第一章岩芯钻探钻具与设备

1、钻探工艺钻探工艺 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 第一章第一章 岩芯钻探钻具和设备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 泥浆泵第一节第一节 岩芯钻具的组成岩芯钻具的组成钻头钻头 岩芯管岩芯管取粉管取粉管钻杆柱钻杆柱水笼头水笼头全套钻具全套钻具 岩芯提断器岩芯提断器 第一节第一节 岩芯钻具的组成岩芯钻具的组成钻头钻头 岩芯管岩芯管取粉管取粉管钻杆柱钻杆柱水笼头水笼头钻头钻头bit： 破碎岩石岩芯管岩芯管core barrel： 容纳岩芯、传递钻压和扭矩钻头钻头接头接头钻具钻具钻杆

2、钻杆钻杆钻杆第一节第一节 岩芯钻具的组成岩芯钻具的组成取粉管取粉管core barrel： 捞取岩粉、收集大粒岩屑钻杆柱钻杆柱drill string： 传递钻压、扭矩及冲洗液通道单根单根single立根立根stand主动钻杆主动钻杆drive pipe/kelly： 孔口钻杆水笼头水笼头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第一节 岩芯钻具的组成岩芯钻具的组成 提引钻具提引钻具lifting tools 拧卸钻具拧卸钻具make-up or breaking-out tools夹持器夹持器clamp拧卸钻具拧卸钻具提引钻具提引钻具水笼头水笼头提引

3、器提引器移动滑车移动滑车木马夹持器木马夹持器第一节第一节 岩芯钻具的组成岩芯钻具的组成 钻头切削具外径钻 头岩 芯 管外 径内 径外 径壁 厚内 径1521321129376594636150130110917558.545.535.51361169677614532.522.514812710889735744345.05.05.05.05.04.53.53.0136.0117.098.079.063.048.037.028.0 钻头和岩芯管的基本尺寸 第二节第二节 钻杆柱钻杆柱 drill string/column一、钻杆柱的功用一、钻杆柱的功用传递动力传递动力钻压钻压 bit pres

4、sure转矩转矩 rotary torsion 2作为通道作为通道冲洗液冲洗液岩矿芯岩矿芯卡料或仪器等卡料或仪器等第二节第二节 钻杆柱钻杆柱 drill string/column二、钻杆柱的连接方式二、钻杆柱的连接方式平接头连接平接头连接 rod锁接头连接锁接头连接tool joint接箍连接接箍连接coupling接箍接箍第二节第二节 钻杆柱钻杆柱 drill string/column三、钻杆柱的材质与要求三、钻杆柱的材质与要求45钢，少量用铝合金钢，少量用铝合金有足够的接头强度有足够的接头强度加重钻杆（钻铤加重钻杆（钻铤drill collar）第三节第三节 钻探设备钻探设备Drill

5、ing 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 machine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

6、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:振动筛和泥浆旋流除砂器。 一、钻探设备的组成一、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、钻机的分类二、钻机的分类 1钻机按用途分类地质勘探钻机地质勘探钻机 矿山地质钻机矿山地质钻机水文地质与水井钻机水文地质与水井钻机 工程地质勘察钻机工程地质勘察钻机 工程施工钻机工程施工钻机 石油天然气勘探与开发钻机石油天然气勘探与开发钻机 二、钻机的分类二、钻机的分类

7、 1钻机按用途分类地质勘探钻机地质勘探钻机 矿山地质钻机矿山地质钻机水文地质与水井钻机水文地质与水井钻机 工程地质勘察钻机工程地质勘察钻机 工程施工钻机工程施工钻机 石油天然气勘探与开发钻机石油天然气勘探与开发钻机 二、钻机的分类二、钻机的分类 1钻机按用途分类地质勘探钻机地质勘探钻机 矿山地质钻机矿山地质钻机水文地质与水井钻机水文地质与水井钻机 工程地质勘察钻机工程地质勘察钻机 工程施工钻机工程施工钻机 石油天然气勘探与开发钻机石油天然气勘探与开发钻机 二、钻机的分类二、钻机的分类 1钻机按用途分类地质勘探钻机地质勘探钻机 矿山地质钻机矿山地质钻机水文地质与水井钻机水文地质与水井钻机 工程地

8、质勘察钻机工程地质勘察钻机 工程施工钻机工程施工钻机 石油天然气勘探与开发钻机石油天然气勘探与开发钻机 二、钻机的分类二、钻机的分类 1钻机按用途分类地质勘探钻机地质勘探钻机 矿山地质钻机矿山地质钻机水文地质与水井钻机水文地质与水井钻机 工程地质勘察钻机工程地质勘察钻机 工程施工钻机工程施工钻机 石油天然气勘探与开发钻机石油天然气勘探与开发钻机 二、钻机的分类二、钻机的分类 1钻机按用途分类地质勘探钻机地质勘探钻机 矿山地质钻机矿山地质钻机水文地质与水井钻机水文地质与水井钻机 工程地质勘察钻机工程地质勘察钻机 工程施工钻机工程施工钻机 石油天然气勘探与开发钻机石油天然气勘探与开发钻机 二、钻机

9、的分类二、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

10、的分类二、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

11、设备的发展方向三、钻探设备的发展方向 1、小型、轻便化、小型、轻便化2 、大型、多功能化、大型、多功能化3、特殊专用化、特殊专用化四、四、 钻塔的类型及其参数钻塔的类型及其参数 （一）钻塔的使用要求（一）钻塔的使用要求 (1)应有足够的承载能力应有足够的承载能力 (2)应有足够的有效高度和空间应有足够的有效高度和空间 (3)应有合理的结构应有合理的结构 (4)尽可能降低制造成本尽可能降低制造成本 四、四、 钻塔的类型及其参数钻塔的类型及其参数 （二）钻塔的类型（二）钻塔的类型 (1)四脚钻塔四脚钻塔 横截面为正方形或矩形的空间桁架结构空间桁架结构 利用单件重量不大的杆件，在空间组成大尺寸的刚性

12、结构体系。 特点特点：内部具有较大的空间，承载能力和稳定性均较好。 斜塔斜塔直塔直塔四、四、 钻塔的类型及其参数钻塔的类型及其参数 （二）钻塔的类型（二）钻塔的类型 (2)三脚钻塔三脚钻塔 包括木质三脚架、钢管或铝合金管材制的轻便三脚架。 塔腿塔腿 U形环形环 螺钉（栓）螺钉（栓） 四、四、 钻塔的类型及其参数钻塔的类型及其参数 （二）钻塔的类型（二）钻塔的类型 (3)A型钻塔型钻塔 用小断面桁架结构或管子组成的两脚式钻塔。 特点特点：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 天车天车四、四、 钻塔的类型及其参数钻塔的类型及其参数 （二）钻塔的类型（二）

13、钻塔的类型 (4)桅杆桅杆 有独杆式、管式、封闭断面式和小断面桁架结构式等多种形式。 四、四、 钻塔的类型及其参数钻塔的类型及其参数 （三）钻塔的基本参数（三）钻塔的基本参数 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。 钻塔高度钻塔高度和立根长度和立根长度 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 天车天车塔腿塔腿四、四、 钻塔的类型及其参数钻塔的类型及其参数 （三）钻塔的基本参数（三）钻塔的基本参数 钻塔高度钻塔高度和立

14、根长度和立根长度 天车天车塔腿塔腿回转钻进用钻塔高度H计算公式：HhhhhhhLL54321立根长度。 L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； 大钩和动滑车高度，一般为0.8m； 过提安全高度。 1h5h4h3h2h四、四、 钻塔的类型及其参数钻塔的类型及其参数 （三）钻塔的基本参数（三）钻塔的基本参数 钻塔高度钻塔高度和立根长度和立根长度 天车天车塔腿塔腿回转钻进用钻塔高度H计算公式：HhhhhhhLL54321立根长度。 L孔孔 深，深，m100100300300500500立根长立根长度度，m6991212151518四、四、 钻塔

15、的类型及其参数钻塔的类型及其参数 （三）钻塔的基本参数（三）钻塔的基本参数 钻塔大钩起重量钻塔大钩起重量 天车天车塔腿塔腿H钻塔承受钻进过程中所产生载荷的荷载能力。 有额定起重量额定起重量和最大起重量最大起重量两项指标。 额定起重量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。 210kkqHQn孔深 接头加重系数 考虑泥浆浮力的系数 修正系数四、四、 钻塔的类型及其参数钻塔的类型及其参数 （三）钻塔的基本参数（三）钻塔的基本参数 钻塔大钩起重量钻塔大钩起重量 天车天车塔腿塔腿H钻塔承受钻进过程中所产生载荷的荷载能力。 有额定起重量额定起重量和最大起重量最

16、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。 )1 (3210maxgakkkqHQ卡钻系数 提升钻具时大钩处的平均加速度 四、四、 钻塔的类型及其参数钻塔的类型及其参数 （三）钻塔的基本参数（三）钻塔的基本参数 钻塔的天车载荷钻塔的天车载荷 天车天车塔腿塔腿H钻塔的天车负荷能力根据大钩最大载荷确定。 mQPmax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 )21 (2maxmax0mQPQQ无死绳的滑车系统 )11 (maxmax0mQPQQ四、四、 钻塔的类型及其

17、参数钻塔的类型及其参数 （三）钻塔的基本参数（三）钻塔的基本参数 钻塔的上顶、下底尺寸钻塔的上顶、下底尺寸 天车天车塔腿塔腿H钻塔上顶尺寸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。 工作台高度工作台高度 大门高度大门高度 钻塔自重钻塔自重 第四节第四节 泥浆泵泥浆泵一、往复泵的工作原理一、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。 动力端动力端液力端液力端曲柄曲柄 连杆连杆 十字头十字头 缸套缸套 活塞活塞 滤清器滤清器 吸入管吸入管 吸入阀吸入阀 排出阀排出阀 排出管排出管 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。 第四节第四节 泥浆泵泥浆泵二、往复泵的分类二、往复泵的分类 动力端动力端液力端液力端曲柄曲柄 连杆连杆 十字头十字头 缸套缸套 活塞活塞 滤清器滤清器 吸入管吸入管 吸入阀吸入阀 排出阀排出阀 排出管排出管 单作用往复泵单