随钻测量中心通缆钻杆性能要求

2020-06-27 13:56:54 yysm 443

中心通缆钻杆是定向钻进过程中受力最复杂、工况最恶劣的部件。在钻进过程中,中心通缆钻杆既要承受钻机施加的推拉力和螺杆钻具的反转矩,还要作为介质通道向孔底输送泥浆或是其他压力介质。同时,进行近水平长钻孔和超长钻孔钻进施工时,钻进下斜孔或分支孔会产生附加的弯曲应力,极易引起钻杆的疲劳破坏。中心通缆钻杆还是孔底测斜单元与孔口测斜设备的信号传输装置,应确保孔底测斜单元与孔口测斜设备之间信号传递实时、安全,减少钻进过程中钻杆复杂受力、振动和压力介质扰动对信号传递可靠性的影响,以保证定向钻进钻孔施工的准确性和安全性。由此可见,中心通缆钻杆必须具备高强度和信号传递可靠性高的特性。

主要技术参数

通过对中心通缆钻杆工作条件进行分析,结合煤矿井下配套装备性能和使用要求,中心通缆钻杆主要技术参数: 

①钻杆体Φ73 mm,壁厚 5.6 mm,接头外径 75 mm; 

②钻杆定尺长度 3 m; 

③钻杆最大抗拉能力为 800 kN; ④钻杆最大抗扭能力 6 500 N·m;

⑤绝缘电阻大于 10 MΩ; ⑥中心通缆装置电阻小于0. 5 Ω。

总体结构设计

中心通缆钻杆分为信号传导装置和钻杆体两部分钻杆体是中心通缆钻杆其他部分的载体,也是保证定向钻进施工的首要条件,其性能高低直接决定了施工的安全性。中心通缆钻杆的信号传导装置由中心通缆装置、绝缘装置和支撑装置 3 部分组成。

中心通缆装置由公接头、导线、母接头和变径弹簧等组成,其作用是传递孔底与孔口设备之间的双向通信信号。

绝缘装置由塑料公接头、线管和塑料母接头等组成,其作用是将中心传导装置与泥浆或其他压力介质隔离,保护中心传导装置的通信安全,防止传导过程中通信信号损失。

支撑装置由定位挡圈和稳定器等组成,其目的主要是将塑料公母接头在钻杆轴向定位,防止钻杆联接时中心传导装置和绝缘装置窜动,保证信号传递的可靠性。另外,稳定器能减少泥浆或其他介质对线管的扰动,避免因线管断裂而造成传导装置与钻孔介质导通。

1) 结构设计。为了满足钻杆对不同施工工艺的需求,其主体结构与普通地质钻杆结构并无大的差异。钻杆长度为 3 m,以减少钻杆的连接点,缩短钻进辅助时间; 管体采用 Φ73 mm、壁厚5. 6 mm 高强度无缝钢管,以减少钻杆质量而又不影响钻杆强度;

接头 Φ75 mm,以提高接头螺纹部位的强度; 钻杆内孔的焊接区通过机加工来保证接头与杆体的平稳光滑过渡,以利于信号传输电缆的安装与拆卸,减少液体动能在传递过程中的管路损耗。

中心通缆钻杆一般采用屈服强度大于 650 MPa和抗拉强度大于800 MPa 的中低碳铬锰钼合金结构钢,且为了保证钻杆的连接强度,钻杆的公母螺纹接头应采用比钻杆杆体性能更好的材质。综合考虑,要求杆体屈服强度大于 835 MPa,抗拉强度大于 980MPa,延伸率大于 12%; 接头屈服强度大于 925MPa,抗拉强度大于1 070 MPa,延伸率大于14. 5%。

2) 钻杆体螺纹的设计与校核。中心通缆钻杆螺纹结构,延续采用了普通绳索取心钻杆的圆锥梯形螺纹结构,其特点是增大了螺纹根部的断面积,即

增加了螺纹强度; 同时增大了螺距,即增加了螺纹联接的接触面积,提高了螺纹联接的定心精度及联接刚性,使得螺纹受力均匀,传递转矩大,而且密封性能好。齿高确定为 1. 5 mm,约为一般绳索取心钻杆齿高的 2 倍,这样不仅增加了螺纹强度,更降低了钻杆脱扣的危险性。

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