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同心跟管钻具的技术选型与工程应用研究
30 Jun 2026
摘要
同心跟管钻具是凿岩钎具领域中技术含量较高、结构较为复杂的产品系列，广泛应用于复杂地层条件下的水井钻凿、地质勘探及基础施工等工程领域。本文基于多年钻具销售出口的工程实践，系统阐述了同心跟管钻具选型的关键参数体系，深入对比分析了ROBIT与ATLAS两种主流技术路线的结构特点与适用工况，并结合工程案例探讨了不同壁厚跟管条件下钻具的优化配置方案。研究表明，科学合理的选型参数采集、针对性的结构设计以及基于工况的差异化方案制定，是确保同心跟管钻进工程成功实施的关键要素。本文旨在为同心跟管钻具的设计选型与工程应用提供技术参考。
关键词：同心跟管钻具；技术选型；ROBIT结构；ATLAS结构；跟管钻进
1 引言
跟管钻进技术是应对复杂地层钻进难题的有效手段，其核心在于钻具与套管的协同作业。同心跟管钻具通过中心钻头及套在中心钻头外的扩孔组件（环形钻头+管靴）冲击破碎岩石造孔，同时利用扩孔组件的扩孔作用将套管带入孔内。与偏心跟管钻进相比，同心跟管能较好地解决因地质条件复杂而造成的卡钻及孤石钻进问题，更有利于施工操作，提高钻孔工效。
随着全球基础设施建设的持续推进和水资源开发需求的不断增长，同心跟管钻具市场呈现稳步发展态势。据统计，2024年全球同心跟管钻具市场规模约9.24亿美元，预计2031年将达到12.27亿美元。在这一背景下，如何高效、正确地为客户提供适配的同心跟管钻具产品与解决方案，成为钻具销售与技术服务工作者的核心课题。
本文结合作者多年钻具销售出口的实践经验，从客户询盘参数采集、产品结构对比、选型要点及工程案例等维度，对同心跟管钻具的技术选型进行系统梳理与深入分析。
2 同心跟管钻具询盘关键参数体系
在同心跟管钻具的销售与技术服务过程中，客户提供的初始询盘参数往往不完整。为确保选型的准确性，销售人员需引导客户提供以下六项核心参数：
（一）跟管外径。 跟管外径决定了钻孔的最终孔径规格，是选型的首要参数。
（二）跟管内径。 跟管外径与内径共同决定了跟管壁厚。目前主流同心钻具的跟管壁厚主要有两种规格：不大于6.5mm（典型值为6.35mm）和不大于10mm。壁厚6.35mm与10mm的跟管在连接方式、钻具结构设计及拔管工艺上存在显著差异。
（三）环形钻头内径。 环形钻头内径决定套管大小。以SOD168环形钻头为例，当内径为135mm时，下127mm套管即可轻松通过。这一参数直接关系到套管的适配性与下管顺畅度。
（四）扩孔组件与跟管的连接方式。 目前主要有四种连接方式：螺纹连接、焊接、软索（软梢）连接、热压连接（环形钻头与管靴不可分离），以及不连接方式。不同连接方式决定了钻具的可回收性及施工工艺。
（五）客户钻井方案。 包括钻孔深度、地层条件、钻进角度等，是选型的重要依据。
（六）水泵直径。 水井中的水泵放置于井底，水泵直径一般需小于环形钻头内径，以确保水泵能够顺利下放至设计深度。
在完整获取以上六项参数后，方可进行图纸设计、技术方案制定及报价，待客户确认后方可组织生产。
3 ROBIT与ATLAS结构对比分析
目前，同心跟管钻具的主流技术路线主要源自ROBIT（罗比特）与ATLAS（阿特拉斯）两大体系。两种结构各有特点，适用于不同的工程工况。
3.1 ROBIT结构体系
ROBIT结构的核心优势在于其配套性好，能够最大程度上满足超深井的钻孔需求。根据不同跟管壁厚，ROBIT结构主要有以下型号：
针对壁厚6.35mm的跟管，配套SOD168同心跟管钻具（图号414140），环形钻头外径185mm、内径142mm，中心钻头直径154mm。管靴与扩孔套采用波形螺纹连接或焊接方式，拔管时可回收。
针对壁厚10mm的跟管，配套SOD168同心跟管钻具（图号414260），环形钻头外径178mm、内径142mm，中心钻头直径146mm。管靴与扩孔套采用波形螺纹连接，拔管时可回收。
另一款针对壁厚10mm跟管的ROBIT结构（图号414050），环形钻头外径173mm、内径126mm，中心钻头直径146.5mm。其特点是管靴与扩孔套采用焊接方式，环形钻头外径较414260结构的178mm更小，拔管阻力更小，在中国地区应用较为广泛。
ROBIT结构同心跟管的一大特点是设有三个钩子，这一设计在拔管回收工艺中发挥着关键作用。
以下是ROBIT结构的立体组装图以及环状钻头示意图。该槽采用螺旋加载方式:即中心钻头向下旋转，同时可以轻松安装扩孔组件(环形钻头+管靴)
3.2 ATLAS结构体系
ATLAS（阿特拉斯）Symmetrix同心跟管系统可在任意角度（包括水平方向）钻进超过100米深的直孔。其三大构件包括中心（导向）钻头、套管靴和环形钻头。
针对壁厚6.35mm的跟管，ATLAS结构（图号414210）的环形钻头外径183mm、内径132mm，中心钻头直径154mm。管靴与扩孔套采用软索（软梢）连接，拔管时扩孔组件留在孔内，环形钻头不随跟管拔出。
针对壁厚10mm的跟管，ATLAS结构（图号414020）的环形钻头外径186mm、内径138mm，中心钻头直径147mm。管靴与扩孔套采用不连接方式，拔管时扩孔套留在孔内。
以下是ATLAS阿特拉斯结构。环形钻头在孔内有一个凸起部位，必须与中心钻头排出槽对齐后才能进行旋转。只有中心钻头才能被安装到环形钻头上。当工件位于孔底时，二次对齐和安装会更加棘手。
3.3 两种结构的技术对比
综合来看，ROBIT结构与ATLAS结构的主要差异体现在以下方面：
环形钻头内径方面，ATLAS结构的环形钻头内径普遍小于ROBIT结构。较小的内径意味着在相同跟管外径条件下，ATLAS结构的环形钻头壁厚更大，强度更高，但也可能导致下泵空间受限。
配套性方面，ROBIT结构的配套性更优，尤其在超深井钻孔工况下表现更为突出。ROBIT结构可通过SOD273、SOD219、SOD168等不同规格的扩孔组件形成阶梯跟管，实现更深孔的钻进。
拔管回收方面，ROBIT结构在拔管时环形钻头和管靴可回收；而ATLAS结构的软索连接和不连接方式下，扩孔套和环形钻头通常留在孔内。选择何种结构需根据地质条件和预算方案综合决定。
4 跟管壁厚与连接方式的技术匹配
4.1 壁厚6.35mm跟管的技术方案
跟管壁厚小于或等于6.35mm时，跟管之间通常采用焊接连接，基本不会拔管。在此工况下，无论采用何种结构的环形钻头或扩孔组件，均会留在孔内。
对于壁厚6.35mm的跟管，若客户要求跟管与扩孔套采用波形螺纹连接（不拔管方案），推荐采用ROBIT设计（图号414140）。该方案已在智利等海外市场得到验证——曾有智利客户订购100套SOD168同心钻具扩孔组件，适配6mm壁厚跟管，采用波形螺纹连接方式。
4.2 壁厚10mm跟管的技术方案
对于壁厚不大于10mm的跟管，管靴和跟管既可焊接，也可做成螺纹连接。跟管连接时，壁厚较大可采用波形螺纹连接，螺纹寿命长；跟管壁薄时可采用梯形扣，以尽量保证螺纹处跟管壁厚。
ROBIT结构针对壁厚10mm跟管提供了两种方案：图号414260（外径178mm，波形螺纹连接，可回收）和图号414050（外径173mm，焊接连接，可回收型）。后者在中国地区应用较多，其环形钻头外径较前者小5mm，拔管阻力更小。
4.3 关于与原厂设计一致性的说明
在同心跟管钻具的实际生产中，需特别注意客户对原厂设计一致性的要求。以ROBIT结构为例，当扩孔组件与跟管采用螺纹连接时，受模具长度限制，在螺纹总长85mm的情况下，必须取消耳钩。这一改动会影响环形钻头与中心钻头的配合式样。因此，对于要求必须与原厂设计完全一致的客户，需在方案设计阶段予以充分沟通和确认。
修改前
修改后
5 阶梯跟管钻进工艺与工程应用
同心跟管钻具的一大技术优势在于可实现阶梯跟管钻进工艺。以水井钻凿工程为例，当需要钻进400米深度时，可采用SOD273、SOD219、SOD168三种规格各打100米的阶梯式方案。这种工艺的核心优势在于：
其一，通过逐级减小跟管直径，可有效降低钻进阻力，提高钻进效率；其二，在复杂地层条件下，阶梯跟管可减少卡钻风险；其三，不同规格的扩孔组件可回收重复使用，降低工程成本。
ROBIT结构在这一工艺中表现尤为突出，其SOD168、SOD219、SOD273扩孔组件可形成完整的阶梯跟管系列，配套视频资料展示了这一工艺的可行性。这也是作者推荐ROBIT结构的重要原因之一。
6 结论
同心跟管钻具的选型与设计是一项系统性工程，需要综合考虑跟管尺寸、壁厚、连接方式、钻井方案及配套设备等多重因素。基于本文的分析，可得出以下结论：
（1）完整的询盘参数采集是确保选型准确的前提。跟管外径、内径、环形钻头内径、连接方式、钻井方案和水泵直径六项参数缺一不可。
（2）ROBIT结构与ATLAS结构各有适用工况。ROBIT结构配套性好，适合超深井钻进及阶梯跟管工艺；ATLAS结构在特定工况下具有独特优势。销售人员需根据客户的实际需求和地质条件推荐最适配的方案。
（3）跟管壁厚是决定连接方式和钻具结构的关键因素。壁厚6.35mm与10mm分别对应不同的设计思路和工艺方案，不可混用。
（4）对于有原厂设计一致性要求的客户，需在方案设计阶段充分确认技术细节，避免因模具限制等原因导致的产品差异。
随着全球同心跟管钻具市场的持续增长，深入掌握产品技术特点、精准把握客户需求、提供差异化的技术方案，将成为钻具企业提升核心竞争力的关键所在。
参考文献
[1] 跟管钻进[EB/OL]. 百度百科, 2025.
[2] 同心跟管钻具市场发展动向及趋势研究报告2026-2032[R].
[3] 全球同心跟管钻具行业调研及趋势分析报告-2026[R].
[4] 全球及中国同心跟管钻具市场规模调查及“十五五”前景预测报告[R].
[5] Products | Robit Plc[EB/OL]. www.robit.fi.
[6] 阿特拉斯Symmetrix一次性环状钻头系统[EB/OL].
附件：
图纸展示：SOD168 各图号对比图
图号：414140， 414260， 414050 ， 414210， 414020.
