固体矿产钻探机班长培训.ppt
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1、固体矿产钻探,大家过年好!,目 录 一、国内外现状 二、钻探设备 三、钻探技术方法 四、合金钻探技术 五、金刚石钻探技术 六、钻探工程质量要求 七、孔内事故预防和处理,一、国内外现状,(一)国外现状 人类四大难题:上天、入地、下海、登极 (1)设备 全液压化、机电一体化、智能化、轻便 (2)钻杆 刚钻杆:强度大、韧性强、丝扣 铝合金钻杆:轻、强度大,但价格高 (3)钻探方法 金刚石绳索为主,潜孔锤反循环越来越广 (4)钻探深度 科钻:苏联12262m,美国9583m 固体矿产钻探:最深加拿大公司在南非5424m 北美、南美:15003000m 日本:1965 1972完成8个2000 2800
2、m,1983年超过 3000m,长年 LF140,长年LF230,钻深(m): BQ 3050 NQ 2350 HQ 1585 PQ 1045,Christensen CS4002 NQ 2000,澳大利亚UDR1200HC NQ 2500 HQ 1585 PQ 1045,PHC液压控制系统,APC计算机控制系统, Diamec U8 的两种控制系统,通过钻机控制系统实现钻机远程访问,国外部分金刚石绳索取心钻进深度概况,日本利根公司施工超深岩心钻孔,俄罗斯可用于绳索取心的,Boart Longyears RQTMHP wireline drill rod,BOART-LONGYEAR公司QHP
3、/RQHP绳索取心钻杆,黄色区域:采用特殊热处理工艺 增加材料强度 增加钻杆内螺纹使用寿命 增加钻杆螺纹轴肩使用寿命,红色区域:采用表面硬度处理工艺 增加钻杆外螺纹使用寿命 增加钻杆内螺纹外径部分使用寿命,BOART-LONGYEAR公司新开发的防脱扣绳索钻杆螺纹,(二)国内现状 (1)设备 主要是立轴钻机:XY-1XY-6 ,XY-8,近几年引进、开发了全液压动力头钻机。 (2)钻杆 材质先天不足,钢级偏低;热处理工艺落后;加工精度低,误差大。 深孔只有靠端部加厚即加强型钻杆。 (3)钻探方法 主要是金刚石钻进(绳索),潜孔锤反循环(少有应用),(4)钻探深度 计划经济时期到90年代前,国产
4、机具固体矿产:1803.8m;进口设备TXL-1:2505M (1985年) 2005年科学钻探:5158m 2006年三院:1804.95m(S75) 2007年河北四队:1905.92 (S75) 三院:1450.88( S95 ) 2008年11月25日三院:2046.02m (S75) 12月3日山东冶金三勘:2060.50m (S75),二、钻探设备,(一)钻机 1、立轴钻机: 目前:XY-1、XY-2、XY-3、XY-4、XY-44、XY-5、XY-6、XY- 6B、HXY-8 过去:XU600 、XU600-3;JU-1500,立轴钻机,XY-6B,HXY-8(8B),钻机型号类
5、别标志,立轴钻机的特点,立轴钻机的优点: (1)传动效率较高,消耗功率低; (2)提下钻辅助时间较短; (3)处理事故能力较强; (4)可靠性较高,实用性强; (5)维修方便,对操作技能要求较低; (6)制造成本较低。,立轴钻机的主要缺点: (1)给进行程短(多为0.6m),钻进中须频繁停车、倒杆; (2)工作平稳性较差; (3)转速分挡控制,不能无级变速; (4)加杆繁琐,钻具须提离孔底; (5)不易实现斜孔钻进; (6)搬迁、安装时间较长。,2、全液压钻机,探矿机械厂研制的XD-3,勘探所研制的YDX-3,全液压动力头钻机特点:,全液压钻机主要优点: (1)给进行程长; (2)无级变速,工
6、作平稳; (3)易于实现斜孔钻进; (4)加接钻杆方便,钻具不提离孔底; (5)钻进工艺适应性好; (6)搬迁、安装方便; (7)操作控制集中、方便,易于实现远程遥控及自动化控制。,全液压钻机的主要缺点: (1)传动效率较低,功率消耗大; (2)提下钻辅助时间长; (3)处理事故能力较差; (4)液压系统密封件寿命较短; (5)维修较复杂,费用高; (6)制造成本高。,(二)钻塔 类型:四角、A型、桅塔 12.5m、13m、17m、18m、23m (三)泥浆泵 按工作原理大致分三类: 容积式泵:往复泵等,如BW250/7、BW320/10卧式三缸单作用 叶片式泵:离心泵、深井泵等 其它类型泵,
7、三、钻探技术方法,(一)分类 按碎岩工具或磨料分: (1)硬质合金钻进 (2)钢粒钻进 (3)牙轮钻进 (4)金刚石钻进,按碎岩方式(机械能)分: (1)回转钻进 (2)冲击钻进 (3)冲击回转钻进 (4)静压或震动钻进 其它:潜孔锤反循环钻进 定向钻进 不提钻换钻头钻进,(二)钻进方法选择 选择钻探方法时,一般应根据岩石的可钻性,同时考虑其研磨性、完整程度等来选择钻进方法。 (1)16级、部分7级岩石宜选用硬质合金、针状硬质合金或聚晶金刚石及复合片钻进; (2)412级岩石宜选用金刚石回转钻进; (3)68级岩石可用硬质合金冲击回转钻进; (4)612级,特别是弱研磨性岩石,可选用金刚石冲击
8、回转钻进; (5)712级岩石也可用钢粒钻进。,(三)岩石性质,硬度:某一物体表面对另一物体压入时的阻力或反抗特性 。 强度:在载荷的不断作用下,岩石变形到一定程度就会发生破坏。 弹性:岩石受外力作用产生变形,外力撤除后变形随之消失的性质。 塑性:如外力撤除变形不能消失,称为塑性变形。 研磨性:岩石在被工具破碎时反过来对工具的磨损能力。 脆性:岩石受应力破坏而无明显塑性变形,则称为岩石的脆性。,岩石可钻性:岩石被碎岩工具钻碎的难易程度。 岩石可钻性是岩石的”综合”性质,反映的是岩石的抗钻性能,与岩石的强度、硬度、弹塑性、研磨性和结构特征等密切相关,是决定钻进效率的基本因素。一般分为12级。,(
9、四)地质钻探对岩石的分类,按硬度和可钻性分: 按岩石硬度的大小分为4类,按可钻性的高低分为12级,其相应关系为: (1)软可钻性13级; (2)中硬可钻性46级; (3)硬可钻性79级; (4)坚硬可钻性1012级。,按研磨性分: 按研磨性的强弱分为3类,即弱研磨性、中研磨性、强研磨性。 按岩石的完整程度分: 按岩石的完整程度分为3类,即完整、较完整、破碎,四、合金钻探技术,(一)合金钻进原理 从单个切削具来看,轴向力Py使切削具切入岩石,回转力Px使切削具沿圆周向前切削推进,环状孔底如同螺旋一样向下延伸。,2、硬质合金 钻探常用钨钴合金(YG) YG8(强度高、抗冲击、抗振性较好)钻探常用
10、YG3X(耐磨性最好,冲击韧性最低)针状合金 YG4C(煤田、石油勘探用),合金钻进适用地层: 可钻性6级,针状和小片状合金可用于部分7级。,合金的型式,3、合金钻头,应根据岩石类别、钻头直径、地层特性等选择钻头上硬质合金的型号、规格、数量、镶焊角度和切削具出刃量。,4、钻进工艺 (1)钻压(N):稍大于岩石抗压入强度,产生体积破碎为宜。,切削具压力推荐值表,(2)转速(r/min):根据地层、孔深、口径确定。线速度以1.02.5m/s为宜。对于卵石层、破碎层可降低为0.6m/s;软至中硬、弱研磨性、较完整致密岩层选用较大值,反之选用较小值。 (3)泵量(L/min): 使上返流速在0.20.
11、6m/s 经验公式:Q=kD D钻头直径(cm);k取6 15(L/min.cm),五、金刚石钻探技术,(一)基础知识 金刚石钻进始于1862年前,早于硬质合金及钢粒钻进。我国从60年代开始研制人工金刚石并试验推广金刚石钻进,很快显示出强大的威力。 1、金刚石 天然金刚石 人造金刚石 金刚石特性: 硬度高,强度大,但抗冲击韧性差。 耐磨性好。 化学稳定性好。 亲油疏水性。 热稳定性不够好。,2、金刚石钻头 由金刚石、胎体、钻头体(钢体)构成 表镶钻头:10100粒/克拉, 常用2550粒/克拉 孕镶钻头:40100目,常用60目、80目,金刚石粒度:岩石愈硬,粒度应愈小;研磨性愈 强,粒度愈小
12、 金刚石浓度:一般25% 胎体硬度:地层破碎、研磨性强,选用硬胎体 (HRC40),天然金刚石表镶单管钻头,天然金刚石表镶双管钻头,人造金刚石孕镶单管钻头,人造金刚石孕镶双管钻头,天然金刚石表镶绳索取心钻头,人造金刚石孕镶绳索取心钻头,颜店铁矿区用人造金刚石孕镶尖齿钻头,3、金刚石扩孔器 作用: 修整孔壁、保持孔径 扶正钻头及钻具 减轻钻头负担、延长钻头寿命 单管钻进中起卡簧座和卡簧限制器的作用,4、技术参数 钻压:存在最优值。应根据岩石的可钻性、研磨性、完整程度、钻头底唇面积、金刚石粒度、品级和数量选择钻压(见下表) 表镶:P=km (N) m金刚石粒数 , k每粒金刚石压力1525N/粒
13、孕镶:P=Fp (N) F钻头环状可取面积(cm2),P400 800N/cm2,金刚石钻进推荐钻压表,转速:应根据岩石的可钻性、研磨性、完整 程度及钻头直径选择转速。 表镶金刚石钻头底唇面线速度1.02.0米/秒; 孕镶金刚石钻头底唇面线速度1.53.0米/秒。,金刚石钻进推荐转速表(转/分钟),泵量与泵压:应根据岩石的可钻性、研磨性、完整 程度、钻进速度和钻头直径选择泵量。,金刚石钻进推荐泵量表,(二)普通金刚石钻进 常用单动双管和双动双管,DJ-1型单动双管 1外管接头;2销子;3钢球;4、12垫片;5胶垫; 6保护罩;7、13推力轴承(8204);8轴;9内管接头;10油嘴;11外管;
14、14锁母;15内管;16短节;17扩孔器;18钻头;19卡簧座;20卡簧,1、一般要求 钻头与扩孔器及卡簧之间要合理配合。 扩孔器外径应比钻头外径大0.30.5mm,岩层坚硬时应采用下限数值。 卡簧的自由内径应比钻头内径小0.30.4mm。,2、认真执行“五不扫” 即不用金刚石钻头扫孔、扫残留岩心、扫脱落岩心、扫掉快和扫探头石。 3、认真执行“三必提” 即遇下钻受阻轻转无效、岩心堵塞、钻速骤降时必须提钻。,3、钻头出现以下情况时,不得再下入孔内: 表镶钻头内外径尺寸较标准尺寸磨耗0.2mm以上;孕镶钻头内外径尺寸较标准尺寸磨耗0.4mm以上; 表镶钻头出刃尺寸超过金刚石颗粒直径1/3; 表镶钻
15、头有部分金刚石脱落、挤裂或剪碎; 孕镶钻头出现石墨化现象; 钻头出现明显偏磨; 钻头水口和水槽小于标准尺寸; 胎体有明显裂纹、掉块、沟槽或严重被冲蚀; 钻头体变形,丝扣损坏。,金刚石钻头的非正常磨损形态,底唇面被抛光,胎体端面轻微烧钻,胎体端面拉槽 钻头磨出外台阶,胎体严重损坏 胎体出现裂纹,水口严重冲蚀 螺纹部位呈喇叭形,严重烧毁钻头,4、金刚石双管应符合以下要求: 单动性能良好、各部件之间的同心度要好。 管材无伤裂。 丝扣要好。 装配好的钻具在垂直吊起时短节与卡簧座不得自由脱落。 装配好的钻具卡簧座底端与钻头内台阶的距离为 34mm。,5、使用双管应遵守的规则: 不得用管钳拧卸钻头、扩孔器
16、和内外管,而应用 多触点钳或磨擦式钳,同时还应注意,钳牙不得 触及钻头或扩孔器的胎体部位。 退出岩心时,要用橡胶锤、木锤敲打内管。不得 用铁锤直接敲打双管的内外管,必要时可在管外 垫钢质护套。 双管在移动时不得猛力拖拉或撞击;存放时要摆 平,不得重压;运输时要套装;装卸时要轻放。,6、采取岩心守则: 金刚石钻进必须用岩心卡簧卡取岩心,任何情况下都严禁进行干钻取心。 卡取岩心时,必须先停止回转,用动力头将钻具慢慢提离孔底,使卡簧抱紧岩心。提断岩心以后不得再将钻具放到孔底试探。 每回次都应尽量采净岩心,以免下个回次下钻时损伤钻头。残留岩心超过0.2m时,应使用岩心捞取器专程捞取,严禁用金刚石钻头套
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