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“地壳一号”万米大陆科学钻探钻机-2016.7.7


井下
大)、耐高温电磁随钻测量系统(地大
地 工具 吉林大学+地质大学(北 ●武汉) 下 科学 京)+北京探矿工程研究 耐高温钻井液(探工所)、耐高温固井
钻探 所+长春工程学院
材料(长春工程学院)、仿生钻头自动
工艺
设计软件平台(长春工程学院+吉大)、
方法
深井井壁稳定性(地大●北京)
SinoProbe-09-05
仿生金刚石钻头
三合一钻具
高转速液压顶驱装置 高精度自动送钻装置 机械化自动化拧、摆管装置
高温泥浆体系
铝合金钻杆柱
铝合金钻杆材料
耐高温随钻测量仪
深部大陆科学钻探装备研制系统图
SinoProbe-09-05 深部大陆科学钻探装备研制
名称
技术任务分解
研发核心技术及亮点
科学 吉林大学+四川宏华 钻探
数字化控制、大功率绞车、变流变频无 级调速、五级固控系统,国际先进水平
SinoProbe-09-05
地壳一号——通向地球深部的望远镜
一、为什么要实施入地计划?
SinoProbe-09-05
何谓“科学钻探”?
地球是人类居住的唯一场所,为人类 提供了生命必需的粮食、水,和生活必 须能源和矿产资源;同时也常给人类带 来诸如火山、地震、海啸等灾难。
科学钻探是为地学研究目的而实施 的钻探,它通过最先进的现代深部钻探 技术手段,获取地下岩石、岩屑、流体, 并进行地球物理测井和安放仪器进行长 期观测,来获取地球内部的各种地学信 息,校正地球物理对深部的探测结果。
2001年8月6日,在江苏东海县毛北村的大别 —苏鲁超高压变质带东部,中国第一口大陆科学 钻探井正式开钻,至2005年4月18日现场施工任务 全部完成,施工工程全部历时1395天,终孔深度 5158.2m。
该项目的主要研究目标是研究“ 大陆板块会 聚边界的地慢动力学” 及建立“ 超高压变质岩石 形成与折返机制”的模式,揭开了我国深部地 质勘探的新篇章。
四、“地壳一号”万米钻机
2、技术路线
改造成熟技术 自主研发核心技术 集成关键技术
自动送钻系统和钻杆自动处理系统,提高钻探平 台系统的自动化和智能化水平。
改造现有成熟的特深孔石油钻井装备关键部件 ,提升钻探平台系统的钻深能力。
将钻机平台系统与核心关键技术集成,并与绳索取心钻具、孔底动力 钻具、铝合金钻杆和仿生钻头等先进的取心钻探技术和工艺相结合, 实现我国深部大陆科学钻探装备的集成创新。 SinoProbe-09-05
转盘输入功率/kW 钻井泵型号及台数 井架有效高度/m
动力类型
乌拉尔机械-4钻机 乌拉尔机械-15000钻机
7000
15000
2000 809 5×6 32 560 368 У8-7M×3台 53.3 交流电
4000 2646 6×7
38 760 368 У8-7M×3台+НБ-1250×2台 58 直流电
➢ 钻杆柱由2个独立的顶驱 系统驱动,具有很宽的转 速范围;
➢ 配备了备用转盘; ➢ 实现了“非手工加接钻杆” ➢ 液压缸行程为22m; ➢ 提升力为350T。
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地壳一号——通向地球深部的望远镜
三、万米大陆科学钻探 面临的难题
SinoProbe-09-05
三、万米大陆科学钻探面临的难题
2、我国大陆科学钻探计划现状
青海湖科钻2004(气候变化与环境)
汶川科钻 2008 (地震活动监测)
松科1井 2007 (气候变化与全球环境)
我国大陆科学钻探工程计划
•在关键地带部署科学钻探,直 接解释深部结构与物质组成, 验证深部探测结果。
•实施万米科学钻,迈入国际钻 探先进行列
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准葛尔
羊 八 井
柴 达 木


大 巴 山
祁连山 郯庐断裂带
深部全液压取心InnovaRig钻机
深部大陆科学钻探工程的需求,引领了钻探装备的发展。 ICDP委托德国 Herrenknecht GmbH 公司研制,该钻机该钻机既可用于大陆科学钻探,也可 用于地热勘探、石油天然气勘探及二氧化碳的地下埋存等。
垂直钻井困难:万米钻柱形如面条,垂直钻井 难度极大——SG-3井偏离800多米。
➢ 常规钢钻杆强度不足; ➢ 高强合金钻杆耐温性不够——国际上最高200度。
三、万米大陆科学钻探面临的难题
地层复杂 ➢ 岩石坚硬、复杂,取心率
低——SG-3井取心率只有40%; ➢ 地应力高,套管要求高——
德国KTB 15mm厚的套管被地 层挤扁; ➢ 硬岩钻进慢,钻头寿命短, 提下钻频繁。

上天
天宫二号,2016年 第三季度择机发射
类 四
入地
地壳一号,松科2井 计划钻深6400米
大 壮
下海
蛟龙号,成功下潜 7062米

登极
雪龙号,圆满完成 第32次南极科考
与上天、海、登极相比,入地计划及专用装备相对滞后。
一、为什么要实施入地计划?
入地计划的主要目的是什么?
• 运用最先进的深部探测技术与超深钻技术 揭露地下物质组成与结构;
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KTB的钻探装备
KTB科学钻探利用 UTB-1型钻机完成,钻 机设计钻探深度为 14000m。钻机主要参 数如右表:
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组件 钻塔
项目 总高/净高/m 二层台高/m
大钩载荷/kN
数值 83.175/63
37
5500/8000
组件 动力
项目 电机
• 开拓深部常规、非常规油气资源战略新区,开辟 重要矿 产资源“深部第二找矿空间”; • 查清现今地壳应力场,提高地质灾害预报
预警能力; • 提高对地球认知水平,推动地球科学的发
展与进步。
一、为什么要实施入地计划?
二、大陆科学钻探的国内外现状
1996年2月,由德国、美国、中国三个发起国成立了“国际大陆科学钻探 计划”(ICDP),1997年1月,中国正式加入了ICDP,成为该组织的理事 国之一。目前,已有20个国家和2个团体加入了该组织。
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最大承载力/ kN
150(3米半径)
服役池容量 泥浆工作 /m3
150
驱动方式 变频式三相电机驱动
池 备用池/ m3
300
防喷器
闸瓦防喷器 环形防喷器
4个
通径/mm
476.25
1个
额定工作压力/ MPa
70
KTB的现状
SinoProbe-09-05
KTB的现状
深部探测代表团主要成员与ICDP首席 运营官Harms教授在GFZ门前合影
供电方式
数值
9×740 kW 可控硅整流 (ACR)供

井架底座
钻台高/m 净高/m
11.75 9.5
转盘
开口直径 /mm 扭矩
/kN. m/rpm
1257 40/140
钻台面积/m×m 最大承转能力/kN
13×13 12000
驱动方式
变频式三相 电机(AC)
提升驱动方式
4相限直流电 机变速
振动筛/台
“地壳一号” 万米大陆科学钻探钻机
报告人:赵 研 吉林大学建设工程学院
2016年07月07日
报告提纲
一、为什么要实施入地计划? 二、大陆科学钻探的国内外现状 三、万米大陆科学钻探面临的难题? 四、“地壳一号”万米钻机研制 五、“地壳一号”万米钻机运输 六、“地壳一号”万米钻机组装 七、松辽盆地科学钻探计划 八、我国科学钻探未来发展前景?
平台

大扭矩全液压顶驱、悬挂式自动排管机
面 核心 关键
吉林大学+四川宏华
(通过验收,国际先进)、全液压自动 猫道、智能化一键式铁钻工、高精度自

装备
动送钻系统
部 大 陆 科 学 钻 探 装 备
技术 吉林大学+地质大学(武
科学 钻探
汉)+地科院勘探技术研 究所
耐高温孔底动力钻具(勘探所)、仿生 钻头(吉大)、高强铝合金钻杆(吉
SinoProbe-09-05 深部大陆科学钻探装备研制
3、“地壳一号”万米钻探装备主体平台系统






泥浆泵
VFD 房
固控 系统
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司钻房 发电机组
SinoProbe-09-05 深部大陆科学钻探装备研制






泥浆泵
VFD 房
固控 系统
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国际大陆科学钻探的主题
1、国际大陆科学钻探计划现状
始于20世纪70年代,1996年2月,由 德国、美国、中国三个发起国成立了 “国际大陆科学钻探计划”(ICDP), 1997年1月,中国正式加入了ICDP,成 为该组织的理事国之一。目前,已有 20个国家和2个团体加入了该组织。
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前苏联---科拉超深钻(СГ-3井)
当 今 世 界 最 深 的 钻 孔
科拉超深钻СГ-3井于1970年5月25日开钻,至1975年5月井深达7263m,用了5年时 间,完成第一阶段要求。此后,到1986年3月井深达12300m,后6000m用了11年。 至1989年将井深更改为12261m,3年内变浅39米,由于技术和经济原因而终孔。
被誉为人类的“入地望远镜”和了 解地球演化的“时间隧道”
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一、为什么要实施入地计划?

上天
天宫二号,2016年 第三季度择机发射
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