设备是指进行某项工作或供应某种需要所必需的成套建筑或器物。如厂房设备、机器设备、教学设备等。
钻探设备是指钻探施工中直接应用的机械设备和装置,或钻探施工时的地面设备及装置。
钻探施工设备包括钻机、泥浆泵、动力机、钻塔及附属机具(如拧管机、电动工作台、泥浆搅拌机)等组成。在生产部门,人们常把进行钻探工程所必需的钻机、泥浆泵、钻塔称为“三大件”。
(一)钻机
是进行钻探工作的主要设备。它在钻探生产过程中,担负着回转钻具,给进及增、减压力,升降和拧卸钻具等主要工序的工作。凡是回转式钻机,一般都由下列基本部件构成。
1.回转器
用于回转钻具,带动钻头,进行钻进切削。现用的回转器类型可分为:立轴式、转盘式、动力头式。
2.给进机构
用以控制钻头压力并通过钻具向钻头传递适当的轴向载荷,达到钻进的目的。现有的类型分为:螺旋差动式给进、绳索式给进和油压式给进。
3.升降机构
用以升降钻具,并能随钻具质量的变化而改变提升,下降速度,以充分利用功率、缩短辅助钻进时间。常见的类型是行星式。全液压动力头钻机则用倍速机构提升。
4.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。常用的类型为齿轮传动式。全液压动力头钻机可实现液压无级变速。
(二)辅助设备
在钻探施工设备中,除钻机外的其他设备。如泥浆泵、钻塔、动力机、空压机、发电机、电焊机等称为钻探施工辅助设备。其中:泥浆泵的功用是向孔内输送冲洗液以清洗孔底、冷却钻头和润滑钻具在使用液动冲击钻具时,泥浆泵还是能源装置。钻塔的主要功用是升降钻具。
此外,钻探所用的孔底动力机,如涡轮钻、孔底电钻、螺杆钻等孔内机具,属于钻进工艺学的内容,也是钻探的辅助设备。
主要钻探设备、机具
岩心钻探设备主要包括钻机、泥浆泵、动力机、钻塔及附属设备等。
钻机是钻探设备中的核心,它给钻具提供破碎岩石所需的压力、扭矩和回转速度,驱动钻具向地层深部钻进,并通过升降机完成起、下钻具(套管、专用工具)的辅助作业。选择钻探设备时,一般应首先选定钻机主机类型,然后再在此基础上来配备其他设备。
泥浆泵主要用于在钻探施工中输送钻井液,以携带岩屑、冷却钻头、润滑钻具,为孔底动力钻具提供能源。在特殊情况下,还可用于向孔内灌注水泥浆、化学处理剂、接收来自孔底的随钻测量信号等。
动力机用于驱动钻机、泥浆泵和其他辅助设备,可选柴油机、汽油机、电动机或液压泵站驱动等形式。
钻塔用于固定和支承钢丝绳升降系统、导向机构(在施工斜孔条件下),并为大量钻杆柱提供存放空间。一定高度的钻塔可实现一次升降多根钻杆,从而节约升降工序的辅助作业时间。
附属设备根据钻探实际需要而配置,主要有:泥浆净化装置、钻杆(管)拧卸装置、绳索取心绞车及钻探参数仪表和测量仪器等。优质的钻探辅助设备有利于提高钻进速度和钻探质量,降低劳动强度,保障安全钻进。
深部钻探主要设备类型
（1）钻探设备
1）钻机：XB-600型、XB-1000型（手把式，张家口探矿厂，见图4.1）；
图4.1 XB-1000型钻机
2）泥浆泵：TBW250-40（湖南衡阳探矿机械厂）；
3）钻塔：17.5m四角角钢钻塔（煤田探矿机械厂）。
（2）钻探机具
1）钻具：Φ150 mm、Φ130 mm、Φ110 mm、Φ91 mm单管钻具；
2）钻杆：Φ50、Φ42、Φ70钻杆；
3）钻头：铁砂钻头、合金钻头；
4）套管：铁管、钢管、竹管（作为护孔材料），等等。
根据我国地质找矿和科学钻探需要,深部岩心钻探已日趋广泛,由此推动了深部钻探关键设备的更新与发展。自2005年以来,钻探设备能力已从中深孔发展至深孔和超深孔,用于深部钻探的钻机除立轴式钻机外,还研制出系列全液压动力头式、液压顶驱式、电动顶驱式等类型钻机及配套设备。
(一)主要钻机类型
1.立轴式液压钻机
深孔立轴式液压钻机在原XY-4型立轴式钻机的基础上增大了钻机的回转系统扭矩、升降机的提升能力、卡盘的夹持及扭矩传递力。部分钻机采用了立轴和转盘两用式设计,兼顾钻孔上部较大直径扩孔之用。深孔立轴式液压钻机的典型系列如图2-1所示,主要性能参数如表2-1所列。
图2-1 典型深孔立轴式液压钻机类型
(a)XY-5钻机(b)XY-6B钻机(c)HXY-8B钻机(c)HXY-9B钻机
表2-1 典型深孔立轴式液压钻机主要性能参数
2.全液压动力头钻机
所谓全液压动力头钻机是指钻机的回转、给进、升降钻具等机构均用液压驱动,液压马达直接安装在回转器上,回转器可沿桅杆(或导向架)作长行程移动给进。目前,全液压动力头钻机已得到越来越广泛的应用。全液压动力头钻机的主要类型有:桅杆式、车载整装桅杆式、分体塔式等。深孔全液压动力头钻机典型类型如图2-2所示,主要性能参数如表2-2所列。
3.顶驱钻机
顶部驱动钻机(简称顶驱钻机)是动力头钻机的一种。顶驱机构连接在钻杆柱上端,直接驱动钻柱旋转钻进、循环泥浆、加减立根、拧卸钻杆丝扣等多种操作。顶驱钻机的给进行程可达几米或几十米(视立根长度而定),钻进时无需卡盘夹持主动钻杆传递扭矩,石油钻井中应用较为广泛。近年来,深部岩心钻探也研发了这种形式的动力头钻机。顶驱钻机的主要类型有:液压顶驱和电动顶驱两种,如图2-3所示,主要性能参数如表2-3所列。
图2-2 典型深孔全液压动力头钻机类型
表2-2 典型深孔全液压动力头钻机参数
图2-3 顶驱钻机类型及其配套钻塔
(a)液压顶驱钻机(b)电动顶驱钻机
表2-3 典型深孔液压、电动顶驱钻机参数表
(二)主要泥浆泵类型
钻探用泥浆泵根据结构及工作原理主要分为:活塞式往复泵、螺杆泵和离心泵三种。深部地质岩心钻探多选用活塞式往复泵(有单缸、双缸、三缸、四缸几种类型)。钻探施工现场常用双缸和三缸活塞式往复泵,它们均可输送高黏度、高密度、强磨蚀性和腐蚀性液体,具有输出特性波动小等特点。目前钻探用典型活塞式往复泥浆泵类型如图2-4所示,主要性能参数如表2-4所列。
图2-4 深孔钻探用典型往复活塞式泥浆泵
(a)BW-280/30型(b)BW-300/16型(c)BW320/10型(d)BW350/15型(e)BWF-400/10型(f)BW-1000/12型
表2-4 深孔钻探用典型往复活塞式泥浆泵参数
(三)主要钻塔类型
深部地质岩心钻探用钻塔主要型式有四角式、A式、桅杆式三种,典型类型如图2-5所示,主要性能参数如表2-5所列。
图2-5 深部地质岩心钻探用钻塔主要型式
(a)四角塔(b)四角塔(直斜两用)(c)A型塔(d)桅杆式钻塔
表2-5 深部地质岩心钻探典型钻塔参数
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