第二讲----钻探设备工具管材及操作

7第二讲钻探设备、工具、管材及操作第一部分：岩心钻探设备一、钻探设备组成表2-1岩芯钻探设备组成表组成功用钻机带动钻具破碎岩石，完成钻进工作，并通过升降机完成起下钻具工作。泥浆泵向孔内输送冲洗液，用以清洗孔底，冷却润滑钻头、钻具，输送岩芯，还可作为液动钻具动力源装置。钻塔用于起下钻具及套管、放靠立根，安放天车，悬挂滑车系统。动力机向钻机、泥浆泵、辅助设备提供动力。辅助设备搅拌机用于搅拌泥浆及其它冲洗液。振动筛、旋流除砂器用于净化泥浆。拧管机用于拧、卸钻杆。二、钻机：1、钻机的定义：借助动力机械的动力，带动钻具破碎岩石，向地壳钻进的机械装置。2、岩心钻机的基本构成及功用（见表2-2）表2-2钻机的基本构成及功用构成功用分类回转器带动钻具回转，进行钻进切削。立轴式、转盘式、动力头式给进机构调节施加在钻头上压力。油压式、绳索式、螺旋差动式升降机构用于升降钻具。行星轮式、动力头倍速机构传动变速机构用于变速、变矩，将动力传递给给进和升降机构。齿轮传动式动力头为液压式机架用来固定和支撑各机构。固定式和移动式83、钻机的分类9101112131415164、岩心钻机的基本参数①钻进能力参数：包括钻进深度、钻孔直径、钻杆直径和钻孔倾角等。②回转参数：包括回转器的转速、通孔直径与让开孔口距离等。③给进系统参数：包括立轴最大上顶力与给进力、给进速度、给进行程及倒立轴速度等。④升降系统参数：包括升降机的最大起重量、提升速度等。⑤钻机的重量指标、最大部件重量及动力机的功率等。5、岩心钻机主要技术参数及配套（见表2-3）。表2-3岩心钻机主要技术参数及配套表17技术参数代号额定钻孔深度(m)动力配备（kw）泥浆泵配备钻塔配备1100－－7~8m三角塔2300179012m铁塔360030150SG-16、18SG-23、A-18SGX-17SGX-2341000302505150030~40250、3003206200040三、钻探用泵1、泥浆泵的定义：泥浆泵是以水或其它液体为介质，将原动力机输入的机械能转化为液力能的一种机械装置。182、泥浆泵的作用：向孔内输送一定压力和流量的冲洗液。3、往复式泥浆泵的组成及工作原理及往复式泥浆泵的分类（略）4、往复式泥浆泵的主要参数①流量（泵量、排量）：是指泵在单位时间内输出液体数量的多少，用Q表示，常用单位是升/分钟、立方/分钟。②泵压（排出压力或扬程）：是指在泵排出口测出的液体表压力，用P表示，单位是MPa。泵压大小取决于排出管路中的阻力，阻力大，泵压就高。通常所说的泵压，是指在动力机功率允许和泵的机械强度所能达到的额定工作压力。19③吸水高度：是指泵缸中心线到吸水池液面的距离，理论上用清水作循环介质时可达10米，实际工作中应控制在3米以内。④泵的配备功率：是指与泵匹配的动力机的功率。5、泥浆泵基本参数见表2-4表2-4泥浆泵基本参数表型号工作排量（L/min）变量范围（L/min）最大工作压力Pa驱动功率（马力）BW-110020～10050×1058～12BW-216032～16080×10515～25BW-325050～25050×10515～25BW-440080～40080×10525～40四、钻塔1、钻塔的使用要求(1)应有足够的承载能力，以保证处理事故和升降钻具的安全；(2)应有合理的高度和空间，上顶及其横截面的尺寸应满足天车的安装和游动滑车上下运行，钻塔底部尺寸应保证机场设备的合理布置及工人的安全操作；(3)钻塔自重轻，安装、拆卸及运输方便。2、钻塔的分类钻塔按结构类型分为:四脚钻塔、三脚钻塔、A字塔及桅杆。2021223、钻塔的基本参数①塔高：指钻塔大梁底面到天车梁底面的垂直距离。钻塔高度取决于起下钻立根的长度和总立根数，塔高与立根长度有如下关系:H＝KL。式中:H-钻塔高度(m)；L-钻杆立根长度(m)；K-塔高系数(1.3~1.5)。②天车有效负荷：指钻塔的安全承载能力。③工作台高度：指钻塔大腿底面到工作台的垂直距离，一般低于立根长度1~1.25m。④钻塔自重：钻塔自重与钻塔的类型、结构、天车有效负荷及材质有关，应在保证钻塔有足够强度、刚度和稳定性的前题下，尽可能减轻自重，以便于安装、拆卸和搬迁。五、钻探辅助设备（一）、提引器1、提引器的作用及类型（略）2324252、提引器的使用与维护(1)使用自脱或斜脱式提引器时，必须拧紧蘑菇头，拧钻杆立根前应放松钢绳，提引器通过钻杆接箍时应减速。(2)摘挂提引器时不得用手扶提引器底部，以免损伤人体。(3)按规定向提引器活动部位添加润滑油(脂)。(4)使用罩式提引器提放粗径钻具时，先将自脱档块装上，防止粗径钻具从提引器内脱出。（二）、水龙头1、水龙头的作用及类型（略）2、水接头的使用与维护(1)使用水接头时，应配有胶管防缠和水接头防坠装置。钻进时不得用人扶持水接头和胶管。26(2)检查水接头时，必须停止立轴回转并指定专人看管离合器开关手柄。(3)按期压紧或更换塞线及密封圈，保持转动部分的密封性，既要保证不漏水，又应使水接头转动部件运转灵活，防止缠管。(4)按规定要求定期加注润滑油脂。（三）泥浆搅拌机27第二部分：岩芯钻探钻具及工具一、地质管材岩心钻探使用的管材统称为地质管材，按用途可分为：1、钻杆。向钻头传递扭矩和轴向载荷，其内孔为冲洗液输送通道。2、岩心管。容纳并保护岩心，并传递扭矩和轴向载荷。3、套管。保护孔壁，隔离透水层。4、厚壁管。制造钻杆接头、钻头及钻铤等。二、岩心钻探钻具（一）、岩芯钻具的组成1、组成：一套回转岩心钻具由钻头、岩心管、异径接头、取粉管，钻杆柱、连接接头和水龙头等组成。钻具组合见图2-12、各组成件的作用；①钻头。钻头是钻进工作的直接工作端，在孔底破碎岩石。钻头由钢钻头体并在端部镶焊有硬合金切削具或金刚石粒组成。钻头体以螺纹与岩心管连接，钻头体内有倒锥面，用以安装提断器或投放卡料，以便卡断岩心。28②岩心管。岩心是在钻进时容纳岩心的，同时也承受和传递钻压和扭力，带动钻头工作。③异径接头。是用来连接岩心管和钻杆柱的。④取粉管。在岩粉量大、冲洗液量不足时，收集大粒岩屑。特别在钻粒钻进时，必须带取粉管。（二）、钻杆柱的功用和结构1、功用：①在钻探工作中，钻杆柱从地表把钻机的动作和动力传递给井底钻头，钻头在井底破碎岩石、连续给进以及其它一切工作全部取决于钻杆柱的工作性能。②输送冲洗液的通道。③作为输送岩心或岩心提取器的通道，或作为更换井底钻头的通道。④投送卡取岩心的卡料，输送测斜仪器以及输送堵漏材料等辅助作用。2、结构用接箍（或平接头、或锁接头）将单根钻杆连接成一定长度的立根，立根之间则用带切口的、便于夹持和拧卸的锁接头（或平接头）连接。钻杆接头的连接方式有：平接头连接、锁接头连接、焊接接头连接。（三）、钻杆柱在孔内的工作状态钻杆柱在传动工作系统中是一个特殊的、细长比特大的、在井筒特定条件下工作的传动杆件。钻杆柱是一个弹性系统，在钻进中承受着大小和方向都在变化的载荷；而且在钻杆柱各个部分所承受的载荷是不等的，加之钻杆柱和孔壁摩擦，有时遇卡，使受力情况更为复杂，钻杆柱上的基本载荷有：拉、压，扭转，弯曲，弹性振动等。（四）、钻杆柱的合理使用1、根据孔深和孔径，正确选用钻杆；2、减小环状间，改善钻杆柱工作条件；3、使用钻铤加压；4、变换使用方式（颠倒、排队使用等）。293031第三部分：设备操作一、升降钻具基木操作(一)升降前的准备1、检查升降系统状况及钻机是否锁紧2、检查调整升降机制带(1)先操纵两个手把，反复松开、抱紧，检查制带松紧是否适当，刹紧时手把应略高于水平位置，松开时制圈与制带应不接触。(2)升降空提引器，看升降是否灵活，受力是否均匀，检查制带和制圈是否同心，是否严重磨损和变形。(3)提升前分动手把应在卷扬位置，变速手把打到所需档次，下降控制手柄需处于最外位置。(4)操作离合器手把接通动力、观察运转情况，一切正常后，与塔上及孔口人员联络示意，然后开始升降作业。(二)提升操作1、提升主动钻杆前应将上、下卡盘松开。向后移车前再将卡盘紧好。2、提升时压下提升手把，同时放开制动手把。动作宜均匀缓进，待提引器拉紧后再将提升手把压实，钻具随之上升。3、钻具上行过程中精神应集中，避免锁接头超出孔口过高或提引器碰天车。锁接头快露出孔口时，均匀缓慢地松开提升手把，同时逐渐下压制动手把，尽量避免跳动。4、叉上垫叉后缓缓下放钻具，防止震脱岩心。垫叉放稳后要略松绳，防止钢绳绞劲并阻碍卸扣。5、下放提引器时目光应跟随，防止碰撞立根靠架、工作台、水龙头及钻机。同时还要防止刹车不及时或刹车过猛，提引器墩向孔口或猛烈跳动。(三)下降操作1、均匀地下压提升手把、渐松制动手把，将钻具轻轻提起，待垫叉抽去后，松开制动手把，控制钻具以合适速度下降。2、提引器下降至水龙头附近应逐渐下压制动手把，直至提引器停在略高于孔口台处(过高增加升降作业时间，过低易造成跑钻)，待垫叉叉好后，再下放落实。3、略松绳，待摘去提引器后，压下提升手把，提升提引器。提升时应注意32防止碰挂水龙头、工作台及靠架。如为爬杆式提引器，要注意接头处可能发生挂碰，将立根带起又落下，伤及孔口操作人员。4、提引器上升至接近立根上端时，应松开提升手把，让其靠惯性继续上升并减速，上升至略高于立根上端时刹车。(突然刹车会发使提引器跳动、卷筒上钢丝绳亦因跳动而松乱)5、如塔上有人，应按塔上人员发出的信号，升降调整提引器的位置，待挂好立根后；轻轻提起，移向孔口。6、对接孔口钻杆头时，下放要轻，防止撞坏立根丝扣。拧接时要略松绳，钢丝绳绞劲会影响上扣，甚至使钻杆回扣脱落。立根上端为蘑菇头时，还会造成蘑菇头回扣，从高空落下伤人。(四)升降钻具操作要点1、升降机操作是升降工序的主要岗位，操作者要注意作业时的整体情况，适时与孔口及塔上联络配合，保证升降作业安全顺利地进行。2、操作时应精力集中，上看提引器，下看孔口台，不得分散精力或擅离岗位。3、操作时两手不得离开操纵手把，升降过程中不得用手扶摸钢丝绳。4、一般情况下两个手把不能同时下压，以免损伤机件。只有在孔深钻具很重时，才允许利用提升手把辅助制动。5、卷扬速度要适当，转速过高时控制难度大，易产生跳动。6、制带与制圈的结合要均匀有度，制动力渐增，避免猛提、猛刹。7、掌握好手把扳动时机，力求提动距离和停止位置恰到好处。8、掌握孔内情况，在套管底部、换径处、掉块、探头石部位，或上回次岩心中途脱落时，耍注意控制升降速度。二、孔口操作(一)垫叉操作垫叉的作用是将钻具的孔内部分夹持在孔口并承受拧卸钻具的反力矩，使孔内钻杆不转动，也就是现场所说的把下面的钻杆“背”住。叉垫叉的操作要领如下:1、叉入垫叉叉垫叉讲究手疾眼快，即看准切口，迅速叉入。握叉方法有三种:一种是单手拎提环，保持叉身近于水平，对准锁接头切口后推人；另一种是单手拎环，叉33头自然下垂，锁接头到达孔口上方时，向上甩动叉头挂上切口，然后顺势提平推人；最后一种姿势只用于下钻，一手拎提环，一手握叉尾下压将叉跷起。当锁接头下近孔口并减速下降时，用叉头跟随下降找切口，后手上托叉尾使叉身逐渐放平，然后对准切口插入。应当注意的是，钻具高速下降中不能用这种方法去叉垫叉。2、抽出垫叉在钻具提动前用手握住提环，在钻具提动的一瞬间迅速抽出垫叉。遇到钢丝绳回劲时垫叉可能不易抽出，这时应在提起的瞬间往回劲的反方向扳动一下，趁钻具尚未回转迅速插出垫叉(外观好像是抖动广下抽出)。3、垫叉摆放位置(1)提钻时要反时针卸扣，叉上垫叉后右手(或右脚)将叉尾反时针推向靠桩，同时左手(手工拧卸时可用管钳或自由钳)将叉头及钻杆反时针扳向孔眼一边。这样做的目的是节约拧卸时间(否则需用大扳叉、大管钳或拧管机推靠，有时可能还要倒二次钳)，防止冲击，避免岩心脱落。(2)下钻时方法类似，只是方向相反。由于没有岩心脱落的危险，要求可放宽些。4、垫叉操作注意事项(1)任何情况下都不能用手去托扶或触摸垫叉底面。(2)跑钻时禁止抢叉垫叉。(3)垫叉应尽量叉到底，卸钻杆时一定要待丝扣完全脱开后才能提起，因此孔口操作人员应注意观察情况，防止发生跑钻。(二)拧卸操作1、大扳