钻探机上余尺的概念及其教学

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钻探机上余尺的概念及其教学

◆魏一真

钻探工程机台生产的六项质量指标之一钻探原始班报表的正确填写,是机台生产记录岗的主要职责之一,而报表的主要且最重要的概念就是机上余尺,现行各类教材对于此概念的描述过于简单,不便于学生理解和掌握,本文试从理论和实习教学角度论述机上余

尺概念并展开讨论,以供同行们参考

。

钻探机上余尺配钻具

附图详细展现了立轴式液压钻机的立轴的构造及各部件的名称和整个钻具的构成及名称。

一、机上余尺、机高、孔深的含义

1.机上余尺的定义

垂直于钻杆柱中心线的任意一动平面(通常取过高压水龙头和主动钻杆连接到位后的接触线的且垂直于钻杆柱中心线的平面)到与其平行的任意一个固定的参考平面(通常取与立轴轴心线垂直的立轴外壳平面)的距离。

2.机高的定义

与主动钻杆轴心线重合的直线交于固定的参考平面(通常取与立轴或主动钻杆轴心线垂直的立轴外壳平面)和地平面之间的线段长度。

显然,斜孔机高=直孔机高/Cosθ(θ为钻孔顶角)

3.机上余尺、机高的意义

处于悬吊状态的钻具(由主动钻杆、单根、立根、岩心管和钻头等组成),其机上余尺的大小和变化反映了钻头和孔底的距离及冲扫孔的快慢。而处于钻进状态的钻具,其机上余尺的大小和变化反映了钻头破碎岩石的快慢。回次末了停止钻进时机上余尺的大小直接影响回次进尺和瞬时孔深的计算。

机高只是为了度量机上余尺和孔深计算的方便在机上余尺计量参考

4.孔深的定义

已形成钻孔的轴心线的弧长。

二、机上余尺的计算和最大机上余尺的确定

1.机上余尺的计算

由于处于悬吊状态的钻具机上余尺对于孔深的计算和报表的填写没有定量意义,故在此只讨论处于钻进时和钻进末了机上余尺的计算。(如图1示)

机上余尺=钻具总长-孔深-机高

=主动钻杆长+所有单根长之和+所有立根长之和+粗经钻具长-孔深-机高

2.最大机上余尺的存在性

配钻具时配得最大机上余尺无论对于获取尽可能长回次进尺还是减少提钻次数都具有积极意义。

设主动钻杆长为恒

定且设为L

主

,从图一可

看出:为获得最大余尺,

第一步松开卡盘,牵引主

动钻杆上移至其丝筘根

部和下卡盘下端面平齐

(其实应留出能搭卡管

钳长度),第二步,卡紧

卡盘,使油缸活塞上移,

活塞杆带动横梁、立轴、

卡盘及主动钻杆一起上

移直至活塞上止点,此

时,b=b′=0,立轴到达

上极限位置,也就是此

时,机上余尺最大且可保证孔口主动钻杆和单根连接的可能性。显然,最大可能的机上余尺=L

主

-d-c(如图一示),由于L主、d、c皆为常量,所以,最大机上余尺为恒值。不难推出,最小机上余尺为机头高度(一般为恒值500MM)。

而所谓配钻具,即是选择合适的立根数和单根数及规格,在不影响连接可能性的前提下使得机上余尺最大的过程。

二、实习教学和实习考试条件下钻具的选配和最大机上余尺快速确定的方法

任意给定孔深(即所谓模拟孔深)让学生根据具体条件配钻具和计算机上余尺无论对于掌握报表的填写还是熟悉钻探全过程都不失为一种有效的方法。现推证其方法:

为了讨论的方便和突出问题的实质,现作如下假设:(并不影响结论的一般性)

设给定孔深为H,主动钻杆长为4.2M,立根长皆为4.7M且无限多,1. 57M和3M长单根各一根,粗经岩心管(包括钻头)长为4.9M,机高为1. 5M,最大机上余尺不超过3.7M(否则,钻杆柱不能正常连接)。

在此条件下,应下立根、单根各多少,最大机余为多少?

设下4.7M的立根n根

则依机上余尺和最大机上余尺的定义可列下述不等式:

4.2+4.7n+4.9-H-1.52 3.7解得n2(H-3.9)/4.7

当H2 3.9时,n=0即不用下立根和单根(这是开孔状态,岩心管长是变值,逐渐加长的,由于篇幅所限,在此不予讨论)

当H 3.9M时,(H-3.9)/4.7商的结果有下列三种情形:

①整数n1+小于0.334(1.57/4.7的结果)的小数(n1为(H-3.9)/

4.7商的整数部分)

此时,配钻具的结果为:下n1根4.7M的立根,不加单根,(最大)机余为4.2+4.7n1+4.9-H-1.5

②整数n2+大于或等于0.334(1.57/4.7的结果)而小于0.638(3/4.7的结果)的小数(n2为(H-3.9)/4.7商的整数部分)

此时,配钻具的结果为:下n2根4.7M的立根,加1.57M单根1根,(最大)机余为4.2+4.7n2+1.57+4.9-H-1.5

③整数n3+大于或等于0.638(3/4.7的结果)而小于1的小数(n3为(H-3.9)/4.7商的整数部分)

此时,配钻具的结果为:下n3根 4.7M的立根,加3M单根1根,(最大)机余为4.2+4.7n3+3+4.9-H-1.5

上述判断和计算过程可输入excel电子表格函数直接得出结论和计算结果,非常方便,几乎不用“动脑子

”

例如,向B2单元格输入“=I F((A2-3.9)/4.7-TRUNC((A2-3.

9)/4.7,0)<0.334,“下”&T RUNC((A2-3.9)/4.7,0)&“个立根,不加单根,此时机余为”&(4.2+TRUNC((A2-3.9)/4.7,0)3 4.7+4.9-A2-1.5),I F(AND((A2-3.9)/4.7-TRUNC((A2-3.9)/4.7,0)>=0.334, (A2-3.9)/4.7-T RUNC((A2-3.9)/4.7,0)<0.638),“下”&TRUNC ((A2-3.9)/4.7,0)&“个立根,加1.57M单根1根,此时机余为”&(4.2+ TRUNC((A2-3.9)/4.7,0)34.7+4.9+1.57-A2-1.5),I F(AND((A2 -3.9)/4.7-TRUNC((A2-3.9)/4.7,0)>=0.638,(A2-3.9)/4.7 -TRUNC((A2-3.9)/4.7,0)<1),“下”&TRUNC(下转第39页)

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