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1、工程钻探学课件,工程钻探,主讲人：杜振川,工程钻探学课件,第一章钻探设备,黄埔大桥施工现场,工程钻探学课件,第一章钻探设备,钻探设备：从事钻探工作所使用的全套技术装备,钻探设备的组成：动力机、钻机、冲洗泵、钻塔及其附属设备。,在钻探工作中由于施工的目的、钻孔深度以及所遇到的地层不同，因而对机械的要求也不同。钻探设备要满足下列要求：保证高效率，工艺过程连续，生产过程机械化、自动化程度高，操作安全、使用可靠、易于控制、调节和检修，安装、拆卸和运输性能良好。,工程钻探学课件,第一章钻探设备,一、钻机,钻机是完成钻进施工的主机，它带动钻具和钻头向地层探部钻进，并通过钻机上的升降机完成起下钻具和套管、提
2、取岩心、更换钻头等辅助工作。钻机的作用：是实施钻具的回转和给予轴向压力，以破碎岩石加深钻孔，完成从孔内起下钻具或升降套管等工作。,（一）概述：,第一章钻探设备,一、钻机,进行钻探工作时，钻探工艺要求钻机能完成的工序是：提供使钻杆柱及碎岩钻具 (钻头)回转的动力；具有能使钻杆柱及碎岩钻头继续前进的能力，以达到不断破碎岩石、连续钻进的目的；当钻头磨钝后、需要提取岩心及处理有关井内事宜时，钻机具有使钻杆柱及钻进工具提出孔口及再下入孔内继续下一个回次钻进的能力。,（一）概述：,第一章钻探设备,一、钻机,按钻进方法可把钻机分成四类： 1)冲击式钻机；钢丝绳冲击式、钻杆冲击式钻机； 2)回转式钻机：立轴式
3、、转盘式 3)振动式钻机； 4)无循环钻机：,（一）概述：,第一章钻探设备,一、钻机,根据钻机回转器的结构形式，回转式钻机可分为立轴式、转盘式二大类。,（二）回转式钻机及其基本组成,1、立轴式回转岩心钻机及其组成,钻机由回转机构、给进机构、升降机构、传动机构、操纵装置及机座等基本部分组成。由于钻机类型不同，有些钻机还可能配备有控制测量仪表或其他附属装置。,第一章钻探设备,一、钻机,（二）回转式钻机及其基本组成,1、立轴式回转岩心钻机,第一章钻探设备,一、钻机,（二）回转式钻机及其基本组成,1、立轴式回转岩心钻机,第一章钻探设备,一、钻机,（二）回转式钻机及其基本组成,1、立轴式回转岩心钻机,第
4、一章钻探设备,一、钻机,（二）回转式钻机及其基本组成,1、立轴式回转岩心钻机,第一章钻探设备,一、钻机,（二）回转式钻机及其基本组成,1、立轴式回转岩心钻机,XY-4型岩心钻机,第一章钻探设备,一、钻机,（二）回转式钻机及其基本组成,1、立轴式回转岩心钻机,第一章钻探设备,一、钻机,（二）回转式钻机及其基本组成,XY-1A-4型钻机,1）回转机构：,钻机的回转机构称为回转器，回转器的功用：是传递动力，驱动钻具回转，使钻具以不同转速，实现钻头连续地破碎岩石，并且可按要求作正向及反向回转运动。,1、立轴式回转岩心钻机及其组成,一、钻机,（二）回转式钻机及其基本组成,1）回转机构：,回转器是回转钻进
5、的重要执行机构之一。因此，其结构与性能必需满足以下要求：回转器的转速和扭矩的性能应能适应钻进工艺孔内情况变化的要求。钻进过程中岩层性质变化很大，而且经常会遇到复杂地层。由于地质和工艺的需要，孔径也需变化；不同条件选用的钻进方法和钻进规程也不尽相同，因此钻头克取岩石的转速和扭矩也是需要经常变化的。,1、立轴式回转岩心钻机及其组成,一、钻机,（二）回转式钻机及其基本组成,1）回转机构：,回转器是回转钻进的重要执行机构之一。因此，其结构与性能必需满足以下要求：孔内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。 回转器应有良好的导向作用，以便钻进时保证钻孔的钻进
6、方向不会改变。,1、立轴式回转岩心钻机及其组成,一、钻机,（二）回转式钻机及其基本组成,1）回转机构：,回转器是回转钻进的重要执行机构之一。因此，其结构与性能必需满足以下要求：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。 为了保证钻头的正常钻进和钻进质量的要求，回转器应做到回转运动平稳，震动摆动小。,1、立轴式回转岩心钻机及其组成,一、钻机,（二）回转式钻机及其基本组成,XY-1A-4型钻机,2）给进机构,给进机构是回转钻进的主要执行机构之一。其任务是：称量钻具重量；进行加压或减压钻进调节和保持孔
7、底钻头上的轴向压力和钻进速度；并根据钻头的钻进速度给进钻具，保证钻头连续不断地钻孔；平衡钻具重量；倒杆、提动和悬挂钻具；强力起拔钻具等。,1、立轴式回转岩心钻机及其组成,一、钻机,（二）回转式钻机及其基本组成,2）给进机构,给进机构，其性能应满足以下工艺要求：能根据地层性质、钻进方法、钻头类型和直径，无级调节轴心压力。调好的最优压力，在孔内情况变化之前，应能保持恒定不变。由于孔深与钻进条件的变化，给进机构要既有压又有减压钻进的能力。能无级地调节钻进速度，最好能自动调节。给进速度应与不同钻进条件下的机械钻速相适应。钻进工艺要求给进机构不仅能带动钻具向下钻进，也要能向上提动。,1、立轴式回转岩心钻
8、机及其组成,一、钻机,（二）回转式钻机及其基本组成,2）给进机构,给进机构，其性能应满足以下工艺要求：有快速提升和一定的起重能力。孔内发生异常情况时，能将钻具迅速提离孔底；遇到卡钻时可强力起拔钻具当作千斤顶用。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，因此要具有一定的观测装置，如孔底压力、进尺和钻速的观测仪表等。要尽可能缩短辅助工序时间。如在不增加整机尺寸与重量的条件下，给进行程要长，倒杆速度要快，最好能不停车倒杆。,1、立轴式回转岩心钻机及其组成,一、钻机,（二）回转式钻机及其基本组成,1、立轴式回转岩心钻机,3）传动机构：,传动机构用于驱动钻机的动
9、力机到钻机各工作机构的动力传递。任务是：传递与切断动力：变速与变矩，实现柔性传动和过载保护，分配动力与换向；改变运动形式，如将旋转运动转变为往复运动及驱动仪表等。,一、钻机,（二）回转式钻机及其基本组成,1、立轴式回转岩心钻机,4）升降机构,升降机构（卷扬机，或绞车）用于提下钻具、套管或其他东西。在某些条件下可利用升降机悬挂钻具，进行快速扫孔或采用主动钻杆进行减压钻进。处理孔内事故时，常利用升降机进行强力起拔，或完成其它特种工作。,一、钻机,（二）回转式钻机及其基本组成,1、立轴式回转岩心钻机,5）操纵装置：,操纵装置用于分配动力、调节钻机各工作机构的运动速度，改变工作机构的运动方向和形式。机
10、械传动式钻机的操纵机构一般与有关的部件设置在一起，而液压传动的操纵机构多集中设置在一起成为独立的部件，称之为操纵台。,一、钻机,（二）回转式钻机及其基本组成,6）机座,机座的作用是为钻机各部件提供安装空间和支撑，使各部件合理地组装成一部完整的机器。,1、立轴式回转岩心钻机及其组成,一、钻机,（二）回转式钻机及其基本组成,2、转盘式回转钻机及其组成,一、钻机,（二）回转式钻机及其基本组成,2、转盘式回转钻机及其组成,一、钻机,（二）回转式钻机及其基本组成,2、转盘式回转钻机及其组成,一、钻机,（二）回转式钻机及其基本组成,2、转盘式回转钻机及其组成,转盘式钻机与立轴式钻机的最本质区别在于回转器。
11、转盘式钻机回转器采用转盘带动钻具回转。与立轴回转器相比，转盘没有长的立轴。由于转盘通孔直径较大，可允许较大直径的钻具通过。转盘能传递较大的扭矩，适用于大口径钻进。如SPJ300转盘式(水井)钻机。,其它系统与立轴式相似,一、钻机,3、钻机的技术参数,钻机的技术参数能综合反映钻机的经济、技术指标。某一时期钻机的技术参数也体现该时期机械科学技术水平、生产水平和钻探工艺水平。钻机的技术参数是选择钻机、使用钻机及评价钻机的重要依据。,钻机的技术参数包括钻机的能力参数、各工作机构的工作参数，配备动力机的有关参数、钻机的重量及总体尺寸等。,一、钻机,钻机的技术参数有3种：基本参数、主要参数和一般参数。,1
12、）选用、评价钻机的技术参数,基本参数,基本参数是反映钻机钻进能力最稳定的参数。至今岩心钻机仍以钻进深度为基本参数。,3、钻机的技术参数,一、钻机,1）选用、评价钻机的技术参数,主要参数,主要参数是反映钻机整体或部件的主要技术经济性能的参数，它取决于基本参数。主要有；回转器的转速、上顶力与钻进力、给进速度与行程、提升能力与提升速度、钻机的重量与外廓尺寸、动力机的功率和转速等参数。,3、钻机的技术参数,一、钻机,1）选用、评价钻机的技术参数,一般参数,一般参数从属于基本参数和主要参数，如：钢丝绳直径、卷简直径等，反映次要技术参数。,3、钻机的技术参数,一、钻机,2）选用、评价钻机的原则,钻进能力参
13、数,包括钻进深度、钻杆直径、钻孔直径和钻孔倾角。它反映钻机的设计能力，说明了它的应用范围。,A 钻进深度：反映钻机的最大设计钻进深度。,B 钻孔直径：包括开孔直径和终孔直径。它反映了钻机可能完成的孔身结构的直径系列。,3、钻机的技术参数,一、钻机,2）选用、评价钻机的原则,钻进能力参数,C 钻杆直径：钻杆直径的选择主要与孔深、孔径和转速有关。钻孔越深，孔径越大，所配用的钻杆直径越大。当孔径大，钻杆直径小时，钻杆在孔内易弯曲，造成工作条件恶化，不仅影响钻进速度和质量，也易引起孔内事故。因此钻杆直径与钻孔直径应有一个适当的比值。,D 钻孔倾角：指钻机所能完成的钻孔角度范围。,3、钻机的技术参数,一
14、、钻机,2）选用、评价钻机的原则,回转系统参数,包括回转器的转速、立轴(或转盘)通孔直径与让开孔口形式。,3、钻机的技术参数,一、钻机,2）选用、评价钻机的原则,钻机给进系统参数,A 立轴最大上顶力： 立轴最大上顶力又称最大起重量，正常钻进时。上顶力的作用是承受孔内钻具部分重量，维持减压钻进；孔内发生事故时，进行强力起拔钻具，当千斤顶用。,3、钻机的技术参数,一、钻机,2）选用、评价钻机的原则,钻机给进系统参数,B 立轴最大给进力：立轴最大钻进力称立轴最大压力。最大给进力的大小主要是根据钻进时孔内钻头所需的最大轴向压力确定的。不同钻进方法钻进时，所需的轴向压力不同。,3、钻机的技术参数,一、钻
15、机,2）选用、评价钻机的原则,钻机给进系统参数,C 给进速度 ：是指携带钻具或不带钻具立辅向下的运动速度。 给进速度，必需与钻进速度相适应。,D 给进行程：为立轴可能上下运动的最大距离，以毫米为单位。钻机的立轴行程为300600mm。若采用主动钻杆钻进时，给进行程即是主动钻杆的有效长度，一般为35m。,3、钻机的技术参数,一、钻机,2）选用、评价钻机的原则,钻机给进系统参数,E 倒立轴速度：倒立轴的速度即指空立轴上升的速度，它的快慢将影响倒杆的辅助时间的多少。一般行程500600mm，倒杆速度为34mmin，即倒一杆要7一10s左右。,3、钻机的技术参数,一、钻机,2）选用、评价钻机的原则,钻
16、机升降系统参数,包括升降机的最大起重量、提升速度 等。,钻机的重量和动力机的功率,3、钻机的技术参数,一、钻机, 具有适合钻进规程需要的转速和调节范围，以便有效的破碎岩石； 向钻头传递足够的轴心压力，并有适当的调节范围，以适应最优的钻压选择。 能完成升降钻具工作，并能随钻具的变化而改变提升速度。 具有可变换钻进角度的功能。 具备处理孔内事故，纠斜的功能。 工作平稳，重量轻，尺寸小，美观大方。,4、钻探对钻机的要求,一、钻机,（二）冲击式钻机,1、钢丝绳冲击钻机,cz5-1手动冲击钻机,一、钻机,（二）冲击式钻机,1、钢丝绳冲击钻机,一、钻机,（二）冲击式钻机,1、钢丝绳冲击钻机,一、钻机,（二）冲击式钻机,1、钢丝绳冲击钻机,多台冲击钻机施工现场,一、钻机,（二）冲击式钻机,1、钢丝绳冲击钻机,小型风动冲击钻机,一、钻机,（二）冲击式钻机,1、钢丝绳冲击钻机,由于钢丝绳冲击钻机都是装在汽车或拖车上，设备轻便搬迁方便，操作与管理简单，钻进成本低。因此在水文水井钻、大口径工程施工项目中常用这种方法。它对于大砾石、漂石及脆性岩层特别有效。,
