近日，中国地质调查局北京探矿工程研究所自主研发的2000米永磁直驱电动钻机在吉林松原完成交付。

探矿工程所永磁直驱技术团队结合现场钻探设备情况，围绕施工单位节能减排、降低维保成本两大目标，利用永磁直驱技术对油田传统机械钻机进行了升级改造。交付试钻的2000米永磁直驱电动钻机具备无齿轮传动、提下钻与送钻一体化、司钻集成化等显著优势。

2023年，探矿工程所已在江苏、吉林等地区成功交付3台套永磁直驱电动钻机和电控系统，支撑新开了4项钻井工程。

图1 ZJ20DBZ永磁直驱电动钻机 

图2 ZJ20DBZ永磁直驱电动钻机代码设计

2018年11月30日至12月1日，自然资源部中国地质调查局北京探矿工程研究所承担的国家国际科技合作专项“新一代3500米永磁直驱顶驱地质钻机研制”（2015DFA70300）顺利通过专家组现场验收。

该钻机采用变频永磁电机直接驱动顶驱和绞车，具有无级调速、恒压自动送钻、大于30米长行程立根钻进和提下钻开泵扫孔等特点，具备钻进参数实时监测、故障实时显示和历史数据回放等功能，大幅提升设备自动化、信息化水平。设备具有无齿轮传动、无摩擦刹车和悬停、高精度送钻等独特优势，有效解决现有钻机回转传动链结构复杂和维护保养的问题，突破传统钻机闸带、轮毂、盘刹、工作钳频繁使用磨损和无法精确控制送钻速度等技术难题，实现了向新一代地质钻机的跨越。

该钻机的研制成功，标志着我国掌握了永磁直驱顶驱钻机的核心技术，占据了电动顶驱的技术制高点，处于世界领先水平。该钻机可广泛用于地热（干热岩）、页岩气等陆域清洁能源及深部资源勘探开发工程，满足深孔复杂地层钻探对高效智能节能钻机的迫切需求，为实施绿色勘查智慧钻探提供装备基础，为全力支撑能源和矿产战略资源安全提供强有力的装备保障和技术服务。

自然资源部中国地质调查局北京探矿工程研究所长期从事高温地热钻探技术研究，有效破解了高温钻探技术难题，研发了永磁直驱顶驱钻机、全金属涡轮钻具、孕镶金刚石钻头、高温钻井液、钻井液处理系统等多项技术成果，初步形成了高温钻探装备、技术体系，相关技术在西藏羊八井、羊应乡、雄安新区、青海共和干热岩工程、惠热I井干热岩钻探等高温地热（干热岩）钻探工程中广泛应用，有效的促进了新型清洁能源钻探调查进展。

1. 高温硬岩复合钻进技术

为提高高温地热（干热岩）钻进效率，探矿工程所针对高温硬岩钻探特点研制了耐高温高转速全金属涡轮钻具和高温硬岩孕镶金刚石钻头，可满足300℃高温钻探需要，具有耐高温、高转速、长寿命等特点，采用涡轮钻具配合金刚石钻头复合钻进技术可有效破解高温硬岩钻探技术难题。

2、高温钻井液技术

高温钻井液技术是高温地热钻探关键技术之一，探矿工程所针对干热岩钻探特点，研发优选了多种抗高温钻井液处理剂，形成了抗温水基钻井液体系和高温固井水泥配方及工艺，在青海共和GR1井干热岩钻探工程中成功应用，可满足240℃以上高温钻探的需要，有效地破解了高温地热钻探钻井液技术难题。

3、高温钻井液处理系统

经过多年的研究，探矿工程所已形成钻井液固相控制全套技术装备，并开展了冷却及废浆处理系统研究，在解决高温钻井液处理技术难题的同时，有效实现绿色环保无污染钻探施工，为高温地热钻探调查提供装备和技术保障。

4、永磁直驱电动顶驱钻机

针对高温地热钻探特点，探矿工程所自主研发了3000m、3500m系列永磁直驱电动顶驱钻机，具有自动送钻功能，实现无齿轮传动、变频无级调速，卷扬机具有无磨擦刹车、能耗刹车和悬停功能等，实现提下钻遇卡阻开泵回转施工工艺。已成功完成浙江临安页岩气钻探和惠热1井钻进工程施工，节约能源达30%以上。

5. 高温平衡钻井工艺

高温地热钻井面临井涌和井喷的风险，要满足安全快速钻进，需要采用平衡钻进工艺。该工艺采用自主研发的耐高温旋转防喷器系统，可实现井底压力平衡、井口压力控制、带压钻进施工，有效防止漏失、井涌，保护地热储层，提高钻探效率。

6、超高温高压流变仪

依托国家重大科学仪器设备开发专项——“超高温高压钻井液流变仪的研发及产业化”（项目编号2012YQ050242），成功研制出国内首台超高温高压流变仪。该仪器采用了国际先进的外环隔离磁耦合驱动和非接触式扭矩传递测量技术，攻克了超高温高压条件下的动态密封和剪率控制等工程难题，实现了高温320℃、低温-10℃和高压220MPa条件下的高精度粘度测量。超高温高压流变仪的研制成功，象征着国内的流变仪测控技术达到世界一流水平，打破了国外高端流变性测试仪器在市场上的垄断地位，仪器可满足深地科学钻探、深部地热资源钻探的高温高压钻井液测试需求，也能应用于深水或陆域天然气水合物等新型清洁能源钻探用低温钻井液的流变性测试评价。

应用案例1：2015年7月，探矿工程所自主研发的Ф127涡轮钻具，在“干热I井”（国内首口干热岩科学钻井）进行了国内首次涡轮取心钻进实验，钻进平均机械钻速为1.29m/h，与165mm螺杆和转盘钻进方法相比，钻进效率分别提高了30.3%、98.46%、18.34%。

应用案例2：探矿工程所研发的高温钻井液技术和高温固井技术在羊八井北区高温地热田钻探中得到了应用，为羊八井ZK4001高温地热井钻井与完井提供技术支持，获得206℃连续高温蒸汽，为地热电站提供热能，到目前已连续供热近30年。

应用案例3：2018年，钻机在广东惠州进行惠热1井干热岩钻探施工，设计孔深3100m。截止6月29日，已钻进至2308m。该钻机的成功应用标志着我国掌握了永磁直驱顶驱钻机的核心技术，占据了电动顶驱的技术制高点，为深地智能化钻机的研究奠定了坚实基础。