钻探设备概论.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,中国地质大学工程学院 张晓西,*,2026/1/22 周四,1,钻探设备概论,地勘钻探设备,2026/1/22 周四,2,钻探技术方法分类,1,按钻进方式分,冲击钻进,回转钻进,古时：竹篾、绳索,现代：钢绳、气动液动冲击器,钢粒钻进,合金钻进,牙轮钻进,金刚石钻进,2026/1/22 周四,3,钻探技术方法分类,2,按循环介质分,空气钻进,泡沫钻进,充气泥浆钻进,泥浆钻进,无固相泥浆,低固相泥浆,油基泥浆,水基泥浆,加重泥浆,淡水泥浆,盐水泥浆,2026/1/22 周四,4,钻探技术方法分类,3,按循环方式分,正循环,反循环,泵吸反循环,射流反循环,气举反循环,CSR,反循环,设备：专业化？多样性？多功能？,2026/1/22 周四,5,一,.,钻机的分类,1,、按用途分类,（,1,）岩心钻机,（,2,）工程钻机,（,4,）水文水井钻机,（,3,）石油钻机,（,5,）特种钻机,2026/1/22 周四,6,（,1,）冲击式钻机,（,4,）复合式钻机,（,2,）回转式钻机,（,3,）振动式钻机,一,.,钻机的分类,2,、按钻进方法分类,2026/1/22 周四,7,3,、按结构特征分类,回转式钻机按照回转器的类,型划分为：,（,1,）立轴式钻机,（,2,）转盘式钻机,（,3,）移动回转式钻机（动力头式）,2026/1/22 周四,8,设备如何满足工艺要求？,钻探设备必须满足不同钻进工艺方法，但随着工艺方法的变化，钻探设备通常只是就设备的某一部分进行改造即可满足新工法的要求，而考虑到工艺方法的多样性，钻探设备的多功能,/,多用途已经越来越成为新型钻机设计时所重点考虑的技术关键。,例如在地勘岩心钻机设计中，由于考虑到探矿工作的不景气，工作量严重不足，如岩心钻机只能用于取心钻进，则设备利用率低将是不可避免的。为此，最近推出的新型岩心钻机如,XY-4-2,、,XY-4-3,、,GSC-08,等均考虑了将其用于水文水井施工及基桩施工，采用了大通孔设计。,2026/1/22 周四,9,第一个发展阶段,-,手把给进式钻机,1862,年，瑞士首先发明了手镶金刚石钻头，并设计制造了世界上最早的手动操作立轴式岩心钻机；,1899,年，出现了廉价的钢粒钻进，代替了昂贵的金刚石钻进；,1916,年硬质合金应用于钻探，产生了合金钻探技术。随着这两种钻进方法的采用，相应地出现了萌芽状态的立轴式回转钻进钻机，并由这种钻机逐步发展成性能比较完善的手把给进式钻机。,钻机的发展概况,2026/1/22 周四,10,早期钻探设备集锦,2026/1/22 周四,11,我国早期岩心钻机状况,我国解放初期，为解决地勘工作急需，曾经引进一批这类钻机，随后又大量仿制，其代表型号,XB-300,、,XB-500,及,XB-1000A,等。这类钻机的主要特点是：,结构简单，制造容易，成本低；,坚固耐用，易于掌握，解体性好，拆装、搬运方便；,机构笨重，机械化程度低，劳动强度大，操作分散，安全性、可靠性差；,特性参数落后，且难以准确控制，钻进效率低。,2026/1/22 周四,12,第二个发展阶段,油压给进式钻机,随着合金钻进技术进一步成熟和发展，钻头类型增多，规程强化，手把给进式钻机已经明显地不能适应钻进工艺发展要求。与此同时，由于粉末冶金技术的发展，导致铸镶金刚石钻头新工艺的出现，而金刚石钻进工艺对钻机提出了新的要求，如精确控制钻压、高的回转速度及良好的调速特性等，加之当时的液压技术也有了长足的发展与应用，在这种条件下，油压给进式钻机应运而生。,2026/1/22 周四,13,XU-1000,立轴钻机,2026/1/22 周四,14,油压给进立轴式钻机的特点,给进工序与部分辅助工序,(,松紧卡盘、移动钻机、拧卸钻具等,),实现了液压控制；,性能较为先进，并且易于控制，因此钻进效率高；,工作平稳，操作集中、灵便、安全，劳动强度有所降低；,机械传动，纵向布局，结构紧凑，但解体性能较手把钻机差。,2026/1/22 周四,15,第三个发展阶段,-,全液压动力头钻机,随着工业技术主要是液压技术的逐步发展与完善，同时，也由于在西方工业发达国家的劳动成本构成中工资成本所占比重越来越大，国外开始在岩心钻机的高度机械化上投入力量进行研究，其结果，全液压动力头钻机应运而生。,2026/1/22 周四,16,全液压钻机的特点,所谓全液压钻机是指钻机的回转、给进和升降钻具等机构均用液压驱动，与常规机械岩心钻机相比，全液压动力头钻机具有以下特点：,钻机工作过程中的所有动作均由液压系统中的液压元件完成，大大减轻了操作者的劳动强度，操作人员数量大幅度减少；,实现了无级调速及钻压的精确控制，可根据地层条件、机具情况优选钻进参数，更适合金刚石钻进；,回转器可沿桅杆移动,(,故称动力头,),，实现了长行程给进，不仅大幅度增加了纯钻进时间，还由于钻进过程连续，可大幅度减少孔内事故发生的几率并提高岩心采取率。,2026/1/22 周四,17,2026/1/22 周四,18,钻探设备设计基础知识,2026/1/22 周四,19,钻机技术特性参数,钻机技术特性参数，用于设计，是确定钻机总体结构和部件结构的前提；用于生产，则是比较、评价和选用钻机的主要依据。,钻机技术特性参数很多，以岩心钻机为例，有钻进深度、钻孔直径与钻孔倾角；回转器转速、立轴通孔直径与让开孔口距离、立轴最大上顶力、立轴最大给进力、给进速度、给进行程与倒杆速度；升降机最大起重量、提升速度、钢绳直径、卷筒直径与容量；钻机重量与外廓尺寸；以及动力机类型、功率与转速等。而这些参数按主次可分为三类，即基本参数、主要参数和一般参数。,2026/1/22 周四,20,钻机基本参数,基本参数是反映钻机钻进能力的最稳定的参数。它是由国家或部门根据一定时期社会生产发展需要，在编制,“,标准系列,”,(,如国标、部标时确定的，不能随意改变，因此又称为不变参数。至今岩心钻机仍以钻进孔深为基本参数，如我国岩心钻机系列标准为,100,、,300,、,600,、,1000,、,1500,、,2000m,等。当然，其他应用领域的钻机根据该行业的长期习惯，有以孔深为基本参数的如石油钻机、水井钻机、工勘钻机等，有以钻进孔径为基本参数的如工程钻机等，有以提升能力为基本参数的如非开挖铺管钻机等。,2026/1/22 周四,21,钻机主要参数与一般参数,主要参数是反映钻机整体或部件的主要技术经济性能的参数，它取决于基本参数。岩心钻机的主要参数有：回转器转速、上顶力与给进力、给进速度与行程、卷扬机提升能力与提升速度、钻机的重量与外廓尺寸以及动力机的功率和转速等。,一般参数则从属于基本参数和主要参数。如钢丝绳直径、卷筒直径与容量等。,2026/1/22 周四,22,确定主要参数的主要因素,通常，对于岩心钻机来说，,钻进能力参数,取决于：钻进深度、钻孔直径、钻杆直径以及钻孔倾角；,回转系统参数,取决于：回转器速度、立轴通孔直径与让开孔口距离等；,给进系统参数,取决于：立轴最大上顶力与给进力、给进速度、给进行程与倒杆速度等；,升降系统主要参数,取决于：最大提升重量与提升速度等。,2026/1/22 周四,23,设计钻探设备所涉及的专业基础知识,钻探设备根据其应用领域不同而种类繁多，小到可以手持、重量仅十余公斤的薄壁钻机（墙上打孔用于安装管道如上下水管道、空调管道等），大到需要整列火车装载重达上千吨的超深孔钻机（如,9000,电动石油钻机等），五花八门，不一而足，但其最终使命均归结于钻孔，当然，根据其用途的不同，钻探设备的结构也自然由极简单到极复杂。最简单的可能仅仅就是一个单速的回转器或冲击机构，复杂的如海洋科学钻探船则几乎将现代科学技术完全包容，但就我们目前最常见的岩心钻机、水文水井钻机、工程钻机、石油钻机等来说，基本上都是机电一体化的产物，所涉及到的专业基础知识概括来讲有以下几方面：,2026/1/22 周四,24,理论力学,材料力学,弹塑性力学,断裂力学,机械制图、机械零件、机械制造等,材料学,流体力学与流体机械,电工学、电子学等,仪器与仪表,自动化控制,2026/1/22 周四,25,钻探设备是指用于钻探施工这种特定工况的机械装置和设备，主要由钻机、泥浆泵及泥浆搅拌机泥浆净化设备、钻塔等组成,2026/1/22 周四,26,钻探设备型号的表示方法如下：,X X X,a,主参数（或序号，用数字表示）,第二特征代号（用字母表示）,第一特征代号（用字母表示）,类别标志（用字母表示）。,类别标志：表示属于哪类产品。,第一特征代号：表示结构特点。,第二特征代号：第二特征代号用来表示同类产品的类型特点或其他特征。,第一特征代号、第二特征代号必要的情况下，可以省略。,设备主参数：对于已形成系列的定型产品，用系列中的序号构成产品型号，不标出主参数，未形成系列的产品，主参数只选用一个，用数字,1,，2，3,表示。钻机多以最大孔深表示，单位,m，,泥浆泵多以额定压力下的最大流量表示，单位,l/min。,钻塔以名义塔高表示，单位,m。,搅拌机以容积表示，单位,m,3,。,拧管机用最大扭矩表示。,钻探设备的表示方法,2026/1/22 周四,27,类,别,类别代号,第一特征代号,（传动结构）,第二特征代号（装载、其它）,钻机,岩心钻机,砂矿钻机,水文钻机,工程钻机,坑道钻机,浅孔钻机,地热钻机,X（,岩心）,SZ（,砂钻）,S（,水文）,G（,工程）,K（,坑道）,Q（,浅钻）,R（,地热,）,Y（,液压操纵机械传动）,D,（全液压动力头）,P（,转盘）,C（,车装）,泥,浆 泵,B,W（,往复）,L（,螺杆）,M（,隔膜）,钻,塔,T,X（,斜塔）,搅,拌 机,J,L,（,立式）,W（,卧式）,拧,管 机,型号的类型标志和特征代号编制原则,2026/1/22 周四,28,例,SPC,300,全称：钻进深度为,300m,的车装转盘式水井钻机,钻进深度,300m,车装式,转盘式,水井,钻机型号的编制原则,XXX-,a,主参数或系列序号,第二结构特征,第一结构特征,类别标志,2026/1/22 周四,29,例,BW,250,全称：额定排量,250L/min,的往复式泥浆泵,额定排量,250L,/min,往复式,泥浆泵,泥浆泵型号的编制原则,XX-,a,主参数或系列序号,第一结构特征,类别标志,2026/1/22 周四,30,钻探设备的基本构成,通常，主要类型的钻探设备均由钻机、钻塔桅杆、泥浆泵等三部分构成。,当然，对于一些大型钻探设备来讲，划分得可能会更细一点，如石油钻机就号称,8,大件：井架、天车、游动滑车、大钩、水龙头、绞车、转盘、泥浆泵。,我们现在以岩心钻探设备为例，简单介绍有关钻探设备设计的有关知识。,2026/1/22 周四,31,钻机让开孔口方式,2026/1/22 周四,32,纵向与横向布局的变角方式,纵向布局方案特点：,结构紧凑，传动付比横向布局少；,立轴变角方式一般为侧倾式，变角范围大（,0,360,），适用于坑道钻进；,缠绕钢丝绳不规则，深孔尤为严重。,横向布局方案特点：,排绳规则；,钻机解体性好，但欠紧凑；,立轴变角方式均采用前倾式，受钻机后面部件影响，变角范围只能为,45,90,；,为实现角传动，如采用锥齿轮，则需增加传动件的数目。,2026/1/22 周四,33,单独驱动与联合驱动示意图,N,1,2,3,N,1,2,3,4,5,6,1,动力机,2,弹性联轴器,3,钻机,4,伸缩万向轴,5,中间传动装置,6,泥浆泵,2026/1/22 周四,34,思考题,什么是钻探设备？主要由哪几部分组成？它们的作用是什 么？应如何选用？,简述,“,XY-1,立轴钻机,”,、,”,SPC-600,水井钻机,”,、,“,BW-90,泥浆泵,”,中字母及数字各代表什么意义。,