第一章岩芯钻探钻具和设备

1、钻探工艺,第一章 岩芯钻探钻具和设备 第二章 钻进方法 第三章 岩矿芯的采取 第四章 钻孔弯曲及其测量 第五章 钻孔冲洗,第一章 岩芯钻探钻具和设备,第一节 岩芯钻具的组成 第二节 钻杆柱 第三节 钻探设备 第四节 泥浆泵,第一节 岩芯钻具的组成,钻头,岩芯管,取粉管,钻杆柱,水笼头,全套钻具,岩芯提断器,第一节 岩芯钻具的组成,钻头,岩芯管,取粉管,钻杆柱,水笼头,钻头bit： 破碎岩石,岩芯管core barrel： 容纳岩芯、 传递钻压和扭矩,钻头,接头,钻具,钻杆,钻杆,第一节 岩芯钻具的组成,取粉管core barrel： 捞取岩粉、收集大粒岩屑,钻杆柱drill string： 传

2、递钻压、扭矩及冲洗液通道,单根single 立根stand,主动钻杆drive pipe/kelly： 孔口钻杆,水笼头water swivel： 输送冲洗介质的高压胶管与回转 钻具间的连接的专用装置,第一节 岩芯钻具的组成,提引钻具 lifting tools 拧卸钻具 make-up or breaking-out tools 夹持器 clamp,拧卸钻具,提引钻具,水笼头,提引器,移动滑车,木马夹持器,第一节 岩芯钻具的组成,钻头和岩芯管的基本尺寸,第二节 钻杆柱 drill string/column,一、钻杆柱的功用,传递动力,钻压 bit pressure,转矩 rotary to

3、rsion,2作为通道,冲洗液,岩矿芯,卡料或仪器等,第二节 钻杆柱 drill string/column,二、钻杆柱的连接方式,平接头连接 rod,锁接头连接 tool joint,接箍连接 coupling,接箍,第二节 钻杆柱 drill string/column,三、钻杆柱的材质与要求,45钢，少量用铝合金,有足够的接头强度,加重钻杆（钻铤drill collar）,第三节 钻探设备Drilling Equipments,钻探设备 drilling equipments是指钻探施工中 直接应用的机械设备和装置。,钻探设备包括动力机、钻机、泥浆泵和钻塔等。,动力机 power mac

4、hine作为通用机械，不属于 本课程范围。,电动机 electric motor 柴油机 diesel engine 空压机 air compressor,钻探设备中，以钻机作为主机来配备其它设备。,一、钻探设备的组成,1钻机drill/rig,是进行钻探工作的主要设备。它的功能一般包括两个方面:,带动钻具向地层深部钻进；,通过升降机起、下钻具。,2泥浆泵及泥浆制备、净化设备,泥浆泵 mud pump/slush pump向孔内输送冲洗液 以清洗孔底、冷却钻头和润滑钻具。,泥浆搅拌机 mud mixer 用于制备泥浆及其它类型的冲洗液。,泥浆净化设备mud purifying device:振

5、动筛和泥浆旋流除砂器。,一、钻探设备的组成,3钻塔derrick/mast(轻便),用于升降钻具的构筑物。,二、钻机的分类,1钻机按用途分类,地质勘探钻机,矿山地质钻机,水文地质与水井钻机,工程地质勘察钻机,工程施工钻机,石油天然气勘探与开发钻机,二、钻机的分类,1钻机按用途分类,地质勘探钻机,矿山地质钻机,水文地质与水井钻机,工程地质勘察钻机,工程施工钻机,石油天然气勘探与开发钻机,二、钻机的分类,1钻机按用途分类,地质勘探钻机,矿山地质钻机,水文地质与水井钻机,工程地质勘察钻机,工程施工钻机,石油天然气勘探与开发钻机,二、钻机的分类,1钻机按用途分类,地质勘探钻机,矿山地质钻机,水文地质与

6、水井钻机,工程地质勘察钻机,工程施工钻机,石油天然气勘探与开发钻机,二、钻机的分类,1钻机按用途分类,地质勘探钻机,矿山地质钻机,水文地质与水井钻机,工程地质勘察钻机,工程施工钻机,石油天然气勘探与开发钻机,二、钻机的分类,1钻机按用途分类,地质勘探钻机,矿山地质钻机,水文地质与水井钻机,工程地质勘察钻机,工程施工钻机,石油天然气勘探与开发钻机,二、钻机的分类,2钻机按钻进方法分类,冲击式钻机,钢绳冲击式,钻杆冲击式,回转式钻机,立轴式,转盘式,移动回转器式,手把给进式 螺旋差动给进式 手把螺旋差动给进式 液压给进,钢绳加减压 液压缸加减压,全液压动力头式 机械动力头式,振动钻机,复合式钻机

7、振动、冲击、回转、静压等功能组合在一起的钻机,二、钻机的分类,2钻机按钻进方法分类,冲击式钻机,钢绳冲击式,钻杆冲击式,回转式钻机,立轴式,转盘式,移动回转器式,手把给进式 螺旋差动给进式 手把螺旋差动给进式 液压给进,钢绳加减压 液压缸加减压,全液压动力头式 机械动力头式,振动钻机,复合式钻机 振动、冲击、回转、静压等功能组合在一起的钻机,二、钻机的分类,2钻机按钻进方法分类,冲击式钻机,钢绳冲击式,钻杆冲击式,回转式钻机,立轴式,转盘式,移动回转器式,手把给进式 螺旋差动给进式 手把螺旋差动给进式 液压给进,钢绳加减压 液压缸加减压,全液压动力头式 机械动力头式,振动钻机,复合式钻机 振动

8、、冲击、回转、静压等功能组合在一起的钻机,二、钻机的分类,2钻机按钻进方法分类,冲击式钻机,钢绳冲击式,钻杆冲击式,回转式钻机,立轴式,转盘式,移动回转器式,手把给进式 螺旋差动给进式 手把螺旋差动给进式 液压给进,钢绳加减压 液压缸加减压,全液压动力头式 机械动力头式,振动钻机,复合式钻机 振动、冲击、回转、静压等功能组合在一起的钻机,三、钻探设备的发展方向,1、小型、轻便化,2 、大型、多功能化,3、特殊专用化,四、 钻塔的类型及其参数,（一）钻塔的使用要求,(1)应有足够的承载能力,(2)应有足够的有效高度和空间,(3)应有合理的结构,(4)尽可能降低制造成本,四、 钻塔的类型及其参数,

9、（二）钻塔的类型,(1)四脚钻塔,横截面为正方形或矩形的空间桁架结构,利用单件重量不大的 杆件，在空间组成大 尺寸的刚性结构体系。,特点：内部具有较大的空间， 承载能力和稳定性均较好。,斜塔,直塔,四、 钻塔的类型及其参数,（二）钻塔的类型,(2)三脚钻塔,包括木质三脚架、钢管或铝合金管材制的轻便三脚架。,塔腿,U形环,螺钉（栓）,四、 钻塔的类型及其参数,（二）钻塔的类型,(3)A型钻塔,用小断面桁架结构或管子 组成的两脚式钻塔。,特点：用绷绳及自身的支架使之获得 整体稳定，A型钻塔可减轻钻塔自重， 整体立放。,天车,天车,四、 钻塔的类型及其参数,（二）钻塔的类型,(4)桅杆,有独杆式、管

10、式、封闭断面式和小断面桁架结构式等多种形式。,四、 钻塔的类型及其参数,（三）钻塔的基本参数,钻塔的基本参数： 钻塔高度和二层台高度、额定负荷和最大负荷、 顶部尺寸和底部尺寸、自重等。,钻塔高度和立根长度,钻塔高度是指塔腿支承面到天车轴轴线之间的距离。,合理的塔高受两个因素的制约：,（）尽量缩短起下钻作业的时间消耗,（）尽可能降低制造、安装及运移的成本,天车,塔腿,四、 钻塔的类型及其参数,（三）钻塔的基本参数,钻塔高度和立根长度,天车,塔腿,回转钻进用钻塔高度H计算公式：,H,立根长度。,孔口装置的高度及垫叉厚度；,立根卸开时所必须的最小距离；,提引器高度，一般为0.50.6m；,大钩和动滑

11、车高度，一般为0.8m；,过提安全高度。,四、 钻塔的类型及其参数,（三）钻塔的基本参数,钻塔高度和立根长度,天车,塔腿,回转钻进用钻塔高度H计算公式：,H,立根长度。,四、 钻塔的类型及其参数,（三）钻塔的基本参数,钻塔大钩起重量,天车,塔腿,H,钻塔承受钻进过程中所产生载荷的荷载能力。,有额定起重量和最大起重量两项指标。,额定起重量是相应于额定孔深和额定终孔直径时 所用钻具或套管柱重量而产生于钻塔的静负荷。,孔深,接头加重系数,考虑泥浆浮力的系数,修正系数,四、 钻塔的类型及其参数,（三）钻塔的基本参数,钻塔大钩起重量,天车,塔腿,H,钻塔承受钻进过程中所产生载荷的荷载能力。,有额定起重量

12、和最大起重量两项指标。,孔深,接头加重系数,考虑泥浆浮力的系数,修正系数,最大起重量，除了静负荷外，还应考虑提升钻柱时的 摩擦阻力、动载、卡钻等因素。,卡钻系数,提升钻具时大钩 处的平均加速度,四、 钻塔的类型及其参数,（三）钻塔的基本参数,钻塔的天车载荷,天车,塔腿,H,钻塔的天车负荷能力根据大钩最大载荷确定。,滑车系统中工作钢绳数目,钻塔天车负荷的计算：,有死绳的滑车系统,无死绳的滑车系统,四、 钻塔的类型及其参数,（三）钻塔的基本参数,钻塔的上顶、下底尺寸,天车,塔腿,H,钻塔上顶尺寸是指上顶大腿轴线安装天车梁底面的 平面尺寸。它决定于天车的尺寸及其布置方法。,钻塔下底尺寸应根据设备的布置、操作、维修及安 全规程的要求确定，并考虑存放钻具所需钻场面积。,对A型钻塔及桅杆，由于设备不是安装在底框内， 因此不受设备安装的限制。,工作台高度,大门高度,钻塔自重,第四节 泥浆泵,一、往复泵的工作原理,往复泵由动力端和液力端两大部分组成。,动力端,液力端,曲柄,连杆,十字头,缸套,活塞,滤清器,吸入管,吸入阀,排出阀,排出管,通过活塞在缸套中作往复运动形成液缸容腔变化， 完成能量转换，实现吸入或排送液体。,第四节 泥浆泵,二、往复泵的分类,动力端,液力端,曲柄,连杆,十字头,缸套,活塞,滤清器,吸入管,吸入阀,排出阀,排出管,单作用往复泵,活塞每往复一次完成一次吸入和一次