钻探设备的组成 _深部钻探主要设备类型

钻探设备的组成设备是指进行某项工作或供应某种需要所必需的成套建筑或器物。如厂房设备、机器设备、教学设备等。
钻探设备是指钻探施工中直接应用的机械设备和装置,或钻探施工时的地面设备及装置。
钻探施工设备包括钻机、泥浆泵、动力机、钻塔及附属机具(如拧管机、电动工作台、泥浆搅拌机)等组成。在生产部门,人们常把进行钻探工程所必需的钻机、泥浆泵、钻塔称为“三大件” 。
(一)钻机
是进行钻探工作的主要设备。它在钻探生产过程中,担负着回转钻具,给进及增、减压力,升降和拧卸钻具等主要工序的工作。凡是回转式钻机,一般都由下列基本部件构成。
1.回转器
用于回转钻具,带动钻头,进行钻进切削。现用的回转器类型可分为:立轴式、转盘式、动力头式。
2.给进机构
用以控制钻头压力并通过钻具向钻头传递适当的轴向载荷,达到钻进的目的。现有的类型分为:螺旋差动式给进、绳索式给进和油压式给进。
3.升降机构
用以升降钻具,并能随钻具质量的变化而改变提升,下降速度,以充分利用功率、缩短辅助钻进时间。常见的类型是行星式。全液压动力头钻机则用倍速机构提升。
4.传动变速机构
用于变速、变矩,将动力传递给给进和升降机构。常用的类型为齿轮传动式。全液压动力头钻机可实现液压无级变速。
(二)辅助设备
在钻探施工设备中,除钻机外的其他设备。如泥浆泵、钻塔、动力机、空压机、发电机、电焊机等称为钻探施工辅助设备。其中:泥浆泵的功用是向孔内输送冲洗液以清洗孔底、冷却钻头和润滑钻具;在使用液动冲击钻具时,泥浆泵还是能源装置。钻塔的主要功用是升降钻具。
此外,钻探所用的孔底动力机,如涡轮钻、孔底电钻、螺杆钻等孔内机具,属于钻进工艺学的内容,也是钻探的辅助设备。
深部钻探主要设备类型根据我国地质找矿和科学钻探需要,深部岩心钻探已日趋广泛,由此推动了深部钻探关键设备的更新与发展。自2005年以来,钻探设备能力已从中深孔发展至深孔和超深孔,用于深部钻探的钻机除立轴式钻机外,还研制出系列全液压动力头式、液压顶驱式、电动顶驱式等类型钻机及配套设备。
(一)主要钻机类型
1.立轴式液压钻机
深孔立轴式液压钻机在原XY-4型立轴式钻机的基础上增大了钻机的回转系统扭矩、升降机的提升能力、卡盘的夹持及扭矩传递力。部分钻机采用了立轴和转盘两用式设计,兼顾钻孔上部较大直径扩孔之用。深孔立轴式液压钻机的典型系列如图2-1所示,主要性能参数如表2-1所列。
图2-1 典型深孔立轴式液压钻机类型
(a)XY-5钻机;(b)XY-6B钻机;(c)HXY-8B钻机;(c)HXY-9B钻机
表2-1 典型深孔立轴式液压钻机主要性能参数
2.全液压动力头钻机
所谓全液压动力头钻机是指钻机的回转、给进、升降钻具等机构均用液压驱动,液压马达直接安装在回转器上,回转器可沿桅杆(或导向架)作长行程移动给进。目前,全液压动力头钻机已得到越来越广泛的应用。全液压动力头钻机的主要类型有:桅杆式、车载整装桅杆式、分体塔式等。深孔全液压动力头钻机典型类型如图2-2所示,主要性能参数如表2-2所列。
3.顶驱钻机
顶部驱动钻机(简称顶驱钻机)是动力头钻机的一种。顶驱机构连接在钻杆柱上端,直接驱动钻柱旋转钻进、循环泥浆、加减立根、拧卸钻杆丝扣等多种操作。顶驱钻机的给进行程可达几米或几十米(视立根长度而定),钻进时无需卡盘夹持主动钻杆传递扭矩,石油钻井中应用较为广泛。近年来,深部岩心钻探也研发了这种形式的动力头钻机。顶驱钻机的主要类型有:液压顶驱和电动顶驱两种,如图2-3所示,主要性能参数如表2-3所列。
图2-2 典型深孔全液压动力头钻机类型
表2-2 典型深孔全液压动力头钻机参数
图2-3 顶驱钻机类型及其配套钻塔
(a)液压顶驱钻机;(b)电动顶驱钻机
表2-3 典型深孔液压、电动顶驱钻机参数表
(二)主要泥浆泵类型
钻探用泥浆泵根据结构及工作原理主要分为:活塞式往复泵、螺杆泵和离心泵三种。深部地质岩心钻探多选用活塞式往复泵(有单缸、双缸、三缸、四缸几种类型) 。钻探施工现场常用双缸和三缸活塞式往复泵,它们均可输送高黏度、高密度、强磨蚀性和腐蚀性液体,具有输出特性波动小等特点。目前钻探用典型活塞式往复泥浆泵类型如图2-4所示,主要性能参数如表2-4所列。
图2-4 深孔钻探用典型往复活塞式泥浆泵