岩石非开挖钻具及选用课件.ppt

1、非开挖钻具及选用非开挖钻具及选用内 容一、导向钻具一、导向钻具二、扩孔器二、扩孔器三、泥浆回收再利用三、泥浆回收再利用四、扩孔施工注意事项四、扩孔施工注意事项一、导向钻具一、导向钻具1、土层导向钻具、土层导向钻具2、岩石导向钻具、岩石导向钻具 鹰爪导向钻头鹰爪导向钻头 泥浆马达导向泥浆马达导向 气动潜孔垂导向气动潜孔垂导向1、土层导向钻具2、岩石导向钻具1 1）、鹰爪导向钻头）、鹰爪导向钻头 主要用于小钻机短距离硬土、全风化软岩石地层；大钻机长距离导向施工不易采用鹰爪导向钻头。易断齿，齿可更换易断齿，齿可更换鹰爪导向钻头导向原理鹰爪导向钻头与普通土层导 向钻头一样，靠斜掌面 受力来改变钻进方向

2、,因为地 层相对较硬，无法靠直接顶 进改变方向，因此钻头需要 做左右摆动钻进，俗称“摇钻”侧向力原方向新方向造斜面导向孔断面图60602 2）泥浆马达导向系统泥浆马达导向系统三牙轮钻头三牙轮钻头探棒仓探棒仓泥浆马达泥浆马达泥浆马达导向原理 泥浆马达（螺杆钻具）是一种把泥浆的压力能转换为机械能的能量转换装置。当高压泥浆进入钻具时，迫使转子在定子中滚动，马达产生的扭矩和转速通过万向轴传递到传动轴和钻头上，达到钻井的目的.当需要调整方向时，钻杆不旋，牙轮钻头在马达转子的带 动下沿着马达弯曲的方向钻进；当直线钻进时，旋转钻杆即可。三牙轮钻头三牙轮钻头 马达转子马达转子导向弯点导向弯点1-21-2(1.

3、75(1.75）马达定子马达定子探棒仓探棒仓泥浆马达导向原理动画演示 当高压泥浆进入钻具时，迫使转子在定子中滚动，马达产生的扭矩和转速通过万向轴传递到传动轴和钻头上，达到钻井的目的.当旋转钻杆时，钻头沿直线钻进；要调整方向时，钻杆不转，牙轮钻头在马达转子的带动下沿着马达弯曲的方向钻进，达到调整方向的目的泥浆马达的选配泥浆马达的选配序号序号钻杆型号钻杆型号泥浆马达规格泥浆马达规格 牙轮钻头牙轮钻头泥浆泵排量泥浆泵排量L/MINL/MIN1 173-8973-89 101 101（9595）152-165mm152-165mm(6-6(6-6 ”)”)320-600 320-6002 2102-1

4、14(NC38)102-114(NC38)120 120165-177mm165-177mm(6(6 -7”)-7”)750-1200 750-12003 3114(NC46)-127114(NC46)-127 165 165216mm216mm（8”)8”)1200-1500 1200-15004 4140140 172 172241mm241mm(9”)(9”)1300-2000 1300-2000使用泥浆马达注意的几个问题使用泥浆马达注意的几个问题1 1、防止、防止“沙塞沙塞”首先，泥浆中不能含沙、不允许使用回收泥浆，防止沙首先，泥浆中不能含沙、不允许使用回收泥浆，防止沙粒及杂物从钻机进

5、入马达；粒及杂物从钻机进入马达；其次，不向钻杆注入空气，防止产生负压泥浆倒吸；其次，不向钻杆注入空气，防止产生负压泥浆倒吸；正确的操作顺序：先注浆后钻进；先停钻机后停泵正确的操作顺序：先注浆后钻进；先停钻机后停泵2、防止马达憋压、防止马达憋压 马达正常工作时泥浆压力是马达正常工作时泥浆压力是0-5MPa,泥浆马达转自转速决泥浆马达转自转速决定于泥浆流量，而不是泥浆压力，所以如果泥浆泵量不够，定于泥浆流量，而不是泥浆压力，所以如果泥浆泵量不够，转自转速过低不连续，就会出现憋压转自转速过低不连续，就会出现憋压3 3、泥浆马达的转速、泥浆马达的转速 施工中泥浆马达的正常转速在每分钟80转以上，转速过

6、低会照成憋压，钻进缓慢；马达的转速是由泵量决定的，而不是泵压，泵量越大转速越高。4 4、泥浆马达导向时角度变化、泥浆马达导向时角度变化 泥浆马达导向时角度的变化不同于普通导向钻头靠泥土对钻头产生的阻力来改变方向，泥浆马达导向时角度的改变是靠泥浆马达固定角度的导向弯点来改变方向，角度是固定不变的，一般是1.75，所以钻杆在变向的最大角度就是1.75。对于比较软的岩石地层每跟钻杆的角度可能小于1，甚至无法变向。对于这种情况可以在马达弯点前方6点位置焊一块平板，以增加推进时的阻力，从而增加变化角度。3 3）、气动潜孔锤导向系统）、气动潜孔锤导向系统防震探棒仓1-1.5导向弯头潜孔锤（冲击器）潜孔锤（

7、冲击器）钻头体钻头体防震探棒仓结构潜孔锤（冲击器）潜孔锤（冲击器）1-1.5导向弯头硬岩和软岩钻头硬岩和软岩钻头导向原理导向原理 气动潜孔锤是以压缩空气为气动潜孔锤是以压缩空气为动动力的一种风动冲击工具。它所产生的冲击功力的一种风动冲击工具。它所产生的冲击功和冲击频率可以直接传给钻头，然后再通过钻机和钻杆的回转驱动，形成对和冲击频率可以直接传给钻头，然后再通过钻机和钻杆的回转驱动，形成对岩石的脉动破碎能力，同时利用冲击器排出的压缩空气，对钻头进行冷却和岩石的脉动破碎能力，同时利用冲击器排出的压缩空气，对钻头进行冷却和将破碎后的岩石颗粒排出将破碎后的岩石颗粒排出孔孔外，从而实现了孔底冲击回转钻进

8、的目的。外，从而实现了孔底冲击回转钻进的目的。优点：与泥浆马达导向系统相比，破岩速度快，钻进效率高，尤其对中硬以上岩石，其钻进速度是泥浆马达的5-20倍,因而大大降低了施工成本。潜孔锤使用寿命长，一般情况下导向施工长度能达到4000-10000米，可以极大地节省钻具及泥浆费用。现场照片及视频现场照片及视频施工前潜孔锤安装潜孔锤导向孔成功潜孔锤导向钻头水泥块钻进实验潜孔锤钻进实验视频潜孔锤钻进实验视频二、扩孔器二、扩孔器1、土层扩孔器2、岩石扩孔器1、土层扩孔器的种类及适用地层挤扩式扩孔器（桶式扩孔器）挤扩式扩孔器（桶式扩孔器）挤扩式扩孔器主要用挤扩式扩孔器主要用于粘土，亚粘土地层，于粘土，亚粘

9、土地层，主要是通过将泥土向主要是通过将泥土向周围挤压的方式达到周围挤压的方式达到扩孔的目的，扩孔的目的，不能用不能用于沙层扩孔于沙层扩孔流道式扩孔器流道式扩孔器流道式扩孔器主要用流道式扩孔器主要用于粉土，沙土，粉砂于粉土，沙土，粉砂土等地层。土等地层。刀板式扩孔器刀板式扩孔器刀板式扩孔器刀板式扩孔器 也叫切削式扩孔器，可以用于各种地层的也叫切削式扩孔器，可以用于各种地层的扩孔施工，尤其用于挤扩和流道扩孔器不适合的沙层、扩孔施工，尤其用于挤扩和流道扩孔器不适合的沙层、卵石地层。沙层和卵石地层一定要选用板式扩孔器。也卵石地层。沙层和卵石地层一定要选用板式扩孔器。也可以配合挤扩式扩孔器用于粘土地层的

10、施工。可以配合挤扩式扩孔器用于粘土地层的施工。其他土层扩孔器板桶式扩孔器飞旋式扩孔器二、岩石扩孔器1 1、焊接式牙轮扩孔器、焊接式牙轮扩孔器出口韩国牙轮扩孔器出口韩国牙轮扩孔器选用牙轮扩孔器注意的几个问题选用牙轮扩孔器注意的几个问题1)1)、牙轮规格与钻机相匹配、牙轮规格与钻机相匹配 组装扩孔器的牙轮规格主要有组装扩孔器的牙轮规格主要有6”6”、8 8”、9”9”、12 12”等，牙轮规格要与钻机大小相匹配，小钻机用小牙轮，大钻等，牙轮规格要与钻机大小相匹配，小钻机用小牙轮，大钻机用大牙轮，如果小钻机用大牙轮会出现扭矩大，扩孔速度机用大牙轮，如果小钻机用大牙轮会出现扭矩大，扩孔速度慢问题；如果

11、大钻机用小牙轮的话，因大钻机扭矩大，会缩慢问题；如果大钻机用小牙轮的话，因大钻机扭矩大，会缩短牙轮寿命，甚至会断掌。短牙轮寿命，甚至会断掌。匹配原则：匹配原则：73-89 73-89钻杆钻杆 6”-8”6”-8”牙轮牙轮 102 102钻杆钻杆 8”-10”8”-10”牙轮牙轮 127-140127-140钻杆钻杆 9”-12 9”-12”牙轮牙轮2)2)、齿形与岩石硬度相匹配、齿形与岩石硬度相匹配 岩石非开挖施工使用的牙轮齿形主要有岩石非开挖施工使用的牙轮齿形主要有 钢齿（铣齿）、镶齿钢齿（铣齿）、镶齿 钢齿主要用于全风化的泥岩地层砂卵地层，钢齿齿高，进尺快。钢齿主要用于全风化的泥岩地层砂卵

12、地层，钢齿齿高，进尺快。镶齿镶齿（镶硬质合金齿）（镶硬质合金齿）牙轮齿形（牙轮齿形（IADC)IADC)主要有主要有517517、537537、617617、637637齿。齿。匹配原则：匹配原则：沙层、风化泥岩：沙层、风化泥岩：钢齿（铣齿牙轮）钢齿（铣齿牙轮）软岩地层：一般指软岩地层：一般指30MPa30MPa以下地层，采用以下地层，采用517517齿齿 中硬地层：中硬地层：40-80MPa40-80MPa硬度岩石，采用硬度岩石，采用537537、617617齿齿 硬岩地层：大于硬岩地层：大于80MPa80MPa岩石，采用岩石，采用637637齿齿钢齿牙轮扩孔器镶齿牙轮3)3)、牙轮个数的确

13、定、牙轮个数的确定扩孔器牙轮个数与使用的牙轮规格和岩石硬度有关系原则：牙轮越小，数量越多；岩石越硬数量越多扩孔器规格扩孔器规格6 1/2”8 1/2”9”12”说明说明240-2603牙轮数量越多，牙轮数量越多，扩孔器稳定性越扩孔器稳定性越好，摆动小。好，摆动小。岩石越硬牙轮数岩石越硬牙轮数量应该越多量应该越多300-35033400-450443450-550554550-650665650-750776750-850887850-9509982 2、可更换式牙轮扩孔器、可更换式牙轮扩孔器 焊接式牙轮扩孔器更换牙轮比较麻烦，需要先将坏牙轮焊接式牙轮扩孔器更换牙轮比较麻烦，需要先将坏牙轮切割下

14、来，然后再焊接新牙轮，由于现场条件限制，更切割下来，然后再焊接新牙轮，由于现场条件限制，更换的牙轮焊接径向误差较大，影响使用寿命。换的牙轮焊接径向误差较大，影响使用寿命。相对于焊接式牙轮扩孔器来说，可更换牙轮扩孔器在现相对于焊接式牙轮扩孔器来说，可更换牙轮扩孔器在现场不需要切割，将坏牙轮拆下来换上新的即可，更换牙场不需要切割，将坏牙轮拆下来换上新的即可，更换牙轮极为方便，又能保证牙轮扩孔器的尺寸的精确。轮极为方便，又能保证牙轮扩孔器的尺寸的精确。1）、小型可更换）、小型可更换牙轮扩孔器牙轮扩孔器 主要用于小型钻机的主要用于小型钻机的岩石扩孔施工，属于岩石扩孔施工，属于橡胶密封，更换轮体橡胶密封

15、，更换轮体方便。方便。2）、大型可更换牙轮扩孔器 牙轮采用金属密封大轴承，抗冲击力强，使用寿命长，牙轮采用金属密封大轴承，抗冲击力强，使用寿命长，可达可达300-500300-500小时，可以小时，可以用于打钻机用于打钻机一次性完成长距离岩一次性完成长距离岩石扩孔施工。石扩孔施工。3 3、可更换滚刀扩孔器、可更换滚刀扩孔器牙轮扩孔器的缺点牙轮扩孔器的缺点 牙轮根据轴承密封形式分为橡胶密封和金属密封，橡牙轮根据轴承密封形式分为橡胶密封和金属密封，橡胶密封牙轮寿命一般在胶密封牙轮寿命一般在100-120小时左右，金属密封的小时左右，金属密封的牙轮寿命一般在牙轮寿命一般在120-150小时左右，因此

16、牙轮寿命比较小时左右，因此牙轮寿命比较短。短。在遇到长距离中硬岩地层扩孔施工时，往往在牙轮使在遇到长距离中硬岩地层扩孔施工时，往往在牙轮使用寿命内无法完成一次扩孔，因此不得不在估计牙轮报用寿命内无法完成一次扩孔，因此不得不在估计牙轮报废前将牙轮扩孔器退出孔外，更换新的牙轮扩孔器。废前将牙轮扩孔器退出孔外，更换新的牙轮扩孔器。有时扩一遍孔甚至需要更换有时扩一遍孔甚至需要更换2-3次扩孔器，因此效率次扩孔器，因此效率较较 低，大大增加了施工成本。低，大大增加了施工成本。可更换滚刀扩孔器优点可更换滚刀扩孔器优点 滚刀扩孔器的滚刀采用金属密封的大轴承，抗冲滚刀扩孔器的滚刀采用金属密封的大轴承，抗冲击力

17、强，寿命可达击力强，寿命可达300-500300-500小时，因此在较长的中小时，因此在较长的中硬岩地层施工可以一次完成扩孔施工，中途不需硬岩地层施工可以一次完成扩孔施工，中途不需要退出更换新的扩孔器要退出更换新的扩孔器 扩孔器本体可以重复利用，同一个本体可以安装扩孔器本体可以重复利用，同一个本体可以安装3 3中不同规格的轮体，可以施工中不同规格的轮体，可以施工3 3种尺寸的孔径扩孔。种尺寸的孔径扩孔。滚刀体现场安装更换方便。滚刀体现场安装更换方便。滚刀扩孔器照片滚刀扩孔器照片14A14B14C10寸镶齿和焊齿滚刀1414寸滚刀扩孔器寸滚刀扩孔器滚刀通过丝扣与本体链接且滚刀安装有自锁防掉螺栓，

18、不会产生掉轮事故。滚刀扩孔器摆动大，扭矩不稳，一般需要加中心定位器来增加稳定性。14寸滚刀扩孔器需要扭矩大，一般用于150吨以上钻机使用1010寸滚刀扩孔器寸滚刀扩孔器10寸滚刀扩孔器可以根据不同地层更换焊齿和镶齿滚刀焊齿用于砂层、泥岩、砂卵地层；镶齿用于各种硬度的岩石地层。一般用于114-127钻杆中型钻机使用三、泥浆回收三、泥浆回收 沙层和岩石地层的施工对泥浆的粘稠度要求比较高，一般要求达到45-60秒，尤其在岩石地层施工需要耗费大量的泥浆，而如果泥浆能回收重复利用的话将会大大降低泥浆成本，利用回收系统对泥浆回收重复利用，可以节约50-80%的泥浆费用。泥浆回收设备25方泥浆回收系统1、处

19、理能力 25m3/h2、电压：380V 渣浆泵功率：7.5KW 振动电机功率：0.45X2 Kw3、筛网面积：0.95x0.6+1.1x0.6=1.23m24、筛网分离度：下层30目，（中层40目）上层50目5、超浓缩旋流器 FX-100GN 1个 处理精度：10um6、外形尺寸：1900 x900 x1980mm7、整机重量：1040kg5050方泥浆回收系统方泥浆回收系统1、处理能力 50m3/h2、电压：380V 渣浆泵功率：11KW 振动电机功率：0.75x2Kw3、筛网面积：1.1x0.7+1.3x0.7=1.68m24、筛网分离度：下层30目，（中层40目）上层50目5、超浓缩旋流

20、器：FX-100 3个 处理精度：10um6、外形尺寸：1700 x1600 x2330mm7、整机重量：1600kg100100方泥浆回收系统方泥浆回收系统1、处理能力 100m3/h2、电压：380V 渣浆泵功率：15KW 振动电机功率：1.0 x2Kw3、筛网面积：1.4x0.85+1.6x0.85=2.55m24、筛网分离度：下层30目，（中层40目），上层50目5、超浓缩旋流器：FX-100 5个 处理精度：10um6、外形尺寸：1950 x1850 x2230mm7、整机重量：2000kg穿山甲回收系统特点 1、采用EHM型双泵壳重型渣浆泵，即泵体、泵盖带有可更换的耐磨金属内衬（包

21、括叶轮、护套、护板等）。叶轮前后盖板带有背叶片以减少泄漏及提高泵的使用寿命。2、采用多个除泥级别的FX100加强型超浓缩旋流器,分离度高达 10UM,大大减少回收的泥浆中的沙粒含量，提高回收质量。3、采用双层或三层分筛结构，使泥浆固液分离更彻底充分，提高泥浆回收质量。4、结构紧凑，便于安装运输。5、储浆罐设计有液面控制开关，根据液面的高低自动控制杆泵的进浆及渣浆泵的启动和停止，全自动控制，无需专门人员值守操作。泥浆回收原理泥浆回收原理回收原理说明回收原理说明 由杆泵从泥浆坑（或沉淀池）抽吸来的泥浆通过进浆管进入泥浆净化装置的粗筛（下层筛网），将污浆中0.8MM以上的颗粒被筛分出来，然后进入储浆

22、罐（2），由渣浆泵（1）从储浆罐内抽吸，将具有一定动能的泥浆沿输送管从旋流器（5）进料口（7）切向射入，由于泥浆液中的固相与液相间存在着密度差，且加上旋流器上大下小，泥浆液越向下运动，获得的角速度就越大，从而获得更大的径向加速度，固相颗粒近靠锥壁加速下移并经排沙嘴（4）排出，而密度低的液相在旋流器的进口处就在形成低压涡流，向下旋流运动的液相也将在底部产生挤压而反而向上移，从溢流口(6)排出。由旋流器把粒径细微的泥砂从其下端的排沙嘴(4)排出落入细筛（上层筛网）。经细筛脱水筛选后，较干燥的细渣料分离出来，经过细筛的泥浆再次返回储浆罐内。而处理后的干净泥浆从旋流器溢流口(6)流出经出浆管流回泥浆罐

23、重复利用四、扩孔施工注意事项四、扩孔施工注意事项1 1、根据铺设管径确定扩孔终经：最大扩孔器直径、根据铺设管径确定扩孔终经：最大扩孔器直径D D等于等于 铺设管道直径的铺设管道直径的1.2-1.51.2-1.5倍；倍；2 2、根据地层性质选用适合于该地层的扩孔器；、根据地层性质选用适合于该地层的扩孔器；3 3、根据地层性质及钻机能力确定扩孔级差；、根据地层性质及钻机能力确定扩孔级差；4 4、根据不同的地层配置合适的泥浆；、根据不同的地层配置合适的泥浆；5 5、扩孔施工式要求扩孔器后面必须跟钻杆，尤其是岩石、扩孔施工式要求扩孔器后面必须跟钻杆，尤其是岩石地层施工，以便于处理卡钻、断钻杆、埋钻等事故。地层施工，以便于处理卡钻、断钻杆、埋钻等事故。谢谢 谢谢