Question

深孔钻探设备机具的优化配置

Answer 1

为有效地提高深孔钻探效率和减少工人的劳动强度，应通过设备与机具的优化选择与配套，提高设备的先进性和配套的科学性。钻探设备的优化配置，就是在保证钻探质量和安全的基础上，分析主要钻探技术指标对钻进效率的影响（表12.5），优化设计或选择钻探装备（钻机、泥浆泵、钻杆、取心钻具、钻头以及辅助性的钻探设备和器具等），形成最佳的钻探装备组合，最终获得最高的钻探效率和最低的钻探成本。钻探设备优化配置的目标是获得最佳的钻探技术指标和最佳的钻探施工经济性。

表12.5 主要钻探技术经济指标对钻进效率的影响

（据张伟等，2007）

12.3.1 钻探工艺对钻探设备的配置要求

深孔取心钻探设备优化选择应考虑不同钻探工艺对设备、机具的特殊要求，见表12.6。

表12.6 钻探工艺对钻探设备的配置要求表

12.3.2 主要钻探设备的选择与配置

（1）钻机选择

1）钻机选择应满足以下基本原则：

（a）按照钻探的目的，应满足工程的各项要求，如设计的孔深、穿矿和终孔的口径等。

（b）满足选定的钻探工艺所需的施工能力，并适应可能出现的钻探方法的变换。一般来说，新矿区和地层情况较复杂时，钻机的施工能力应备有余量；机型、能力、斜孔可按85%折算，使用3年后按每年5%递减。

（c）依据施工区的地形地貌、地层情况、道路、水源、电力供应、气候等条件选择适用设备。

（d）优先选用技术性能先进、易于维修及经济性好的钻机。

2）钻机选择应考虑的主要因素：

（a）足够的提升能力——满足提升最大重量钻杆柱与套管柱的要求；

（b）足够大的扭矩——满足回转钻杆柱、套取岩心的要求；

（c）足够高的转速——满足钻进工艺的要求；

（d）可靠度高；

（e）尺寸适当。

（2）钻塔选择

在钻孔过程中，钻塔用于安放和悬挂提升系统、承受起下钻具重力、存放钻杆或钻铤等。钻塔应根据设计的孔深，使用的钻机以及施工的性质，同时考虑钻孔的位置及气候条件等进行选择，必须具有足够的承载能力、强度、刚度、整体稳定和必要的操作使用空间。

（3）泥浆泵的选择

1）应根据钻探方法、钻机类型、钻孔结构及钻探工艺要求选择泥浆泵。

2）必须使用柱塞往复式高压变量泵。

3）泥浆泵必须性能完好，安全阀灵敏可靠。

4）冲洗液高压循环系统必须配套带压力表的稳压罐，各管线连接牢固且安全可靠。

12.3.3 深孔钻进机具的选择与配置

钻探机场机具应根据设计孔深、穿矿和终孔口径、地层情况、预定的钻孔结构、拟采用的钻进方法和工艺、处理可能发生的孔内事故等因素综合选择与配备。

（1）选择与配置的一般要求

1）必须按钻孔设计孔深配备钻杆，并留有余量；

2）一般机场应配齐Φ130 mm～Φ56 mm的各类钻具；

3）主要施工口径钻具每一规格应不少于2套；

4）采用绳索取心钻进的机台，机场应配备不少于50m的Φ50mm钻杆及相应的钻具；

5）配备的机具还必须满足特殊钻进方法与工艺的需要。

（2）钻杆选择

钻杆是钻进传递扭矩的工具，它从孔口把钻机的扭矩和动力传递给孔底的钻头，用于破碎岩石。钻杆柱方案选择的一般原则如下（表12.7）：

1）取心钻进方法决定了钻杆类型；

2）钻杆柱的材质、结构等应满足钻进工艺需要；

3）钻具、钻杆柱组合重量不能超过钻机承载能力——大钩负荷；

4）深孔钻探应选择绳索取心钻杆和取心工具。

表12.7 钻杆类型的选择分析表

（3）绳索取心钻杆必须满足的性能要求

1）强度应满足深孔钻进的要求；

2）合理的钻杆壁厚，以减轻钻头唇面碎岩面积，提高钻进技术经济指标；

3）钻杆柱内平或基本内平，内管总成能在钻杆内顺利通过；

4）钻杆柱与孔壁、内岩心管间隙要合理，减少冲洗液循环阻力和提钻及打捞岩心时抽吸作用，保持孔壁稳定；

5）钻杆柱螺纹外表面及公母螺纹耐磨性、密封性好。

（4）深孔钻探选择钻杆应注意的主要事项

1）高强度绳索钻杆管材要求：规格符合标准和尺寸公差要求；材料屈服强度高，弹塑性好；管材金相组织均匀，残留应力低；笔直度和同一性好；热处理、表面处理和机械加工特性优良；有一定的耐腐蚀特性。

2）深孔钻探施工不确定因素较多，钻杆受力复杂，承受扭力较大，要从钻杆管体与接头的材质（强度、韧性、延伸率、热处理）、管体壁厚、螺纹设计形式、连接强度和密封性能等方面精选钻杆。

3）绳索取心钻杆：钻孔较深，选用Ф71mm镦粗钻杆；超过1500m的孔深，必须检验绳索取心钻杆的强度。

4）钻杆易折断的部位大多数在丝扣根部。选择深孔钻杆时，首先要考虑提高钻杆丝扣强度。

12.3.4 相关辅助设备的选择

1）每台钻机应配泥浆搅拌机和一个0.2～0.3m³处理剂容器，且应安装摆放稳固，便于操作，方便使用。

2）配备必要的泥浆固控设备，如旋流除砂器、除泥器等。

3）采用金刚石绳索取心钻进工艺的钻机，应配备与钻机孔深相匹配的绞车、且绞车应安装牢固，性能可靠，操作灵活。

4）根据选择的钻机和钻具，选配拧管机。绳索取心钻进宜使用液压吊钳，使拧卸钻杆时既减轻工人劳动强度，又保证必须的预紧扭矩。

12.3.5 测量与检测仪器

1）测量仪器：测斜仪，造斜纠偏定位仪等。

2）检测仪器：使用泥浆的现场应备有粘度计、比重计、含砂量计、失水量仪以及pH值试纸等。

3）应配有孔底压力指示表、泵压表，尽可能配备扭矩表、转速表、冲洗液流量表或钻孔多参数仪，电力驱动应有电压表、电流表和功率表。

4）应配备检查钻具磨损的量具，如必要的钻杆损伤探测仪。