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时间：2011-02-25 14:42
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勘探工程中绳索取心钻探技术的革新
吉林省珲春市规划设计研究院刘振祥
【摘要】随着我国公路、铁路、高层建筑的迅速发展，各种工程机械在工程施工过程中被广泛地应用，机械化水平的不断提高，大大提高了工程施工进度和施工质量。在工程机械的使用过程中，由于受到各种条件和因素的影响，单一机械设备已经很难完成某些特殊条件下的工程。本文就从绳索取心、液动潜孔锤、螺杆马达三合一组合钻具的优势着手，对其原理和实际应用做简要阐述。
【关键词】三合一钻具绳索取心液动潜孔锤螺杆马达
随着我国公路、铁路、高层建筑的迅速发展，各种工程机械在工程施工过程中被广泛地应用，机械化水平的不断提高，大大提高了工程施工进度和施工质量。在工程机械的使用过程中，由于受到各种条件和因素的影响，单一机械设备已经很难完成某些特殊条件下的工程。利用绳索取心不需提钻取心的优越性，利用液动潜孔锤钻进效率高，岩心堵塞几率少的优越性，利用螺杆马达作为孔底动力，不需全孔钻柱回转，扭矩损失少的优越性，形成新的组合钻探技术。钻具样机经试验室分流试验、性能调试及试验台试验后，在工程现场试验钻孔及主孔进行实钻试验，取得了良好的技术效果，使我国的钻探技术在科学钻探这一领域达到了世界先进水平。
一、三合一钻具的技术革新
三合一钻具是集绳索取心钻探技术、液动潜孔锤冲击回转钻探技术、螺杆马达钻探技术于一体的高难度创新技术。为了保证该项目的研究成功，采用了具有大量深孔与工作量考验的系列绳索取心钻具的主要机构，采用在中国大陆科学钻探工程主井成功使用的阀式结构的液动潜孔锤，选用我国石油系统名牌螺杆马达产品，将三者有机的结合为一体；利用绳索取心钻具的悬挂机构解决螺杆马达与外管总成的密封问题，保证全部冲洗液供螺杆马达工作；利用绳索取心钻具的定位弹卡消除了螺杆马达定子产生的反扭矩；利用伸缩式传扭板将螺杆马达输出的扭矩传递到外管总成并带动钻头回转钻进；设计了分流机构，解决螺杆马达与液动潜孔锤所需流量不匹配问题，按比例进行分流并保证液动潜孔锤工作性能不受影响；设计了内管总成到位补偿机构，使内管总成悬挂到位后，液动潜孔锤的传功机构同时到位；设计了径向微调机构，防止内管总成投放过程中因弯曲被卡在钻杆或外管总成中。
二、三合一钻具的技术参数
(1)钻头
外径:157mm
内径:85mm
(2)内岩心管长度:4.5m
(3)螺杆马达
型号:C5Lz95x7.0
排量:5~13.3L/S
输出扭矩:1490N•m
输出转速:140~320r/min
(4)液动潜孔锤
外径:98mm
长度:1580mm
单次冲击功:80~100J
冲击频率:10~20Hz
工作泵量:4~6L/S
工作压力:2~4Mpa
(5)钻具总长:16.64m
三、三合一钻具的主要机构及工作原理
三合一钻具主要由绳索取心钻具、液动潜孔锤、螺杆马达及其之间的连接机构、冲洗液分流机构、扭矩与反扭矩的传递机构、外管单动机构、到位补偿机构等组成。钻进回次结束后，用绳索打捞器将装满岩心的内管总成提升到地表，将备用的另一套内管总成从井口投入钻杆中，待内管总成投放到位后，即可进行下一回次的钻进。
1、螺杆马达与外管总成的密封
内管总成投放到位后与外管总成的密封程度，直接影响到螺杆马达能否全功率工作。为了保证冲洗液全部进入螺杆马达，设计了端面与径向双密封结构，通过试验证明，密封结构简单、可靠、耐用，完全可以满足内外管总成的密封要求。
2、扭矩与反扭矩的传递机构
内管总成投放到位后，螺杆马达作为孔底动力带动外岩心管和钻头回转，螺杆马达扭矩的传递在设计上采用伸缩式弹卡结构并以螺旋花键的形式进行传递。内管总成到位后，螺杆马达稍有相对转动，伸缩弹卡在弹力作用下
