根据我国地质找矿和科学钻探需要,深部岩心钻探已日趋广泛,由此推动了深部钻探关键设备的更新与发展。自2005年以来,钻探设备能力已从中深孔发展至深孔和超深孔,用于深部钻探的钻机除立轴式钻机外,还研制出系列全液压动力头式、液压顶驱式、电动顶驱式等类型钻机及配套设备。

(一)主要钻机类型

1.立轴式液压钻机

深孔立轴式液压钻机在原XY-4型立轴式钻机的基础上增大了钻机的回转系统扭矩、升降机的提升能力、卡盘的夹持及扭矩传递力。部分钻机采用了立轴和转盘两用式设计,兼顾钻孔上部较大直径扩孔之用。深孔立轴式液压钻机的典型系列如图2-1所示,主要性能参数如表2-1所列。

图2-1 典型深孔立轴式液压钻机类型

(a)XY-5钻机;(b)XY-6B钻机;(c)HXY-8B钻机;(c)HXY-9B钻机

表2-1 典型深孔立轴式液压钻机主要性能参数

2.全液压动力头钻机

所谓全液压动力头钻机是指钻机的回转、给进、升降钻具等机构均用液压驱动,液压马达直接安装在回转器上,回转器可沿桅杆(或导向架)作长行程移动给进。目前,全液压动力头钻机已得到越来越广泛的应用。全液压动力头钻机的主要类型有:桅杆式、车载整装桅杆式、分体塔式等。深孔全液压动力头钻机典型类型如图2-2所示,主要性能参数如表2-2所列。

3.顶驱钻机

顶部驱动钻机(简称顶驱钻机)是动力头钻机的一种。顶驱机构连接在钻杆柱上端,直接驱动钻柱旋转钻进、循环泥浆、加减立根、拧卸钻杆丝扣等多种操作。顶驱钻机的给进行程可达几米或几十米(视立根长度而定),钻进时无需卡盘夹持主动钻杆传递扭矩,石油钻井中应用较为广泛。近年来,深部岩心钻探也研发了这种形式的动力头钻机。顶驱钻机的主要类型有:液压顶驱和电动顶驱两种,如图2-3所示,主要性能参数如表2-3所列。

图2-2 典型深孔全液压动力头钻机类型

表2-2 典型深孔全液压动力头钻机参数

图2-3 顶驱钻机类型及其配套钻塔

(a)液压顶驱钻机;(b)电动顶驱钻机

表2-3 典型深孔液压、电动顶驱钻机参数表

(二)主要泥浆泵类型

钻探用泥浆泵根据结构及工作原理主要分为:活塞式往复泵、螺杆泵和离心泵三种。深部地质岩心钻探多选用活塞式往复泵(有单缸、双缸、三缸、四缸几种类型)。钻探施工现场常用双缸和三缸活塞式往复泵,它们均可输送高黏度、高密度、强磨蚀性和腐蚀性液体,具有输出特性波动小等特点。目前钻探用典型活塞式往复泥浆泵类型如图2-4所示,主要性能参数如表2-4所列。

图2-4 深孔钻探用典型往复活塞式泥浆泵

(a)BW-280/30型;(b)BW-300/16型;(c)BW320/10型;(d)BW350/15型;(e)BWF-400/10型;(f)BW-1000/12型

表2-4 深孔钻探用典型往复活塞式泥浆泵参数

(三)主要钻塔类型

深部地质岩心钻探用钻塔主要型式有四角式、A式、桅杆式三种,典型类型如图2-5所示,主要性能参数如表2-5所列。

图2-5 深部地质岩心钻探用钻塔主要型式

(a)四角塔;(b)四角塔(直斜两用);(c)A型塔;(d)桅杆式钻塔

表2-5 深部地质岩心钻探典型钻塔参数