Question

螺旋钻杆设计

Answer 1

螺旋钻杆的作用：传递扭矩；用作岩屑上返通道；增加钻头的轴压等。

设计螺旋钻杆应满足以下要求：有足够的抗振、抗扭强度；耐磨可靠；易排屑；连接可靠；连接部分不妨碍岩屑运输等。

一、螺旋钻杆直径D的设计

螺旋钻杆直径D取决于钻孔直径（即钻头直径），为减少钻杆柱与孔壁间的摩擦阻力，一般螺旋钻杆直径要比钻头直径小10～20mm。当孔径小于200mm时，可取下限；孔径大于800mm，可适当加大上限。

表3-14-1

二、螺旋钻杆螺距S的设计

螺距S与所钻地层和螺旋钻杆直径D有关，设计时可参考表3-14-1。

三、中心管直径d的设计

中心管直径d和螺距S，均与螺旋叶板上的钻屑与螺旋面之间的摩擦角有关。为保证螺旋面上被输送的钻屑不因其自重而滑落，应使其螺旋上升角小于钻屑与螺旋面之间的摩擦角；若按土与螺旋叶片的摩擦系数f=0.5计算，则其螺旋上升角α_r应小于36°36′。如果设计时，取螺旋上升角α_r=36°34′，钻屑与螺旋面的摩擦角为φ，则有式：

碎岩工程学

碎岩工程学

如果取土与螺旋面的摩擦系数f=0.5～0.7，代入公式（3-14-2），则得：

碎岩工程学

四、螺旋叶片的设计

1.螺旋叶片是采用开口环形钢片

经热压模法加工而成形开口环形钢片（坯料）如图3-14-1所示。按照螺纹原理可以导出开口圆环内、外径（D₁和d₁）的计算公式：

碎岩工程学

式中：L、l为对应于一个螺距S的螺旋线长度（图3-14-2）。

碎岩工程学

图3-14-1 螺旋叶片的坯料

图3-14-2 螺旋线的形成原理图

2.螺旋叶片切口中心角

由于开口叶片在压模成形过程中产生很复杂的变形，故圆环的周长，要比实际对应的螺旋线长度大，其切口中心角θ（见图3-14-1）应为20°～30°。

3.螺旋叶片的厚度

一般为2～10mm，钻杆直径小、钻进均质软岩时取低值；钻进直径大、钻进砂砾、砂土时，取高值。选择时可以参考表3-14-2。

表3-14-2 螺旋叶片厚度与孔径、地层的关系

五、螺旋钻杆长度及螺旋头数

螺旋钻杆长度取决于钻机桅杆的高度、回次长度和螺旋钻杆重量，一般取1～5m。目前尚未形成标准系列，凭经验和现场需要设计。

螺旋头数，则可采用单头或双头螺旋。

六、螺旋钻杆的连接

螺旋钻杆的连接方式有法兰盘式和接头式两种。法兰盘式靠连接螺栓传递轴向压力和回转力矩；接头式连接又分插接式、牙嵌式和螺纹式。

插接式采用不同形状的公母接头插接后再加穿销。公母接头的截面形状有两方、三角形、四边形和六方形等，靠接触面传递扭矩，以销轴传递轴向力；牙嵌式连接采用牙嵌式接头，以其牙齿和牙槽对正插入后，再用销钉或螺栓连接，以牙嵌传递扭矩，以销钉或销栓承受轴向力；螺纹式连接则是在钻杆两端加焊公母接头承受轴向力。此种螺纹连接安全可靠，但其缺点是不允许反转卸土；扭矩过大时不易拆开。

Answer 2

螺旋钻杆杆体采用高压无缝钢管，钻杆接头采用42CrmoA优质合金结构钢，经真空调质处理，与钻杆杆体采用先进的高压过盈装配工艺焊接和摩擦焊焊接工艺，螺旋叶片采用高耐磨T型钢带，经预应力缠绕，全自动焊接设备焊接而成。本系列产品采用四方或六方的快速连接方式，使用时由弹簧销自动锁合，并配备U型销或半圆型防脱销，使钻杆的扭矩和钻孔深度达到最佳状态。