钻探设备概论.

2018/10/22 中国地质大学工程学院 张晓西 26
型号的类型标志和特征代号编制原则
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） 岩心钻机 X（岩心） 钻 砂矿钻机 SZ（砂钻） 水文钻机 S（水文） Y（液压操纵机械传动） 机 工程钻机 G（工程） D（全液压动力头） 坑道钻机 K（坑道） P（转盘） 浅孔钻机 Q（浅钻） 地热钻机 R（地热 ） 泥 浆 泵 钻 塔 B T J N W（往复）L（螺杆） M（隔膜） X（斜塔）
钻探设备概论
地勘钻探设备
2018/10/22
中国地质大学工程学院 张晓西
1
钻探技术方法分类 1
冲击钻进 古时：竹篾、绳索 现代：钢绳、气动液动冲击器 钢粒钻进 回转钻进
按钻进方式分
合金钻进
牙轮钻进 金刚石钻进
2018/10/22
中国地质大学工程学院 张晓西
2
钻探技术方法分类 2
空气钻进
按循环介质分
泡沫钻进
无固相泥浆
充气泥浆钻进 低固相泥浆
泥浆钻进 油基泥浆 水基泥浆 加重泥浆 淡水泥浆
盐水泥浆
2018/10/22
中国地质大学工程学院 张晓西
3
钻探技术方法分ห้องสมุดไป่ตู้3
按循环方式分 正循环
泵吸反循环 射流反循环 气举反循环 CSR反循环
反循环
设备：专业化？多样性？多功能？
2018/10/22
中国地质大学工程学院 张晓西
2018/10/22 中国地质大学工程学院 张晓西 21
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。
6
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）
2018/10/22
中国地质大学工程学院 张晓西
7
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。
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m3。拧管机用最大扭矩表示。
4
一.钻机的分类
1、按用途分类
（2）工程钻机 （1）岩心钻机 （3）石油钻机
（4）水文水井钻机
2018/10/22
中国地质大学工程学院 张晓西
（5）特种钻机
5
一.钻机的分类
2、按钻进方法分类
（1）冲击式钻机 （2）回转式钻机
（4）复合式钻机
（3）振动式钻机
2018/10/22
中国地质大学工程学院 张晓西
2018/10/22 中国地质大学工程学院 张晓西 15
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。
中国地质大学工程学院 张晓西
2018/10/22
16
2018/10/22
中国地质大学工程学院 张晓西
17
钻探设备设计基础知识
2018/10/22
中国地质大学工程学院 张晓西
18
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。
2018/10/22 中国地质大学工程学院 张晓西 9
早期钻探设备集锦
2018/10/22
中国地质大学工程学院 张晓西
10
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。 2018/10/22 11 中国地质大学工程学院 张晓西
钻机的发展概况
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。
2018/10/22 中国地质大学工程学院 张晓西 23
理论力学 材料力学 弹塑性力学 断裂力学
材料学
流体力学与流体机械
电工学、电子学等
仪器与仪表
机械制图、机械零 自动化控制
件、机械制造等
2018/10/22
……
中国地质大学工程学院 张晓西
24
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
2018/10/22 中国地质大学工程学院 张晓西 25
钻探设备的表示方法
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） 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（用字母表示） 第二特征代号：第二特征代号用来表 第一特征代号（用字母表示） 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 类别标志（用字母表示）。 情况下，可以省略。
2018/10/22 中国地质大学工程学院 张晓西 19
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。

2018/10/22 中国地质大学工程学院 张晓西 14
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。
2018/10/22 中国地质大学工程学院 张晓西 22
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9000ｍ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：
2018/10/22 中国地质大学工程学院 张晓西 20
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。
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。
2018/10/22 中国地质大学工程学院 张晓西 8
纵向布局方案特点：
L（立式） W（卧式）
C（车装）
搅 拌 机
2018/10/22
拧 管 机