000全液压坑道钻机。
钻进示意图
配套钻杆
◆目前煤矿井下所用的钻杆种类主要有外平钻杆、螺旋钻杆两种。
外平钻杆是最常用的一种类型，适用于井下常规钻进作业和稳定组合钻具定向钻进。现有的规格主要有φ42，φ50，φ63·5，φ73，φ89 mm等，具体钻杆参数及配套钻头见下表。
螺旋钻杆主要用于满足松软煤层钻进和本煤层大直径救援孔的排粉需要。
螺旋钻杆接头形式多采用插接方式。可方便处理钻进过程中因塌孔、喷孔、掉块等形成的卡钻、埋钻等孔内事故。目前常用的规格主要有:φ78，φ88，φ100，φ110，φ130 mm等。
叶片式螺旋钻杆、浅槽螺旋钻杆两种。
晋城赵庄矿50 mm×1 000 mm的浅槽螺旋钻杆
叶片、插接式螺旋钻杆
配套钻头
煤矿井下瓦斯抽放钻孔施工钻头一般以硬质合金和金刚石复合片(PDC)钻头为主。硬质合金钻头一般只适用于本煤层、泥岩等低硬度地层的浅孔施工，目前
大多数煤矿为提高钻进效率、节省起下钻时间，一般都采用PDC钻头。
多级组合钻具：主要用于严重突出煤层。主要原理是采用小口径钻头开孔、逐级扩孔钻进的方法,分层次、阶段性逐级释放瓦斯,既保证了钻头钻进的稳定性,
又减少了一次成孔瓦斯突出或喷孔事故的发生。组合防突钻头一般由三级组成,第一级钻头直径最小,然后通过组合接手将2个逐级增大的扩孔钻头组合在一起。常用的
级配形式主要有φ59 mm/φ75 mm /φ94 mm和φ75 mm/φ94 mm /φ113 mm两种组合形式。
2.国内转盘钻机
①TK-3型钻机
TK.3型钻机是石家庄煤矿机械有限责任公司生产的机械传动、液压给进的立轴式钻机，该钻机除了地质勘探外，也可用于金属、非金属矿床的岩心钻探以及水文地质勘查和工程施工钻进。煤层气勘探开发兴起后，TK.3型钻机也用于煤层气井钻进。它既适应于硬质合金钻进，又可用于会刚石钻进。该钻机效果图如图21所示。
表2.1TK-3型钻机主要技术参数表
②TSJ—1000型水源钻机
TSJ一1000型水源钻机是石家庄煤矿机械有限责任公司生产的一种转盘式钻机。具有结构紧凑、传动平稳、操作方便、安全密封性能好，可机械拧卸钻具等特点。适用于打水源、水文、矿井开发建设以及其他工程的大口径钻孔。
该钻机实际效果图
②TSJ一2000刮钻机
主要用于水源、中浅层石油、天然气，煤层气、地热等钻探。它具有机械传动、转盘回转、重心低、传动平稳、坚固耐用、操作安全、密封性能好、钻机布局合理、便于维修保养
等特点。实际效果图如图所示。
③GZ-2000型钻机
该钻机适用中浅层油井和深层冷热水的开发.也适用于天然气、盐井钻进、煤层气开采等工程。钻机具用机械传动，转盘回转，重心低、传动平稳，密封性能好.钻帆布局介理、
便于维修保养等特点。效果图如图所示
①MD-750型履带式煤层气多功能钻机
MD-750型履带式煤层气多功能钻机是我公司在40余年来在钻孔机械研发、生产制造、实践的基础上，根据国内煤层气勘测开采的特点并结合国外煤层气开采的先进经验、理念，在设计中广泛征求施工单位的意见，而最新研制开发的具有自主知识产权的国内首台新型煤层气多功能钻机，较国外钻机相比结构简捷、性能优越、性价比好，是一款更适合中国国情的煤层气钻机。该钻机主要应用在煤层气开采、浅层石油的钻探、石油井的修井、地热水井施工、并可满足国内超深孔岩心孔的勘测钻进，也可用与工程抢险、矿山通风孔、排水管道的施工。
主要技术特点：
1.主机采用全液压驱动、履带式底盘、越野性强，可适应多种复杂道路的进出场施工，爬坡能力强，运营成本低。
2.主机动力采用两台柴油双动力配置，既可同时工作又可单独运行，大大提高了施工的安全性。
3.钻机机架采用三角平动机构，增加了桅杆的稳定性。
4.钻臂采用桅杆顶升链条倍速机构，结构简洁缩短了运输长度，增大了工作行程。
5.动力头采用可翘式结构，最大翘升角度80°；同时动力头采用浮动主轴结构，还可平移850mm，方便钻杆的退卸。
6.钻机回转采用低速大扭矩马达驱动，启动效率高，最大扭矩可达
34000N.m，最高转速170r/min。
7.独特的油管排列随动系统，排列整齐无干涉。
8.井口采用远距离液压操作，并配钻杆卸扣装置。
9.主机配有随机吊车，方便现场施工，减轻了施工人员的劳动强度。
10.独立的操作工作室，可远距离操作，施工环境优越。
钻机主要技术参数
②HMC-800型车载式钻机
HMC-800型车载式煤层气多功能钻机是连云港黄海机械股份有限公司40余年来在钻孔机械研发、生产制造、实践的基础上，根据国内煤层气勘测开采的特点并结合国外煤层气开采的先进经验、理念研制的全液压车载煤层气钻机。该钻机主要应用于煤层气开采、浅层石油、天然气的钻探、石油井的修井、地热水井施工、并满足国内超深孔的勘测钻进需要，也可用于工程抢险、矿山通风孔、排水管道的施工。
主要技术特点
1.主机采用全液压驱动、汽车专用底盘、通过能力强、移动迅速方便、运输成本低。
2.钻臂采用桅杆顶升钢丝绳倍速机构，结构简洁，缩短了运输长度，增大了工作行程，动力头行程达15米，方便各种工艺施工。
3.动力头采用可翘式结构，最大翘升角度85°，方便钻杆的退卸。
4.钻机回转采用低速大扭矩马达驱动，运行效率高，最大扭矩可达20KN·m，最高转速170r/min，并且可以根据用户工艺需求配置不同参数的动力头。
车载钻机参数
ZJ20型煤层气钻机车（三节井架）是根据国内煤层气开发的需要而开发的新产品，也适用于山区油气田的钻井作业。与国内外相同井架高度、相同钻井深度的同类钻机相比，除具有一般钻机车的优点外，该机型通过采用自主开发的三节井架专利技术，将整车长缩短了30%，使车辆转弯半径更小，具有良好的道
路通过性能。底盘驱动形式为10×8，采用重负荷车桥和越野轮胎，越野能力强，适合丘陵、山区的路况行驶。
◆煤层气、山地油田钻修作业专用机型；
◆采用三节伸缩井架，车身缩短30%；
◆10×8加强型底盘，越野能力强；
◆配备应急动力源。
④OC5510TZJ15/800Y钻机
OC5510TZJ15/800Y钻机车是一种将液压顶驱动力头钻机，安装与10х6
汽车底盘上的车载钻机。可满足压缩空气钻井，泡沫钻井和泥浆钻井的钻探工程的施工。具有机动性好、作业效率高、钻孔质量好、低污染等特点。适用于煤矿区地面瓦斯抽采井施工、浅层石油及水文水井的施工，也可用于矿山抢险钻探施工。该钻机配备美国寿力可移动式双工况空气压缩机系统。
钻机车主要技术参数
⑤MZJ10/400煤层气钻机
南阳二机集团充分依托国家级企业技术中心的研发优势，继成功研制出MZJ15/900煤层气钻机投放市场后，新近又研制生产出MZJ10/400煤层气钻机，为我国煤层气钻机生产再添新品。该钻机具有良好的移运性，采用全液压传动和控制系统，动力充足、运行可靠、控制准确；直立无绷绳井架、无需地锚，稳定可靠，该机型钻机只需2个人便可进行钻井作业，减轻了劳动强度，提高了作业效率；配备有大排量高压空压机和泡沫泵，可以实现空气钻井、泥浆钻井、泡沫钻井。
4.国外车载钻机
国外煤层气钻井普遍采用空气钻井工艺，以美国为代表，其90％的开发井是用空气或泡沫进行钻井和完井，采用小型车载钻机和普通石油钻机，配备空压机等设备，并与空气锤配套使用，效果显著。
由于车载钻机能够适应不同钻探工艺，具有机动性强、搬迁、运输方便、现场就位准确便捷、自动化程度较高、劳动强度低、工作效率高等特点，在国外煤层气钻井作业中得到广泛应用。由于国内还没有开发出专门用于煤层气钻井的钻
机，且煤层气水平井需要较高的提升吨位，特别是需要顶驱加压给进，国内同样也没有对应型号的轻便设备，因而采用了带顶驱的大型石油钻机进行施工，造成施工成本居高不下。所以一部分单位为提高施工效率，降低成本，相继进口了美国、德国和意大利等国生产的、提升能力在50t左右的车载顶驱全液压多功能钻机，主要有：美国雪姆公司T130XD、T685WS钻机，德国宝峨公司RB50/RB40钻机，阿特拉斯RD-20钻机，意大利钻力公司G系列钻机等。目前，我国引进的部分车载钻机分布如表。
(1)雪姆公司车载钻机
美国雪姆SCHRAMM钻机公司是著名的全液压车载钻机生产商及设备制造商之一。公司总部位于美国宾西法尼亚州的西切斯特，专业生产车载钻机。目前，美国雪姆公司年生产销售车载钻机140多台。在全球100多个国家中，拥有4000多位用户和6000多台钻机设备。尤其在煤层气的主要开采国里，雪姆钻机的使用亦更为普遍。公司仅在澳大利亚就有400多台设备，而在美国和加拿大的占有量也达到了近75％。公司在澳大利亚设有合资厂，在全球29个国家和地区设有销售技术服务中心，在中国北京设有办事处。美国雪姆公司已成为世界车载钻机领域的技术领导者和主要供应商。
国内引进的雪姆公司车载钻机主要有T130XD、T685WS两种型号，其实际效果图如图所示，
雪姆T130XD钻机
雪姆T685WS钻机
雪姆T130XD、T685WS主要技术参数表
T130XD钻机是美国雪姆公司推出的高技术含量产品。它采用伸缩桅杆技术，直接采用液压桅杆升举和下放钻具，突破了钻探机械行业“大能力设备大型化"的传统。该钻机的主要优点如下：①设备整合度高、自动化程度高、工作方便快捷；②采用多回路、全开环、全自动保护的液压系统，设备可靠性好；③采用伸缩桅杆技术，钻机尺寸更小、能力更大；④采用倾斜桅杆技术，可以实现开孑L 斜打；⑤采用动力头锁定装置，方便钻定向井、水平井；⑥可实现反循环钻进、跟管钻进等多种钻进工艺。
(2)宝峨公司车载钻机
宝峨集团旗下PRAKALA公司于1921年在德国汉诺威成立，2007年加入宝峨集团，是目目前欧洲第一大车载钻机制造商。其生产的PRAKALARB50、RB40深井钻机适应于煤层气参数井和生产井、深水井、矿山抢险救援井、地质勘察、地热开发等。
德国宝峨PRAKALARB50、RB40车载钻机技术特点如下：①采用汽车发动机PTO 作为钻机液压系统的动力，“甲板”发动机仅作为空压机的动力，可以大大减低柴油消耗；②动力头为三级动力头，可根据不同的直径、钻井工艺、用途选择动力头的扭矩和钻速的组合。RB50动力头最大扭矩可达31000N·m，可满足大直径
孔的需要。动力头最大转速可达330～400r/min，可以满足绳索取心的需要；③