本文结合中成装备制造公司的《煤层气专用钻机研制》科研项目开展研究工作,通过对我国煤层气产区钻井作业环境及进行钻井作业的国内外钻机情况的调研分析,提出了车载煤层气钻机研制的必要性和意义。研制适合我国煤层气开发的专用钻机,满足我国煤层气产区道路条件及环境的要求,采用常规钻具和井口工具,结构简单、性价比高的专用煤层气钻井装备。在充分调研的基础上,形成调研分析报告,确定车载煤层气专用钻机的技术方案和车载煤层气专用钻机的主要技术参数；借鉴国内外成形的技术对车载煤层气专用钻机及其零部件展开技术研究,完成零部件的设计；借助三维设计软件和有限元分析软件对设计进行验证；完成样机制造和厂内试验,最终进行现场试验对产品进行验证,形成定型的车载煤层气钻机产品。车载煤层气专用钻机为全液压钻机,采用专用越野底盘车作为运载车,根据钻机的工况对运载车与钻机进行一体化设计,完成钻机台上部件的合理布局和底盘车的车架设计。对车载煤层气专用钻机井架、天车、专用动力水龙头进行一体化设计,井架为伸缩井架,通过伸缩液缸实现井架的伸缩及游动系统的提升、下放功能；天车具有旋转功能,满足钻机在运输和工作状态下的要求；专用动力水龙头滑道整合在井架伸缩段上,水龙头沿井架上下运动,专用动力水龙头的反扭矩传递到井架。井口工具设计了冲扣钳,冲扣钳与专用动力水龙头配合完成钻机的上卸扣功能。根据钻机的功能设计了液压及控制系统,实现钻机的全液压控制。同时,针对钻机的HSE要求进行了相关设计,对钻机的颜色和标识进行设计。形成的车载煤层气专用钻机完整的设计资料。在本文中重点对专用动力水龙头的设计进行了研究。专用动力水龙头由水龙头本体、吊梁、专用水龙头支架和背钳等组成。专用动力水龙头是钻机主要承载部件之一,是钻机的扭矩动力源,因此,专用动力水龙头的设计尤其重要。在设计中,首先对专用动力水龙头的设计方案进行了优选,确定了大扭矩空心马达的传动方案,对主要零件：壳体、中心管和专用动力水龙头支架进行了详细设计和计算。借助有限元分析软件对专用动力水龙头的设计进行验证,专用动力水龙头的设计满足设计要求。针对车载煤层气专用钻机和专用动力水龙头样机试验本文进行了研究,根据车载煤层气专用钻机的性能参数和使用工况,确定了车载煤层气专用钻机和专用动力水龙头的试验程序和相关试验要求,按照试验程序对车载煤层气专用钻机和专用动力水龙头进行了试验,进行了厂内的常规试验、厂内功能性试验2次、现场钻井试验。完成了一口深100m的水井的厂内钻井试验,对钻机功能进行了初步检验和完善；完成了一口904m深的煤层气井钻井试验,对钻机的功能进行了检验,验证了钻机与实际钻井作业的适应性。通过对车载煤层气钻机设计、试验研究,完成了车载煤层气专用钻机和专用动力水龙头的全部设计研究工作,通过有限元分析软件对设计辅助分析验证和现场试验的验证,车载煤层气专用钻机和专用动力水龙头满足设计要求,适合我国煤层气开发的需要。