随着地质钻探行业的发展和需要,智能化(自动化)钻机已经成为发展的流行趋势,由于孔内的钻进具有不可见性,影响钻进参数的不确定因素很多。因此,在钻进中必须合理选择与优化钻进参数、降低钻探成本、提高钻探效率,解决这些问题的前提条件是研究掌握钻头的碎岩机理以及钻进工艺参数。为适应现代科学钻探的任务及实际生产的需要,本文研发了一款功能较全面的微型钻进实验模拟装置。该实验装置可用于钻探领域的很多研究工作,如用于对新型钻头的研发；给实际钻探施工作业提供或选择钻进参数,并可进行效果评价,从而优化钻探规程参数；可用于测岩石的研磨性和可钻性,并对岩石研磨性和可钻性进行分级；还可用于金刚石钻头的使用寿命研究,可选择不同钻进规程参数研究钻头的消耗量,在确保钻速需求的同时钻头寿命达到最长使用时间。本文主要从以下几个方面开展微型钻进实验模拟装置的研发。调研国内外自控式(智能)钻探设备(装置)的研究发展情况及研究成果,并对国内外在这方面研究及成果进行了分析对比。地质大学(北京)地质超深钻探技术国家专业实验室结合本实验室的实际情况与科研小组的科研经验水平,提出了微型钻进实验模拟装置的研发及设计技术思路,并对实验模拟装置功能需求进行分析讨论,包括钻进实验模拟装置的硬件结构组成,软件数据监测与采集系统,钻进功能模式定义,具体技术参数选定等。实验装置的具体研发与设计。一是实验模拟装置的机械系统设计,根据已经选定的技术参数指标,对钻进回转机构的设计、给进机构的设计、移动机构的设计和泥浆循环系统进行了详细的计算与优化设计,并对关键零部件做了有限元分析,确保设计满足机械安全要求；二是实验模拟装置的数据监测采集与工控系统设计实现,主要包括数据监测采集系统和工控系统设计两大部分内容。具体研究设计内容包括钻压监测与控制、转速监测与控制、钻速监测与控制、扭矩监测及泵量的控制等功能,实现了各个单元系统的功能研发。模拟钻进试验评价。验证了微型钻进实验模拟装置运行可靠,数据采集与监测情况均达到设计要求,其工控系统设计也符合实际功能要求。