大型水平定向钻机技术现状和发展趋势.doc

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1、大型水平定向钻机技术现状和发展趋势韩立华李根营李明（徐州徐工基础工程机械有限公司）摘吳大型水平定向钻机是应用于石油、天然气、给排水、电力、水煤浆等超大型地卜•管线的铺设的理想设备，是节能环保、施工髙效的非开挖设备，此项技术首先在美国、欧洲等发达国家及地区兴起并发展,国产钻机的设计及制造水平与国外钻机相比相差较大。本文主要从国产大里水平定向钻机技术现状及主要特点介绍大型水平定向钻机，并对水平定向钻机的发展趋势给予预判，、关键词：非开挖、水平定向钻机、技术现状、发展趋势大型水平定向钻机是石油、天然气、供水等地下管网建设的重要设备，具有智能、安全、环保、节能、施工速度快

2、、施工成本低、不影响交通等优点，被联合国环境与发展大会列人21世纪环境友好技术。随着本世纪初我国的西气东输、南水北调、中缅油气管道、中俄油气输送管道等国家重大工程建设的快速推进，大型水平定向钻机的产销量经历了爆发式增长阶段，因此过去的十年，也可称为中国非开挖设备的“黄金十年生产大型水平定向钻机的国外公司主要有美国的Auger公司、Vermeer公司，德国的PRIME公司、TT公司、海瑞克公司等，国内主要的生产厂家有徐州徐工基础工程机械有限公司、江苏谷登工程机械装备有限公司、深圳市钻通工程机械股份有限公司、德威土行孙工程机械（北京）有限公司、连云港黄海勘探技术有限公

3、司等。圈1大型钻机施工现场国外产品多具有全自动的钻杆自动存取装置、快速锚固定位装置、防触电报警等自动及安全保护系统。国产水平定向钻机虽然起步较晚，但由于大量的施工工程的推动，因此发展速度极快，我国国情与国外有区别，造成了钻机的使用需求及现状同国外有差距，主要表现在以下方面。1底盘结构型式不同中国幅员辽阔，地质条件千差万别，大吨位钻机主要在野外施工，受施工场地的限制，国产钻机往往采用自行走履带底盘，对道路要求低，具有通过能力强的优点。国外钻机得益于良好的基础设备配套条件，底盘以拖挂式汽车底盘为主，在交通便利的情况下，具有转场方便、快捷的优点。2钻架体的结构型式不同由

4、于采用了履带式底盘，发动机一般布置在整机宽度的一侧，限制了钻架宽度方向，虽然可釆用后置式发动机布置来增加钻架的宽度，但采用后置式发动机布置往往会造成行走的接近角或离去角小的缺点。为了克服履带式底盘的缺点，钻架体还需要采用摇臂结构、钻架滑移等措施来调整施工人土角。3带增力结构的动力头具有增力功能的钻机，在回拖阻力较大时，可确保顺利施工，降低施工风险。迎合了国内用户“花小钱，办大事”的想法。4虎钳可靠的夹持机构是定向钻机施工的基础，水平定向钻进技术来源于石油钻井，但由于水平定向钻机的施工工况与石油钻井有着极大地不同，造成水平定向钻机的扭矩大，极易出现钻杆拆杆打滑等问题

5、。现阶段大型钻机普遍采用三油缸夹持式虎钳，通过增加钻杆的包角和接触面积，降低钻杆的夹持应力,提高卸扣扭矩。此外，在长距离施工中，一般需要下套管，为了适应套管施工工法，钻机的虎钳多设计成全浮动型式。5动力大型钻机的功率较大，国内外钻机均以双发动机作为动力源。双发动机配置整体成本稍低，导向作业或小功率输出时，可以使用一台发动机工作，节能，降低施工成本，更重要的是施工安全，即使一台发动机出现故障，仍能进行施工作业。6液压系统非开挖施工中，一般存在先导孔、回扩孔和回拖管三个阶段，在这三个阶段中，旋转扭矩及推拉力对发动机的功率输出要求不同：导向孔施工阶段，扭矩及推拉力较小，

6、输出的功率较小；回扩孔施工阶段,旋转的功率需求较大，推拉的功率需求较小；而在管线回拖阶段，推拉的功率输出需求较大。根拯施工需要，旋转系统一般应用节能的闭式液压系统，从而达到节能的目地，所以在大型钻机中,旋转系统一般应用闭式系统。同时为了提高液压系统的效率，泵、马达等均使用效率高的柱塞马达作为能量转换及执行元件。7电气系统随着现代电子技术的进步，PLC控制器以可靠的性能、稳定的质量、逻辑智能强的特点，获得了广泛的推广及应用。目前国内应用PLC控制器的水平定向钻机，一般配备了显示器，并具有以下功能：7.1施工主参数的数字化显示功能钻机的施工主参数（扭矩、旋转速度、推拉

7、力、推拉速度、泥浆压力、泥浆流量）自动显示。图2钻机显示器7.2智能控制功能a、钻机进行自身故障的自诊断功能，能智能判断设备的故障。b、节能控制的自动应用，钻机应用自动怠速系统，在钻机无负荷输出时，能自动进人怠速状态，节省燃油oc、极限功率控制功能，设备根据施工的负荷情况，对发动机采用极限功率控制，防止发动机超载使用，延长发动机使用寿命。d、设备的输出扭矩及最大推拉力的使用限制，应用智能控制系统，可能方便地预设扭矩、推拉力的使用限制。e、虎钳夹紧力控制，应用控制器，方便的实现了对钻机夹持钻杆力的控制功能，还可设置保护程序，如在虎钳夹紧钻杆时，自动禁止动力头前后移动

8、，防止误操