模拟钻孔与检测论文

铁路钻探钻杆柱磨损分析 摘要：本文先依次分析了铁路钻探中钻杆柱自身材质缺陷，工作环境及受力特征，然后结合上述分析讨论了钻杆 柱磨损的五种具体表现形式，最后对减少钻杆柱的磨损提出了一些看法。 关键词：铁路钻探钻杆柱磨损 收稿日期：2007-10-10 铁路钻探中，钻杆柱的磨损是一个很严重的问题。钻杆 柱磨损到一定程度，就应该更换新的。目前对钻杆柱的直径 还没有达到用仪器自动监测的程度，大多是技术人员在现场 进行目测，用游标卡尺测量钻杆柱的直径。而使用专门技术 人员监测钻杆直径情况，常常是针对孔深较深的钻孔。当钻 杆柱磨损严重，而没被注意，在遇到使钻杆柱应力集中的异 常情况时，易发生钻杆柱折断的事故。在好的岩土层中，如 果钻孔垂直度好，没发生缩径和扩孔，打捞钻杆柱相对容易， 否则将浪费大量的时间，造成经济损失，对于深孔钻探，造 成的损失更加明显。钻杆柱的磨损研究受到了较多科技工作 者的高度重视。本文分析了铁路钻探中钻杆柱磨损的外因与 内因，以及磨损的具体表现形式。 一、钻杆的材质缺陷 从材质的角度来看，钻杆内部存在着在缺陷。生产车间 在生产钻杆时，有热处理这道工序。在加热和冷却过程中， 钻杆内部组织会发生改变。热处理通常消除钻杆内部粗粒组 织，使其结构细化，能受更大的应力。但局部总存在暇疵。 在高倍电子显微镜下观察钻杆晶粒结构，发现它是由许多离 子、原子按一定规则排列起来的空间格子构成的，晶格一般 处于稳定的平衡状态。晶粒之间常存在着为数不多的夹杂物、 空洞等缺陷,在这些晶粒里，甚至在弹性范围以内，当力还不 太大时，就可能发生塑性变形。 二、钻杆工作环境 铁路钻探多采用回转钻进，对取芯困难的岩层如砂层、 全风化层等情况也采用冲击钻进。钻杆柱在工作中，与钻杆 柱发生作用的主要介质包括钻井液与岩土层。 铁路钻探钻井液一般是水基钻井液，这是一种多相不稳 定体系，以水为分散介质（连续相），以粘土为分散相（固相）， 加入一定的化学处理剂或加重材料组成。其成分包括水、膨 润土、化学处理剂（如滤失剂羧甲基纤维素）、气体（溶解氧、 二氧化碳气体、硫化氢气体）及其它腐蚀介质如Cl-、SO42-、 Ca2+、CO32–及HCO3-等。 铁路钻探中岩芯常见的有土层、砂卵石层、全风化岩层、 强风化破碎带岩层、弱风化岩层等。砂卵石层及坚硬的强风化 岩层等复杂地层对钻杆柱造成的磨损比其它岩层尤为厉害。 三、钻杆柱工作受力特征 在工作过程中，钻杆柱的运动方式包括自转与绕钻孔中 心的公转，在深孔钻探中这两种运动方式通常是共存的。钻 杆所受力为复合应力，主要包括以下几个分项：钻杆受到钻 杆自重引起的拉应力，在横向应力作用下产生的弯曲应力， 由扭矩的作用产生的剪应力，钻杆振动引起的轴向及横向应 力，与岩层的摩擦力，以及与钻井液的作用。 四、钻杆磨损表现形式 1．磨粒磨损 磨粒磨损是由外界硬质颗粒或硬表面的微峰在摩擦副对偶 表面相对运动过程中引起表面擦伤与表面材料脱落的现象，钻 杆柱的表面特征是产生擦伤撕裂、纵向拉痕、局部剥落和裂纹。 磨粒磨损机理为微观切削,多次塑变导致断裂以及微观断裂。 钻杆柱在复合应力状态下，易发生较大的弯曲，弯曲后 突起的地方与坚硬的岩层之间产生严重的摩擦。钻杆柱表面 的淬火处理厚度一般为1mm,在淬火层磨损掉后，以后的磨 损速率将加快。在深孔钻探中，有时候取出的钻杆表面有明 显的擦痕，这是磨粒磨损的表现。 2．粘着磨损 粘着磨损是当摩擦副两对偶表面作相对滑动时，由于粘 着致使材料从一个表面转移到另一表面或材料从表面脱落而 引起的磨损现象。由于摩擦副两对偶表面间实际接触面积很 小，接触点应力很高，摩擦副对偶表面处于这种高温和高应 力状态下，杆件表面发生破裂，使接触微峰产生粘着，随后 在滑动中粘着点被剪断。 钻杆的弯曲使其局部与岩层发生摩擦，局部接触点的高 应力构造了粘着磨损的条件。 3．疲劳磨损 疲劳磨损是摩擦副两对偶表面作滚动或滚（下转185页）记得采纳啊

随着科学技术的进步和发展，钻探技术也取得了很大的发展并且积累了不少 经验 。我整理了地质钻探技术论文，有兴趣的亲可以来阅读一下! 地质钻探技术论文篇一 地质钻探技术浅探 摘要：钻孔结构是指开孔至终孔孔身口径的变化。换径次数愈多，钻孔结构越复杂，反之越简单。钻孔结构的选择，要充分考虑矿区的岩石性质、水文地质条件、终孔口径、钻孔深度、钻进 方法 、钻孔用途等因素。 关键词：地质钻探;地质条件;技术探讨 Abstract: Borehole structure refers to change the final hole section diameter. Change the size of more times, borehole structure is more complex, and simpler. Borehole structure choice, should fully consider the factors of mining rock properties, hydrological and geological conditions, the final hole diameter, hole depth, drilling methods, drilling applications. Keywords: geological drilling; geological condition; technology study 中图分类号：TU74 引言：随着科学技术的进步和发展，钻探技术也取得了很大的发展并且积累了不少经验。诸如小孔径钻进、裸眼钻进、金刚石钻进，以及液压拧管机、活动工作台和集装箱运输的推广和使用等，促进了钻探工程的优质高效、安全低耗的发展。为了更好地发展钻探技术，应该从实际出发制订一个切实可行的发展规划。即从现有的技术和生产的实际需要出发，认真抓好适合各种地质要求的钻头、防斜纠斜钻具、取芯工具的使用和钻探设备的研制，促进钻探技术的发展 一、钻孔结构选择示例勘探某金属矿床时，设计孔深700米， 采用金刚石钻进，地质剖面包括以下层位：(1)0至100米为可钻性1-7级的岩石，该段全漏水不循环;(3)100至700米为可钻性9至10级的稳定岩石;(4)地质取样要求以59mm终孔。试确定该钻孔结构。[分析]从已知条件，自160米至终孔适于一径到底，不下套管;分析地质剖面，该钻孔下孔口管和一层套管即可;为封闭漏失层，套管下放深度为120-130米，管鞋伸进稳定层10至20米，套管直径为73mm，因此该孔段须用76mm钻进;孔口管长18至20米。直径89mm，因此开孔取91或110mm。 二、硬质合金钻进 1概念 将具有一定强度和形状的硬质合金，按钻进要求固定于钻头上，在一定的技术条件下，作为切削具破碎岩石的一种钻进方法。2钻探对硬质合金的要求合金钻进是靠固定在钻头体上的硬质合金来破碎岩石的，而各种岩石都具有一定的强度和研磨性，钻进时钻头上受力也很复杂，因此，所使用的硬质合金应具有如下性能：①硬度大且耐磨性强。便于钻头能有效地切入或压入岩石，并能抵抗岩石对硬质合金的磨蚀作用。②抗弯强度大且韧性好。便于能承受破碎岩石过程中各种变化的负荷而不至于崩刃和碎裂。③热硬性好而导热性高。钻进中孔底会产生很高的温度，因此要求较高的热硬性，而且在冲洗液中易于释放热量。④成型性好，容易镶焊在钻头体上。地质勘探用的硬质合金主要是钨钴合金，这类合金其性能满足上述要求。3硬质合金钻头钻探用的硬质合金钻头的结构合理与否直接影响到钻进效率、钻头寿命、钻孔质量以及材料成本，因此要认真对待合金钻头的结构要素的研究与选择。它一般分为二大类：取心钻头和全面钻头。地质勘探中一般都只采用取心钻头。①钻头体：它是镶嵌切削具的基体，用D35或D45号无缝钢管制成，针状合金钻头的内外出刃应与相应的金刚石钻头一致，钻头体长度不得短于95mm，其中丝扣部分长度40mm，钻头钢体壁厚7至9mm，过厚克取岩石面积大，消耗功率多，过薄影响强度而容易变形。壁厚在保证足够强度与刚度的条件下力求减小，以使克取面积减少以提高钻进效率。②合金镶焊数目和排列形式：应根据岩石性质、钻头直径、合金质量、钻具强度和设备功率等因素来确定。钻头直径大、孔较深、岩石硬度大和研磨性较高时，合金数量要适当增加。地质勘探中常用的数量如下表所示。钻头规格(mm)合金数量(个)岩石性质 36 46 59 76 91 110 130 150研磨性较强的岩层 3-4 3-4 4-6 6 6-8 8-10 10-14 12-14弱研磨性岩层 3-4 3-4 4 4-6 6 6-8 8 10在排列形式上一般采用均匀单环排列。③切削具的出刃：主要是底、内、外三种出刃。其中底出刃起切入并破碎岩石的任务，大出刃利于破碎岩石和冲洗液流通，但过大容易造成崩刃与折断;内外出刃主要是形成环状间隙，以保证冲洗液流通，较大的内外出刃会导致钻头回转阻力增大，容易崩刃折断，但有利于排粉和减少岩心堵塞的机会，太小了则容易造成岩心堵塞和影响排粉效果甚至会造成糊钻等不良现象。因此，出刃的大小应根据岩石性质来考虑，实际工作中可参考下表进行选择。岩石性质 内刃(mm) 外刃(mm) 底刃(mm)松软、弱至中等研磨性岩石 1.5-2.5 2.5-3 2-3中硬、强研磨性岩石 1-2 1-2 1.5-2.5④镶焊角：合金颗粒与钻头唇面的夹角，一般采用正前角镶焊，这种镶焊切削具有自磨作用也有利于排粉，但所需轴向压力要较其他方法大些。⑤水口及水槽：起到冲洗液流通冷却钻头和携带岩粉的作用，其形状与大小应根据岩层性质、钻头结构形式、冲洗液种类的不同而考虑。一般地，水口面积的总和要大于钻头与岩心之间或钻头与孔壁之间的环状面积，以减少循环阻力。 三、合金钻进技术参数 合金钻进的技术参数主要包括钻压、转速和冲洗液量。它们对钻进效率、钻孔质量、磨料消耗、施工安全等直接有关系。在操作过程中，应根据岩石的物理机械性质、钻头结构、钻探设备和钻具的可能性以及钻孔质量要求等条件来合理掌握，并通过实践当中进行修正、 总结 出适合矿区的最优钻进技术参数。①钻压：合理的钻压应该既保证钻头耐久性又获得最大的平均机械钻速。在 其它 条件不变的情况下，在一定范围内，钻速随着钻压的增加而成比例地增加。实践证明：钻速的提高主要是依靠钻头压力的增加来实现。但压力过大会导致崩刃、钻具折断、钻孔弯曲、软岩层中容易烧钻等事故。钻压可通过下式进行计算：钻头总压力 = 每颗切削具上应加的压力(如柱状合金70-120kgf/颗) X 钻头上切削具的颗数实际工作中应该根据所钻的岩层性质而选择的合金切削具型式和钻头的排列与数目进行初步计算，同时在施工中不断总结出最优的钻压。②转速：钻具转速有二种表示方法，一是钻头每分钟的回转数(转/分)，另一个是用钻头的圆周速度V(米/秒)来表示。V = [π(D + D1)n ]/(2X60)生产实践表明：在一定条件下，提高钻头转速可增大钻速，但超过最优值后反而随转速的增高而使钻速降低。一般情况下，在软至中硬岩中钻进时，可采用较高的转速;在坚硬和强研磨性岩石或非均质和裂隙发育的岩石中钻进，则应降低转速;深孔或大口径钻进也应降低转速。③冲洗液量：冲洗液量的大小应根据岩石性质和钻孔直径等因素而定。一般地，在软岩层中钻进因进尺快所产生的岩粉多而选择较大的冲洗液量;在岩石颗粒粗比重大的岩层钻进也应相应加大冲洗液量;在大直径孔、深孔钻进时，钻杆和孔壁渗漏多也应加大冲洗液量;而在松散、破碎地层钻进，为防止冲蚀岩心和冲垮孔壁，应选择较小的冲洗液量。冲洗液量Q的大小一般用经验公式进行计算：Q = KDK—经验系数(6—15l/cm.min)D—钻头直径(cm)实际钻进工作当中，各参数之间有着密切的联系，要达到合理的配合，其配合关系大致如下：岩石 钻压 转速 冲洗液量研磨性大的硬岩石 大 小 小裂隙岩层 小 小 相应地小软岩 小 大 相应地大设计中可根据下面的技术参数表的数据范围内根据矿区地层岩性特点加以选择，同时应在实际工作中摸索出适合矿区地层的最优技术参数。不同岩层钻进技术参数范围表岩石级别 钻进技术参数钻头压力 转速(rpm/min) 泵量(L/min)取心钻头(kg/粒) 刮刀钻头(kg/cm)1～4级 50～60 100～120 200～350 >805～6部分7级 80～120 120～150 150～250 >80注：(1)针状硬质合金块每块能承受的压力为150～200kg;(2)100型钻机的泵量，以水泵最大有效排水量送给。(3)刮刀钻头单位压力(kg/cm)中的cm，系指钻头直径。 四、合金钻进注意事项 采用合金钻进，除了合理选用钻头结构和钻进技术参数外，还必须有正确的操作方法，才能达到提高钻进效率和钻头使用寿命的目标。因此，应注意以下几方面：①新钻头入孔内，应离孔底0.5米以上并轻压慢转扫至孔底，以防止新钻头被挤夹住。扫孔时速度要慢，以防止合金崩刃或因孔底有残留岩心而堵塞。②要经常保持孔底清洁。孔内的岩粉、崩落的合金须及时捞取，孔内有残留岩心在0.5米以上或有脱落岩心时不得下入新钻头。③为保持孔径一致，钻头应排队使用。原则是先用外径大内径小，后用外径小内径大的。④正常钻进压力要均匀，不得无故提动钻具，并随着合金的磨钝逐步加大压力。发现岩心堵塞时要及时处理，无效时立即提钻以防止孔内事故。⑤合理掌握好回次进尺时间。合金钻进时因磨料逐渐磨钝而出现钻孔缩径和钻速逐步下降，因此，为避免下一回次的扩孔、起下钻时间和提高回次效率，应当确定合理的回次进尺时间，这是提高钻速的有效 措施 之一。可通过计算法或作图法进行现场确定，各矿区地层情况不一，在此无法具体给出数据。 五、结语 总之，各参数的合理配合要结合实际情况加以摸索、总结，不断积累经验，逐步丰富和完善矿区的钻进工艺规程。 地质钻探技术论文篇二 地质钻探技术发展研究 [摘要]在分析了目前我国地质工作对钻探技术的需求以及地质钻探技术现状的基础上，提出了我国地质钻探技术的远期、中长期、近期发展目标，明确了近期研发工作的重点和计划，并强调了科技创新，新方法、新技术的推广应用的重要性和加强探矿工程专业委员会作用的问题。 [关键词]地质工作 地质钻探技术 发展目标 技术创新