绳索取心液动潜孔锤的应用

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1、结构年产已超过1亿t ,可以预言,21世纪将是钢结构快速发 展时期,长期以来,由混凝土结构、 砌体结构一统天下的格局 将被打破,从事钢结构制造、 施工企业前景宽阔,各建筑设计 院也面临着新的机遇和挑战。 1.应加大推广钢结构建筑的宣传力度 目前,钢结构行业的竞争非常激烈。这种竞争,不仅来自 于各行业,、 各企业之间,更重要的还来自于钢结构和钢筋混 凝土结构这两种建筑之间的竞争。日本等发达国家,钢结构 建筑要占整个建筑的50 %以上,而我国只占5 %还不到。差距 甚远。 2.推广应用住宅钢结构应提到重要位置建筑钢 结构虽然发展很快,但在住宅领域还是空白。全国每年要建 数千万平方米的住宅建筑,但采

2、用钢结构的几乎没有。当然 这和我国传统思想、 观念以及对钢结构的认识偏差有关。希 望各地有关职能部门及广大设计人员应有超前意识,作出响应,对轻钢住宅建筑的发展作出应有贡献。 3.应积极提高各钢结构制造、 施工企业、 设计院 所等技术人员的业务水平 我国在较长的一段时间内,由于钢结构使用很少,各设计 院所、 建筑企业大多从事单一的混凝土结构工程的设计和施 工。目前应大力加强和提高各级技术人员的钢结构业务水 平。应充分发挥各高等院校、 学术团体等举办钢结构技术讲 座、 规范培训班等。 4.发展钢结构要在政策上给予支持和倾斜 这种政策性的扶植应包括:在钢结构技术的发展上应将 其纳入国家建筑技术发展规

3、划并在科研项目、 经费等方面予 以重点支持;对于钢结构的住宅建筑,在土地征用、 税收等方 面予以优惠,以降低建设成本,使其更具市场竞争力;大力推 广使用国产钢材以此和钢铁生产企业形成良性循环。绳索取心液动潜孔锤的应用宋梅疆新疆地矿局第六地质大队 新疆 哈密 839000摘 要 本文着重论述了液动锤在钻探过程中,从初步试验到成功应用,并深刻分析其特点和工作原理。关键词 液动锤 绳索 试验 原理一、 液动锤钻进初试验金刚石液动锤钻进,在国内外都被公认为是提高硬到坚 硬(712级)岩层钻速,克服一些复杂岩层岩心易堵塞以及减 轻钻孔易斜程度的有效技术之一。它的实质就是在传统回转 时,采用专门设计的液动

4、锤利用钻杆柱中的冲洗液驱动液动 锤,对碎岩工具施加冲击载荷同时慢转钻杆柱。对绳索取心 金刚石钻进而言是在内管总成上端安装液动锤,液动锤由特 殊设计的冲击能传递装置。将冲击载荷传递到连接金刚石钻 头的岩心管上,并对金刚石钻头在回转的同时施加冲击能量。 液动锤同内管总成一起从绳索钻杆中投入,待回次终了时连 同岩心、 取心内管和整套内管总成由打捞器通过钢丝绳自孔 底提升至地面。在进行金刚石液动动锤钻进时,金刚石钻头 始终与孔底相接触,钻头并不离开孔底只是回转时,连续不断 地承受来自液动锤的冲击载荷对岩层形成脉动冲击。此时钻 头对岩石的破碎方式从回转破碎变为冲击回转破碎。冲击回 转时,岩石受到轴向压力

5、,冲击和由钻杆回转而形成金刚石对 岩石碾磨的联合作用,这是同回转钻进不同的重要特点。与 常规的回转岩心钻进相比,液动锤钻进有以下特点:1.可充分利用现场常规设备,配套方便投资少。2.钻压和转速较低切削具磨损小钻头寿命可提高30 %。 在可钻性67级的岩石中钻速可提高1570 % ,在致密 “打 滑” 岩层可成倍地提高效率。因为它给钻头施加的载荷是高频脉动冲击载荷,应力集中瞬间可达到极高值易使岩石产生 体积破碎。它较好地利用了坚硬岩石脆性大而抗剪切强度低 不耐冲击的弱点,是解决坚硬岩层有效的钻探技术。3.钻进裂隙及解理发育的岩层,可有效减小岩心堵塞回 次长度至少提高30 %对于硬脆碎的破碎带采用

6、绳索取心液动 锤钻进可以提高回次长度23倍。4.在大部分易斜地层中可减小钻孔弯曲程度,提高钻孔 质量。5.液动锤钻进所需冲洗液量大流速高,可减小重复破碎 高频脉动冲击有利于金刚石出刃,减小钻头 “打滑” 。可节约 生产费用1520 % 基于上述优点,一九八六年下半年正式申请绳索取心液 动锤钻进技术试验,局同意批准立项。局队各拨一万元,作为 购买钻具及测试仪表的费用,并指定专人负责试验工作。 一九八七年选用TK60S型钻具、XU1000型钻机、BW150型泥浆泵、50KW移动发电机组、 另配稳压罐、 测频 议、 流量计。在三岔口三个钻孔中进行试验(其中两个钻孔年 内终孔)总进尺:693.74米平

7、均台效499米,比矿区原绳索取心 钻进台效468米提高了6.6 %试验成效不明显。 二、 分析试验不成功原因通过绳索取心液动动锤的试验钻头 “打滑” 问题没有得到 根本解决,分析其原因有:262建筑与发展2009第08期 科技前沿.选用的BW150型泥浆泵功率不足。泥浆泵是进行液动锤钻进的主要动力源,但它同时又是 金刚石钻进的关键配套设备。它的主要作用是冲洗孔底、 携 带岩粉、 冷却钻头、 润滑钻具,液动锤只是利用了冲洗液的剩 余能量工作的。要求这些能量再具备足够的流量、 流速和压 力,这就对泥浆泵的流量和压力有了更高的要求。为了维持 液动锤工作在最佳状态,在选用泥浆时要配备液动锤标称值 上限

8、并留有余地。TK60S钻具的标称泵量为:0.060.09m3min ,而这一泵量范围就是不除去冲洗孔底的能量损失也是BW150泵的上限范围。理论计算能满足液动锤钻具的需 要,但实际工作中发现流量不足能力不够。液动锤不易启动, 冲击无力时冲时不冲。泥浆泵一直在高负荷的状态中工作, 故障频发严重地影响了正常钻进。 . TK60S型钻具性能及调试未能掌握 1. TK60S型钻具的特点TK60S钻具是冶金部第一勘探公司研制,由TK型正作 用液动动锤和相应的绳索取心组合而成的绳索取心液动锤钻 具其特点如下: 该钻具采用的液动锤为正作用式。 若需从绳索取心钻进换为常规绳索取心钻进时,可采 用二种方法:一是

9、投入内管总称前,将液动锤中间的活阀、 阀弹簧、 活塞、 冲锤和锤弹簧等零件取出,然后再投入总成。此 时液动锤不能工作即可变为普通绳索取心钻具。如果需要时 装入液动锤被拆零件即可变为绳索取心液动锤钻具,相互转 换非常方便;另一个办法是卸下液动锤及外管上的扭力接头 花键轴、 花键套等零件,以备用短管代之此时也可变换成单纯 绳索取心钻具。 该钻具中设有岩心堵塞报讯装置,当岩心堵塞时冲洗 液通道被堵随即泵压升高,提示操作人员及时打捞岩心。 该钻具设有二付弹卡板,上弹卡是作液动锤工作时阻 止内管总成上移,下弹卡用作启动液动锤的启动弹卡;而当作 普通绳索取心钻进时,则成为内管总成的悬挂机构。 当钻具组装成

10、套后,其影响因素主要是泵量及相应的 泵压。该钻具不但适用于金刚石钻进,也适用于硬质合金钻 进。具体的使用可根据所钻岩石性质的不同而选择合适的泵 量,金刚石液动锤钻进使用的泵量小于硬质合金钻进。 该钻具结构简单,零件数量较少便于维护。活阀质量 小,性能好;外壳及冲击冲击锤均为整体,即便于调节性能好 又提高了寿命。由于阀和冲击锤的复位主要依靠复位弹簧, 不容易被卡塞,故比较适应于泥浆钻进。 2. TK60S型液动动锤的主要技术参数见下表;3. TK60S型液动锤钻具组成结构TK60S钻具由外管总成和内管、 液动锤总成共同组成具 体如下: 外管总成:由弹卡挡头、 弹卡室、 冲击能传递环、 扭力接 头

11、、 花键轴、 花键套、 上下扩孔器、 外管及金刚石钻头等组成。 内管总成:由打捞矛上锥轴;上、 下弹卡板;TK型正作用 式液动锤;上、 下分离接头;悬挂、 单动调节机构;岩心堵塞报 讯机构;内管;卡簧及卡簧座等组成。 液动锤:由活阀、 阀复位弹簧;密封装置;活塞及冲击 锤;外壳;冲击锤复位弹簧;铁砧及调节垫等组成。 4. TK60S液动动锤工作原理 该液动锤的活阀和活塞、 冲锤的回程运动依靠各自的弹 簧,而冲程依靠水击驱动冲锤下行产生冲击能。 高压液流在进入液动锤后推动活阀及活塞、 冲锤下行,并 同时将各自的弹簧压缩。当活阀被限位后活塞和冲锤继续下 行对铁砧进行冲击,此时液流畅通从活塞中心通道

12、进入岩心 管及钻头,从而完成液动锤的工作行程。当活阀与活塞分离 后,活阀在阀簧的推动下超前于活塞回到上死点,而当活塞及 冲锤也在其复位弹簧的作用下回到上死点之时液流已(再次) 被截断并形成高压液流 水击。此时活塞及冲锤的回程终 了。此后活阀和活塞、 冲锤又重新在水击形成的高压液流作 用下,重新开始第二次工作行程。也可以认为它是一台水燃 式内燃机。活阀和活塞相当于内燃机的进排气门;冲锤相当 于内燃机的活塞;冲锤的回位弹簧相当于内燃机的曲柄链杆 机构;高压液流相当于爆燃的高压气体推动活塞向下运动对铁砧作冲击功,只是它所作的功比内燃机小而已。 5.机场管理欠严,操作不熟练。 三、 总结经验制定试验措

13、施一九八八年在总结上一年液动动锤钻进试验的基础上继 续进行在三岔口矿区未完工的两个钻孔中进行绳索取心液动 动锤钻进试用,并采取了以下措施保证试验的成功。1.用BW200型替换了BW150型泥浆泵,加大了液动 锤的动力源。保证液动锤能正常工作,并有足够的冲击功,提 高钻进速度。2.加强技术管理,充分发挥钻探技术人员的特长带动机 台人员迅速掌握液动锤钻进技术。 加强了技术员现场实物装配和调试师范讲解,使机台 技术骨干迅速掌握,并能独立操作。 钻具性能调试完成后,由技术人员检查确认方能下孔 使用,进一步确保了液动锤的正常使用。3.制定了详细的技术措施,使液动锤钻进顺利进行。 根据液动锤钻进的特点正确

14、选用金刚石钻头。选用60 80目的人造金刚石;钻头胎体选择时考虑到液动锤钻进时 泵量和泵压均比常规回转钻进要高,要求钻头胎体应耐冲蚀 防止金刚石脱落,硬度选择HRC3540;选用通水面积大水口 多(8水口)的钻头,以便降低泵和提高底唇单位面积的压强, 提高在坚硬岩层中的钻速;钻头唇面形状选择锯齿和多阶梯, 这主要还是从增加克取岩石面提高小时效率考虑。 液动锤钻进参数的选择原则是大泵量慢转速中钻压 (相对常规绳索钻进) ,具体见下表:362建筑与发展2009第08期 科技前沿4.根据液动动锤钻进和绳索取心钻进的不同制定了操作 注意事项供操作者注意: 使用前认真调整液动锤的结构参数,保持冲锤与活阀

15、 脱开 后的 “自由行程”35mm。 认真调整卡簧座与钻头内台阶之间隙,使用后也应定 期检查。 检查各螺纹联接情况,保证螺纹密封性能防止倒扣。 检查花键轴、 套上相对运动是否灵活密封性好。 孔口试验泵入冲洗液压力达到1Mpa左右时液动锤就 应启动,否则应重新调整。 投入内管到位后,将钻具下到离孔底约0. 5米,开泵送 冲洗液同时轻压慢转扫孔到底。此时液动锤启动,待一切正 常后再正常钻进,若液动锤不工作可改变泵量调整。 关泵或某些原因停止钻进时,应将钻具提离孔底0. 3 米左右,为了防止钻具(特别是内管总成)螺纹松扣。在钻具 较长时间提离孔底的情况下,应注意停泵避免液动锤空打。 避免钻具长期处于

16、悬吊状态冲孔,防止岩粉在活塞间 隙的沉积而形成阻卡; 扫孔操作时,应该尽量减小钻压,防止液动潜孔锤冲击 工作对孔壁造成伤害和孔内事故;同时可采用较小的泵量,让 破碎下来的岩屑落入井底 每次下钻后,在钻头磨合阶段,应该确保此时的钻压小 于液动潜孔锤启动工作所需钻压,使液动潜孔锤处于不工作 状态,防止冲击导致钻头的损伤;钻头磨合时间应该尽量短, 出现了问题以防止钻具内部活塞部位积砂; (11)为了了解井下液动潜孔锤的工作情况,需要对泥浆泵的压力和流量经常观察,泵压突然下降或上升,都表明孔内 工具出现了异常问题,也就是说液动潜孔锤可能出现了问题 应及时捞取处理。5.严格控制冲洗液的质量 液动锤在含有固相及微粒钻屑的冲洗液中高频往复运 动,因此采用高质量的冲洗液,并且用好显得十分重要。否则 会加剧液动锤零件磨损,影响使用寿命,还可能阻卡使用液动 锤不工作。因此要求冲洗液粘度小于30秒