钻探工程实习报告.docx

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钻探工程实习报告

第1章实习准备

1.1实习目的与意义

机械设计制造及其自动化专业作为中国地质大学（武汉）机类专业唯一一个专业编号延续不变的专业，前身专业名称是勘探机械，为了培养综合性人才，改成大类专业。

但是必须延续和发扬学校特色和专业特色，特别是在工程机械学习中注重加强钻机方面的学习。

《工程机械设计》为我们提供了一门非常好的课程，使我们在大类专业学习的基础上，有了自己的优势和特色。

当然，工程类机械只学习理论知识是不够的，高等学校，不仅重视对学生的理论知识的教育，更要重视学生各方面素质和实践能力的培养，因此，必须加强实践性教学环节。

工程机械施工技术教学实习是安排在课程之后的实践性教学环节，目的是让学生在学习课程之后，对岩土工程机械有一个全面、深刻的感性认识；初步掌握工程机械的使用环境、应用条件、施工方法、施工工艺、施工队伍的组织和管理等方面的基本知识；培养学生的实际工作能力；使学生掌握课堂上不易讲授的教学内容；为后续课程的学习、毕业设计和以后的工作打下一定的基础；同时是对所学课程《工程机械设计》理论知识的学以致用，使我们对专业知识掌握更加扎实。

选择几个不同类型的工程机械施工工地，组织学生到现场参观，请施工单位的技术人员或带队教师讲解。

让学生了解不同类型的工程机械及其施工方法和工艺。

第2章实习具体内容

2.1第一次实习内容

2.1.1钻机简介

XY-4型钻机是指钻进深度为1000m的机械传动液压操作式岩心钻机。

其主要用途是地表及坑道对固体矿床的金刚石、硬质合金钻探。

亦使用于工程地质勘探，浅层石油、天然气及地下水钻探，并可用于堤坝注浆和坑道通风、排水等工程钻探。

特点：

立轴转速高，最高转速达1588r/min。

调速范围大，最高转速与最低转速之比为11.76。

有正转8级，反转2级；钻机重量轻，可拆性好，便于搬迁；卷扬机提升能力大，单绳一速时提升能力为33000N；操纵手柄集中，灵活可靠；动力机可配电动机或柴油机。

主要技术性能：

钻进深度42mm1000m/50mm700m；钻孔倾角360°；钻机重量15t；钻机外形尺寸2640×1100×1750mm；最大部件重量218kg

XY-4型钻机组成：

（1）动力机：

柴油机电动机

（2）钻机本体：

离合器、变速箱、分动箱、回转器、卷扬机、液压操纵系统、前后机架机座

（3）连接机构：

花键、弹性联轴节、万向轴

2.1.2钻机操作

（一）钻机的前进和后退

（1）当将阀Ⅲ手柄扳到钻机"后退"位置"1"位，阀Ⅱ快速增压，则P1与A1相通，B1与O1相通，钻机后退。

待后退快到指定位置时，先松开压力阀Ⅱ，然后松开将手柄复位，钻机停止移动；

（2）将换向阀Ⅲ的手柄扳到"前进"位置"2"位，阀Ⅱ增压，则P1与B1相通，A1与O1相通，钻机前进。

待前进快到指定位置时，先松开压力阀Ⅱ，然后将手柄复位，钻机停止前进；

（二）操作卷扬机

（1）将左侧手柄提升至垂直位置，钻杆靠重力作用下降，当钻杆下降到快接近指定位置时，下压左侧手柄制动。

在下降过程中，可以控制左侧手柄提升的角度大小来控制钻杆的下降的快慢；

（2）将左侧手柄提升至垂直位置，右侧手柄下压，在交换过程中动作要迅速，这是允许钻杆上升，当上升到指定位置前的的一段距离是，交换手柄位置，使其制动。

2.1.3松放卡盘和钻杆进给

第一次进给

当换向阀Ⅳ置于"1"位，阀Ⅱ快速增压，则P2与A2相通，碟簧压缩，卡盘松开钻杆；当阀Ⅳ置于"0"位，卡盘液压缸处于液压锁紧状态，保持松开。

上提卷扬手柄，使钻杆在重力作用下下降，下拉钻杆使其停止下降，这时要求钻杆离孔口10—20厘米。

换向阀Ⅳ置于"2"位，卡盘10液压缸经25、A2、O2、22至油箱卸荷，卡盘夹紧钻杆。

将换向阀Ⅴ手柄扳到"下降"位置"1"，则P3与A3相通，B3与O3相通，立轴下降。

第二次进给

当换向阀Ⅳ置于"1"位，阀Ⅱ快速增压，则P2与A2相通，碟簧压缩，卡盘松开钻杆；当阀Ⅳ置于"0"位，卡盘液压缸处于液压锁紧状态，保持松开。

将换向阀Ⅴ的手柄扳到"立轴上升"位置"2"时，此时P3与B3相通，A3与O3相通，立轴上升；

换向阀Ⅳ置于"2"位，卡盘10液压缸经25、A2、O2、22至油箱卸荷，卡盘夹紧钻杆

将换向阀Ⅴ手柄扳到"下降"位置"1"，则P3与A3相通，B3与O3相通，立轴下降；

2.1.4分组完成装钻杆，下钻杆，提升钻杆，卸钻杆的操作

任务要求：

5人一小组，完成装钻杆，下钻杆，提升钻杆，卸钻杆的操作。

2人负责抬钻杆，2人负责钻杆的装卸和固定，1人负责操作钻机。

提升钻杆

利用卷扬机构控制提引器下降

连接钻杆和提引器，连接好后旋转提引器，使厚边铁环受力

提升钻杆

下钻杆

使钻杆和孔口对齐

控制卷扬，下钻杆

在下降过程中，用手控制钻杆和孔口不接触

三，连接钻杆

用垫铁在孔口卡住钻杆，松开提引器

用提引器连接下一根钻杆，提升

和第一根钻杆连接，用扳手扭紧

下降钻杆

提升钻杆一小段距离，取下垫铁

下降钻杆

当下降到第二根钻杆的末端快到孔口是，控制速度，用垫铁将其卡在孔口

将提引器松开

五、卸钻杆

1、控制卷扬是钻杆上升，高出孔口后停止

2、缓慢下放钻杆，用垫铁将其卡在孔口

3、用扳手将连接处弄松，然后卸下钻杆

六、连接提引器

1、提升钻杆，将钻杆从提引器上取下来，在取下钻杆之前，旋转钻杆，使提引器的的厚边受力，然后去下钻杆

2、将提引器和卡在孔口的钻杆连接

七、提升钻杆

1、提升钻杆一小段时间，将垫铁取下后，继续提升钻杆至下一根钻杆出孔口

将垫铁卡在孔口并下放钻杆

2、在这个过程中，我负责钻杆的装卸，由于是第一次操作，所以有些生疏，钻杆与提引器的连接不是很顺畅，在老师的指导下，顺利完成了钻杆的装卸。

2.2第二次实习内容

2.2.1旋挖钻机简介

旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械。

主要适于砂土、粘性土、粉质土等土层施工，在灌注桩、连续墙、基础加固等多种地基基础施工中得到广泛应用，旋挖钻机的额定功率一般为125～450kW，动力输出扭矩为120～400kN·m，最大成孔直径可达1.5～4m，最大成孔深度为60～90m，可以满足各类大型基础施工的要求。

工作原理

由全液压的动力头产生扭矩，并由安装在钻架上的液压油缸提供钻压力，这两部分通过伸缩式钻杆传递至钻头，钻下的钻渣充入底部设有活络挡板的钻斗，由主卷扬提拔出孔外。

施工步骤

旋挖钻机就位→埋设护筒→钻头轻着地后旋转开钻。

当钻头内装满土砂料时提升出孔外→旋挖钻机旋回，将其内的土砂料倾倒在土方车或地上→关上钻头活门，旋挖钻机旋回到原位，锁上钻机旋转体→放下钻头→钻孔完成，清孔并测定深度→放入钢筋笼和导管→进行混凝土灌注→拔出护筒并清理桩头沉淤回填，成桩。

质量控制

桩位放样

在进行场地整平后，组织有资格的测量放样人员将所有桩位放出，钉好十字保护桩，做好测量复核，并记录放样数据备案。

（2）埋设护筒

用拉线法检查桩位偏差，应满足规范要求。

（3）成孔

采用钻头钻进，根据不同层次的土质结构选择不同的转盘转速和进尺进行控制。

在砂层钻进和进入强风化层后，因土层太硬会引起钻锥跳动及偏斜、加大钻杆摆动，故应选择低档慢速，转盘转速参数取值13～40v/min,成孔深度按设计要求进行控制。

（4）钢筋笼制安

旋挖机挖土清渣达到设计要求后，开始下放钢筋笼，其制安必须严格按照设计图纸进行，主筋、箍筋应焊接均匀，搭接长度及焊缝应符合规范要求，安装时应安装护块，以确保周正及保护层厚度，钢筋笼的制作偏差应符合设计及规范要求。

（5）混凝土浇筑

在导管接驳完毕后，将混凝土隔水栓吊放在临近泥浆面的位置，导管底端到孔底距离控制在0.4m左右，以便能顺利排出混凝土隔水栓。

开始灌注前储料斗内储备的混凝土量应不少于1.0m3,以便在混凝土隔水栓被挤出导管后能将导管底端一次性埋入水下混凝土中0.8m以上，适时提升或拆卸导管，确保导管底端埋入混凝土面以下1～4m,灌注应连续进行。

一旦发生机具故障或停电停水及导管堵塞或进水等事故时，应采取有效措施进行处理，以便尽快恢复灌注混凝土，同时做好记录。

注意问题

⑴土层中成孔与钢护筒安设的垂直度对桩体垂直度影响巨大；

⑵定位用的混凝土护筒与钢护筒合理配套使用，能有效缩短钻机定位时间，提高施工效率；

⑶软岩及土层中使用旋挖斗一次成孔；硬岩中先用螺旋钻头成小孔，然后用旋挖斗进行扩挖成孔。

旋挖钻机用于地铁工程钻孔桩施工优势明显，适用性强；自动化程度高，劳动强度低；钻进效率高；成桩质量好；环境污染小。

能显著地提高工程施工效率和工程质量。

在合理选取施工方法与施工工艺时，能最大限度地节省物力，财力，人力等资源。

对企业效益和社会安全具有双赢意义。

2.2.2冲击式钻机

冲击式钻机是指靠钻具的垂直往复运动冲击破碎地层凿井的水井钻机。

按其结构形式不同,有钢丝绳冲击式钻机和潜孔振动冲抓锥。

钢绳冲击式钻机由机架、冲击机构、工具卷筒、桅杆、钻具等组成。

工作时,由电动机经胶带驱动主轴,通过由冲击齿轮、曲柄连杆及冲击梁组成的冲击机构带动冲击梁往复摆动,牵引钢丝绳使钻头作上下运动。

冲抓锥是一种简单的冲击式钻机，利用钻具本身的重量冲击地层。

钻具的下端是几个可以张合的尖角形抓瓣，当钻具在自身重量作用下向下运动时,抓瓣张开,各抓瓣尖端在直径约1米的圆周上切入岩层,然后由卷扬机通过钢丝绳提升钻具，抓瓣在闭合过程中将岩屑抓入尖锥体内，提出井口后再张开抓瓣卸出岩屑。

冲抓锥的钻井深度通常为40～50米，最深可达100～150米。

冲击式钻机成孔优点

（1） 用冲击式方法破碎岩土（卵砾石和坚硬基岩），耗能功率小，破碎效果好，并通过钻头冲挤作用起到坚固护壁的作用。

（2） 对含有较大卵砾石、漂砾石层，采用冲击式钻机施工成孔的功效高。

（3） 设备简单，操作移动方便，由于是机械带动，故障小。

冲击式钻机成孔缺点 

（1） 冲击钻头，通过钢丝绳的牵引提降，所以大部分时间均花费在提、放钻头和掏渣上，钻进效率低。

（2） 如掌控不严，容易出现成孔失圆，成孔倾斜（欠垂直）的情况。

（3） 与普通反循环钻机相比，冲击式钻机在孔径、孔深方面均不及反循环钻机，尤其在土质地层情况下。

2.2.3三重管旋喷钻机

旋喷钻机是一种用来输送浆液、压缩空气和清水等介质，在高压的工作条件下，能保证持续的动密性和静密性的一种钻进工具。

主要由钻杆、分流器、钻头、防松器、防松装置、垫叉和变径接头组成。

根据成孔和使用方法的不同，分为单重旋喷、二重旋喷和三重旋喷。

施工原理

三管法旋喷是一种水、气喷射、浆液灌注搅拌混合喷射的方法。

即用三层喷射管使高压水和空气同时横向喷射，并切割地基土体，借空气的上升力把被破碎的土由地表排除；于此同时，另一个喷嘴将水泥浆低压力喷射注入到被切割、搅拌的地基中，使水泥浆与土混合达到加固目的，其加固直径可达800～2000mm。

同时，钻杆一面以一定的速度旋转，一面低速徐徐提升，使土体与水泥浆充分搅拌混合，胶结硬化后即在地基中形成直径比较均匀、具有一定强度的桩体，从而使底层得到加固。

采用三管法旋喷，应先送高压水、再送水泥浆和压缩空气；喷射时先应达到预定的喷射压力、喷浆量后，再逐渐提升注浆管，注浆管分段提升的搭接长度不得小于100mm；当达到设计桩顶高度或地面出现溢浆现象时，应立即停止当前桩的旋喷工作，并将旋喷管拔出并清洗管路。

三重管法是将水泥浆与压缩空气同时喷射，除可延长喷射距离、增大切削能力外，也可促进废土的排除，减轻加固体单位体积的重量。

施工工艺

（1）震动沉桩机就位，放桩靴，立套管，安振动锤

（2）套管沉入设计深度

（3）拔起一段套管，卸上段套管，使下段露出地面

（4）套管中插入三重管，边旋、边喷、边提升

（5）自动提升旋喷管

（6）拔出旋喷管与套管，下部形成圆柱喷射桩加固体。

2.2.4钻井液

钻井液是钻探过程中，孔内使用的循环冲洗介质。

钻井液是钻井的血液，又称钻孔冲洗液。

钻井液按组成成分可分为清水、泥浆、无粘土相冲洗液、乳状液、泡沫和压缩空气等。

清水是使用最早的钻井液，无需处理，使用方便，适用于完整岩层和水源充足的地区。

泥浆是广泛使用的钻井液，主要适用于松散、裂隙发育、易坍塌掉块、遇水膨胀剥落等孔壁不稳定岩层。

主要作用

（1）悬浮

沿钻杆向下或从钻孔中向上流动的钻井液有时会停止运动。

出现这种情况只能有两种原因：

一是出现了故障，二是在更换钻头时将钻杆提出了钻孔。

钻探停止时，悬浮在钻井液中的钻屑就会沉入钻孔的底部，将钻孔堵塞。

钻井液被设计为具有一种非常有趣的特性，而该特性可以解决这一问题。

钻井液的稠度（或粘度）随钻井液流速降低而增加。

钻井液停止流动后，就会形成一种粘稠的凝胶体，这种凝胶体可使岩石钻屑悬浮在其中，从而防止它们沉入钻孔底部。

而当钻井液又开始流动后，它就会越变越稀薄，恢复到其以前稀薄的液体形态。

（2）压力控制

许多人都看到过石油从钻井台中喷入高空，石油工人为之而欢呼雀跃的情景。

实际上，这类井喷罕有发生，也并不值得庆祝，因为钻探的目标是以控制流量的方式来开采石油。

泥浆被设计为可以抵消岩层中流体的自然压力，从而防止发生此类事故。

压力间必须达到适当的平衡，即钻井液对钻孔壁的压力应足以抵消岩层和石油或天然气施加的压力，但这种压力又不能太大，否则会对油井造成破坏。

如果钻井液的重量太大，可能会使岩石破裂，钻井液也会因此而流失入地下。

液体的压力随其浓度的变化而变化。

在钻井液中添加增重剂可以提高其浓度，进而增大它对钻孔壁的压力。

可调整液体的浓度以满足钻井中的环境要求。

（3）岩层稳定

钻井过程分为两个阶段：

第一阶段是钻穿不含石油的岩层，目标是尽快钻穿不含油岩层，到达含油岩层，即储集层。

此时的重点是要保持钻孔中裸露岩层的稳定，同时还要避免钻井液流失。

而如果保持钻井液压力高于岩层孔隙流体压力，钻井液就会出现向岩层的透水岩石中渗入的自然趋势。

在钻井液中加入特殊的添加剂，就能防止发生这种情况。

钻井液可能会以其它方式与周围的岩石相互作用。

例如，如果岩石含盐量很高，水就会溶解其中的盐分，从而使钻孔壁变得不稳定。

在这种情况下，使用油基钻井液效果会更好。

粘土含量高的岩层也容易被水冲刷掉。

对这类岩层需使用抑止性的钻井液，以保持井眼稳定并防止井眼扩大或被冲蚀。

随着钻探不断深入，井眼被用钢套管保护起来，钢套管用水泥加固，这样既保持了井眼的稳定性，又为到达储集层后开采的石油提供了通往地表的通道。

到达储集层后，必须改变钻井液的成分，以避免阻塞岩石孔隙。

保持岩石孔隙不被阻塞可使石油更顺畅地流入钻孔，然后上流至地表。

（4）浮力

一座油井可能深达数千英尺或数千米。

而如此长的钢钻杆将重达上百吨。

如果将钻杆浸入钻井液，就会产生浮力作用，降低钻杆重量，并会减小对钻探机械装置的压力。

（5）润滑冷却

金属钻入岩石时，会因摩擦生热。

钻井液可润滑和冷却钻头，使钻探平稳进行，同时延长钻头的寿命。

对延伸区域或水平井而言，润滑可能尤为重要，因为在这些地方，钻杆、钻头和岩石表面间的摩擦必须保持在最低水平。

第3章实习总结

之前，我对于钻探设备几乎一无所知，仅在书本上看到过相关图片，通过第一次实习，我了解了XY-4型钻机的工艺设备和工作原理，仔细观察了钻具结构，对其有了一个全面的认识。

初次操作钻机，动作不是很熟练，不过还是成功完成了要求的钻机动作。

在团队合作完成提钻和下钻的过程中，我体会到了团队合作的重要性，只有各个动作负责人之间相互配合，才能以最快的速度完成换钻、下钻、提钻等一系列动作。

第二次实习我们来到了武胜路工地，实地参观工程机械的工作过程。

在工地现场，我们见到了旋挖式钻机、冲击式钻机、旋喷式钻机，看到了混凝土用钢丝笼的安装。

在现场，老师认真细致的为我们讲解了这些钻机的操作和钻进过程，让我们对于不同的钻机又有了更清楚的认识。

虽然未来不一定会从事工程机械类的相关工作，但实习本身所学到的东西依然是我未来人生道路上的一笔财富，感谢老师的实习安排和耐心讲解。