吉林大学学报(地球科学版) ›› 2026, Vol. 56 ›› Issue (1): 295-314.doi: 10.13278/j.cnki.jjuese.20250247

• 地质工程与环境工程 • 上一篇    下一篇

深部大陆科学钻探装备关键技术发展综述

高科1,2，郭京坤1,2，吕兰3，郭威1,2，张毅4，冉恒谦4，梁帅3，王治刚1,2，于永平1,2，贾瑞1,2，赵研1,2，张宗正1,2，闻育民1,2，王学博1,2#br#   

  1. 1.深部探测与成像全国重点实验室（吉林大学）, 长春 130026
    2.吉林大学建设工程学院, 长春 130061 
    3.四川宏华石油设备有限公司， 四川 德阳 618300 
    4.中国地质科学院， 北京 100037
  • 收稿日期:2025-10-09 出版日期:2026-01-26 发布日期:2026-02-09
  • 通讯作者: 王治刚（1971－），男，副教授，博士，主要从事模块化智能装备方面的研究，E-mail：zgwang@jlu.edu.cn
  • 作者简介:高科（1977－），男，教授，博士生导师，主要从事仿生钻探机具、科学钻探装备、地热钻探等方面的研究，E-mail：gaokenm@jlu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家科技重大专项（2024ZD1000800）

Review on the Development of Key Technologies for Deep ontinental Scientific Drilling Equipment

Gao Ke1,2, Guo Jingkun1,2, Lü Lan3, Guo Wei1,2, Zhang Yi4, Ran Hengqian4, Liang Shuai3, Wang Zhigang1,2, Yu Yongping1,2, Jia Rui1,2, Zhao Yan1,2, Zhang Zongzheng1,2, Wen Yumin1,2, Wang Xuebo1,2#br#   

  1. 1. State Key Laboratory of Deep Earth Exploration and Imaging (Jilin University), Changchun 130026, China
    2. College of Construction Engineering, Jilin University, Changchun 130061, China
    3. Sichuan Honghua Petroleum Equipment Co., Ltd., Deyang 618300, Sichuan, China
    4. Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China
  • Received:2025-10-09 Online:2026-01-26 Published:2026-02-09
  • Supported by:
    the National Key Research and Development Program of China (2024ZD1000800)

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摘要： 深部大陆科学钻探是直接获取地球内部物质、揭示大陆形成与演化机制的关键技术途径，其装备水平是国家深地探测能力与科技实力的重要体现。本文系统梳理了深部大陆科学钻探装备的关键技术发展现状、核心挑战和未来趋势，聚焦于超万米极端环境下钻探装备所面临的高温、高压和高负荷等复杂工况带来的技术难题。通过文献调研与案例比较，结合国内外典型科学钻探工程（如科拉超深井、德国KTB、中国松科二井和深地塔科1井等）的装备参数与技术表现，对钻压精准控制、绳索取心、钻柱高效起下钻、钻井液冷却与循环控制，以及智能化运维等关键技术难点进行了深入剖析。我国自主研发的“地壳一号”万米钻机及深地塔科1井等在取心质量、自动化作业水平等方面已达到国际先进水准，并在顶驱系统、绳索取心绞车、井口自动化装备和泥浆智能调控等环节取得重要突破；然而，在高温高压传感、超深孔动态密封和智能决策模型等方向仍存在明显短板。面向未来，深部科学钻探装备应进一步朝着自动化、智能化、绿色化、模块化及无钻机井内自驱动等方向拓展，推动钻探装备从传统机械化工具向具备地质感知能力的“智能探针”演进，为我国深地资源勘探与能源安全保障提供关键技术与装备支撑。

关键词: 超深科学钻探, 钻压控制, 绳索取心, 钻机自动化, 钻机智能控制, 地壳一号

Abstract: Deep continental scientific drilling is essential for directly sampling Earth’s interior and unraveling the mechanisms of continental formation and evolution. The sophistication of such equipment reflects a country’s capability in deep Earth exploration. This paper systematically reviews the development status, core challenges, and future trends in key technologies for deep scientific drilling equipment, with a focus on extreme downhole conditions such as high temperature, high pressure, and high load. Through literature review and case studies(including the Kola Superdeep Borehole, the Continental Deep Drilling Program of Germany(KTB),Songke-2 Well of China, and Well Shendi Take-1 of China)this paper analyzes critical technical issues such as precise weight-on-bit control, wireline coring, efficient tripping, drilling fluid cooling and circulation, and intelligent operation and maintenance. China has domestically developed systems like the “Crust-1” 10 000-meter rig and the Well Shendi Take-1 project have reached world-class levels in core quality and automation, achieving breakthroughs in top drive systems, wireline coring winches, automated wellhead equipment, and intelligent mud control. Nevertheless, gaps remain in high-temperature/high-pressure sensing, dynamic sealing in ultra-deep holes, and intelligent decision-making models. Future drilling equipment should evolve toward automation, intelligence, environmental sustainability, modularity, and rig-free downhole self-propulsion. Promote the evolution of drilling equipment from conventional mechanical tools to “intelligent probes” with geological sensing capabilities. This will provide crucial technological and equipment support for China’s deep resource exploration and energy security.

Key words: ultra-deep scientific drilling, weight on bit control, wireline coring, drilling rig automation, intelligent control of drilling rig, Crust-1

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