第二章回转钻进用钻具及钻头

《第二章回转钻进用钻具及钻头》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第二章回转钻进用钻具及钻头（52页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、岩土钻凿工程学岩土钻凿工程学第二章第二章 回转钻进用钻具及钻头回转钻进用钻具及钻头岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学 第一节岩心钻具的组成第一节岩心钻具的组成 第二节硬质合金钻头第二节硬质合金钻头 第三节金刚石钻头第三节金刚石钻头 第四节钢粒钻头第四节钢粒钻头 岩土钻凿工程学岩土钻凿工程学第一节第一节 岩心钻具的组成岩心钻具的组成 钻具：钻具：钻头钻头+岩心管岩心管+异径接头异径接头+取粉管取粉管+扶正器（或扩孔器）扶正器（或扩孔器）+钻铤钻铤+钻杆钻杆+和主动钻杆和主动钻杆+水接头等组成。水接头等组成。 岩心管：岩心管：是在钻进时容纳岩心的，同时也承受和传递钻压是在钻进时容纳岩心的，同时也承受和传

2、递钻压和扭矩，带动钻头工作。岩心管的长度限制了回次进尺的长度。和扭矩，带动钻头工作。岩心管的长度限制了回次进尺的长度。 异径接头：异径接头：是用来连接岩心管和钻杆柱的。是用来连接岩心管和钻杆柱的。 取粉管：取粉管：用于岩粉量大，冲洗液不足的情况下，收集大粒用于岩粉量大，冲洗液不足的情况下，收集大粒岩屑。在钢粒钻进中，必须带有取粉管。岩屑。在钢粒钻进中，必须带有取粉管。 一、钻具各部分名称及作用一、钻具各部分名称及作用岩土钻凿工程学岩土钻凿工程学主动钻杆主动钻杆 又称机上钻杆，位于钻杆柱的最上部，由钻机立轴或动力头的又称机上钻杆，位于钻杆柱的最上部，由钻机立轴或动力头的卡盘夹持，或由转盘内非圆形

3、卡套带动回转，向其下端连接的孔内卡盘夹持，或由转盘内非圆形卡套带动回转，向其下端连接的孔内钻杆传递回转动力矩和轴向力。主动钻杆的断面尺寸大，便于卡盘钻杆传递回转动力矩和轴向力。主动钻杆的断面尺寸大，便于卡盘夹持回转，不易弯曲，其断面形状有圆形、两方、四方、六方和双夹持回转，不易弯曲，其断面形状有圆形、两方、四方、六方和双键槽形。常用的主动钻杆长度是键槽形。常用的主动钻杆长度是4.5m或或6m。 钻铤钻铤 在大口径钻进中常会用到钻铤。钻铤直径大于钻杆，位于钻在大口径钻进中常会用到钻铤。钻铤直径大于钻杆，位于钻杆柱的最下部。其主要特点是壁厚大（相当于钻杆壁厚的杆柱的最下部。其主要特点是壁厚大（相当

4、于钻杆壁厚的46倍），具有较大的质量、强度和刚度。钻铤的主要作用是：倍），具有较大的质量、强度和刚度。钻铤的主要作用是： 给给钻头施加钻压；钻头施加钻压； 保证复杂应力条件下的必要强度；保证复杂应力条件下的必要强度； 减轻钻头减轻钻头的振动，使其工作稳定；的振动，使其工作稳定； 控制孔斜。控制孔斜。 岩土钻凿工程学岩土钻凿工程学1、钻杆柱的功用：、钻杆柱的功用：（1）钻压和扭矩传递给钻头；）钻压和扭矩传递给钻头；（2）提供输送冲洗介质的通道；）提供输送冲洗介质的通道；（3）钻杆柱还是提取岩心的通道。）钻杆柱还是提取岩心的通道。二、钻杆柱二、钻杆柱 岩土钻凿工程学岩土钻凿工程学2、钻杆柱的材质：

5、、钻杆柱的材质： 常规的钻杆由不同成分的常规的钻杆由不同成分的合金无缝钢管合金无缝钢管制成，合金成分有制成，合金成分有Mn、MnSi、MnB、MnMo、MnMoVB等，并且限制磷、硫等有害成分等，并且限制磷、硫等有害成分不得大于不得大于0.04%，按照，按照GB3423-82的规定，用作钻杆柱的钢管力学的规定，用作钻杆柱的钢管力学性能如表性能如表2-1所列。所列。表表2-1 钻杆钢管的力学性能钻杆钢管的力学性能(不小于表中数据不小于表中数据)表表 钢钢 级级屈服点屈服点s(MPa)抗拉强度抗拉强度p(MPa)伸长率伸长率s(%)DZ40DZ50DZ55DZ60DZ65DZ75400500550

6、600650750650700750780800850141212121210岩土钻凿工程学岩土钻凿工程学3、钻杆柱的连接方式、钻杆柱的连接方式 图图2-1 钻杆柱的连接方式钻杆柱的连接方式 1-内丝钻杆内丝钻杆; 2-外丝钻杆外丝钻杆; 3-公锁接头公锁接头;4-母锁接头母锁接头; 5-接箍接箍 岩土钻凿工程学岩土钻凿工程学 钻杆对连接螺纹的要求十分严格。钻探管材螺纹钻杆对连接螺纹的要求十分严格。钻探管材螺纹是专门设计的，并已定为国家标准（是专门设计的，并已定为国家标准（GB3423-82）。）。一般钻杆采用一般钻杆采用螺距螺距48mm每边倾斜每边倾斜5的梯形螺纹的梯形螺纹，为了防止应力集中

7、，螺纹根部有规定的为了防止应力集中，螺纹根部有规定的圆弧角圆弧角。螺。螺纹部分承受着交变应力，所以它既要有足够的强度，纹部分承受着交变应力，所以它既要有足够的强度，又要能在经常拧卸中耐磨。同时钻管中承受着冲洗又要能在经常拧卸中耐磨。同时钻管中承受着冲洗液流的高压作用，要求在钻杆接头端部有专门的端液流的高压作用，要求在钻杆接头端部有专门的端面密封。面密封。 3.1 螺纹连接螺纹连接 岩土钻凿工程学岩土钻凿工程学3.2 焊接连接焊接连接 这种钻杆的两端与钻杆接头之间用焊接的方法连接起来，这种钻杆的两端与钻杆接头之间用焊接的方法连接起来，接头之间再用螺纹。在水井、地热井钻进中常采用烘装焊接接头之间再

8、用螺纹。在水井、地热井钻进中常采用烘装焊接连接方式的钻杆，在金刚石绳索取心钻进中则采用对焊连接连接方式的钻杆，在金刚石绳索取心钻进中则采用对焊连接的钻杆。的钻杆。 为减少升降工序中拧卸钻杆的次数与时间，由为减少升降工序中拧卸钻杆的次数与时间，由24根钻根钻杆连接成杆连接成立根立根，一次升降一个立根，在钻孔过程中不再卸开。，一次升降一个立根，在钻孔过程中不再卸开。为便于拧卸，立根之间用两个一组的公母锁接头连接（图为便于拧卸，立根之间用两个一组的公母锁接头连接（图2-1），其外径与接箍相同。为了升降钻具拧卸与挂提引器方），其外径与接箍相同。为了升降钻具拧卸与挂提引器方便，公母锁接头上均开有方切口。

9、公母锁接头上的连接螺纹便，公母锁接头上均开有方切口。公母锁接头上的连接螺纹锥度大、螺距大，自动对中好，拧卸省力又省时。锥度大、螺距大，自动对中好，拧卸省力又省时。 岩土钻凿工程学岩土钻凿工程学表表2-2 普通钻杆及其连接的主要规格普通钻杆及其连接的主要规格YB235-70 加加厚厚方方式式 钻钻 杆杆 接接 箍箍 锁锁 接接 头头外径内径长度(m)每米质量(kg/m)附加量(kg/根)外径长度质量(kg/个外径内径切口宽公锁接头长母锁接头长连接后全长内内加加厚厚4250603239483.04.54.54.566.047.990.650.961.445765751301401401.41.72

10、.04576575222838404550165190215230255290355395445外外加加厚厚6073894859696.06.08.07.9911.419.481.52.53.5861051181401651652.74.75.28610512144.5 6850 50241 355310 280481 533 除单独说明者外，表中单位均为mm。 岩土钻凿工程学岩土钻凿工程学三、钻杆柱的受力三、钻杆柱的受力（ 1 ）轴向压力和拉力）轴向压力和拉力 当钻孔达到一定深度时，孔内钻杆柱的重力已当钻孔达到一定深度时，孔内钻杆柱的重力已超过了钻头所能承受的钻压值，则必须减压钻进。超过了钻

11、头所能承受的钻压值，则必须减压钻进。即上部钻杆柱受拉，其中孔口处拉力最大，向下逐即上部钻杆柱受拉，其中孔口处拉力最大，向下逐渐减小；下部钻杆柱受压，孔底压力最大（图渐减小；下部钻杆柱受压，孔底压力最大（图2-3）。在某一深处轴向力等于零，称之为）。在某一深处轴向力等于零，称之为零断面或零断面或中和点中和点。在施工中我们应该设计使中和点落在刚度。在施工中我们应该设计使中和点落在刚度大、抗弯能力强的钻铤上，保证上部的钻杆处于受大、抗弯能力强的钻铤上，保证上部的钻杆处于受拉伸的稳定状态。即使在小口径的条件下不可能使拉伸的稳定状态。即使在小口径的条件下不可能使用钻铤，也应避免落在强度和刚度较弱的旧钻杆