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绳索取芯钻具如何使用与维护

2018-05-28 16:10:49

一、前言

绳索取芯钻进是一种不提钻而能直接取得岩芯的先进钻进方法。它与普通钻进方法相比~具有地质效果好~生产效率高~钻进成本低等优点。同时因其结构简单~性能齐全~ 坚固耐用~维修方便~而被广泛使用。现在我公司生 产的绳索取芯钻具己形成系列:S56、 S59、 S598、 S75、 S75B、 S95、 S95A等~其规格如下:

型号

内/外径(mm) 

扩孔

内/外径(mm) 

外管

内/外径(mm) 

内管

内/外径(mm) 

钻杆

内/外径(mm) 

接头

内/外径(mm) 

钻进

深度(m)

S5635/ 56 44/ 56.545/ 5437/ 4144/5343/541000
S5936/ 59. 547/ 6049/ 5R38/ 4346/55.546/56.51200
S7549/ 7562/ 75. 563/ 7351/ 5661/7161/721000
S75B49/ 7562/ 75. 563/ 7351/ 5661/7161/721200
S9564/ 9478/ 95.579/ 8967/ 7379/8978/90800
S95A  64/ 94 78/ 95.579/ 8967/ 7379/ 8978/901200

为使广大用户更好地掌握这项先进技术~正确地使用S系列组索取芯钻具,并充分发阵绳索取芯钻具的优越性~特编此说明书.以供广大用户参考。 

钻杆,刻槽钻杆,螺旋钻杆,肋骨钻杆,三棱钻杆,麻花钻杆,复合片钻头,钱江钻具

二、绳索取芯钻具的结构和工作原理

我国地质系统所使用的绳索取芯钻具型号为"s" 型~钻具结构上大|可小异。现以S75绳索取芯钻具为例作典型介绍。

整套钻具分成绳索取芯钻具与打捞器二大部份所组成。

绳索取芯钻具由外管总成和内管总成所组成~合在一起统称双管。 外管总成包括弹卡挡头、弹卡室、扩孔器、外管及钻头所组成。内管总成包括捞矛头、弹卡、单动组件、报警、调节组件、内管、悬挂扶正及卡芯组件组成。

这几个主要机构的工作原理如下:

1. 弹卡机构

主要由弹卡挡头~弹卡钳、张簧等部件组成。其作用是内管总成沿钻杆中t:内 使其贴在 壁下放时~ 弹卡钳在张簧的作用下张开一定角度~到达弹卡:在时~ 弹卡室内壁上~这时上有弹卡挡头~可防止内管向上串动~夕|、有弹卡室~ 限J1-. 弹卡钳的进一步张开。 在钻进时借助弹卡挡头上的拨叉~带动弹卡钳~ 以免因相对运动造成弹卡钳的磨损。 使内管总成轴承上部随钻杆一起转动~ 2、悬挂机构

悬挂机构由内管总成中的悬挂环与外管总成中的座环所组成~ 悬挂环的外径尺寸稍大于座环的内径(一般相差0.5一lmm)内管总成下放到外管总成弹卡室位置时~悬挂环座落在座环上~从而使内管总成下端的卡簧座与钻头内台阶之间保持清洁-4mm的间隙~以防止损坏卡簧座与钻头~并保证内管的单动性能。

3、单动机构

由两套推力轴承构成单动机构~主要目的是使内管在钻迸时不旋转。

4. 调节机构

主要由调节螺母、调节接头与内管一起组成。在组装时.如果卡簧座与钻头内台阶之间的间隙不合适~则可通过调节接头与弹簧套之间的距离来进行调节,调节范围在0.3mm,,以保证卡簧座与钻头内台阶之间的间隙。

5. 到位报警机构

由阀体、阀堵、弹簧、定位簧、调节螺堵及悬挂接头等组成,S75弹卡架、珠、弹簧、及连接轴所组成,。当内管总成下放到外管总成中的预定位置时~悬挂环座落在座环上时~这时冲洗液的通路被堵~迫使冲洗液改变流向~井克服弹簧压力使阀堵(钢珠)向下运动~使冲洗液通道打开~于此同时~地面压力表上的压力会明显上升~泵压变化范围为5.- 10个大气压~这时表示内管总成已到达钻进位置~可以开始扫孔钻进。

6. 岩芯堵塞报信机构

由阀体、阀堵、弹簧、调节螺堵、悬挂接头等组成。内管总成到达外管总成中的预定位置时,悬挂环坐落在座环上,冲洗液的通路被堵,迫使冲洗液改变流向,并克服弹簧力量使阀堵向下运动,使冲洗液通道打开,于此同时,地面泵压表上的压力明显上升,表示内管总成已到达钻进位置,可以开始扫孔钻进。

7, 打捞机构

打捞机构由打捞钩、捞钩架、重锤等组成。捞取岩心时打捞器放入钻杆内,靠重锤快速下降,当到达内管总成上时,打捞钩抓住捞矛头,从而把内管提升上来。

8. 安全脱卡打构

主要由打捞器上的安全销和脱卡管组成。在捞取岩芯遇阻时,可m钢丝 纯投下脱卡管,用脱卡管罩住打捞钩尾部,迫使其尾部向内收缩,从而使头 部张开,使打捞器与内管总成脱开。如此方法还不能脱卡,可用绞车强力提 升,拉断安全销,卷回钢丝纯,再提钻取出打捞器和内管总成。

三.钻具的组装及检查

下孔前,首先应按照装配时分别组装好内外管总成和l 打扮部.H-M 钻具的主要等部件进行认真检查,然后把内管总成装人外管总戚,调整好内 外管的长度配合,并用打捞器试捞内管总成,确认合乎要求后方能下孔使用。

1、外管总成的组装和检查: 

A)在外管总成中有上、下两个扩孔器,上扩孔器主要起稳定器作用、下 扩孔器主要用于扩孔,所以上扩孔器的外径应略小于下扩器的外径。 

B)装入座环及扶正环时,应放平摆正后用手推人,禁止用任何铁帮敲击, 以防损伤螺纹或使座环及扶正环变形,影响内管的伸降。

C)外管的弯曲度应小于O. 3毫米/米,否则应进行校直。

D)外管总成上所有螺纹连接处,应涂抹丝扣泊,以增强螺纹的密封性能, 防止冲洗液的漏失,并且改善螺纹的咬机现象。

2、内管总成的组装和检查

A)零部件连接丝扣应拧紧,尤其是卡簧座应拧紧适度.既防止钻进过程 中倒扣,又避免因管子壁薄而将管子压结引起变形.

B)所有弹性销的开口方向都应一致向下或向上,以改善其受

力方向,防止弹性销松动。

C)组装弹卡机构时,应先将回收管装人弹卡架,通过回收管和弹卡架的 槽装人弹卡和张簧,最后通过回收管的装配孔把弹性销打人。装人的弹卡动 作应灵活,用手轻轻拉动捞矛头,回收管即可使弹卡缩回,此时弹卡两翼间 的间距应小于或等于回收管直径,推下回收管,弹卡应立刻张开,其两契, 问 距应大于弹卡室直径,并应加注润滑油,以减少弹卡活动时的摩擦阻力。 

D)组装到位报信机构时,应根据钻孔深度调节弹策的预紧力(一般浅孔预 紧力要小)

E)轴承套内应注满黄油,轴承应转动灵活。

F)卡簧座、内管和内总成上都连接必须同轴,内管要求光滑平直,不得 有弯曲或局部出现凹坑现象。

G)卡簧内径必须与钻头内径配合适当,一般卡簧内径应比钻头内径小0.5 毫米,若卡策过小.易发生岩芯埔塞,过大则卡不牢岩芯,造成岩芯脱柄。

 四、打扮器的组装和检查

将打捞器与绳索取芯绞车的钢丝纯相连接,并进行以下检查: 八)打扮钩要安装用正,不能向一侧偏斜。

尾部弹簧应工作灵活可靠,头部张开距离为8-12毫米。

C) 脱卡管切实能起到使打捞钩实现安全脱卡的作用。其方法是把脱卡 管套在打捞器上,用手轻轻推动脱卡管即可罩住打捞钩的尾部,并能使其头

张开距离应大于内管总成的矛头直径) 张开(

五、内外管总成的装配和调整

把内管总成装人外管总成时,应认真调整钻具上、下间隙,使其满足使 用要求:弹卡与弹卡挡头的顶面应保持一定距离,一般为3 -4毫米,此距离 过小,弹卡不能自由出人弹卡室,使钻具在钻进时不能定位,如距离过大, 在钻进过程中会增大卡簧座与钻头内台阶之间的间隙,影响岩芯的采取率。 同时卡簧座与钻头内台阶之间应保持一定的问隙,一般最佳的问隙为2-4毫 米。在保证冲洗液正常流通的前题下,应尽量减少此间隙,以减少冲洗液对 岩芯的冲蚀,提高岩芯的采取率。同时内管总成应牢固地卡在外 管总成中,不能自弹卡挡头端自由地倒出,只有在使用打捞器具 时,才能顺利捞出。 

组装好内、外管总成后,应再组装一套外管总成和两套内管总成作为备用。 

六、钻具的维护和保养

为保证钻具的正常使用,必须经常检查钻具,并作好平时经常性的维修 与保养。

1、 检查弹卡磨损情况是否变形,弹卡处于张开状态时,两翼最大间距 应比弹卡挡头内径大1.5mm,否则应及时更换,为使弹卡动作灵活、应经 常注入润滑油。

2、单动轴承应定期注人黄油.一般每提钻一次即应擦净并注人黄油.如 单动轴承不灵活,必须拆开检查,轴承损坏应及时更换。如进人岩粉颗粒或 其它污物,应进行彻底的清洗。

3、 内管的弯曲变形超过0. 5毫米1M时,必须进行校直.局部产生凹 坑而妨碍岩芯的进入,则应更换新的内管。

4、弹卡挡头上有两个拨叉,每次提钻时应检查拨叉的磨损情况,如发 现磨出了圆角要用铿刀修平,如检查出变形或有断裂现象时,应立即更换。

5、悬挂环、座环及扶正环因磨损变形而影响打捞时,应立即更换。

6、到位报信机构的弹簧若发生疲劳变形时,应及时更换。

7. 岩芯堵塞机构的蝶簧经过多次使用,由于疲劳损坏或减小了弹性,这 时就要增加蝶簧的数量或更换蝶簧。

8、使用带水口的卡簧座时,其水口深度应保持在4mm,当磨损到小于 2mm时,应及时修整至4mm,如卡簧座发生变形,则要及时更换。 9、每次捞取岩芯前,应检查打捞钩头部和尾部弹簧的磨损情况,如己经 磨损或变形,要及时更换。

七、钻具的使用

绳索取芯钻具的钻进规程与普通金刚石岩芯钻进有所不同,因钻头的唇 面比普通钻头的唇面厚(大约35%),而钻杆与孔壁之间的问隙小(间隙在2. 25 毫米左右),所以在钻进时钻压应相应的提高,而冲洗液的流量应减小,在钻 进过程中如泵压忽然升高,这说明发生了岩芯堵塞现象i 这时应立即停止钻 进,进行打捞,把机上钻杆提起,并用夹持器夹住钻杆,卸开接头,拧上钻 杆护丝,放下打捞器就成。

打捞器在泥浆中以100一120米/分的速度下降,当打捞器降落在内管总 成上端时,可以听到一声轻微的金属撞击声,这时就可以开动绞车,缓慢地 提升钢丝绳。当看到泥浆从钻杆柱内溢出,说明打扮成功,可以继续提升, 否则只能再次放下打捞器重新试一次。如反复捞取无效时,应分析失败的原 因,直至提钻处理,但严禁猛冲硬傲。

当内管总成提出钻杆后,立即从打捞器上取下,检查岩芯采取情况,如 岩芯采取正常,即可把备用的第二套内管总成投下,合上万.轴,开泵使内管 总成加速下降,这时应仔细观察压力表,当内管总成到达孔底时,悬挂环就 会堵住泥浆,使泵压明显升高,此时就可以减小泵压(恢复到正常钻进时的泵 压),开始扫孔钻进。被捞上来的内管总成,只要拧下卡簧座,轻轻敲击内管, 就可倒出岩芯。但要注意不能使用铁锤敲击,以免产生凹坑,影响岩芯的进 入,取出岩芯后应清洗并检查内管总成的磨损情况,然后上油重新组装,放 在不易被压、踩的地方,以备下次再用。

在严重漏失的地层钻进以至孔内没有

泥浆时,不准投放内管总成,应用

打捞器钩住内管总成,缓慢地向下送,当到达孔底时放下脱卡管,使打捞钩 脱卡,然后提升打捞器。

八、常见故障及排除方法

在钻具的使用过程中,由于操作不当或钻具的主要零部件失灵等原因, 即会发生故障。这时就要认真分析,查明原因,采取措施,及时排除故障。 现将常见的几种故障所产生的原因及排除

方法列举如下:

1、打捞器捕捞不住内管总成

使用打捞器打捞内管总成时,根据绞车卷筒上的钢丝绳的标记,确认打 捞器已到达内管总成的上端,可是打捞器不能把内管总成提取上来,出现这

种情况,可能有以下原因.

A) 因跑钻等原因,孔壁的岩石碎块或其它杂物落到内管总成上端,卡在捞矛头处。 

B) 冲洗液中岩粉较多,停钻后又未及时打捞,沉淀岩粉盖住捞矛头。 

C) 内管总成的捞矛头损坏,使打捞器的打捞钩捞不住。 

D) 打捞钩损坏或其尾部断裂,使打捞器失败。

E) 遇到这种情况,上下提放打捞器多次,如不见效则可把打捞器提升上来 

F) 进行检查,如打捞器完好无损,则应提钻处理。

G) 2、 打捞器捕捞住内管总成后提拉不动

H) 打捞器到达内管总成上端,而且捕捞住内管总成,但提拉不动,贝IJ 多数 I) 是由以下原因所造成。

J) A) 因岩芯堵塞或卡簧座倒扣,造成内管总戚在钻头内台阶和弹卡挡头 K) 之间顶死,弹卡不能收拢。‘

L) B) 因地层原因,提断的岩芯下端呈呈蘑菇状.卡在钻头底部,使得内 M) 管总成提拉不动。

N) C) 由于轴承损坏,滚珠蓓人内外管的间隙中被卡死。

O) 0) 弹卡的弹性销脱出,卡住回收管不上移。

P) E) 卡簧座下端和内管的螺纹部分因岩芯堵塞后未及时打捞并盲目加压 Q) 而变形,使其通不过外管总成中的座环。

R) F) 弹卡挡头上的拨叉折断,造成内管总成被卡。

G) 悬挂环和座环严重磨损,拔断岩芯时,悬挂环卡死在座环中。 出现上述情况时,应使用安全脱卡机构使打捞器与内管总成脱开,把打捞器 提升上来,根据所钻地层情况,认为可能是因岩芯磨菇头所造成,则将钻其 放到孔底,研磨片刻,再放下打捞器试捞,如仍无效.则需提钻处理。 3、打捞途中遇阻而提拉不上来

如果打捞器已把内管总成提离孔底,而在提升过程中突然遇阻,提拉不 动,一般是由以下原因所造成。

A) 钻杆螺纹发生变形,如公扣收口,使内管总成的悬挂环不能通过。 

B) 钻杆或内管严重弯曲,使内管总成卡死在钻杆柱内.

C) 钻杆脱扣或断裂,把内管总成卡在断口处。

D) 泥浆钻进时,因泥浆质量低劣,含砂量多,钻杆内壁结皮,使内管 总成无法通过。

此时,应先使用安全脱卡机构,把打捞器提升上来,然后提钻检查并更 换不合技术要求的钻杆或内管。

4、打捞出的内管缺岩芯或无岩芯

打捞出内管总成以后,首先应检查岩芯的采取情况,若岩芯采取率很低 ~史无岩芯,切勿投放另一套内管总成,而应分析原因.采取必要的措施。 

A) 岩芯直径与卡簧内径配合不当,岩芯直径过小,使得卡簧卡不住或 卡不紧.造成没有拔断岩芯或岩芯在打捞过程中脱落。

B) 弹卡或弹卡挡头被严重磨损,失去定位作用,钻进时内管总成向上 申动.形成"单管"钻进。

C) 由于钻杆柱内卡有脱落岩芯或泥皮过厚,钻忏柱严重弯曲,螺纹部 分变形等原因,使内管总成卡在钻杆柱内而没有到达外管总成中的预定位置。 

D) 投入钻杆柱内的内管总成还未到达预定位置就开始扫孔钻进.导致 岩芯过早地进入钻头,使内管总成不能进入钻进位置而形成"单管"钻进。

遇到上述情况.若岩芯的采取率很低,首先应检查卡策与岩芯直径的配 合,并更换不合适的卡簧,同时,在钻具提离孔底的情况下,开始晃动钻具, 并fF泵送人大泵盘的冲洗液以免打捞途中脱落的岩芯碎块卡在钻头内,然后 把内管总成投放下去,确认内管总成到达预定位置后,再开机以低压慢速开始扫孔。如果回次进尺较长但内管中无岩芯,则必须提钻处理.不能继续投 放内管总成,否则,不但会降低岩芯采取率,还可能因内管总成不到位而形 成"单管"钻进,造成弹卡和钻头严重磨损。

5、钻进效率低

绳索取芯钻进与普通金刚石钻进一样,经常会遇到钻头不进尺或进尺缓 慢的情况,其原因有以下几点:

A) 岩石坚硬致密,金刚石钻头质量差,钻头与岩岩性质不适应,钻进 规理选择不合理。

B) 钻头内径超径,岩芯太粗, 通不过卡簧及卡簧座, 发生岩芯堵塞现象。 

C) 卡簧被顶坏或被顶人内管中,使岩芯不易进入内管。

D) 内管受到损伤,如出现凹坑,增加了岩芯进人内管的阻力。 遇到上述情况,应把内管总成打捞出来,检查内管、卡货座、卡策及卡 策与岩芯尺寸的配合,若均合平技术要求,则必须提钻检查或更换钻头,并 根据岩石性质,采用合理的钻进规程。

九、钻杆的合理使用

要想提高钻杆的使用寿命,在拧卸钻杆的过程中必须坚持使用丝扣汕。 长期的生产实践证明,使用丝扣油不仅能减少螺纹拧卸时的表团磨损,减轻 工人的劳动强度,还可以提高螺纹的密封性能。在操作过程中必须遵守操作 规程,杜绝孔内事故,跑钻、反钻杆、强力起拔等都会严重损伤钻杆。同时 严恪钻孔级配噜采用合理的孔壁问隙,如因明塌掉块山现地层空洞,应及时 采取措施(如下套管、注水泥等)。钻杆下孔时,J主采用钻杆钳拧紧,拧紧力 矩应大于钻杆正常工作力距。在钻进过程中应采用合理的钻庄,尤其是在钻 头不进尺时,不应盲目加压,否则不但易引起钻忏弯1111 , . 而且易使螺纹变形。 钻杆螺纹变形不仅会影响钻杆的拧卸,还会引起冲洗液的漏失.造成烧钻事 故,而i _日.将使捞取岩芯变得困难.因此发现螺纹有损坏现象时,应立即更换。 下钻时钻杆立恨应与孔内钻杆严格对中,防止压伤蝶纹,同时在拧卸钻杆过程中严禁用铁锤敲击。每次提下钻时,应注意检查母接头的磨损情况,如发 现母接头螺纹部分璧厚均匀磨损超过1.2毫米,应及时更换,以免钻杆断裂 在孔内,造成事故。钻杆在搬迁过程中,螺纹部分应拧上护丝套,以免损伤 钻杆。如果钻杆停止使用,应用清水洗净并擦干,钻杆外表涂防锈泊,公母 螺纹涂丝扣油,钻杆应用枕木2-3点垫放.保持水平,排列整齐。 十、绳索取芯钻进附属设备及工具

由于绳索取芯钻进是在钻杆柱内升降内管总成,一般采用内外平的钻杆 连接。因此,必须具有相应的附属设备及工具。我厂生产的绳索绞车(有电动 绞车和柴油机绞车)不仅结构简单.坚固耐用,操作方便,整体重量(包括100米 钢丝绳)只有350kg。