SYZX273液动潜孔锤的研究

 

项目编号:20003000010019

项目来源:中国地质调查局

立项日期:二○○○年三月

验收日期:二○○三年六月

完成单位:中国地质科学院勘探技术研究所

完成人员:谢文卫  苏长寿  孟义泉

联系电话:0316-2096344

 

一、立项背景

中国大陆科学钻探工程(CCSD)科钻一井是在坚硬的结晶岩中施工的5000m深的大直径钻孔。钻遇的岩层主要有片麻岩、榴辉岩和角闪岩,解理片理发育且局部穿插有石英脉,某些井段岩层较破碎,总的来说,属于坚硬和易斜的难钻岩层。

结合我所最新研制的YZX127液动潜孔锤样机研制过程中取得了良好的效果,大幅度提高了液动潜孔锤的冲击功,配套全面钻进球齿钻头在花岗岩中钻进效率达到3-6m/h。因此拟在CCSD主孔上部2000米大直径孔段的施工中,为提高钻进效率和确保钻孔质量,同时也为促进我国液动潜孔锤钻探技术的进步,立本项目进行研究。

 

二、研究内容

通过分析大口径液动潜孔锤的工作环境和需求确定了样机的关键技术参数;根据YZX127液动潜孔锤的结构和原理进行理论分析并编出的计算机仿真计算程序;利用计算机仿真计算程序对液动潜孔锤的设计参数进行仿真计算,在结构允许的范围内确定出各个设计参数。从钻具的安全性设计上对连接螺纹和传扭花键、对大尺寸零件的选材和热处理方法、表面强化手段、对降低钻进钻压和大泵量分流方法等分别作为重点进行了深入的调研、研究。最终完成总体方案设计评审和样机试制。完成了该样机的试制后,在试验台上进行了调试和测试,之后将样机按照现场需要调定好参数。

为了解决深孔背压效应对液动潜孔锤的工作性能的影响,同时提高液动潜孔锤的能量利用率,在设计中加入了机械式储能器,该储能器可以稳定液动潜孔锤的输出流速同时将回程的能量更多的积累下来在冲程阶段释放出来。主要作用是吸收液压冲击和储存液体能量,该装置在深孔段还有消除较长的回流阻力产生的背压效应之作用。同时也完成了具有保径功能的配套Φ311mm钻头的设计和试制。

2002年初,在YZX127液动潜孔锤在CCSD现场应用初期出现的众多问题以及其成功的解决方法的基础上,对SYZX273液动潜孔锤由进行了一轮比较大的结构改进,并对改进后的样机进行了调试,以确保其在CCSD科钻一井中成功应用。

参与中国大陆科学钻探工程进行生产试验,共计进行了五个回次的入井试验,其中第三回次由于钻具受到意外的损伤,对损伤的钻具进行了改进修复。经现场试验证明,该液动锤原理可行、可明显的提高钻进效率、钻具安全性强,能够

 

三、主要技术参数

单次冲击功:500800J

冲击频率:510Hz

工作泵量:800L/min

适用孔深:05000

钻头直径:Φ311mm

工作压差:26MPa

钻具外径:Φ254260mm             

 

四、生产试验、成果描述及验收鉴定意见、获奖情况

CCSD科钻一井的生产试验过程中,该液动潜孔锤累计入井5回次193小时(含入井划眼34.4小时),进尺163.47m,在液动潜孔锤正常工作钻进阶段的时间为26.65小时,进尺36.01米,平均时效1.35/小时。比相邻回转阶段的钻进效率(0.70