2直连式深孔绳索取芯钻杆的研制与应用.doc

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1、直连式深孔绳索取芯钻杆的研制与应用摘要：根据深部找矿的需要，立足于我国目前钻探设备现状和材料冶炼及机械加工水平，通过对钻杆选材、结构、制造工艺三创新，研制了一种两端镦粗后整体热处理再车螺纹的新型深孔绳索取芯钻杆及配套钻具，经使用效果达到了设计要求。关键词：直连式深孔绳索取芯钻杆钻具研制与应用一、前言绳索取心钻进技术在我国应用于生产实践已有30年多的历史，由于它具有钻进效率高、岩芯采取率高、事故率低、劳动强度低等优点，得到广泛的应用。现已成为我国目前找矿的主要手段。经过了几十年的勘探开发，目前我国浅

2、层矿产资源已基本探明，许多矿产因大量开采已开始紧缺。随着我国经济的快速发展，对矿产资源的需求日益增大。“九五～十五”期间，国家对大型危机矿山的资源接替投入了大量资金，用于深部找矿。本项目针对1200米至2000米深部探矿（金属、煤碳、非金属），研制开发的深孔绳索取芯钻具，其特点是不用提取钻杆就可取岩芯。它具有钻进效率高，岩芯采取率高，钻头寿命长，劳动强度小等优点，大大提高了钻探效率，随着钻孔深度的加深，其优势更为明显。本项目将国外先进的探矿钻进理念与我国的国情相结合，通过钻杆及内外管总成一系列的技

3、术创新，有效地克服了传统钻具不能钻进深孔的缺陷，显著地提高了钻杆及钻具的钻进深度和可靠性，与其它产品相比，具有如下特点：1、JD直连式深孔绳索取芯钻杆及钻具经现场使用，JD-76SS钻杆可满足2000米；JD-95SS钻杆可满足1500米深孔钻进的要求；2、钻杆尺寸和螺纹设计采用先进的非对称牙型，密封及承载更好；3、钻杆重量轻、强度高、耐磨性好、连接方便；4、同类产品比进口产品价格低55%；5、可以与进口及国产的全液压钻机、立轴式岩芯钻机配套使用；6、复杂地层钻杆换径容易，可用钻杆代替套管；7、内

4、外管总成通过结构创新，深孔取芯性能更稳定。绳索取芯钻杆既要和普通钻杆一样在钻进过程中能承受拉伸、压缩、扭转、弯曲应力及冲击载荷，又要满足捞取岩芯的需要。国内常用的绳索取芯钻杆靠接头联接，钻杆和接头螺纹联接部分在钻进过程中经常折断，造成孔内事故。因此，深孔钻具的关键是提高钻杆、钻杆接头的强度和刚性，使其在钻进深孔时，能承受较大的压力和扭矩。我公司深孔钻具的核心技术—钻杆采用不用接头直接连接的方式，整根钻杆采用整体调质处理,其钻深能力和使用寿命提高一倍以上。内外管总成在我公司现有产品的基础上增加了到位

5、报信机构。目前已形成深孔钻探的系列化口径钻具产品，公司生产的2000米深孔绳索取芯钻具为国内领先水平。二、研究方案和内容：（一）钻杆的结构设计：1、钻杆（接头）设计钻杆结构的设计，关键是要钻杆的连接强度和刚度。1.1钻杆连接采用直连式（不加接头），同时根据用户要求，也可以将钻杆镦粗后加接接头，但螺纹参数与直连式螺纹参数一致。钻杆采用直连式连接，每根钻杆螺纹头由6个头减至2个头，大大减少了钻杆螺纹折断的概率。1.2通过钻杆端部加厚，使接头壁厚由5.5mm加厚至6.75mm，可增加强度23％。1.3在

6、保证钻杆螺纹不滑扣的前提下，改变螺纹锥度，加大螺纹根部的尺寸，从而增大了螺纹的强度，通过优化设计，螺纹根部厚度可增加0.42mm，增加强度13％。1.4螺纹的牙型，设计了2种，一种是“正角度面”牙型，此牙型加工简单，技术成熟。另一种“负角度牙型，对防脱扣螺纹技术上有一定的优势，但加工复杂，我们把它作为产品开拓市场、创新的一个试点。1.5采用薄壁的优质调质钢管作为钻杆料，原钻杆壁厚5mm，现钻杆壁厚4.5mm，钻杆自重减轻9％，既减少了原材料的消耗，降低了成本，更重要的是减轻钻机的提升载荷和回转力矩

7、，从而提高了钻机的钻深能力。优选钻杆材料，使钢材的强度由850KN/mm2提高至1100KN/mm22、钻具结构深孔钻杆可与国内外钻具配用，因为钻孔加深，我们在保持原ZN-75S钻具优点的上增设了到位报信装置，使钻具功能更加完善。3、钻杆加工工艺流程图下料→端部加热→端部镦粗→整体淬火→整体回火→钻杆硬度检测→钻杆校直→钻杆螺纹加工→钻杆螺纹检验→后处理→包装入库（二）、管端加厚工艺的研究：1、管端加厚工艺的研究和制定：管端加厚设计次数，加热温度。通过实践将原先设计的管端加厚两次变成一次加厚成型，

8、加热温度根据钻杆材料的锻造温度范围确定为1150±20℃。我们将原设备的电路进行了改造，增加了一套激光测温系统和自动化温控系统，有效地防止了过烧和烧不透的情况。2、管端加厚模具的设计及制造。第一套模具是采用H11模具钢整根棒料制作而成，冲头与机座联接部分最大直径处为φ145mm，总长度为740mm，而最小端部直径为φ58mm。机加工量相当大，而且浪费了大量昂贵的热模具钢。我们通过分析设计，将模具冲头做成两部分，尾部用40Cr，头部用性能更高的H13热模钢。这样作的好处为：1）在保证