第二章钻探设备1.ppt

第二章岩心钻探设备,为达到钻探工程的目的，保证钻探工艺的顺利完成，就需相应的钻探设备。分类:钻机泵动力机钻塔附属设备,第一节钻机钻机能完成的工序：提供使钻杆柱及碎岩钻具回转的动力。具有能使钻杆柱及碎岩钻头继续前进的能力。当钻头磨钝后，需要提取岩心及处理有关井内事宜时，将钻具提出孔外，再进行下一个回次的钻进能力。,分类：立轴式钻机转盘式钻机一、选用、评价钻机的主要参数钻机的技术性能（或规格）即钻机的技术特性参数。它是钻机生产技术与经济性能的数量质量指标的总和，也是选用、比较、评价钻机的依据。,钻机技术特性参数：1、基本参数（钻进参数）表示钻机能达到钻进孔深的程度，当然和其它参数有相应的关联。2、主要参数反映钻机整体主要技术经济性能的参数。包括：回转器的转速上顶力和钻进力给进速度与行程提升能力和提升速度钻机的重量与尺寸动力机的功率和转速3、一般参数它从属于基本参数和主要参数。包括:钢丝绳直径卷筒直径等次要技术参数。,二、选用、评价钻机的原则（一）钻进能力参数1、钻进深度：表示公称钻进深度。（合理深度）2、钻孔直径：包括开孔直径和终孔直径。3、钻杆直径：钻孔越深，孔径越大，所配用的钻杆直径越大。级配系数D/d2.22.84、钻孔倾角：指钻机所能完成的钻孔角度范围。,（二）回转系统参数1、回转器的转速表示形式:用钻头的转速表示每分钟多少转每秒的线速度两者的关系,目前各类钻头的转速：孕镶金刚石钻头：线速度为3.5m/s表镶金刚石钻头：线速度为2m/s硬质合金钻头：400500r/min钻粒钻头：400r/min为了适应不同的地层、不同的钻进方法和不同钻头类型的需要钻机一般有38个正档和12个倒档，以适应范围的扩大。,2、立轴（或转盘）通孔直径与让开孔口形式，立轴通孔直径取决于所配机上钻杆的外径，一般比机上钻孔外圆直径大23mm。（三）钻机给进系统参数1、立轴最大上顶力与钻进力（1）立轴最大上顶力（2）立轴最大给进力（3）给进速度、给进行程与倒立轴速度。,（四）钻机升降系统参数起下钻作业属非生产时间，占的比例很大，在钻孔较深时更是如此，常占到全孔工作时间1/3左右。1、最大起重量升降机的最大起重是指单根钢丝绳的起重量。2、提升速度提升速度是指卷筒缠绕钢丝绳的速度。,（五）钻孔的重量和动力机的功率钻机的重量也是钻孔技术性能的主要指标之一。相同钻进能力的钻机，其重量越轻越好。,三、机械传动式钻机的传动系统及构成部件（一）总传动系统总传动系统由机械传动系统和液压传动系统两部分组成。机械传动系统一般包括三个传动链、系统机传动链和回转传动链。,（二）回转器与卡盘1、回转器回转器的功用是传递动力，使钻具以不同转速和转矩，作正向和反向回转运动。（1）回转器的转速和扭距的性能应能适应钻进工艺孔内情况变化的要求。（2）钻孔如需要特殊钻进工艺时，要求回转器能反向回转，故要求回转器一般应具备有12个反向回转档。,（3）回转器应有良好的导向作用，以便钻进时保证钻孔的钻进方向不会改变。（4）根据使用要求回转器应能在一定范围内变更倾角，可钻进不同方向的钻孔，以满足地质勘探工作的需要。回转器的通孔直径应能通过机上钻杆或粗径钻具的直径。,（5）为了保证钻头的正常钻进质量的要求，回转器应做到回转运动平稳，震动摆动小。目前，煤田岩心钻探中所用的机械传动式钻机的回转器有立轴式和转盘式两种类型。,2、卡盘立轴式钻机的卡盘常与回转器连接成为一个部件。（1）夹紧后，钻杆与立轴的同心度好。（2）夹紧时有足够的而且始终不变的夹紧力。（3）夹紧与松开的动作应力求迅速省力，松开完全彻底。（4）夹紧力分布均匀，夹紧时不应损坏钻杆表面。（5）结构紧凑简单，外廓尺寸小；使用安全，操作方便，易于维修。,卡盘一般有3个组成部分：夹紧元件、中间传动结构夹紧动力安置。夹紧元件：是执行夹紧动作，传递中间结构传来的夹紧力。形式有齿卡式和柱销式。,中间传动结构：是一个增力结构。其任务是：改变作用力的大小和方向，能将轴向运动和力传递夹紧元件产生径向运动和夹紧力，并且有增加作用。三种形：楔铁夹紧结构，齿条齿轮螺旋夹紧机构增旋夹紧机构。,（三）给进机构给进机构是回转钻进的主要执行机构之一。性能满足的基本要求：（1）能根据地层性质、钻进方法、钻头类型和直径，无极调节轴心压力。（2）能无极地调节钻进速度，最好能自动调节。（3）有快速提升和一定的其中能力。（4）应能准确迅速地反映孔内情况，以便及时掌握和分析孔内情况，调整钻进工艺或采取处理措施。（5）要尽可能缩短辅助工序时间。,液压给进机构由下列几部分组成：（1）动力部分:常采用齿轮式和叶片式油泵。（2）控制部分:调节系统的油压和工作油量。钻进操纵阀；给进控制阀；三通换向阀；辅助部分；显示部分；执行部分。,（四）升降机升降机又称卷扬机、或绞车。升降机应满足以下基本要求：（1）提升速度大小、级数、调整范围与起重量的确定，应能最大限度地降低升降工作的机动时间和充分填高功率利用系数。（2）鉴于提升与下降钻具时，由于操作或孔内情况的突变，使升降机承受较大的动负荷以及孔内发生卡钻需要进行强力起拔，要求升降机的结构与强度能适应这种负荷的性能。,（3）起下钻时，微动升降动作频繁，这种动作能否准确完成，不仅影响钻进效率，而且影响钻进质量；处理孔内事故过程的微控升降准确与否，直接影响排出事故的速度和效率。因此除操作因素外，要求升降机起放列名灵敏，安稳可靠。（4）为提高升降工序的速度，避免事故，升降机是操纵位置应便于操作者观察孔口。同时升降机的布局有利于钢丝绳的排绕。,（五）变速箱和分动箱变速箱和分动箱的结构形式有两种：一种结构是绝然分开的；一种是两者连为一整体。,变速箱和分动箱要满足以下要求：（1）变速箱的转速应符合回转器和升降机的要求。（2）变速分动箱的强度、刚度和耐磨性要好，以确保在使用期限内正常运转。（3）使用可靠，操作平稳，换档时物冲击；减体性好，拆装容易，维修方便；润滑与防尘条件好。变速分动箱一般均由变速部分、分动部分、操作部分和壳体四部分组成。,（六）摩擦离合器摩擦离合器按摩擦片的工作条件，可分干式和湿式两种。（七）机座机座也是钻机的一个重要组成部分。它可分为两种类型：开合式让开孔口的钻机几座，均为整体式。后移式让开孔口的钻机，其机架可在底座上移动，因此其机座上有导轨。,（八）典型钻机举例1、TK3钻机2、XB1000A型钻机,四、全液压钻机（一）概况全液压钻机是指钻机的回转、钻机和升降钻具等结构用液压驱动完成。（二）特点国内外已有的全液压钻机最高转速可达15002000r/min，并且可以实现无极调速，因此这种钻机十分适用于高速金刚石钻进。,（三）类型根据钻机的不同结构，全液压钻机可以分为立轴式和动力头式两类。（1）立轴式全液压钻机以西德的SG750型钻机为例。这类钻机有以下特点：钻机保留了立轴式回转器、齿轮传动箱和升降机等结构。动力驱动两个油泵。由于采用液压传动，钻进时的调节压力和速度以及升降以及升降钻具等。拧卸钻杆仍用手工或拧管机拧卸。,（2）动力头式全液压钻机外形和结构与传统钻机完全不同，大多都取消了变速箱，分动箱和升降机等部件，无需钻塔。动力机驱动一个或两个油泵。钻机主体移动式回转器（动力头），大多数是由油马达、齿轮传动箱和液压卡盘（或转到水龙头）三位一体构成的，实现无极调速。给进油缸用于加、减压钻井和升降钻具，实现无塔升降。,操作台上配有各种控制阀和仪表，以便及时调节各种钻井参数。控制遥测装置，可实现远距离操作钻井。五、回转器性能特点1、立轴式回转器性能特点(1)立轴式回转器由于传动部件可以得到高精度加工的保证。(2)立轴式回转器变角范围大、导向性能好，适用于钻进各种倾角的钻孔。(3)因采用悬臂式安装，结构尺寸受到安装方式的限制。(4)回转器不能兼作拧卸工具用。,2.转盘式回转器性能特点在钻井中，转盘通过补心式回转梁带动方（二方、四方）形的主动钻杆回转。转盘没有长立轴，导向性较差，且变角范围小转盘为一独立部件安装在机座上，其结构尺寸不受安装方式的限制，可采用各种补心装置来改变通孔大小，故通孔直径可设计得较大，使转盘不必移动让开孔口即通过粗径钻具。转盘可兼做拧管机。,3、全液压移动式回转器性能特点：采用液压马达驱动的移动式回转器，可实现无极调节转速及扭距。可实现长行程连续钻进，减少了辅助时间，提高了钻进效率。导向性好，减少了机上钻杆的摆动。移动式回转器也可以作拧卸机构使用。,第二节泥浆泵一、泥浆泵在钻探工作中的作用泵是通过一定的方式将动力机的机械能转变为液体压力能的设备。有以下用途：（1）清除岩屑（2）供给钻具能量（3）输送特种物质（4）判断孔内情况。,二、钻场用泵的分类泵由于其能量转换的方式不同，可分为不同的类型。（1）容积式泵；（2）动力式泵；（3）其它泵。,三、钻井工作对泵的要求：流量均匀且能在较大范围内调整流量。具有一定的强制压力及较大的调整范围。排量要稳定。具有超载承受能力和保护措施。要适应钻探工作在野外施工的恶劣环境。运移性好。,四、往复式的工作原理往复式水泵一般由水力端和动力端两部分组成。（一）单作用泵的工作原理（二）双作用泵的工作原理（三）泵动力端的机构（四）活塞泵排量的特性,（一）单作用泵的工作原理,（二）双作用泵的工作原理,（三）泵动力端的机构,使活塞产生往复运动的四杆联动装置中滑块曲柄连动机构，当曲柄有曲柄轴带动作整周等速运动时，曲柄通过曲柄销和连杆带动滑块作直线往返运动。,若往复泵的流量不均匀，将给泵的工作带来以下不利影响：使冲洗液携带岩粉的能力下降，容易造成埋钻、糊钻等事故；导致液流压力波动增大，引起孔壁坍塌或严重漏失；造成吸水系统内液流惯性增大，使吸水性能变坏，泵缸内出现强烈的冲击现象，还可能使排水系统发生振动，降低泵及附件的使用寿命。当使用液动钻具时，冲洗液流量的波动会使钻具运转不平稳，时快时慢，使无用功增加。,五、往复式泵的构造,现以单缸但作用活塞泵为例说明塞泵水力端的构造。,六、煤田钻探常用的泥浆泵分为两个系列：NBB系列，由三个单作用活塞泵组成的。TBW系列，由两个双作用活塞泵组成的。煤田钻探常用泵的主要技术参数表,七、螺杆泵简介螺杆泵是一种特殊类型的回转式容积泵，运转时液体在泵内沿轴心线流动，因流速低，可以输送粘度变化范围很大的液体，其排出压力范围一般在30535kg/cm2;其流量均匀，与转速成正比，与排出压力几乎无关。,螺杆泵结构,螺杆泵结构,螺杆泵输送液体的工作原理：普通螺母和螺杆啮合，当螺杆转动时把螺母用一个长键锁住，使螺母不能随螺杆转动，则它只能只能作轴向转动。如设想将螺母换成被输送的液体，设法不让其随螺杆转动，这样螺杆转动时，液体就像前述螺母一样可被推送沿轴向运动。,第三节钻探设备的动力驱动装置现代岩心钻探设备中，主要使用电动机和内燃机作为动力驱动装置。一、电动驱动装置电力驱动装置使用最广泛。钻场可使用交流异步电动机，功率不大时可使用鼠笼式电动机。,二、内燃机在普查工作中，在初步勘探和钻进单孔时，常用内燃机来驱动钻探设备。内燃机不取决于外