(一)对钻机的要求
岩心钻探的钻孔深度变化较大,一般从数百米到几千米之间;钻孔口径小,一般从几十毫米到几百毫米;钻进地层以基岩为主,地层差异大,复杂多变;另外岩心钻探现场道路环境差。岩心钻探主要采用硬质合金、金刚石、复合片钻进方式,以适应不同地层钻探要求。根据岩心钻探的特点,钻机必须满足以下要求:
1)钻机的各项技术性能要满足钻进工艺要求。钻机回转器要求转速高,转速调节范围宽,高转速适应于小口径金刚石钻进,低转速用于合金、复合片钻进以及开孔、扩孔、扫孔、拧卸钻具之用;给进机构的给进力和给进速度应能满足钻头所需压力和钻头瞬时钻速的要求,应能进行可控加减压钻进;升降机的提升能力和提升速度应尽可能地减少升降工序所用的时间等;另外钻机应具有良好的导向性能和变角施工功能。
2)钻机必须配备必要的检测和指示仪表(或钻参仪),供操作者了解和掌握钻进参数及孔内情况,以便于控制及选择钻进参数。
3)钻机应具有足够的强度、刚度、耐久性,稳定性和动平衡性好;结构简单、维护方便,成本低。
4)钻机传动效率高、能传递足够的功率,保证工作机构正常工作及短时间超荷运行,以适应处理孔内事故等特种工作的需求。
5)钻机的机械化、自动化程度要高,并尽量做到体积小、质量轻、可拆性好,便于运输及安装,以利于提高生产效率,减轻工人劳动强度。
(二)对泥浆泵的要求
钻探施工对泥浆泵的性能要求,与泵的使用条件(如钻进工艺方法、钻孔深度、口径、地层等)有关,主要有以下几点:
1)泵的排量要有较大的调节范围,最好能实现无级调节。在复杂地层中钻探施工时,需要设计多级口径的钻孔结构,为了及时清除孔底岩粉,就要求有适合不同口径的冲洗液流速,而流速的改变是通过改变流量来实现的,因此泵的流量是有效破碎岩石、安全钻进的重要参数之一。
2)泵的排出压力(泵压)要能满足所钻孔深的要求。钻进过程中循环系统中冲洗液的阻力即是泵的排出压力,随着孔深、孔径和孔内情况的变化,孔内的阻力也会发生变化,所以泵的允许排出压力要与流量、孔深相匹配。
3)在冲洗液流量确定之后,要求泥浆泵输出的压力和流量波动要小。钻进过程中泵量、泵压的波动会产生水击作用,影响钻孔护壁效果,使携带岩粉的能力降低,地面循环系统和泵体产生振动,缩短零部件寿命。
4)在钻探过程中,由于某些原因,有时会出现泵压突然升高的“憋泵”现象,使泵在泵压超载状态下运行。当超载运行超过一定限度就可能使泵遭受损坏。因此既要求泵具有一定的(短时间的)超载能力,又具有过度超载时自动卸载的保护装置。
5)泵的工作条件十分恶劣,要求泵具有良好耐腐蚀性和耐磨性,工作可靠,易损件寿命长,便于维修保养的特性。
(三)对钻塔的要求
1)应根据钻孔的深度合理选择钻塔高度。适当增加钻塔高度有利于增加钻杆立根长度,减少升降作业中拧卸钻杆的次数,节约起下钻时间;但高度太高,钻塔重量增加,安装、拆卸难度大,时间长,运移不便。因此,必须在综合考虑的基础上确定合理的钻塔高度。
2)随钻孔深的加深,钻具的长度和重量增加,加之钻具与孔壁摩擦力的影响,提升钻具时所有的力都作用在钻塔上。因此要求钻塔必须满足设计孔深所需的全部承载力,并保证足够的安全系数和稳定性。
3)为适应钻探施工现场环境恶劣,搬迁频繁的特点,要求钻塔重量轻,可拆性、运移性好,以减轻工人体力劳动强度。
4)钻探设备及钻探操作工艺均集中在钻塔底层,钻塔底面应满足钻探设备的合理布局,并符合人机工程的要求,保证操作人员和设备的安全。
(四)对动力的要求
1)能够满足整个钻探过程的总功率要求,如钻机、水泵、辅助设备(拧管机、搅拌机、供水泵站、液压泵站等)、电焊、照明等。
2)若采用燃料机作为动力,要求为可移动式,能量消耗少、噪音小、污染小等。
3)若采用电网供电,要求变压器至钻机的距离短,以减少线路电力损耗。