机械化拧卸钻杆装置

❶ 岩心钻探工艺对设备的要求

(一)对钻机的要求

岩心钻探的钻孔深度变化较大,一般从数百米到几千米之间;钻孔口径小,一般从几十毫米到几百毫米;钻进地层以基岩为主,地层差异大,复杂多变;另外岩心钻探现场道路环境差。岩心钻探主要采用硬质合金、金刚石、复合片钻进方式,以适应不同地层钻探要求。根据岩心钻探的特点,钻机必须满足以下要求:

1)钻机的各项技术性能要满足钻进工艺要求。钻机回转器要求转速高,转速调节范围宽,高转速适应于小口径金刚石钻进,低转速用于合金、复合片钻进以及开孔、扩孔、扫孔、拧卸钻具之用;给进机构的给进力和给进速度应能满足钻头所需压力和钻头瞬时钻速的要求,应能进行可控加减压钻进;升降机的提升能力和提升速度应尽可能地减少升降工序所用的时间等;另外钻机应具有良好的导向性能和变角施工功能。

2)钻机必须配备必要的检测和指示仪表(或钻参仪),供操作者了解和掌握钻进参数及孔内情况,以便于控制及选择钻进参数。

3)钻机应具有足够的强度、刚度、耐久性,稳定性和动平衡性好;结构简单、维护方便,成本低。

4)钻机传动效率高、能传递足够的功率,保证工作机构正常工作及短时间超荷运行,以适应处理孔内事故等特种工作的需求。

5)钻机的机械化、自动化程度要高,并尽量做到体积小、质量轻、可拆性好,便于运输及安装,以利于提高生产效率,减轻工人劳动强度。

(二)对泥浆泵的要求

钻探施工对泥浆泵的性能要求,与泵的使用条件(如钻进工艺方法、钻孔深度、口径、地层等)有关,主要有以下几点:

1)泵的排量要有较大的调节范围,最好能实现无级调节。在复杂地层中钻探施工时,需要设计多级口径的钻孔结构,为了及时清除孔底岩粉,就要求有适合不同口径的冲洗液流速,而流速的改变是通过改变流量来实现的,因此泵的流量是有效破碎岩石、安全钻进的重要参数之一。

2)泵的排出压力(泵压)要能满足所钻孔深的要求。钻进过程中循环系统中冲洗液的阻力即是泵的排出压力,随着孔深、孔径和孔内情况的变化,孔内的阻力也会发生变化,所以泵的允许排出压力要与流量、孔深相匹配。

3)在冲洗液流量确定之后,要求泥浆泵输出的压力和流量波动要小。钻进过程中泵量、泵压的波动会产生水击作用,影响钻孔护壁效果,使携带岩粉的能力降低,地面循环系统和泵体产生振动,缩短零部件寿命。

4)在钻探过程中,由于某些原因,有时会出现泵压突然升高的“憋泵”现象,使泵在泵压超载状态下运行。当超载运行超过一定限度就可能使泵遭受损坏。因此既要求泵具有一定的(短时间的)超载能力,又具有过度超载时自动卸载的保护装置。

5)泵的工作条件十分恶劣,要求泵具有良好耐腐蚀性和耐磨性,工作可靠,易损件寿命长,便于维修保养的特性。

(三)对钻塔的要求

1)应根据钻孔的深度合理选择钻塔高度。适当增加钻塔高度有利于增加钻杆立根长度,减少升降作业中拧卸钻杆的次数,节约起下钻时间;但高度太高,钻塔重量增加,安装、拆卸难度大,时间长,运移不便。因此,必须在综合考虑的基础上确定合理的钻塔高度。

2)随钻孔深的加深,钻具的长度和重量增加,加之钻具与孔壁摩擦力的影响,提升钻具时所有的力都作用在钻塔上。因此要求钻塔必须满足设计孔深所需的全部承载力,并保证足够的安全系数和稳定性。

3)为适应钻探施工现场环境恶劣,搬迁频繁的特点,要求钻塔重量轻,可拆性、运移性好,以减轻工人体力劳动强度。

4)钻探设备及钻探操作工艺均集中在钻塔底层,钻塔底面应满足钻探设备的合理布局,并符合人机工程的要求,保证操作人员和设备的安全。

(四)对动力的要求

1)能够满足整个钻探过程的总功率要求,如钻机、水泵、辅助设备(拧管机、搅拌机、供水泵站、液压泵站等)、电焊、照明等。

2)若采用燃料机作为动力,要求为可移动式,能量消耗少、噪音小、污染小等。

3)若采用电网供电,要求变压器至钻机的距离短,以减少线路电力损耗。

❷ 西安1200型探水钻机

ZDY1200S(MK-4)钻机采用分组式布置，整机共分主机、泵站、操纵台三大部分，各部分之间用胶管连接。解体性好，在井下便于搬迁、运输，摆布灵活。在运输条件较差的地区，主机还可以进一步解体。

1主机

主机由回转器、夹持器、给进装置及机架组成。各部分之间装拆方便。

1.夹持器2.给进装置3.回转器4.机架

图1主机

1.1回转器

回转器由斜轴式变量柱塞马达、齿轮减速器和胶筒式液压卡盘组成。马达经两级齿轮减速，带动主轴及液压卡盘实现钻具的回转。调节马达排量可以调节转速。回转器主轴为通孔式结构，通孔直径75mm，更换不同直径的卡瓦组可使用Φ50、Φ42mm的常规钻杆，钻杆的长度不受钻机本身结构尺寸的限制，回转器安装在给进机身的拖板上，借助给进油缸沿机身导轨往复运动，实现钻具的给进或起拔，机身刚度好，起下钻运行平稳。回转器具有侧向开合装置。液压卡盘采用液压夹紧、弹簧松开常开式结构，具有自动对中，安全可靠、卡紧力大等特点，它不但能保证正常钻进，还可用来升降钻具、强力起拔等（卡盘配用不同规格的钻杆、更换卡瓦时，用专用工具将卡瓦组的弹簧压缩放入胶筒内）。

1.2夹持器

夹持器采用碟形弹簧夹紧，油压松开的常闭式结构。可以防止起下钻具时因突然停电引起的跑钻事故。夹持器固定在给进装置机身的前端，用于夹持孔内钻具并可配合回转器实现机械拧卸钻杆。夹持器卡瓦靠左右两根销轴与卡瓦座轴向固定，圆周方向的固定靠卡瓦座上的平键。只要将左右两根销轴抽出，卡瓦就可以取出，夹持器通孔即可通过Φ108mm的岩心管。

1.3给进装置

采用油缸直接推、拉带动拖板及回转器沿给进机身导轨前后移动。

回转器与拖板之间采用类似于立轴钻机开箱式结构和联接方式。一边用销轴把拖板与回转器穿在一起，另一边用铰式螺栓把回转器压在拖板上，起下粗径钻具时，将螺栓松开，即可把回转器搬向销轴一侧，让开孔口。给进机身通过锁紧卡瓦固定在机架的前后立柱及支撑杆的横梁上。

1.4机架

钻机的机架用于安装固定给进装置。

机架由一个爬履式底座、立柱、支撑油缸及支撑杆等部件组成，给进装置在机架上可以调整安装，并可利用支撑油缸调整倾角，以满足各种倾角钻孔的需要，支撑杆采用二节式结构，钻进较小倾角钻孔时，取下上面一节加长杆，钻进较大倾角钻孔时，再接上加长杆。利用爬履式底座以常规方法可将钻机安装在基台木上。

2操纵台

操纵台是钻机的控制装置。由各种控制阀、压力表及管件等组成。钻机的回转、给进、起拔与卡盘、夹持器的联动功能是靠操纵台上的阀类元件组合来实现的。

在操纵台上有马达回转、支撑油缸、给进起拔、起下钻转换及截止阀五个操作手把。增压、调压、背压三个调节手轮及指示系统压力、给进压力、起拔压力、回油压力的四块压力表。油管排列整齐，并有指示牌标明连接方法。各种油路控制阀安装在操纵台框架内。高压胶管采用扣压式接头，拆卸油管时用自带的堵头将油管两端接头出口封堵，以免管中油液漏失及脏物进入管中。

3泵

泵站是钻机的动力源。它由防爆电动机、主油泵、副油泵、油箱、冷却器、滤油器、底座等部件组成。电动机通过弹性联轴器带动油泵工作，从油箱吸油并排出高压油，经操纵台驱动钻机的各执行机构工作。调节油泵端头的手轮即可改变油泵的排量，实现主机回转和给进速度的无级调整。

油箱是容纳液压油的容器，它置于油泵的上方。为了保证液压系统的正常工作，在油箱上设有多种保护装置。如吸油滤油器、回油滤油器、冷却器、空气滤清器、油温计、油位指示计、磁铁等，为避免在井下加油时脏物进入油箱，可通过空气滤清器加油。

综上所述钻机有以下特点：

a.钻机由三大件组成、即主机、泵站、操纵台，可以根据场地情况灵活摆布；解体性好，搬迁运输方便。

b.机械化拧卸钻具，可减轻工人劳动强度，提高工作效率。夹持器卡瓦可方便地取出，扩大其通孔直径，便于起下粗径钻具。

c.单油缸直接给进与起拔钻具，结构简单，安全可靠，给进、起拔能力大，提高了钻机处理事故的能力。

d.采用双泵系统，回转参数与给进工艺参数可以独立调节。变量油泵和变量马达相结合进行无级调整，转速和扭矩都可大范围调整，提高了钻机对不同钻进工艺的适应能力。

e.回转器通孔直径大，更换不同直径的卡瓦可适用不同直径的钻杆，钻杆的长度不受钻机本身结构尺寸的限制。

f.用支撑油缸调整机身角度方便省力，安全可靠。

g.通过操纵台进行集中操作，人员可远离孔口一定距离，有利于人身安全。

h.液压系统保护装置完备，提高了钻机工作的可靠性，主要液压元件采用国产先进定型产品，性能稳定可靠，通用性强。

❸ 深孔钻探设备机具的优化配置

为有效地提高深孔钻探效率和减少工人的劳动强度，应通过设备与机具的优化选择与配套，提高设备的先进性和配套的科学性。钻探设备的优化配置，就是在保证钻探质量和安全的基础上，分析主要钻探技术指标对钻进效率的影响（表12.5），优化设计或选择钻探装备（钻机、泥浆泵、钻杆、取心钻具、钻头以及辅助性的钻探设备和器具等），形成最佳的钻探装备组合，最终获得最高的钻探效率和最低的钻探成本。钻探设备优化配置的目标是获得最佳的钻探技术指标和最佳的钻探施工经济性。

表12.5 主要钻探技术经济指标对钻进效率的影响

（据张伟等，2007）

12.3.1 钻探工艺对钻探设备的配置要求

深孔取心钻探设备优化选择应考虑不同钻探工艺对设备、机具的特殊要求，见表12.6。

表12.6 钻探工艺对钻探设备的配置要求表

12.3.2 主要钻探设备的选择与配置

（1）钻机选择

1）钻机选择应满足以下基本原则：

（a）按照钻探的目的，应满足工程的各项要求，如设计的孔深、穿矿和终孔的口径等。

（b）满足选定的钻探工艺所需的施工能力，并适应可能出现的钻探方法的变换。一般来说，新矿区和地层情况较复杂时，钻机的施工能力应备有余量；机型、能力、斜孔可按85%折算，使用3年后按每年5%递减。

（c）依据施工区的地形地貌、地层情况、道路、水源、电力供应、气候等条件选择适用设备。

（d）优先选用技术性能先进、易于维修及经济性好的钻机。

2）钻机选择应考虑的主要因素：

（a）足够的提升能力——满足提升最大重量钻杆柱与套管柱的要求；

（b）足够大的扭矩——满足回转钻杆柱、套取岩心的要求；

（c）足够高的转速——满足钻进工艺的要求；

（d）可靠度高；

（e）尺寸适当。

（2）钻塔选择

在钻孔过程中，钻塔用于安放和悬挂提升系统、承受起下钻具重力、存放钻杆或钻铤等。钻塔应根据设计的孔深，使用的钻机以及施工的性质，同时考虑钻孔的位置及气候条件等进行选择，必须具有足够的承载能力、强度、刚度、整体稳定和必要的操作使用空间。

（3）泥浆泵的选择

1）应根据钻探方法、钻机类型、钻孔结构及钻探工艺要求选择泥浆泵。

2）必须使用柱塞往复式高压变量泵。

3）泥浆泵必须性能完好，安全阀灵敏可靠。

4）冲洗液高压循环系统必须配套带压力表的稳压罐，各管线连接牢固且安全可靠。

12.3.3 深孔钻进机具的选择与配置

钻探机场机具应根据设计孔深、穿矿和终孔口径、地层情况、预定的钻孔结构、拟采用的钻进方法和工艺、处理可能发生的孔内事故等因素综合选择与配备。

（1）选择与配置的一般要求

1）必须按钻孔设计孔深配备钻杆，并留有余量；

2）一般机场应配齐Φ130 mm～Φ56 mm的各类钻具；

3）主要施工口径钻具每一规格应不少于2套；

4）采用绳索取心钻进的机台，机场应配备不少于50m的Φ50mm钻杆及相应的钻具；

5）配备的机具还必须满足特殊钻进方法与工艺的需要。

（2）钻杆选择

钻杆是钻进传递扭矩的工具，它从孔口把钻机的扭矩和动力传递给孔底的钻头，用于破碎岩石。钻杆柱方案选择的一般原则如下（表12.7）：

1）取心钻进方法决定了钻杆类型；

2）钻杆柱的材质、结构等应满足钻进工艺需要；

3）钻具、钻杆柱组合重量不能超过钻机承载能力——大钩负荷；

4）深孔钻探应选择绳索取心钻杆和取心工具。

表12.7 钻杆类型的选择分析表

（3）绳索取心钻杆必须满足的性能要求

1）强度应满足深孔钻进的要求；

2）合理的钻杆壁厚，以减轻钻头唇面碎岩面积，提高钻进技术经济指标；

3）钻杆柱内平或基本内平，内管总成能在钻杆内顺利通过；

4）钻杆柱与孔壁、内岩心管间隙要合理，减少冲洗液循环阻力和提钻及打捞岩心时抽吸作用，保持孔壁稳定；

5）钻杆柱螺纹外表面及公母螺纹耐磨性、密封性好。

（4）深孔钻探选择钻杆应注意的主要事项

1）高强度绳索钻杆管材要求：规格符合标准和尺寸公差要求；材料屈服强度高，弹塑性好；管材金相组织均匀，残留应力低；笔直度和同一性好；热处理、表面处理和机械加工特性优良；有一定的耐腐蚀特性。

2）深孔钻探施工不确定因素较多，钻杆受力复杂，承受扭力较大，要从钻杆管体与接头的材质（强度、韧性、延伸率、热处理）、管体壁厚、螺纹设计形式、连接强度和密封性能等方面精选钻杆。

3）绳索取心钻杆：钻孔较深，选用Ф71mm镦粗钻杆；超过1500m的孔深，必须检验绳索取心钻杆的强度。

4）钻杆易折断的部位大多数在丝扣根部。选择深孔钻杆时，首先要考虑提高钻杆丝扣强度。

12.3.4 相关辅助设备的选择

1）每台钻机应配泥浆搅拌机和一个0.2～0.3m³处理剂容器，且应安装摆放稳固，便于操作，方便使用。

2）配备必要的泥浆固控设备，如旋流除砂器、除泥器等。

3）采用金刚石绳索取心钻进工艺的钻机，应配备与钻机孔深相匹配的绞车、且绞车应安装牢固，性能可靠，操作灵活。

4）根据选择的钻机和钻具，选配拧管机。绳索取心钻进宜使用液压吊钳，使拧卸钻杆时既减轻工人劳动强度，又保证必须的预紧扭矩。

12.3.5 测量与检测仪器

1）测量仪器：测斜仪，造斜纠偏定位仪等。

2）检测仪器：使用泥浆的现场应备有粘度计、比重计、含砂量计、失水量仪以及pH值试纸等。

3）应配有孔底压力指示表、泵压表，尽可能配备扭矩表、转速表、冲洗液流量表或钻孔多参数仪，电力驱动应有电压表、电流表和功率表。

4）应配备检查钻具磨损的量具，如必要的钻杆损伤探测仪。

❹ 钻机的结构及特点

钻机为整体式布局(图3-1)，由主机、操纵台、泵站、履带车体和稳固装置五大部分组成，主机、泵站、操纵台之间用高压胶管连接，共同安装在履带车体之上，结构紧凑，便于井下搬迁运输。

图3-1 钻机结构示意图

一、主机

主机(图3-2)由回转器、给进装置、夹持器、调角装置组成。

图3-2 主机结构示意图

1.回转器

回转器由油马达、变速箱、抱紧装置和液压卡盘组成(图3-3;表3-1)。

图3-3 回转器结构示意图

油马达为手动变量斜轴式柱塞马达，通过齿轮减速驱动主轴和液压卡盘回转，调节马达排量可以实现无级变速。变速箱包含行星齿轮和圆柱斜齿轮两级减速。抱紧装置为常开式结构，在采用孔底马达钻进工艺时通入高压油，使之抱紧输入轴，防止钻杆转动。液压卡盘为油压夹紧、弹簧松开的胶筒式结构，具有自动对中、卡紧力大等特点。控制液压卡盘的压力油通过箱体上的滤油器和主轴上的配油装置供给。配油装置的泄漏油通过变速箱后经回油滤油器直接回到油箱，这部分油既起到润滑齿轮和轴承的作用，又可带走齿轮搅油产生的热量。

表3-1 回转器零部件明细

续表

注:表中的序号与图3-3中的编号对应。

回转器采用卡槽式连接安装在给进装置的拖板上，借助给进油缸带动拖板沿机身导轨往复运动，实现钻具的给进或起拔。回转器主轴为通孔式结构，使用钻杆的长度不受钻机给进行程的限制。

(1)抱紧装置

抱紧装置(图3-4;表3-2)为常开式结构，在采用孔底马达钻进工艺时通入高压油，使之抱紧输入轴，防止钻杆转动。

图3-4 抱紧装置结构示意图

表3-2 抱紧装置零部件明细

续表

注:表中序号与图3-4中的编号对应。

(2)液压卡盘

液压卡盘(图3-5;表3-3)为油压夹紧、弹簧松开的胶筒式结构，具有自动对中、卡紧力大等特点。控制液压卡盘的压力油通过箱体上的滤油器和主轴上的配油装置供给。

图3-5 液压卡盘结构示意图

表3-3 液压卡盘零部件明细

注:表中的序号与图3-5中的编号对应。

2.给进装置

给进装置由两根并列的给进油缸、机身和拖板组成(图3-6;表3-4)。给进油缸选用双杆缸，两侧的活塞杆与机身的两端固定。缸体上的卡环卡在拖板的挡块之间，缸体在活塞杆上往复运动即可带动拖板及回转器沿机身导轨移动。

表3-4 给进装置零部件明细

续表

注:表中序号与图3-6中的编号对应。

图3-6 给进装置结构示意图

3.夹持器

夹持器(图3-7;表3-5)固定在给进装置机身的前端，用于夹持孔内钻具，还可配合回转器实现机械拧卸钻杆。卡瓦由螺钉固定在卡瓦体上，卡瓦体靠挡边与销轴实现轴向固定。将两根销轴抽出即可从一侧取出卡瓦体，使夹持器通孔扩大，以便通过粗径钻具。在夹持器与给进机身的连接处设有两组调整垫片，用于调整夹持器卡瓦组的中心高，使之与回转器主轴中心高相一致。

图3-7 夹持器结构示意图

表3-5 夹持器零部件明细

续表

注:表中序号与图3-7中的编号对应。

4.调角装置

调角装置由横梁、撑杆、滑轮装置、支座、垫板和销组成。横梁用来稳固给进装置。调角时滑轮装置套装在上稳固装置前油缸上，用钢丝绳绕过滑轮和横梁。油缸上顶，横梁即上升，进而带动给进装置上仰。俯角调整是通过调整下稳固装置前后支腿高度差实现的。

二、操纵台

图3-8 操纵台结构示意图

操纵台是钻机的控制中心，由多种液压控制阀、压力表及管件组成(图3-8;表3-6)。钻机行走、转向、动力头回转、给进起拔、机身调角稳固等动作的控制和执行机构之间的联动功能都是通过操纵台上的阀类组合来实现的。为使钻机布局合理，结构紧凑，按不同的工作状态，将操纵台分为主操纵台和副操纵台两部分。主操纵台在钻孔时使用，设在履带车体后方左侧，也便于在钻进时观察孔口情况，远离孔口进行操作，有利于安全。副操纵台在钻机行走、车体稳固调角或测斜时使用，设在履带车体后方中间位置，符合操作及驾驶习惯。

表3-6 操纵台零部件明细

续表

注:表中的序号与图3-8中的编号对应。

主操纵台上设有马达回转、给进与起拔、起下钻功能转换、钻进功能转换、夹持器功能转换、Ⅱ泵功能转换、Ⅱ泵分流功能转换七个操作手把，溢流阀调压、减压阀调压和起拔节流三个调节手轮，以及Ⅰ泵系统压力表、给进压力表、起拔压力表、Ⅱ泵系统压力表和回油压力表等五块压力表。为实现联动功能而设置的专用阀安装在油路板内，所有油路控制阀、压力表及其间的连接管路均安装在一个框架内。副操纵台靠主操纵台供给高压油工作，共设两个履带行走操作手把和一个九联多路阀，其中一联控制绞车马达，其余八联控制八只稳固调角油缸的伸缩。正常钻进时，上述油缸均不工作，主操纵台也不向副操纵台供油。

三、泵站

泵站(图3-9)是钻机的动力源。由防爆电机泵组(图3-10;表3-7)和油箱(图3-11;表3-8)等部件组成。电动机通过弹性联轴器带动Ⅰ、Ⅱ泵工作，从油箱吸油并排出高压油，经操纵台的控制和调节使钻机的各执行机构按要求工作。Ⅰ、Ⅱ泵均为液控变量泵，效率高，温升慢。

图3-9 泵站结构示意图

图3-10 电机泵组结构示意图

图3-11 油箱结构示意图(隐藏后侧板)

表3-7 电机泵组零部件明细

续表

注:表中序号与图3-10中的编号对应。

表3-8 油箱零部件明细

续表

续表

注:表中序号与图3-11中的编号对应。

注意:1)为避免油箱内液压油污染，必须通过空气滤清器的滤网加入符合标准的液压油;

2)为保证进油顺畅，应定期清洗油箱和吸油滤油器;

3)为保证钻机连续工作时油箱内的液压油温度不超过60℃，应通过冷却器使液压油降温;

4)冷却器的冷却水压力不得超过1MPa;

5)当冷却器的出水不畅时，应对其进行清洗。

四、履带车体

履带车体(图3-12;表3-9)由履带底盘、车体平台组成。履带底盘选用钢制履带片，耐磨、强度高。车体平台固接在履带底盘的横梁上，用来安装固定主机、泵站和操纵台等部件。

图3-12 履带车体结构示意图

表3-9 履带车体零部件明细

注:表中序号与图3-12中的编号对应。

五、稳固装置

稳固装置由油缸、伸缩杆、上下接地装置等组成(图3-13;表3-10)，钻机运输时若高度超高可将油缸以上的伸缩杆等去掉。稳固装置统一由副操纵台上的九联阀控制油缸的伸缩实现钻机的稳固。

图3-13 稳固装置结构示意图

表3-10 稳固装置零部件明细

注:表中序号与图3-13中的编号对应。

六、钻机特点

1)主机、泵站、操纵台三大件集中布置在自行式履带车体之上，搬迁方便。

2)卡盘和夹持器相配合，可实现钻具拧卸机械化，减轻工人劳动强度。钻机上设置多种联动功能，可提高工作效率。

3)给进与起拔钻具能力大，提高了钻机处理孔内事故的能力。

4)采用双泵系统，回转参数与给进参数可以独立调节。变量油泵和变量油马达组合，转速和转矩可在较大范围内无级调整，提高了钻机的适应能力。

5)回转器主轴为通孔式结构，钻杆长度不受钻机给进行程的限制。取出夹持器卡瓦体，可扩大其通孔直径，便于起下粗径钻具。

6)液压元件采用进口或国产先进定型产品，性能稳定，通用性强，质量可靠。

❺ 根据钻井工艺中钻进、洗井、起下钻具各工序的需要，一套钻机必须具备哪些系统和设备

1起升系统为了起下钻具、下套管以及控制钻头送进等，钻机装有一套起升机构，它主要由主绞车、辅助绞车（或猫头）、工作刹车、辅助刹车、游动系统[包括钢丝绳、天车、游动滑车（简称游车）和大钩]以及悬挂游动系统的井架组成。另外，还有起、下钻操作使用的工具及设备，如吊环、吊卡、卡瓦、大钳、立根移运机构等。

井架是钻采机械的重要组成部分之一，如图3-36所示，它在钻井和采油生产过程中，用于安放和悬挂天车（图3-37）、游车、大钩、吊环、吊钳、吊卡等起升设备与工具，以及起下、存放钻杆、油管或抽油杆。

图3-49闸板结构示意图旋转防喷器的结构特点是：橡胶芯子可以在抱紧钻杆的情况下随钻杆一起旋转，从而能够在封闭钻杆与套管环形空间的同时，满足边喷边钻的工艺要求。万能防喷器的胶皮芯子能在几秒钟内对任何钻具进行封闭，争取宝贵的抢险时间。当钻机上配备有闸板防喷器、旋转防喷器和万能防喷器三类防喷器时，它们既可以单独使用，也可以重叠使用，可以实现边喷边钻、不压井起、下钻和反循环钻井等钻井新工艺。大多数防喷器都配有手动和液动两套控制装置，以便在紧急情况下远距离控制。

❻ 双管钻具

双动双管钻具是指具有内、外两层岩心管并在钻进时同时回转的取心工具。此种钻具多用于硬质合金钻进,适用在可钻性为1～7级的松软、易坍塌,怕冲刷的岩矿层。也有极少数双动双管钻具采用钢粒钻进,适用于可钻性7级以上的破碎、怕冲刷的岩矿层。采用双动双管钻具钻进可以避免冲洗液对岩矿心的直接冲刷和钻杆柱内水柱的压力,对岩矿心的采取质量有良好的影响。但是出于内外管同时转动,会出现钻具振动、摩擦等机械力对岩矿心的破坏作用。

硬质合金双动双管钻具的结构如图4-2所示。

图4-2 硬质合金双动双管钻具

1—回水孔;2—双管接头;3—球阀;4—阀座;5—外管;6—内管;7,8—内、外钻头

双动双管钻具的外管钻头与一般单管钻具的钻头一样。内管钻头的水口较小,甚至不开水口。通常内、外钻头沿轴向保持一定差距,其大小取决于地层条件,一般为30～50mm。若所钻进的岩矿层松软、胶结性差,则差距应大,反之则小,甚至为零。当钻进胶结性较大的岩矿层时,可采用外肋骨式钻头。钻进坚硬岩矿层时,可采用外径上部开有水槽的厚壁钢粒钻头。岩心管的长度一般为1.5～2.0m。

钻进时,冲洗液由钻杆经双管接头的水眼进入内、外管的环状闽隙,再到达孔底进行冷却钻头和清洁孔底,再沿外管与孔壁间隙返回地表,因而避免了冲洗液对岩矿心的直接冲刷,碎块岩心也不易流失。存在于内管中的冲洗液,随着岩矿心的不断进入内岩心管而受到挤压,冲开球阀,经双管接头回水孔泄到钻具之外,与冲洗液汇合返回地表。

(一)双管钻具的分类

双管钻具按内管在钻进过程中相对于外管是否旋转来区分,将其分为单动双管和双动双管钻具。

为了适应不同类型地层取心的需要,单动双管钻具也有多种。有些具有较广泛的适应性,可用于多种性质的岩矿层的取心,有的则只适合于某些具有特殊性质的岩矿层,使用范围不广,但具有很突出的专用性。以下将分别介绍具有各种特点的典型单动双管钻具。

1.隔水单动双管

该钻具适用于可钻性为3～7级中硬破碎、节理层理发育、易流失的怕磨、怕振的岩矿层。

钻具由外管接头、单动装置、内外管、卡心装置和特制的隔水钻头等五部分组成。如图4-3所示。

图4-3 隔水单动双管钻具

1—外管接头;2—油堵;3—开口销;4—螺母;5—轴承垫圈;6—止推轴承;7—轴承套;8—螺丝套;9—密封圈;10—单动轴;11—外管;12—挡销;13—球阀;14—胶皮圈;15—回水阀座;16—内管;17—内管接箍;18—导向块;19—内管短节;20—卡簧座;21—卡簧;22—合金钻头

2.阿氏单动双管

该钻具适用于煤层或可钻性在1～3级的软硬不均、层次变化频繁的岩矿层钻进和取心。

钻具主要由异径接头、连接器、缓冲装置、单动装置、内外管、内外管接头及岩心容纳器等部件组成。

如图4-4所示,在异径接头上拧接带两个滑块的空心拉杆,拉杆下部顺次连接分水接头及带密封盖的保护管,接头中能自由通过支撑杆,再用内管接头与内管连接,内管中装有半合岩心容纳管,内管下端拧接内管钻头。连接于外管的外钻头带有岩心爪簧。连接器的上部有两个纵向切口(缺口),拉杆的滑块能在切口中移动,钻杆上的扭矩及压力以钻杆通过滑块、连接器传至外管。为了使接手切口不被岩粉充填和挤夹,滑块在异径接头上拧接一个保护管。

(二)双管钻具的配制

1.双动双管钻具的配制

双动双管钻具主要由双管接头、内外岩心管、内外钻头和单向回水球阀等组成。

第一步:准备工作。将需要的双动双管接头,内、外岩心管,内、外合金钻头,拧卸工具备齐。

第二步:首先将双管接头与内管连接好。

第三步:将外管连接于双管接头上。

第四步:将内、外管钻头连接于内、外管上,注意先连接内管钻头,然后再连接外管钻头。

钻具配装程序为:

地勘钻探工：初级工、中级工、高级工

图4-4 阿氏单动双管钻具

1—异径接头;2—保护管;3—连接器;4—拉杆;5—塞线;6—塞线压帽;7—分水接头;8—弹簧;9—保护管;10—缓冲止推座;11—密封盖;12—锁紧螺母;13—支撑杆;14—内管接头;15—阀座;16—内管;17—岩心容纳管;18—外管;19—爪簧环;20—外钻头;21—内钻头;22—调节螺丝;23—止动器;24—岩心爪簧;25—球阀;26—止推球阀

2.双动双管钻具的确定原则及检查

1)内管长度的确定:内管长度的确定主要根据目的层性质而定,一般长度为1.5～2.0m;在取心困难的目的层中钻进时,一般为1.0～1.5m。

2)外管长度的确定:内管长度确定后,外管长度则根据目的层越松软,胶结性越差,则外管越短的原则确定,一般内外管长度差为50～70mm,在稍硬地层中钻进时,一般为30～50mm。

3)内、外管所用钻头为一般单管普通合金钻头。

4)内管钻头的水口应比外管钻头的水口小,其高度一般为6～8mm;钻进怕冲刷的岩土样,可以不开水口。

5)检查双动双管接头的水路是否堵塞,回水阀是否起作用。

6)检查内、外岩心管是否符合要求,丝扣是否磨损、连接后同心度误差是否过大等。

3.单动双管钻具的配制

第一步:准备工作。将所需要组装的单动双管接头、内外岩心管、单动装置(或零件)、内管短节、卡簧及座、钻头、拧卸工具备齐。

第二步:将单动装置零件(编号8～19)组装在心轴上,构成单动装置。

第三步:将单动装置放入轴承外壳内,并在下部上紧球阀座。

第四步:将套筒与轴承外壳用丝扣连接上紧。

第五步:将整个单动装置通过心轴与异径接头连接上紧。

第六步:将内管连接于轴承外壳上。

第七步:将带好扩孔器的外管连接于异径接头上。

第八步:在内管内装入内管短节、卡簧座和卡簧。

第九步:最后上好金刚石钻头。

钻具配装程序为:

地勘钻探工：初级工、中级工、高级工

4.组配单动双管钻具的注意事项

1)组配钻具前,应严格检查内外管的垂直度和同心度必须符合要求,内、外管不得弯曲变形,否则会影响单动性能和取心效果。

2)拆、装钻具时,要使用专用工具,严禁使用管子钳拆卸,以免夹扁或咬伤内、外管。

3)要重点检查单动装置是否灵活可靠,轴承是否有卡死现象。

4)异径接头与球阀座上的通水道是否畅通,有无堵塞现象。

5)钻具卡簧座底端与钻头内台阶的距离应调整为3～4mm;扩孔器外径比钻头外径大0.3～0.5mm;卡簧自由内径比钻头内径小0.5mm。

6)装配好的钻具在垂直吊起时内管短节与卡簧座不得自由脱落。

7)内、外管在搬移时不能猛力拖拉或撞击;存放时要摆平,不得重压。

❼ 凿岩机卡钻杆那个叫什么

叫卡瓦，内壁有许多钢牙，工作时，钻机回转器带动卡瓦转动，钻杆在卡瓦的加持作用下随之转动。

❽ 拧管机的使用

拧管机是减轻工人劳动强度、提高工作效率的一种拧卸钻具的机械,是实现升降钻具机械化操作的重要工具。目前,我国地质部门应用较多的拧管机是重庆探矿机械厂和张家口探矿厂生产的与XY-2型、XY-3型、XY-4型、XY-5型、XY-6型钻机配套的NY型液压拧管机。其结构原理如图5-1所示,它主要由ZM7-14液压马达、液压操纵阀和机械传动三部分组成。

图5-1 液压拧管机结构原理示意图

1—静盘;2—动盘;3—传动轴;4—联动轴;5—飞轮;6—拧管机操纵阀;7—ZM7-14液压马达;8—拧管机壳体;9—动盘拨柱;10—上垫叉;11—拧管机操纵把手

(一)拧管机使用前检查

1)各部螺丝和油管接头是否紧固,液压管路的连接是否正确。

2)检查各传动部位的润滑是否良好,密封装置是否密封可靠。

(二)拧管机使用时的操作

1)拧管。先将下垫叉插入钻杆母锁接头的切口并坐入导向管套内,同时把燕尾端部靠在静盘凸块侧面。上垫叉插在公锁接头的切口处,然后向前推动拧管机操纵杆,动盘顺时针方向回转,即拧管上扣。拧管时需要的扭矩从系统压力表上反映为4MPa左右。

2)卸管。上下垫叉安放位置与拧管时相同,但必须使动盘拨柱与上垫叉尾部夹角呈350°左右,以产生较大的冲击力。拉动拧管机操纵杆使动盘反时针旋转,冲打上垫叉。如冲打几次仍卸不开,则应人力卸开第一扣再用拧管机卸扣。卸管时压力读数为6MPa左右。

(三)拧管机维护与保养

1)拧管机的液压油应使用3号锭子油或用20号机械油代替,并应经常保持油的特性,在正常情况下每工作半年后换油一次,换油时不得让任何污物进入油内。

2)拧管机本壳体内使用15号车用机油润滑齿轮传动件。

3)不得随便拆卸管接头,搬迁或检修时应用清洁的纱布堵住拆开的管口,以防污物进入油管。

4)油马达是拧管机的主要动力元件,在使用过程中不得随便拆开,也不得用其他物件敲打外壳。

5)拧卸钻杆用的锁接头,必须符合技术规格要求。

6)经过检修后的拧管机用手搬动拨柱时,应能回转自如,无卡阻现象。用高压油驱动油马达时,拧管机动盘应达到100r/min,如果达不到这一转速再检查原因,排除故障,符合要求后才允许使用。

❾ 设备配置对钻探工效的影响

深孔地质岩心钻探施工周期长,成本高,风险大,钻探施工中除工艺技术外,设备的配置是否合理,也是影响钻探工效的关键。主要影响因素有:钻机的给进行程、钻塔高度(钻杆立根长度)、设备安拆、钻杆拧卸机械化程度、提钻间隔等。

(一)钻机给进行程与工效的关系

目前国内地质岩心钻机主要有两种,即立轴式和液压动力头式。立轴式钻机给进行程为0.5～0.8m,液压动力头钻机给进行程为3～5m。钻进过程中一般回次进尺为3～4.5m,使用液压动力头钻机可无需倒杆,一气呵成,立轴钻机则需倒杆7～9次。按正常钻进回次进尺4.5m计算,3000m孔深约667个回次,立轴钻机需累计倒杆(以行程0.6m计算)约5000次。以每次倒杆需2min计算,就得消耗钻探工时167h。另外钻机每次倒杆,需执行换挡→停机→倒杆→开机→加压→调速等工序,易造成岩心断裂、岩心堵塞,尤其在较为破碎地层更为明显,影响回次进尺和绳索取心钻进提钻间隔。据钻探统计资料对比分析,因钻进过程中倒杆影响回次进尺占10%～30%(破碎地层达30%以上),影响提钻间隔约占10%。

总消耗时间可按不同孔深时提下钻(或内管打捞投放)经过的钻孔通道总长度除以提下钻速度(或内管打捞投放速度)来计算,经过的钻孔通道总长度可根据等差数列求和公式计算。经公式推导,其对工效的影响可按公式2-1计算:

T=(H²+GH)/GV (2-1)

式中:T为总消耗时间,h;H为孔深,m;G为提钻间隔(或回次进尺),m;V为提下钻速度(或内管打捞、投放速度),m/h。

钻机给进行程影响提钻间隔所多消耗的时间计算结果如表2-9所列,影响关系曲线如图2-22所示。

表2-9 给进行程影响提钻间隔所多消耗的时间

注:表中S₁、S₂分别为4.5m、0.6m行程,Δt为不同提钻间隔下所多消耗时间,提下钻平均速度按500m/h计算。

图2-22 给进行程影响提钻间隔所多消耗的时间关系曲线

钻机给进行程影响回次进尺所多消耗的时间计算结果如表2-10所列,关系曲线如图2-23所示。

表2-10 给进行程影响回次进尺所多消耗的时间

注:表中S₁、S₂分别为4.5m、0.6m行程,Δt为不同提钻间隔下所多消耗时间,内管打捞投放平均速度按2400m/h计算。

图2-23 给进行程影响回次进尺所多消耗的时间关系曲线

由上述图表可以看出,钻机给进行程大小,对钻探工时、提钻间隔及回次进尺长短等指标具有直接影响。随着钻孔深度加深,对钻探工效影响愈来愈大。

(二)钻塔高度对工效的影响

众所周知,钻塔的高度决定钻杆立根的长短,钻杆立根长短又决定提下钻的速度。现以绳索取心钻探为例,假设提钻间隔(G)为50m,立根长度(L)分别为:18m、9m、6m三种,相对应的起下钻速度(V)分别为500m/h、300m/h、200m/h,在不同孔深条件下计算出所耗工时如表2-11所列,对工效的影响关系曲线如图2-24所示。

表2-11 不同立根长度对工效的影响关系单位:h

图2-24 不同立根长度对工效的影响关系曲线

由关系曲线可以表明:钻杆立根长短随着孔深的增加,对工效影响越来越大,对于浅孔影响较小。

(三)钻杆拧卸方式与工效的关系

钻杆柱的拧卸方式有人工拧卸和机械拧卸两种方法。钻杆拧卸影响工效的因素主要有:孔深、提钻间隔、立根长度等,在同一条件下,拧卸机械化程度则是影响工效的关键。如果3000m孔深,立根长度为18m,总立根数及短单根167根,人工拧卸每个接头平均按2min计算,则提下一次钻拧卸钻杆耗时约11h;采用机械液压钳拧卸钻杆,每个接头平均只需要0.5min,提下一次钻拧卸钻杆耗时约2.8h。两者相比,机械拧卸钻杆比人工拧卸提高工效约3倍。另外据施工现场测算可知,人工拧卸一个接头作业人员需要摆臂24次,3000m孔深提下一次钻人工累计摆臂8000余次,工人的劳动强度非常大;同时人工拧卸钻杆,接头使用寿命减少约1/3。

(四)钻塔安装形式与工效的关系

地质钻探用钻塔目前主要有高塔式分体安装和桅杆式整体安装两种形式。若不考虑现场的环境、道路及其他因素,高塔式分体安装需耗时6～7d,桅杆式整体安装需1～2d,不同孔深钻塔安装形式对工效的影响关系如表2-12所列。

表2-12 钻塔安装形式对工效的影响

表2-12数据表明:钻塔的安装形式随着施工孔深的变化,对工效的影响程度不同,孔深越大影响越小。

(五)设备驱动方式与传动效率

钻探设备驱动主要有电动机(或燃料机)直接驱动和液压马达驱动两种方式。其中,液压马达驱动传动效率较低,能耗较大。例如,施工2500m孔深时,在同等条件下全液压驱动(含钻机、泥浆泵、绳索取心绞车等动力)需要总功率约200kW,而电动机直接驱动约为120kW,可减少40%的功率消耗。由此可见,钻探设备驱动方式对能耗影响较大,尤其在深孔钻探情况下对钻探总成本影响明显。