岩石非开挖钻具及选用.ppt

非开挖钻具及选用 内容 一 导向钻具二 扩孔器三 泥浆回收再利用四 扩孔施工注意事项 一 导向钻具 1 土层导向钻具2 岩石导向钻具鹰爪导向钻头泥浆马达导向气动潜孔垂导向 1 土层导向钻具 2 岩石导向钻具 1 鹰爪导向钻头主要用于小钻机短距离硬土 全风化软岩石地层 大钻机长距离导向施工不易采用鹰爪导向钻头 易断齿 齿可更换 鹰爪导向钻头导向原理 鹰爪导向钻头与普通土层导向钻头一样 靠斜掌面受力来改变钻进方向 因为地层相对较硬 无法靠直接顶进改变方向 因此钻头需要做左右摆动钻进 俗称 摇钻 原方向 新方向 造斜面导向孔断面图 60 60 2 泥浆马达导向系统 三牙轮钻头探棒仓泥浆马达 泥浆马达导向原理 泥浆马达 螺杆钻具 是一种把泥浆的压力能转换为机械能的能量转换装置 当高压泥浆进入钻具时 迫使转子在定子中滚动 马达产生的扭矩和转速通过万向轴传递到传动轴和钻头上 达到钻井的目的 当需要调整方向时 钻杆不旋 牙轮钻头在马达转子的带动下沿着马达弯曲的方向钻进 当直线钻进时 旋转钻杆即可 三牙轮钻头 马达转子 导向弯点1 2 1 75 马达定子 探棒仓 泥浆马达导向原理动画演示 当高压泥浆进入钻具时 迫使转子在定子中滚动 马达产生的扭矩和转速通过万向轴传递到传动轴和钻头上 达到钻井的目的 当旋转钻杆时 钻头沿直线钻进 要调整方向时 钻杆不转 牙轮钻头在马达转子的带动下沿着马达弯曲的方向钻进 达到调整方向的目的 泥浆马达的选配 使用泥浆马达注意的几个问题 1 防止 沙塞 首先 泥浆中不能含沙 不允许使用回收泥浆 防止沙粒及杂物从钻机进入马达 其次 不向钻杆注入空气 防止产生负压泥浆倒吸 正确的操作顺序 先注浆后钻进 先停钻机后停泵2 防止马达憋压马达正常工作时泥浆压力是0 5MPa 泥浆马达转自转速决定于泥浆流量 而不是泥浆压力 所以如果泥浆泵量不够 转自转速过低不连续 就会出现憋压 3 泥浆马达的转速施工中泥浆马达的正常转速在每分钟80转以上 转速过低会照成憋压 钻进缓慢 马达的转速是由泵量决定的 而不是泵压 泵量越大转速越高 4 泥浆马达导向时角度变化泥浆马达导向时角度的变化不同于普通导向钻头靠泥土对钻头产生的阻力来改变方向 泥浆马达导向时角度的改变是靠泥浆马达固定角度的导向弯点来改变方向 角度是固定不变的 一般是1 75 所以钻杆在变向的最大角度就是1 75 对于比较软的岩石地层每跟钻杆的角度可能小于1 甚至无法变向 对于这种情况可以在马达弯点前方6点位置焊一块平板 以增加推进时的阻力 从而增加变化角度 3 气动潜孔锤导向系统 防震探棒仓 1 1 5 导向弯头 潜孔锤 冲击器 钻头体 防震探棒仓结构 潜孔锤 冲击器 1 1 5 导向弯头 硬岩和软岩钻头 导向原理 气动潜孔锤是以压缩空气为动力的一种风动冲击工具 它所产生的冲击功和冲击频率可以直接传给钻头 然后再通过钻机和钻杆的回转驱动 形成对岩石的脉动破碎能力 同时利用冲击器排出的压缩空气 对钻头进行冷却和将破碎后的岩石颗粒排出孔外 从而实现了孔底冲击回转钻进的目的 优点 与泥浆马达导向系统相比 破岩速度快 钻进效率高 尤其对中硬以上岩石 其钻进速度是泥浆马达的5 20倍 因而大大降低了施工成本 潜孔锤使用寿命长 一般情况下导向施工长度能达到4000 10000米 可以极大地节省钻具及泥浆费用 现场照片及视频 施工前潜孔锤安装 潜孔锤导向孔成功 潜孔锤导向钻头 水泥块钻进实验 潜孔锤钻进实验视频 二 扩孔器 1 土层扩孔器2 岩石扩孔器 1 土层扩孔器的种类及适用地层 挤扩式扩孔器 桶式扩孔器 挤扩式扩孔器主要用于粘土 亚粘土地层 主要是通过将泥土向周围挤压的方式达到扩孔的目的 不能用于沙层扩孔 流道式扩孔器 流道式扩孔器主要用于粉土 沙土 粉砂土等地层 刀板式扩孔器 刀板式扩孔器也叫切削式扩孔器 可以用于各种地层的扩孔施工 尤其用于挤扩和流道扩孔器不适合的沙层 卵石地层 沙层和卵石地层一定要选用板式扩孔器 也可以配合挤扩式扩孔器用于粘土地层的施工 其他土层扩孔器 板桶式扩孔器 飞旋式扩孔器 二 岩石扩孔器 1 焊接式牙轮扩孔器 出口韩国牙轮扩孔器 选用牙轮扩孔器注意的几个问题 1 牙轮规格与钻机相匹配组装扩孔器的牙轮规格主要有6 8 9 12 等 牙轮规格要与钻机大小相匹配 小钻机用小牙轮 大钻机用大牙轮 如果小钻机用大牙轮会出现扭矩大 扩孔速度慢问题 如果大钻机用小牙轮的话 因大钻机扭矩大 会缩短牙轮寿命 甚至会断掌 匹配原则 73 89钻杆6 8 牙轮102钻杆8 10 牙轮127 140钻杆9 12 牙轮 2 齿形与岩石硬度相匹配 岩石非开挖施工使用的牙轮齿形主要有钢齿 铣齿 镶齿钢齿主要用于全风化的泥岩地层砂卵地层 钢齿齿高 进尺快 镶齿 镶硬质合金齿 牙轮齿形 IADC 主要有517 537 617 637齿 匹配原则 沙层 风化泥岩 钢齿 铣齿牙轮 软岩地层 一般指30MPa以下地层 采用517齿中硬地层 40 80MPa硬度岩石 采用537 617齿硬岩地层 大于80MPa岩石 采用637齿 钢齿牙轮扩孔器 镶齿牙轮 3 牙轮个数的确定 扩孔器牙轮个数与使用的牙轮规格和岩石硬度有关系原则 牙轮越小 数量越多 岩石越硬数量越多 2 可更换式牙轮扩孔器 焊接式牙轮扩孔器更换牙轮比较麻烦 需要先将坏牙轮切割下来 然后再焊接新牙轮 由于现场条件限制 更换的牙轮焊接径向误差较大 影响使用寿命 相对于焊接式牙轮扩孔器来说 可更换牙轮扩孔器在现场不需要切割 将坏牙轮拆下来换上新的即可 更换牙轮极为方便 又能保证牙轮扩孔器的尺寸的精确 1 小型可更换牙轮扩孔器主要用于小型钻机的岩石扩孔施工 属于橡胶密封 更换轮体方便 2 大型可更换牙轮扩孔器 牙轮采用金属密封大轴承 抗冲击力强 使用寿命长 可达300 500小时 可以用于打钻机一次性完成长距离岩石扩孔施工 3 可更换滚刀扩孔器 牙轮扩孔器的缺点牙轮根据轴承密封形式分为橡胶密封和金属密封 橡胶密封牙轮寿命一般在100 120小时左右 金属密封的牙轮寿命一般在120 150小时左右 因此牙轮寿命比较短 在遇到长距离中硬岩地层扩孔施工时 往往在牙轮使用寿命内无法完成一次扩孔 因此不得不在估计牙轮报废前将牙轮扩孔器退出孔外 更换新的牙轮扩孔器 有时扩一遍孔甚至需要更换2 3次扩孔器 因此效率较低 大大增加了施工成本 可更换滚刀扩孔器优点 滚刀扩孔器的滚刀采用金属密封的大轴承 抗冲击力强 寿命可达300 500小时 因此在较长的中硬岩地层施工可以一次完成扩孔施工 中途不需要退出更换新的扩孔器扩孔器本体可以重复利用 同一个本体可以安装3中不同规格的轮体 可以施工3种尺寸的孔径扩孔 滚刀体现场安装更换方便 滚刀扩孔器照片 14A 14B 14C 10寸镶齿和焊齿滚刀 14寸滚刀扩孔器 滚刀通过丝扣与本体链接且滚刀安装有自锁防掉螺栓 不会产生掉轮事故 滚刀扩孔器摆动大 扭矩不稳 一般需要加中心定位器来增加稳定性 14寸滚刀扩孔器需要扭矩大 一般用于150吨以上钻机使用 10寸滚刀扩孔器 10寸滚刀扩孔器可以根据不同地层更换焊齿和镶齿滚刀 焊齿用于砂层 泥岩 砂卵地层 镶齿用于各种硬度的岩石地层 一般用于114 127钻杆中型钻机使用 三 泥浆回收 沙层和岩石地层的施工对泥浆的粘稠度要求比较高 一般要求达到45 60秒 尤其在岩石地层施工需要耗费大量的泥浆 而如果泥浆能回收重复利用的话将会大大降低泥浆成本 利用回收系统对泥浆回收重复利用 可以节约50 80 的泥浆费用 泥浆回收设备 25方泥浆回收系统 1 处理能力25m3 h2 电压 380V渣浆泵功率 7 5KW振动电机功率 0 45X2Kw3 筛网面积 0 95x0 6 1 1x0 6 1 23m24 筛网分离度 下层30目 中层40目 上层50目5 超浓缩旋流器FX 100GN1个处理精度 10um6 外形尺寸 1900 x900 x1980mm7 整机重量 1040kg 50方泥浆回收系统 1 处理能力50m3 h2 电压 380V渣浆泵功率 11KW振动电机功率 0 75x2Kw3 筛网面积 1 1x0 7 1 3x0 7 1 68m24 筛网分离度 下层30目 中层40目 上层50目5 超浓缩旋流器 FX 1003个处理精度 10um6 外形尺寸 1700 x1600 x2330mm7 整机重量 1600kg 100方泥浆回收系统 1 处理能力100m3 h2 电压 380V渣浆泵功率 15KW振动电机功率 1 0 x2Kw3 筛网面积 1 4x0 85 1 6x0 85 2 55m24 筛网分离度 下层30目 中层40目 上层50目5 超浓缩旋流器 FX 1005个处理精度 10um6 外形尺寸 1950 x1850 x2230mm7 整机重量 2000kg 穿山甲回收系统特点 1 采用EHM型双泵壳重型渣浆泵 即泵体 泵盖带有可更换的耐磨金属内衬 包括叶轮 护套 护板等 叶轮前后盖板带有背叶片以减少泄漏及提高泵的使用寿命 2 采用多个除泥级别的FX100加强型超浓缩旋流器 分离度高达10UM 大大减少回收的泥浆中的沙粒含量 提高回收质量 3 采用双层或三层分筛结构 使泥浆固液分离更彻底充分 提高泥浆回收质量 4 结构紧凑 便于安装运输 5 储浆罐设计有液面控制开关 根据液面的高低自动控制杆泵的进浆及渣浆泵的启动和停止 全自动控制 无需专门人员值守操作 泥浆回收原理 回收原理说明 由杆泵从泥浆坑 或沉淀池 抽吸来的泥浆通过进浆管进入泥浆净化装置的粗筛 下层筛网 将污浆中0 8mm以上的颗粒被筛分出来 然后进入储浆罐 2 由渣浆泵 1 从储浆罐内抽吸 将具有一定动能的泥浆沿输送管从旋流器 5 进料口 7 切向射入 由于泥浆液中的固相与液相间存在着密度差 且加上旋流器上大下小 泥浆液越向下运动 获得的角速度就越大 从而获得更大的径向加速度 固相颗粒近靠锥壁加速下移并经排沙嘴 4 排出 而密度低的液相在旋流器的进口处就在形成低压涡流 向下旋流运动的液相也将在底部产生挤压而反而向上移 从溢流口 6 排出 由旋流器把粒径细微的泥砂从其下端的排沙嘴 4 排出落入细筛 上层筛网 经细筛脱水筛选后