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钻机

钻机

钻机（drill 钻塔、drill），是一套复杂的机器，它由机器、机组和机构组成。钻机是在勘探或矿产资源（含固体矿、液体矿、气体矿等）开发中，带动钻具向地下钻进，获取实物地质资料的机械设备。又称钻探机。主要作用是带动钻具破碎孔底岩石，下入或提出在孔内的钻具，可用于钻取岩心、矿心、岩屑、气态样、液态样等，以探明地下地质和矿产资源等情况。

世界上最早的钻探装置是中国的冲击钻进装置。随着工业革命的兴起，机械钻孔机逐渐出现。最早的机械钻孔机使用蒸汽机作为动力，后来逐渐发展为使用电力和内燃机作为动力。这些机械钻孔机的出现大大提高了钻孔效率和质量，使得钻孔作业可以进行更加高效、规范和安全。

钻机的工作原理主要是通过钻杆等工作部件，配合传动装置等辅助设备，吊环与吊环座之间用销轴连接，吊环座与钩杆焊接成一体，筒体与钩身用左旋螺纹连接，并用止动块防止螺纹松动。钩身和筒体可沿钩杆上、下运动。内、外负荷弹簧的作用是起钻时能使立根松扣后向上弹起。将机械能转化为动能，从而将钻头旋转并向下推进，完成钻探或挖掘的任务。钻机的构造主要包括回转器、给进系统、升降系统、发动机、传动系统等部件。不同类型的钻机具有不同的特点，如复合式钻机是振动、冲击、回转、静压等功能以不同组合方式复合在一起的钻机。

钻机的作用是向地壳深处钻孔，通过钻孔采取岩矿心，或者打开通道进行石油、天然气与地下水(冷水与热水)资源的开采。2024年2月11日，全球首台12000米特深井自动化钻机在新疆应用。

简史

世界上最早的钻探装置是中国的冲击钻进装置。汉朝打井时使用滑轮来升降钻具。唐朝使用的冲击钻进装置包括有缠绕绳索的绞盘(立式绞车)和安放天轮的并架，可以钻进190m 深的盐井。北宋庆历年间(1041~1048年)已出现了用竹、木制做的具有杠杆式冲击机构和绞车的绳索冲击钻进装置，以人力或畜力为动力。由于钻具的不断改进，14世纪已可钻进500m深的盐井，1835年曾创钻井度1001.4m的世界纪录。中国的绳索冲击钻进装置传入西方后，逐渐演进，出现了带有动力机和四连杆冲击机构的钢结构现代钢丝绳冲击钻机。回转式钻机最早出现于19世纪中后期，其发展主要经历了四个阶段：第一阶段是采用机械传动和手柄进给的立轴式钻机。在1862-1863年，法国制造了使用手镶金刚石取心钻头的手动旋转式钻机。随后，蒸汽机被用来驱动，不久后又演变为使用柴油机驱动，第二阶段是采用机械传动和液压进给的立轴旋转钻机，出现在20世纪30年代。第三阶段是全液压式立轴旋转钻机。在60年代，瑞典首次推出了全液压动力头岩心钻机，后来美国等国家也相继研发了如动力头式水井钻机等适合在钻孔过程中进行多功能复合的立轴旋转钻机。第四阶段是全自动立轴旋转钻机，出现在80年代。

自20世纪90年代起，全液压动力头式钻机逐渐成为我国煤层气坑道钻机的主导机型，为了适应突出煤层的特点，保证施工人员的安全，全液压动力头式钻机也经历了从一体式钻机向分体式的转变。

工作原理

通过吊环与吊环座之间用销轴连接，吊环座与钩杆焊接成一体，筒体与钩身用左旋螺纹连接，并用止动块防止螺纹松动。钩身和筒体可沿钩杆上、下运动。通过内、外负荷弹簧使起钻时能使立根松扣后向上弹起，从而使机器正常作业。

基本构造

钻机是一套由多台设备组成的工作机组，按功能可将其分为动力系统、升降系统回转系统、泥浆循环系统、传动系统、控制系统、井架和底座、辅助设备等八大部分。井架与底座是钻机的BOBBIN，大部分钻机组件安装在井架与底座上。钻机工作时，在控制系统的操纵下，动力系统产生的动力经过传动系统的传递与分配，分别驱动升降系统回转系统和泥浆循环系统三大机组，使之协调运转来进行钻井工作。

(1)动力系统：为升降系统、回转系统、泥浆循环系统提供动力，主要设备有柴油机、交流或直流电动机等。

(2)升降系统：在提下钻作业中提下钻具、在完井作业中提下套管以及在钻进作业中控制钻压送钻。升降系统主要由主绞车、辅助绞车(或猫头)、桥式起重机、游动滑车、大钩、钢丝绳、吊环、吊卡、吊钳等组成。

(3)回转系统：由环岛(动力头、立轴)、水龙头、主动钻杆等组成，其作用是驱动钻头回转以破碎地层岩石。

(4)泥浆循环系统：包括泥浆泵、泥浆地面管汇(或泥浆槽)泥浆池(或泥浆罐)泥浆固相控制装置(泥浆净化装置)和泥浆配制装置等。其主要作用为维持钻井液的循环，将钻头破碎地层产生的岩屑从井底清除并携带至地表，同时冷却、润滑钻头与钻具。在喷射钻进、并底动力钻进中，泥浆循环系统还起着传送水马力、驱动井底动力钻具的作用。在随钻测量(LWD、MWD)中，泥浆循环系统还担负传递信号的任务。

(5)传动系统：主要作用是将动力系统提供的动力传递、分配到钻机的各个工作执行机构。其主要的传动方式有机械传动、液力传动、液压传动和电传动等。

(6)控制系统：是整个钻机的控制指挥中心，负责协调钻机各组件的运行。其主要控制方式有机械控制、电动控制、气动控制和液压控制等。在同一台钻机上，上述控制方式有可能同时并存。

(7)井架与底座：用于支承和安装钻井装置与工具，提供操作场所。

(8)辅助设备：包括防喷器、空气压缩机、供水供气供油装置、井口工具等。

基本分类

钻机可按用途分类如岩芯钻机、石油钻机、水文地质调査与水井钻机、工程地质勘查钻机、坑道机及工程施工钻机等。

按钻进方法可把钻机分成四类：冲击式钻机，包括钢丝绳冲击式、钻杆冲击式两种钻机；回转式钻机，包括立轴式(手把给进式、尾旋差动给进式、液压给进式钻机)、转盘式(钢绳加减压式、液压缸加减压式钻机)和移动回转器式(全液压动力头式、机械动力头式钻机)；振动钻机；复合式钻机(振动、冲击、回转、静压等功能以不同组合方式复合在一起的钻机)。

应用领域

按钻机的应用领域，一般将其分为地质岩心钻机、水文水井钻机、石油天然气钻机、地热钻机、工程勘察钻机、工程施工钻机、非开挖施工钻机、救援钻机、煤层气钻机、页岩气钻机等。

安全规程

钻机安全操作规程为：

钻机设备安装应遵守下列规定：

a)　各种机械安装应稳固、周正水平。

b)　安装钻机时，井架桥式起重机轮前缘切点，钻机立轴中心与钻孔中心应成一条直线，直线度范围±15mm。

c)　各种防护设施、安全装置应当齐全完好，外露的转动部位应设置可靠的防护罩或者防护栏杆。

d)　电气设备应安装在干燥、清洁、通风良好的地方。

日常保养

定期对钻机的主要结构状况、结构连接件螺栓、结构件连接销轴、各结构件焊缝、吊篮结构及安全防护状况进行检查，特别是进场使用之前，应请有资质的单位对其安全性能进行检测，合格后方可使用。

定期对各种动力头、工作油缸、钻头钻杆状况进行检查。定期对卷扬机的卷筒防钢丝绳脱落装置及两侧边缘高度、卷筒壁状况、钢丝绳尾部在卷筒上的周数进行检查，特别是对制动口的状况应作重点项目随时进行检查。定期对电气系统的检查：专用电箱设置及短路保护和漏电保护装置，紧急断电开关，电箱减震装置，工作装置上电缆的固定，照明线路，接地线严禁作载流零线等。

随时对钢丝绳绳端固结情况进行检查，以防发生意外。

随时对钢丝绳检，如：钢丝绳安全圈数，钢丝绳的选用、安装、润滑，钢丝绳的缺陷检查，如钢丝绳直径及磨损情况，钢丝绳断丝数量等。

随时对钻机的滑轮系统进行检查：滑轮体状况、过渡滑轮防跳绳装置。

随时对钻机的行走系统进行检查：桩机走管、卡板及钩管系统状况，枕木铺设等。

做好钻机维修保养记录，对更换的零配件应有详细记录，以保证零配件在有效期内使用，或随时掌握下次更换的时间。

检查出钻机有故障，都应立即停止作业，在故障未排除之前均不得使用。

参考资料

松原市采油钻机及配套设备生产项目 .吉林省人民政府.2024-02-12

见证深地新纪录全球首台12000米特深井自动化钻机.今日头条.2024-02-12

地质勘探安全规程.中国地质调查局.2024-02-12

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