学文网数控钻床篇1
单片机 步进电机 控制程序
一、钻床数控改造总体方案设计
1.钻床的结构
以Z406钻床的为例，外形如***1所示。
2.改造总体方案
我们对它进行数控改造，主要增加一个程控的X,Y工作台和增加刀具的主轴的程控装置，使其钻孔的位置精度提高到0.01mm。
轴齿轮拆去，换上自己重新设计的轴齿轮，轴齿轮右侧有个原位控制开关，其作用是当Z向刀具主轴返回原位时，向单片机发出到达原位信号。
***1的工作台2拆下，将已设计的X Y向运动的工作台直接安装在底座上。XY工作台以底座的T型槽通过螺铨定位和固紧。XY工作台设有类似Z向刀具主轴的复位信号发生装置，向单片机发出到达原位信号。
XY工作台中X、Y方向的移动，可采用螺旋机构或齿轮条传动机构，这两种均可把旋转运动变为直线运动。
Z向的步进电机通过减速装置和联轴器控制转头上、下运动，钻头的旋转运动由原来的三相交流电机驱动，其转速可根据加工工件的材料、孔径大小、板厚等进行调整。X、Y、Z运动均选用三相反应式步进电机55BF004。
数控装置的CPU采用MCS-51系列的8031单片机，其中CPU为6兆晶振。系统的扩展I/O接口选用通用可编程并行输入/输出接口芯片8155，其PA和PB口给环形分配器输入脉冲CP、提供步进电机的方向控制信号和复位信号。选用环形分配器控制，单电压驱动电路。为防止功率放大器高压的干扰，步进电机接口与功率放大器之间采用光电隔离，光电隔离的输出端必须采用隔离电源。系统的加工程序和控制命令通过面板操作来实现，显示器设计在面板上，为防止机床各个方向的行程越界，还在机床上安装了行程开关。
进给伺服系统机械部分设计计算在机械部分讲解。
二、Z方向上步进电机的选用
选δp=0.01（mm/step），θb=1.5（°/step）
钻头到达最大行程s=65mm时，手柄转过270°，即θ=270°，手柄上的扭距M手与切削力Fz之间的关系为：
FzS=M手θ，M手=242×6.5/1.5π≈334 (N・cm)步进电机每走一步转角为1.5°，钻头移动0.01 mm，同时在手柄处转角为：
θ′=δpθ/s=0.01×270/65=0.042°
因此手轮与步进电机之间要加减速装置，其减速比：
i=1.5°/0.042°=35.7°
步进电机上的负载力距Tq为：
Tq=M手/ i=334/35.7=9.4(N・cm)
Tjm= Tq/0.866=10.68(N・cm)
选用55BF004型步进电机。
三、单片机控制系统设计
1.三相六拍环形分配器的选用
驱动器中自带有环形分配器，这种控制接口很简单，只用A输出口的两位控制一台步进电机工作。可直接选用现成的集成环形分配器。这里选用YB013环形分配器。
2.光电隔离器电路
在环形分配器和功率驱动电路之间采用光电隔离器，是为了防止功率放大器高压的干扰和隔离高电平的脉冲信号对微型计算机的干扰，同时还能实现两者不同电平的转换，光电隔离器电路见***2。
环形分配器送出的脉冲信号经过驱动电路驱动光电隔离器GO101，然后送到功率驱动电路。
3.功放电路
功放电路的功能是将环形分配器送来的弱电信号变为更强的电信号。晶体管单电压型的驱动电路具有控制方便、调试容易和线路简单等优点，所以在设计中采用。电路如***3。
经分配器送出的脉冲序列，通过光电隔离器电路送到驱动电路。脉冲高电平时，T1、T2开关导通，三相六拍步进电机绕组供电；低电平时，T1、T2开关截止。2CP23为续流二极管，通过此二极管，步进电机绕组产生反电势将维持电流继续沿原来的方向流动，另外通过二极管还能释放磁场能，以免高的反电势击穿T1、T2。
四、步进电机运行的软件控制
1.步进电机控制程序设计
控制程序的任务是：判断旋转方向，依次在两控制字中，根据运转速度实现一定的延时、判断是否结束。假设步进电机总的运行步数存放在R4，转向标志存放在程序状态寄存器的用户标志位F1（D5H）中，当F1为零时，电机正转，当F1为1时则反转。正转时P1端口的输出控制字01H，03H，02H，06H，04H，05H存放在单片机8031的片内数据存储单元20H-25H中，26H用于存放结束标志00H。在27H-2CH的存储单元内存放反转时P1端口的输出控制字01H，05H，04H，06H，02H，03H，在2DH单元内存放结束标志00H。
2.步进电机加减速程序设计
在实际生产中，如步进电机的运行频率较高，为使其不出现失步的现象，不能采用突然启动的方式，通常要有一个启动加速过程。同样当步进电机从高速运行到停止时，也要有一个减速过程，以免产生过冲的现象。微机实现加减速的控制，可采用等加减控制和按照指数曲线控制方法。上***为等加、减速方式控制的输出脉冲频率的波形。步进电机在启动过程中，进给脉冲频率随时间按线性变化，上升到一定频率fc时停止变化，改为匀速进给。在停止过程中，同样由给定fc匀减速变化直到步进电机停止运转。程序实现这种方式比较容易，即在步进电机的启动和制动的变速过程中，微机每输出一个状态控制字后的延时时间间隔按线性递减或递增变化。启动进给一定步数后达到匀速状态，此时时间保持不变。
参考文献：
[1]吴振彪.机电综合设计指导.中国人民大学出版社.
[2]马正先，李慧.钻床的数控改造设计.机械与电子，1994，（4）.
数控钻床篇2
关键词：数控机床；刀夹结构；精确度
一般状况下在进行零件加工这个环节中，作为零件加工工具--车床会根据需要进行钻孔。依照往常的一般做法会将钻孔的钻头直接与配套的套筒连接起来，此种做法最大的缺点就是劳动力需求耗费较大，不仅如此获得的生产效率也并不理想。随着科学技术的快速发展，目前数控技术已经逐步被众多机械行业所使用，但是在许多的数控机械机床中尾座还处于一种无法自如的进行操作控制的状态，因此在进行钻孔或者孔隙加大操作时更多使用的还是普通的车床数控技术。在进行加工生产的过程中，如果套类零件的生产数量不多，所需要耗费的劳动力是相当大的，如此一来在一定程度上会影响生产的整体效率，产品的质量也会受到一定的波及。正是如此，就车床的数控层面来看，钻孔刀夹的设计是否合理就显得特别重要，其地位在整个环节中处于中心位置。
1 如何进行钻孔刀夹的设计构想
在整个的机械加工环节中，所谓的数控机床的刀夹作用主要是依照各个零件的实际大小需求，以其轮廓轨迹以及工艺为基础，借助于系统编程这一辅助工具，在数控的技术下自主进行控制运行的。因此只需要设计出一类专门用于钻孔刀夹的工具，使得钻头这一器械可以任意安装在机械车床上，所有的问题就会随之解决。
2 数控机床如何进行钻孔刀夹的结构设计
2.1 进行刀具位置确定的主要策略以及方法
在夹具的设计环节中，事先需要对钻头的实际大小、形状以及相关结构有一个全面了解，以此为基础制定一系列严格有效的实施标准。将这些标准视作为在生产过程中判断零件是否合理是否专业的平衡点。为了进一步确保无论是在安装方面还是使用方面刀具都可以运用自如，一般情况下都会将直径小于16毫米的小钻头直接设计成外观是直柄的样子，与之相反的直径大于16毫米的钻头则会设计成外观是锥柄的样子。该种直柄样式的钻头大多数情况下所采用的定位是以圆柱的表面为基准的，其中使用到的定位元件通常也会选择与之配套的定心设备对其进行夹紧，如此一来刀具的位置确定才会有意义。
2.2 实行刀具钻头确保夹紧的主要方案以及方法
在工作过程中，以钻头轴线为主要中心线，对钻头的主要使用技巧以及在机械中的作用进行全面探究，进一步确保钻头的主要中心线可以与进行加工的孔的轴线相协调。与此同时操作者还需要统筹考虑到数控机床本身实际使用过程中对夹具的要求，确保在使用过程中夹具表现出来的夹紧力度足够达到需求，刚硬性可以达到一定标准，进一步提升定位的准确度。除此之外，夹具在结构设计时尽量做到简单易操作，使其可以在安装或者卸载时可以尽可能地方便快捷。在实际操作过程中，为了可以在不同规格的机械中共同使用，直柄的钻头在设计初始阶段就可以采用普通机床中的弹簧夹筒，因为这些普通弹簧夹筒已经经过长时间的打磨，形成了一套标准化的要求，充分使用此类弹簧夹筒原本所含有的变形力度，可以更进一步地实现钻头位置稳定，提升其夹紧的力度，保证位置的确定性。
2.3 完善弹簧夹筒的结构设计
在夹具中主要的构成配件就是弹簧夹筒，此配件是依照实际需求以及机械特色进行设计的，一般情况下的弹簧夹筒所确定的定位标准是以圆锥表面为基础的。借助于特定的螺帽钉子通过转动，带动弹簧夹筒也可以随之相应的向某个方向运动。在此作用力之下弹簧夹筒的圆锥锥体由于处在被夹具夹中的锥体表面，会受到一定程度的压力进行适当收缩，如此一来钻头的中心点就会被牢牢夹紧，位置也不会随便移动。
在实际工作中使用弹簧夹筒进行钻孔时，一般都是以圆锥的内表面为基础实现钻头定点以及夹紧效果的，正是如此在进行钻头选择时必须注意该钻头的耐磨性是否达到标准，表面的粗糙度是否符合要求等一系列侧重点。弹簧夹筒在使用的过程中，可以依照实际需求在圆锥内部以及圆柱内部两者之间设计一个过渡作用的孔，通过这个孔可以一定程度的降低当弹簧夹筒的刀柄槽经过防转销时夹具内的圆锥孔小端与圆锥小端相互干涉的风险。
因此为了方便操作，在实际的数控机床工作中，选择的刀具可以是一种简单易操作的可以自己进行刀具变换的先进设备。正是如此在进行夹具外形设计时可以采用方形，以便在工作中快速使用到机械中。由于车床的高度是不唯一的，所以需要以车床的中心高度为基准，将圆锥体的内部孔轴线一直到夹具的基准表面总高度设置为二十毫米，即使存在误差也只能在0.005毫米之内。在夹具安装时为了确保可以顺利进行，操作者必须全面对刀架的结构进行分析研究，设计出来的刀夹应该高度为36毫米宽度为34毫米。通过精良计算制造出来的弹簧夹筒无论是结构还是尺寸都可以装卸方便，减少人工消耗。
2.4 确定刀具准确快速的安装
一般的钻头需要依照夹具的原本尺寸再制定，对刀具进行综合计算获得车床数控在水平状态下与刀之间存在的某一偏差值，通过这个偏差值再来确定该钻头的真实同心度。除此之外，在夹具的实际安装操作过程中必须保证夹具和车床的中心线始终保持平行状态，以此为基础才可以确保钻头在使用过程中可以始终保持与工件的中心线在一条直线上，不会出现偏差。
3 进一步确定夹具的精准度
在数控机床工作的过程中，使用夹具进行配件加工期间孔的准确度之所以会出现偏差，绝大一部分原因是与有关配件的同轴度有关系。为了将孔的尺寸大小确定在一定范围内，提高其精准度，主要的途径就是强化刀具的准确度。以下就对同轴度如何进行改良提升精确度进行分析，首先需要找出出现误差的原因。误差的出现通常是因为基准在使用初始阶段就不符合规定所引发的。其次在夹具的使用环节中，因为圆锥内部孔的轴线同夹具的定位面这两者之间存在尺寸偏差，最终导致加工出来的孔中心轴出现偏差现象。最后因为钻头在工作过程中是运动的，操作者的使用方法不一样也会一定程度的导致误差现象出现。这些偏差一般都会保持在0.02毫米之内。因此在工作中操作者只有尽量避免这三个方面的误差因素才会尽可能的提高夹具的精准度。
4 结束语
综上所述，为了顺应时展需求，同时也为了促进经济发展，我国的社会经济制度必须在原有基础上更加趋于完善。此种形势之下我国的企业需要面临更多更激烈的挑战，因此作为金属切割技术中心的重要环节，夹具的存在必须可以顺应时代需求而改变，在持续的改进完善中使得设计更加完美，在数控机床的钻孔刀夹环节中进一步提高产品的生产效率，随之产品的质量也会受到一定程度的变化。在一系列状况往好的方向发展时，生产的整体成本也会有所降低，长此以往企业的整体竞争实力也会得到相应的提高，经济效率也会获得回报。
参考文献
[1]马兴昭.浅谈数控车床钻孔刀夹的设计[J].职业教育研究，2010，（4）.
[2]甘成君.数控车床刀架钻夹的设计与使用[J].机床与液压，2009，（5）.
数控钻床篇3
关键词：钻孔；大批量；工序集中；自动钻孔
1 引言
通常在加工单件或小批量有内孔的回转体工件时，可以直接在车床尾座上安装钻头进行钻孔。但在大批量生产中，用上述的方法钻孔费时费力，如果选择在钻床上单独钻孔（即工序分散），会导致工序增多，成本增加。现在有的机床厂生产了可以直接在刀架上装夹钻头的数控车床，但我们现有的数控车床的刀架上没有设计这种装置。为了实现在现有的数控车床上自动钻孔，笔者以多年的工作经验，设计并制作了一副装在数控车床塔式刀架上自动钻孔的夹具。在夹具上安装具有莫氏锥柄的钻头或者具有莫氏锥柄的钻夹头（钻夹头上装有直柄的钻头），通过程序控制钻头，可实现自动钻削加工（如***1 所示）。
2 自动钻孔夹具的设计
在数控车床的刀架上装上车刀后，可以通过数控系统里的加工程序控制车刀的运动轨迹，加工出外圆、槽和螺纹等等。同理，我们可以把钻头装在刀架上，通过加工程序控制钻头的运动进行钻孔。但是钻头的装夹部分有直柄和锥柄，这两种柄部都不能直接装在塔式刀架上，为此，我们设计了如***2 所示的自动钻孔夹具。该夹具为带有莫氏锥孔和凸出边缘的方块。厚度为20mm、宽度为22mm 的凸出边缘为装夹部分，A 面与B 面分别为定位面。莫氏3 号锥孔是用来安装有莫氏3 号锥柄的钻头和莫氏3 号锥柄的钻夹头，在10mm 的槽中装入10mm 平键后，平键可以顶住莫氏锥柄的扁尾平面，限制其自身的旋转。夹具体材料为45 钢，并进行调质处理，硬度为HBS280 左右，其目的是为了保证夹具体有足够的强度和硬度，经多次使用后仍有较高的尺寸精度和形位精度。自动钻孔夹具、麻花钻和刀座的安装方式如***3 所示，把自动钻夹具的A 面贴着数控车床刀架夹位的水平面，B 面贴着数控车床刀架夹位的垂直面，用螺钉压紧。钻头装入自动钻孔夹具的莫氏锥孔中，对刀，就可以利用加工程序控制钻头进行自动钻孔（如***1 所示）。
3 自动钻孔夹具的制作
3.1 工艺分析
自动钻孔夹具的外部形状可以在铣床上加工。莫氏3号锥孔的加工要解决两个技术问题：一是在制作过程中怎样保证自动钻孔夹具的锥孔与数控车床主轴同轴；二是在下次使用时怎样保证自动钻孔夹具的锥孔与数控车床主轴同轴。
3.2 锥孔的加工方案
在制作过程中为了保证自动钻孔夹具的锥孔与数控车床主轴的同轴，制定了如下3 种加工方案：（1）锥孔在铣床上加工。首先，自动钻孔夹具在铣床上的装夹要求，用精密虎钳夹A 面和与A 面相对的面，找正A 面与铣床XZ 平面的平行，同时找正B 面与铣床YZ 平面的平行，都平行后夹紧，夹紧后再检测是否满足要求。其次，要精确测量出数控车床主轴轴心线到塔式刀架夹位水平面的距离，也就得到自动钻孔夹具莫氏锥孔的轴心线到A 面的距离。并通过对刀使铣床主轴轴心线与自动钻孔夹具莫氏锥孔的轴心线重合。加工工序为：（a）用准21 的麻花钻钻穿；（b）用准22 的麻花钻钻55mm 深（以麻花钻韧带上的棱边为基准）；（c）用准23 的麻花钻钻30mm 深（以麻花钻韧带上的棱边为基准）；（d） 用莫氏3 号锥铰刀铰出莫氏3 号锥孔；（e）把莫氏3 号钻套放入自动钻孔夹具的锥孔中，用红笔画出键槽的位置，在铣床上加工出键槽，放上键，制作完成。
（2）在数控车床上用四爪卡盘夹住夹具体加工锥孔。首先，要精确测量出数控车床主轴轴心线到塔式刀架夹位水平面的距离，也就得到自动钻孔夹具莫氏锥孔轴心线到A 面的距离。其次，用四爪卡盘夹住自动钻孔夹具，找正自动钻孔夹具锥孔轴心线与数控车床主轴轴心线的重合。加工工序为：（a）用准21 的麻花钻钻穿；（b）用镗刀镗出莫氏3 号锥孔；（c）把莫氏3 号钻套放入自动钻孔夹具的锥孔中，用红笔画出键槽的位置，在铣床上加工出键槽，放上键，制作完成。
（3）将自动钻孔夹具装在数控车床的刀架上（如***3所示），主轴装上麻花钻和铰刀进行锥孔加工。首先，将自动钻孔夹具装在数控车床的刀架上，使A面和与B 面分别与数控车床刀架夹位水平面和垂直面紧贴（如***3 所示）。并在自动钻孔夹具的加工面上用红笔画出锥孔孔心的水平位置。其次，把尾座套筒取下，用三爪卡盘夹紧，装上麻花钻，将钻尖对准红线，将数控车床的X 轴坐标清零。加工工序为：（a） 用准21的麻花钻钻穿；（b）用准22 的麻花钻钻55mm 深（以麻花钻韧带上的棱边为基准）；（c）用准23 的麻花钻钻30mm 深（以麻花钻韧带上的棱边为基准）；（d）铰孔，将***4 所示的辅助件用数控车床的三爪卡盘夹住，将***5 所示的辅助件用钻夹头夹好放进尾座，把鸡心夹头装在莫氏3 号锥铰刀的尾部，将莫氏3 号锥铰刀尾部中心孔靠上主轴顶尖，分别移动刀架和尾座，使莫氏3 号锥铰刀前段中心孔靠上尾座顶尖，并且自动钻夹具不能碰到莫氏3 号锥铰刀。将数控车床主轴的转速设定为60r/min，手摇脉冲设为0.001mm，转动主轴，用手摇脉冲移动Z 轴，铰出合适的孔。最后把莫氏3 号钻套放入自动钻孔夹具的锥孔中，用红笔画出键槽的位置，在铣床上加工出键槽，放上键，制作完成。
对比以上3 种加工方法，用第3 种方法加工是最好的。因为第3 种方法不需要精确测量主轴的轴心线到数控车床刀架夹位水平面的距离，也不需要精确找正自动钻孔夹具莫氏锥孔的轴心线与数控车床主轴的轴心线是否重合。在加工过程中自然得到所需要的精度，且不容易出差错。
3.3 在下次使用时怎样保证自动钻孔夹具的锥孔与数控车床主轴同轴
对于这个问题的解决方案是：在哪台数控车床上哪个刀位做的自动钻孔夹具，就只装在哪台数控车床上的哪个刀位上。为了对刀方便，要制作如***6所示的辅助件，把它装入锥孔中，把杠杆百分表用数控车床主轴的卡盘夹住，并转动主轴找百分表到准24 圆棒的一边百分表指示最大值的位置时，移动数控车床的X 轴使百分表的指针为零，并使数控车床X 轴的坐标值清零，用同样的方法找准24 圆棒的另一边百分表的指针为零时，此时数控车床显示X 轴坐标值为a，将数控车床的X轴移到X 轴坐标值为a/2 处，此时自动钻孔夹具莫氏锥孔的轴心线与数控车床主轴的轴心线重合。
4 结语
在塔式刀架类的数控车床上用这副夹具，实现了自动钻孔，钻孔快且准，钻完孔可以直接进行下一步车削加工。从而减少操作者的劳动强度和降低对操作者的技术要求，且工件的质量好、加工效率高和成本低。
［参考文献］
数控钻床篇4
关键词：车床床体孔；工艺优化
中***分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）26-0093-02
1 概 述
普通车床，平床身数控车床适合从事中小批量、工艺性简单的工件的生产制造。近年来虽然高端数控车床的需求量不断增加，但是其对企业的资金需求和人员配置都有较高的要求，而普通车床、平床身数控车床凭借自身优良的性价比，维护成本低，从业人员多的特点，仍然占据着车床市场的绝对份额，在今后一段时期内仍将是市场的主力。因此产品质量过硬、价格合理、产能充足是每一个大型车床生产企业都要面对的问题。
车床床体孔加工自动线是以自动化和智能化加工工艺原则为中心，通过工艺创新，进行的一次工艺流程转换。该工艺通过改变原有的批量生产零件工序分散的加工方式，采用工序集中原则，在一次吊装后完成所有孔系的精确自动化加工。床体孔加工自动线在不仅可以提高产品的质量，同时生产节拍、加工制造的柔性、劳动生产率、制造成本等机械加工重要指标均有大幅提升。
2 工序内容简述
以某企业生产的CDE6140A-10101A/1500床体孔加工在各工位流转为例：
人工上料 液压夹紧 滚道线输送至第一个工位 钻铰床身前后面各孔（除进给箱安装面、后丝杠瓦架面孔） 输送至翻转机构 床身翻转90 ° 输送至第二工位 钻锪铰床身上下面各孔 翻转装置 翻转90 ° 输送至第三工位 钻锪铰进给箱安装面、后丝杠瓦架安装面各孔 人工卸下至存放区，床身孔加工自动线各工序简***，如***1所示。
3 工艺性分析对比
在车床床身孔加工过程中，原先是按劳动组织划分成若干个大序，在多个工位人工操作普通设备进行加工，实现数控化流水线作业以后，实现在一个工位通过滚道线传输，在多个工步对床体全部孔系实现高效、精确的数控化孔加工流水作业方式，使床体孔加工的精度与一致性得到了极大的提升。
床体孔加工改变了传统的较大工件的孔加工方式，提高了生产效率，并且在提高员工的劳动生产率的同时降低了劳动强度，工艺改变前后对比分析如下。
3.1 输送方式改变
床体采用滚道线连续输送方式，将床体输送至不同加工工位，改变了以往床体在不同工序、工位间周转需要多次吊装的情况，节约了大量的生产时间，床体便于集中存放，可节约出大量工序间周转临时存放空间，极大地减少了在工件周转过程中已加工表面划伤的可能性。
3.2 加工模式改变
加工模式的改变：床体属于较大工件（重约2～3 t），传统孔加工方式采用划线-摇臂钻钻孔、钻模钻孔（床头箱安装面孔）和配钻（普通车床齿条面孔）等方式，床体加工线实现了床体孔数控化加工，采用数控高效设备，使用双卧头，在床体传输到加工工位时对床体两侧孔系同时进行加工，通过一次装夹完成全部孔系的加工，极大的提高了对床体孔的加工效率。
3.3 翻转装置改变
对不同面的加工，以往需要用天吊对床体进行翻转，吊装到指定位置，完成加工后再次进行吊装翻转送回存放区域。床体孔加工自动线设计采用自动翻转装置，床体在滚道线输送至翻转装置内，液压系统将床体锁紧在翻转装置内，对床体进行90 °翻转后放回滚道线，向下一工位传输，通过下一工位两侧的卧头进行进行与上一工位垂直面的孔系加工。
3.4 加工精度改变
加工精度得到质的提升，以往受划线、摇臂钻、摆放方式、钻模情况等多种因素影响，孔的位置度尤其是两侧面孔系受影响较大，采用床体孔加工数控线加工，以床体底面为主定位面，液压夹具夹紧，两侧数控卧头进行加工，床体前面进给箱安装面，丝杠瓦架面销孔精度±0.02。
3.5 加工模式改变
加快生产节拍，降低员工劳动强度。加工方面，由于加工模式的改变，取消了划线工序，孔加工时床体不必在工序间多次周转和在同一工序中的翻转。原加工方式加工床体两侧面孔需要要床体向一侧平放、垫平后再进行孔加工作业，对另一侧面孔加工则需再次对床体进行两侧90 °翻转在进行加工，完成加工后再次翻转90 °吊往临时存放区，待下序使用，采用床体自动线加工后，只需一次吊装，通过数控程序自行完成加工，生产节拍提升60%以上，相同产量人员配置仅为原来的20%，同时劳动强度大幅降低。同时由于孔位置精度的提高，在一定程度上提高了装配线的装配效率。
4 新工艺优点
在数控技术不断发展进步的基础上，床体孔加工自动线通过工艺流程的重新规划，主要实现了以下目标：
①提高了加工位置精度，在提高产品品质的同时为装配线节约调整时间。
②提高了加工柔性，减少胎具投入，取消了钻模的使用，夹具的加工制造和保管成本；
由于用户的需求，对床体孔位置进行一定调整，钻模无法使用，要对工序进行调整，通过数控化加工可以有效解决，不仅节约了生产准备时间，同时避免了大批量生产产品在工序临时调整过程中可能衍生的其他问题。
③提高了产品零部件的一致性，符合批量产品零部件的互换性原则。以往有些位置度要求较高的孔需要配钻（如：普通车床齿条孔），采用数控化加工后，提高了零部件的互换性，在设备维修尤其是售后服务方面表现尤为凸出，提高服务效率，提高用户的好感度。
④提高了员工的劳动生产率，床体孔加工自动线的应用，可以取消划线工序，淘汰一批低效设备，单位产能的人员配置可降低80%以上。
⑤制造模式向数控化，智能化迈进的有益探索，由于低效设备的淘汰，为加工车间数控化规划提供了必要的空间。
5 结 语
床体孔加工自动线加工与传统工艺相比，是一次制造模式的转变，对大批量生产的零件采用工序集中原则，通过数控化连续加工模式，不仅显著提高了加工效率、降低了生产制造成本，而且也提高了零件的加工精度，使零件的互换性更强，实现了数控化柔性生产制造。但文章所阐述的方法针对性强，因而后续工作将与相关企业联合研究，进一步完善了加工中心工艺优化的相关理论。
参考文献：
[1] 王启平.机械制造工艺学[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2005.
[2] 卢秉恒，赵万华，洪***.机械制造基础[M].北京：机械工业出版社，2007.
数控钻床篇5
关键词：排孔加工；切削效率；加工效率；多轴钻床
1 合理选用机床，提高加工效率
1、加工孔零件常采用一般的数控钻床用普通数控钻床需要依次找出孔的位置，对于多孔的加工就显得效率低了。还无法保证孔与孔之间的精度
2、主轴竖直布置且中心位置固定的钻床，简称立钻。而有多个钻轴的立钻，叫做多轴钻床。
多轴钻床分为两种类型：可调式和固定式。a.可调式：适合加工多样不定性孔件，适用范围较广。适合单件加工量不大加工产品更换频繁的企业。b.固定式：是提高生产效率的最快钻床设备，固定式多轴钻床准确耐用，加工的精度较好。
使用多轴钻床可以多孔一次性加工完成，全程自动化操作，降低了操作工的劳动强度，极大的提高了加工效率和产品质量，减少了企业成本。
2 刀具对钻孔效率的影响
钻头是一种旋转而头端有切削能力的工具，一般分为高速工具钢钻头和硬质合金钢。根据工件材料的不同和孔类型的不同选择合适的钻头才能提高钻孔的效率。
下面就一般孔的加工我们进行比较
1）一般钻孔所用的钻头（如下***）
a.麻花钻的直径受孔径的限制，螺旋槽使钻芯更细，钻头刚度低；仅有两条棱带导向，孔的轴线容易偏斜；横刃使定心困难，轴向抗力增大，钻头容易摆动。因此，钻出孔的形位误差较大。
b. 麻花钻的前刀面和后刀面都是曲面，沿主切削刃各点的前角、后角各不相同，横刃的前角达-55°。切削条件很差；切削速度沿切削刃的分配不合理，强度最低的刀尖切削速度最大，所以磨损严重。因此，加工的孔精度低。
c. 钻头主切削刃全刃参加切削，刃上各点的切削速度又不相等，容易形成螺旋形切屑，排屑困难。因此切屑与孔壁挤压摩擦，常常划伤孔壁，加工后的表面粗糙度很低
2）四棱带钻头
与传统的双棱带的钻头相比，四棱带钻头可以明显提高加工效率和精度。
Giga-Drill钻头就是具有四条棱带和四个切削刃，其中的两个切削刃及其棱带各为一组，分别做粗加工和扩孔加工。通过对两组切削刃的配置和相应的磨削，使钻头具有较高的钻孔效率和精度（可达IT9），可实现高效加工。在实芯铝材上钻孔时，切削速度高达200m/min，进给量达1.5mm/r，并可以得到较高的钻孔质量。
3）空心钻头
在加工较大孔径的排孔空心钻的加工效率将比一般钻头快上许多。钻孔效率是普通钻头的 8～10 倍。当加工一个孔的效率提高了那么将会大大提高整个排孔加工的效率。
3 选择合适的切削液
切削液分为油基切削液和水基切削液两大类
1）油基切削液又分切削油和极压切削油两种。
a.油基切削液主要是矿物油，少量采用动、植物油或混合油所以易变质。它的冷却性能差，但是效果好。
b.极压切削油是通过在矿物油中添加氯、磷、硫等极压添加剂和防锈剂得到。在高温高压下膜不会破坏，效果比较好，防锈性能得到提高。
油基切削液的主要作用减少钻头的磨损，提高使用寿命和表面粗糙度
2）水基切削液分为水溶液、***化液和合成切削液三种。
a.水溶液主要是软水加适量的防霉剂和防锈剂。冷却效果比较好，适合粗加工及普通磨削加工。
b.***化液由水和***化油混合后搅拌形成的一种呈***白色的液体。
c.低浓度***化液，适用于粗加工和普通磨削中，主要起冷却的作用。高浓度***化液，它适用于精加工以及复杂刀具的加工中，主要起的作用。
合成切削液是一种高性能切削液，它是由水、各种表面活性剂以及化学添加剂组成的，具有较好的冷却、清洗、、防锈性能，良好的热稳定性，而且使用周期长。
根据使用钻头材质的不同选用适合的切削液，当钻头为高速钢在低速和中速加工时，最好选用油基切削液或***化液。在高速加工时，应选用水基切削液。当钻头为硬质合金时，因为硬质合金的硬度超过高速钢，且具有较好的耐磨性能，在选用切削液时，应尽量使刀具受热均匀。一般选用油基切削液为好。
选择合适的切削液可以减少刀具磨损，提高刀具寿命，减少了刀具的装夹，从而缩短了生产时间，提高了排孔加工效率。
4 减少钻头崩断事故的发生
钻孔事故，是提高钻孔效率和节约成本的最大障碍。因此必须防止，让事故的发生率降到最低程度。在事故发生后，能及时进行正确的处理。经验证明，钻孔事故的发生，虽有客观原因，但只要主观上重视，在工作中贯彻执行各项操作规程，熟练掌握技术，认真进行操作，随时采取有效的预防措施，事故是可以减少和避免的。
5 正确维护机床，增加无故障时间
数控机床是机械、电气、液压、气动、计算机技术、控制技术、检测与测量技术、电力拖动技术、PLC等集于一身技术密集型产品。使用者对数控机床平时的正确维护保养，及时排除故障和及时修理，可延长各种元器件、数控系统和各种装置的使用寿命，预防意外事故的发生，是充分发挥机床性能和长时间稳定工作的基本保证。因此，应建立完善的日常维护保养制度，尽量少开或不开数控柜及其他各电气控制柜门，保持散热通风系统正常工作。而且，在使用过程中出现的各种报警应该及时排除，只有这样，才能延长数控加工中心的无故障时间，提排孔加工的使用效率。
6 结束语
综合上述，只要合理选择机床和冷却方式进行冷却，合理选择刀具材料和切削用量，就能在很大的程度提高加工精度和工件尺寸精度，降低其加工成本和节约加工时间，提高加工效率。
数控钻床篇6
关键词：CNC工具磨床，麻花钻，容屑槽，联动轴数
1 引言
麻花钻的容屑槽曲面及后刀面即使用数学表达式描述都相当复杂,而利用现有的商用设计软件(如UG、Pro/ E、CATIA等)对其进行***形描述则更为困难。因此,目前常用的CAD/ CAM工程软件并不适合对数控磨削加工此类刀具的机床作业进行加工路径生成和仿真模拟,也难以判定数控加工麻花钻时的机床联动轴数。此外,NC工具磨床联动轴数的选取与工件和砂轮的几何要素、加工工艺要求(如刀刃和刀槽分几次成形、有无特殊工艺装备等)以及机床的结构型式有关。本文研究数控加工时机床所用联动轴数的意义在于:①运动轴数越少,相对运动副就越少,机床的运动刚性和运动精度也就越高;②减少运动轴数可简化编程,从而可在配置较低档数控系统的工具磨床上实现对刀具的加工,以降低加工成本;③可为用户根据自身产品进行机床选型和设备投资提供可行性分析的技术依据。
2 CNC工具磨床的基本加工原理
从空间运动学的观点来看,机械加工的过程实质上就是控制每个瞬时刀具几何体相对工件几何体在空间的相对位姿和相对运动趋势的过程[1]。***1给出了锥形砂轮与麻花钻作为工件之间的空间相对位置。
***1 砂轮与工件的空间位置关系
选取砂轮大圆的圆心和工件轴线上的一点作为各自实体的参考点,在点建立工件(指被加工刀具体,以下统称工件)的刀刃曲线方程,为刀刃曲线的参变量;在点建立砂轮的回转面方程,,为砂轮表面的几何参变量(也包括对砂轮大端面的描述)。当用砂轮磨削工件刀刃时,给出一定的约束条件,为约束条件数。则可建立如下方程组:
式中,约束条件式是根据砂轮回转面方程与麻花钻工件刀刃曲线方程的共轭关系以及它们的几何参数建立的,以上关系确定了与参变量有关的砂轮与麻花钻工件的相对位置(位姿)。然后根据机床的结构运动形式,即可得到反映砂轮与麻花钻工件相对自由度变化的机床运动参数,多轴联动工具磨床就是根据这个理论依据设计的。论文参考。
3 常用CNC工具磨床的类型
尽管多轴联动数控工具磨床的结构型式各不相同,但抛开其复杂的机械结构,仅考虑砂轮与工件之间的相对位置变化,则多轴工具磨床一般可分为两种类型:
***2 平动型CNC工具磨床结构模型
(1)砂轮平动型CNC多联动工具磨床，此类工具磨床包括3个平动轴和2个旋转轴(见***2),除了保证工件绕自身轴线作回转运动外,它们可根据用户的需要任意组合成各种联动方式。
***3 摆动型CNC工具磨床结构模型
(2) 砂轮摆动型CNC多联动工具磨床此类工具磨床也有3个平动轴和2个旋转轴(见***3),工件仍然是绕自身轴线作回转运动,但它的砂轮可作摆动。此类工具磨床也可根据不同的加工要求任意组合联动方式。与传统的摇臂类工具磨床相比,多轴联动工具磨床的传动链较短,结构大大简化,取消了特殊工装等复杂的机械装置;与传统工具磨床采用悬臂式磨头箱相比,CNC工具磨床的磨头采用刚性支撑,其静、动态刚度提高,加工能力、加工范围和灵活性增强,机床调整更为简单,可通过数控系统实现“软调整”。尽管砂轮平动型和摆动型CNC工具磨床机械结构不同,但利用其柔性控制功能可以模拟传统工具磨床的一般复杂运动。从理论上说,只要保证数控加工中每个瞬时砂轮相对工件的位姿和相对运动趋势满足方程式(1),即可加工出相同的刀刃曲线和容屑槽曲面。
4 CNC机床加工麻花钻所需联动轴数目的确定
在用盘形砂轮(碟形、碗形、平行砂轮或盘状成形砂轮)磨削加工麻花钻时,通常采用砂轮的一个端面圆或大圆(碟形、碗形砂轮) 来磨削前刀面槽形,采用砂轮的锥面或外圆柱面来磨削刀具的后刀面,或者采用成形砂轮的表面廓形来包络生成整个螺旋槽面[2]。下面根据几何学原理来讨论选取最少联动轴数的判定原则。
根据文献[3]中的螺旋刀刃曲线方程: ,可作如下分析:
(1)当时,工件的刀刃为平面曲线,刀槽为直槽,加工时不需要角运动(***1所示的运动参数A,C)参与联动即可成形。如果也为常数,采用沿工件轴线(X轴)方向的单轴加工即可;如果是变化的(如锥度直槽、异形直槽等),加工中砂轮相对工件需作沿其轴线和径向的直线运动,即机床需要有X、Z两个方向直线运动的联动功能。为了减少机床联动轴数,可对此类工件的加工配置特殊工装(工件倾斜、采用辅助靠模等),以实现砂轮相对工件径向的距离变化,加工中仍然采用沿工件轴线X方向的单轴加工方式。
(2)当θ变化时, 工件回转面为直纹面(如柱面、锥面等),其上各点的法线方向与工件轴心线的夹角为定值。通过机床轴的旋转(或利用特殊工装),总能使工件的槽底母线平行于刀具的单轴进给方向,从而具有如***1所示的A、X两轴联动,即工件相对于砂轮作绕自身轴线的角运动和沿自身母线方向的直线运动,即可加工出所需的螺旋槽面。对于锥度刀具的加工,这种方法仅适合小锥度(或螺旋槽非一次成形)的情况。然而在实际加工中,由于砂轮不断被磨损,为了保证工件的磨削精度,砂轮的回转轴心线至工件轴心线(两异面直线)的距离以及它们之间的夹角需要不断调整,砂轮廓形也要发生相应的修整变化,且制造商不会局限于仅生产一种产品,因此机床还应具有如***1所示的d1、d2、d3和工件轴线的手动调整功能。
(3)当θ变化时,对于大锥度螺旋刀具、刀具螺旋槽要求一次成形或要求前角可控(前角的变化与***1中砂轮相对工件的Y向距离有关)的情况,除了需要角位移A和线位移X 联动以外,另一个角位移——砂轮回转轴心线与工件回转轴心线的夹角也要发生实时变化,才能保证刃带宽度或控制前角不发生干涉,因此机床需要有三轴联动功能。论文参考。
(4)对于要求一次成形但不要求控制前角的异形回转面螺旋刀刃(如球头刀刃、弧形刀刃等) 的加工,除满足上述(3)的要求外,还必须增加***1所示的Z向线位移,即通过四轴联动才能满足加工要求,此时对容屑槽深度的变化和后角的控制要求并不十分严格。
(5)对于要求一次成形且前角可控的异形回转面螺旋刀刃的加工,需要利用Y向线位移来调整刀刃前角的大小,因此除满足上述。(4)的要求外,还有必要增加如***1 所示的Y 向线位移,即采用五轴联动才能满足加工要求。为了保证砂轮与工件在加工中的相对位姿要求,不同结构型式机床的砂轮和工件会有不同的运动方式,即在将工件坐标系中的刀位数据转换为机床坐标系下的运动参数时,机床的结构型式起着非常关键的作用。在数据转换中应注意,不同结构型式的机床需要采用的联动轴数也不同,根据几何学原理判定的最少联动轴数不一定就是机床加工时的实际运动轴数。论文参考。在***3所示的砂轮摆动型工具磨床上加工螺旋角为β的一般圆柱螺旋线时,仅需将工件轴A绕摆动中心逆时针摆动≥90°-β,并给定两异面直线(砂轮轴心线和工件轴心线)的距离,即在加工中需要机床的B和Y两轴联动。在***2所示的砂轮平动型工具磨床上加工螺旋角为β的一般圆柱螺旋槽时,需首先根据工件旋向将C轴调整到要求的位置,并保证X轴方向的移动量ΔX和Y轴方向的移动量ΔY始终满足ΔY/ΔX =tanβ的关系,以保证砂轮相对工件轴心线的空间位置保持不变,再加上工件的自转A ,即加工时需要机床的X 、Y、A三轴联动。如果为加工此类刀具而专门改变机床结构,将X 轴移动副导轨置于C轴旋转机构之上,则在加工一般圆柱螺旋槽时,C轴逆时针转过β后,仅需提供X和A两轴联动即可达到加工要求。因此,在进行机床运动结构优化设计时,要充分考虑被加工对象的几何特征。
5 结语
本文根据麻花钻容屑槽螺旋面的成形原理,阐释了麻花钻磨削成形的过程;分析了砂轮平动型CNC工具磨床和砂轮摆动型CNC工具磨床的运动形式,并与传统的工具磨床进行了比较;给出了确定机床联动轴数目的几何原则;同时说明,按此原则判定的运动轴数并非就是机床加工时的运动轴数,实际需要的运动轴数还应取决于机床的结构型式。
参考文献
1 蔡自兴.机器人学.北京:清华大学出版社, 2000
2 姚 斌,吴序堂.螺旋刀具的仿形制造. 工具技术, 1996(5)
3 姚 斌, 毛世民, 聂 钢等.数控加工特种回转面刀具时工艺参数的自动检测建模. 工具技术,2002(11)
4 肖金陵, 周云飞, 李作清.数控万能工具磨床多轴联动加工中的轨迹干涉及其补偿问题. 精密制造与自动化,1996 (2)
数控钻床篇7
关键词：数控轧辊车床 维护与操作 操作技巧
中***分类号：TG519.1 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2013）06-0010-01
一、数控轧辊车床组成
现代的数控轧辊车床虽是在传统数控车床的基础上加以改造而来的，但是其主要的组成部件依然没有太多变化，即控制系统、数控系统、伺服系统以及车床本体四部分。
1.控制系统
控制系统是数控轧辊车床与操作人员建立联系并实现控制命令与数控加工时各种信息的输入与输出的系统平台。
2.数控系统
数控系统是数控轧辊车床的重要组成部分，也是核心部分，是控制车床实现自动化运作，完成各种零件加工的信息处理中心，是整个数控轧辊车床各种控制命令的解析和执行中心，可以说是数控轧辊车床的大脑。主要由外部命令输入装置、命令及加工监视器、主控制系统、编程控制器等组件构成。其中主控系统是整个数控系统的核心部件，由高性能的CPU、硬盘存储器、控制器等部件组成，用于对车床加工部件的加工位置、加工角度、速度以及温度、压力等加工参数进行自动化的计算和调整，以保证数控轧辊车床正常运作。
3.伺服系统
所谓伺服系统指的是用于数控系统控制车床本体以对各种零部件进行加工的动力装置，一般主要由伺服电动机、动力控制系统、位置检测系统以及反馈系统等组成，可以根据数控系统的具体指令信号实现精准的加工操作。
4.车床本体
数控轧辊车床的车床本体是指其安装各种组件的机械结构本体，与传统的轧辊车床相比，其整体上还是由机械传动部件、操作台、车床床身以及各种立柱等部件组成，但在外观造型、整体布局以及控制和操作方式上却有着很大不同。
二、数控轧辊车床的操作技巧
现代的数控轧辊车床由于采用了先进的数控系统，已经可以实现高度的自动化运作，其操作较以往的轧辊车床来说，虽然操作步骤简单了很多，但是其专业性却提高了。由于操作人员专业知识不足，以致在目前的数控轧辊车床使用中依然存在不少问题，下面就对这些问题以及可用的操作技巧进行逐一分析与介绍。
1.精车孔型加工深度不够
精车孔型加工深度不够的原因一般为以下四种情况。
1.1车床X轴有间隙，造成钻头钻进深度不够。
1.2车床的刚性不足，在钻头遇到硬度较大的加工部件时，其荷载造成车床变形，因而减小了钻头的钻进深度。
1.3设定的钻头进给量不合理，以致孔型深度不达标。
1.4孔型部位余量大。
针对此类问题，首先，操作人员可以利用百分表测量车床各加工轴之间的间隙是否合理。如果不合理，应该立即进行调整。然后，操作人员可以在车床的承载部位加装防护板，以提高车床的刚性，从而避免由于车床荷载过大引发的变形问题。最后，操作人员要对孔型处的加工余量进行调节，并合理设定钻头的进给量。
2.孔型圆弧加工不对称
出现孔型圆弧加工不对称的原因一般是加工刀具刀刃磨损不对称，或者走刀量、走刀速度未调节一致。一般来说，操作人员要定期对数控轧辊车床上的各种刀具按照相同的标准进行合理的刃磨，以求达到统一的加工要求，并依照技术规定设定车床的走刀量和走刀速度，就可以避免加工孔型圆弧的不对称问题。
3.快速编程的方法
数控轧辊车床的操作及自动化运作在很大程度上依赖于快速的编程方法。但是每次都重新编写指令，需要浪费大量的时间和精力，尤其是编写一套复杂零件的加工指令，此时，操作人员可以利用以下几点技巧提升编程效率。
3.1复制程序
对于车床型号相同，参数规格不同的轧辊程序，操作人员可以采取直接复制的方式，只是更改相应的参数即可。
后台编辑是指通过数控轧辊车床的自动化运作功能，在数控轧辊车床自动化运行某一指令期间，操作人员在后台同时编辑另一指令，统筹兼顾各项指令的运行，可以大大的减少数控轧辊车床的等待时间，提高了工作效率。
三、数控轧辊车床的维护技巧
学会操作技巧可以实现对数控轧辊车床的正确、高效操作，对提高数控轧辊车床的工作效率和延长其使用寿命有着重要意义。维护方面，下面逐一进行介绍。
1.数控系统维护技巧
数控系统是数控轧辊车床的核心部件，一定要严格依照产品说明书的有关规定进行维护与保养；制定详细的操作章程和维护制度，并严格监督执行；定期检查和更换数控系统的后备电源，不私自打开数控系统的数控柜和强电柜门。
2.机械部件维护技巧
数控轧辊车床的机械部件维护主要包括主传动链、自动换刀装置、刀具刃磨、液压系统等部件的维护。对主传动链要定期加注油，并进行清洁；及时更换自动换刀装置中磨损的刀具，定期调整换刀装置的间隙；刀具刃磨要严格依照相关的技术要求，进行均匀的打磨；对于液压系统，除了及时补充液压液外，要对其各个密封阀门进行检查，以防泄露液压液造成压力不足。
数控钻床篇8
关键词：船坞；升浆混凝土；帷幕灌浆；施工工艺
1.概述
1.1 工程概况
船坞有效尺寸为长180m×宽120m×深12.7~13.0m，由坞口、坞墙、水泵房、坞底板组成，采用干湿结合法进行施工。坞墙和堵口围堰为沉箱重力式结构，采用湿法施工，共同形成止水系统后，坞口、水泵房、坞底板等采用干法施工。止水系统包括基岩内的止水、沉箱基床止水和沉箱及上部结构结构缝止水。基岩内采用帷幕灌浆工艺进行止水，沉箱基床采用升浆混凝土工艺进行止水。
船坞及堵口围堰沉箱数量共56个。其中坞墙沉箱底标高为-10.0m，泵房及坞墩沉箱底标高为-12.5m，堵口围堰沉箱底标高为-9.0m，基床采用8~20cm块石，基床厚度1~4m不等。船坞沉箱平面布置***和坞墙标准断面***如***1-1、***1-2。
1.2 自然条件
船坞区基底岩石为震旦系甘井子组泥灰岩或石灰岩（Zg）。岩溶较发育，钻孔岩溶率为18%，岩溶形式上多以陡倾斜的溶沟、溶洞、漏斗、或溶蚀裂隙为主，多数充填红粘土及少量粉质粘土。溶沟、溶洞形态极不规则、溶蚀基岩面形态较为复杂。岩溶（溶洞、溶蚀裂隙）垂向伪跨度0.2～5.3m，溶洞底埋藏标高-32.37～-11.60m。由于受构造裂隙及层理等因素影响和控制，岩溶在船坞区纵向、横向分布上无明显规律。无溶洞的中-微风化泥灰岩、石灰岩试段的透水率为5.32～57.9Lu，渗透系数为5.3×10-5～5.4×10-3cm/s。灰岩随深度加大，岩性完整，其透水性越差。由于灰岩的岩性、裂隙发育不均一，及小的溶蚀裂隙、孔隙发育所致，灰岩的透水率及渗透系数的离散性、差异性较大。
2.基床升浆施工工艺
2.1施工工艺流程
***2-1基床升浆工艺流程***
2.2 施工段划分
为有效保证基床升浆混凝土质量，减少升浆混凝土施工结合面，施工中分段进行施工。考虑砂浆拌和站的供浆能力（30m3/h）及施工便利，以1~2个沉箱或每次升浆灌注砂浆量控制在1000m3以内作为一个施工段。
升浆施工段之间的止浆方法：沉箱外侧抛石基床表面土工布为全断面铺设，沉箱底部土工布为伸入沉箱四周2m以上，并且沉箱间的隔断水下混凝土在升浆前浇注。在升浆过程中，未发现漏浆现象，止浆效果良好。
2.3 施工平台就位
施工平台采用整体移动平台，平台迁移采用轨道行走方式，每一施工段在施工前，轨道铺设完毕并涂抹黄油后，利用紧绳器来拖拉施工平台使其就位。
2.4 造孔
锤击造孔采用SGZ―ⅢA型地质回转钻机卷扬提拉100~150kg吊锤，施打底部带冲尖的φ50mm压浆管及底部带方口的φ75mm观测管，并将其施打至岩面或基床底面，而完成造孔工作。
造孔施工时，根据基床清淤后测量所测定的岩面高程或基底标高确定造孔参考的孔底标高，以平均贯入度来控制，如平均贯入度小于5mm/次时，即认为已达到岩面。
2.5 浆液制备
升浆施工中所用砂浆由拌合站统一制备，其技术参数要求如下：
(1) 砂浆流动度为(18±2)s；
(2) 砂浆泌水率≤3%，膨胀率为0.5~1.0%；
(3) 砂浆初凝时间为12~14h；
(4) 砂浆与基床的结合混凝土抗压强度≥8Mpa；
2.6 压注砂浆
压注砂浆就是将合格的砂浆通过UB4.0砂浆泵、灌浆管路、升浆管作纯压式灌浆，在自流压力作用下把砂浆压入8~20cm的基床块石空隙内，硬化后砂浆与基床形成具有一定强度的结合混凝土，结合混凝土渗透系数＜3×10-5cm/s，满足施工期及使用期止水要求。
2.7 浆面控制
为确保工程质量，施工中对各施工段均应进行浆面上升高度观测，每个施工段设五、六个观测孔。观测孔为底部带方口的φ75mm钢管，方口尺寸为10×200mm，观测孔的造孔同压浆孔造孔。浆面上升高度采用浮子测锤进行观测，每隔30min测读一次浆面上升高度，以便指导升浆施工。
2.8 基床升浆结束标准
灌入砂浆量达到计算方量（按基床块石体积的40%～45%，孔隙率为8~20cm块石现场试验测得数据），最后一排浆面达到沉箱底以上20~30cm，并且第二排升浆管内浆面在沉箱底以上，即可结束。
2.9 基床升浆施工质量控制
(1) 保证造孔孔深达到基床底面。
造孔深度是否达到基床底面是影响基床升浆混凝土质量的重要环节，在造孔施工前，必须根据基槽验槽基底标高确定各注浆孔深度，并结合造孔工艺进行施工。对造孔未达到要求深度的注浆孔必须进行扫孔重新造孔，验收合格后方可进行基床升浆。
(2) 保证基床升浆施工连续性
基床升浆施工的连续不连续是影响基床升浆混凝土质量的关键。如果施工不连续，势必造成基床升浆混凝土上下两层，形成漏水通道。
(3) 施工过程的质量保证措施
① 施工中，以浆面上升高度控制注浆管的提升高度，注浆管的埋深应控制在0.6~2.0m范围内。施工时，应勤提少提，避免由于埋深过大造成注浆管堵塞，也避免注浆管提出液面造成浆液离析影响工程质量。
② 升浆施工中，保证一泵一孔，不允许一泵多孔同时灌浆，防止注浆不同步，堵塞注浆管，有利于施工控制。
③ 施工中，应严格控制浆液质量，随时检测砂浆的性能技术参数，发现异常及时进行调节，做到不合格浆液不得灌入孔内。
④ 施工中，施工顺序应本着先外排，后内排逐排推移和先低后高的原则施工，每个施工段的施工顺序应根据现场实际情况进行具体调整。
⑤ 施工结束必须按标准执行。
⑥ 基床升浆对应止水帷幕处应形成止水屏障。
⑦ 压浆结束拔管后，应将预埋管内注入一定砂浆，保证浆面始终在沉箱底以上，防止浆液沉淀，造成基床升浆混凝土的质量缺陷。
⑧ 冬季施工必须做好防寒保温措施。
(4) 特殊情况的处理和预防
① 升浆施工中，如浆面长时间不上升，及时进行查找漏点，如发现漏浆点，利用沙袋、碎石袋、土工布进行水下止漏处理。同时发现漏浆应立即停止升浆或进行间歇注浆，间歇时间不宜超过30分钟，否则注浆管易堵塞，影响升浆质量。
② 如施工中由于外界原因而引起施工中断，两次施工的结合面必须进行高压水冲洗，并且将注浆管沉入已施工的基床升浆混凝土内，使其结合面处的浮浆和沉渣充分搅动悬浮，使两次施工的结合面能够紧密结合。
③对遇有溶洞的部位，升浆孔尽可能打至岩石，利用浆液的压力将孔洞充填密实。
2.10 基床升浆混凝土施工成果分析
从注入砂浆的方量方面分析，升浆注入率均达到了设计方量以上（设计方量按抛石基床体积的40%计算），部分施工段升浆的注入率超出设计方量，结果说明：① 基床升浆混凝土施工在本工程中的应用取得了理想的效果；② 岩溶区域的溶沟、溶洞、溶槽对注入浆量有较大影响；③ 个别施工段有的升浆孔难以结束，有漏浆现象；④ 基槽清淤放宽到重力式码头基槽相同标准（含水率小于150%的回淤沉积物厚度不大于300mm），底部沉渣较厚对注入浆量有一定影响。
以CX17沉箱升浆观测记录为例，共施工43个孔，升浆观测孔5个。升浆于1月8日13:30开始，至15:00浆面没有变化，说明在此段时间内砂浆在向四周扩散，在15:00以后，浆面开始变化，说明浆液的扩散范围已经达到极限，随着升浆时间的推移，浆面开始逐渐上升，这一情况符合基床升浆的施工规律。
在升浆施工中，浆面的变化比较均匀，说明施工中砂浆的性能比较好，且水下抛石基床骨料粒径比较均匀，土工布封堵的密封性较好。
根据观测记录，随着浆面的变化，升浆管逐渐提升，升浆管的管底均在浆面以下40cm以上，这样可以避免出现浇浆现象，确保基床升浆混凝土的质量。
在基床升浆混凝土的施工中，浆面观测的作用比较重要，通过浆面观测可以判定施工过程是否正常，同时可以依据浆面的上升高度作为升浆施工结束的标准。
3.止水帷幕灌浆施工工艺
3.1 施工工艺流程
止水帷幕采用自上而下分段灌浆法进行孔内循环灌浆，工艺流程如***3-1。
***3-1止水帷幕工艺流程***
3.2 止水帷幕设计参数
止水帷幕设计参数如表3-1所示。
表3-1止水帷幕设计参数
3.3 钻孔
钻孔采用SGZ―ⅢA型地质回转钻机金钢石钻头钻进的方法施工。
3.4 钻孔冲洗
钻孔冲洗压力采用每段灌浆压力的80%。冲洗方法是将灌浆塞下至灌浆部位，用压力水冲洗，待回浆管回清水10min后为止，冲洗后孔内残留物厚度不超过20cm，对个别孔段冲洗时如回浆管不回水，升不起压力，此时采用最大泵压，增大水流冲刷力等方法，使其能达到预期的冲洗效果。
3.5 压水试验
压水试验分灌前压水试验和灌后压水试验，灌前压水试验孔不少于总孔数的10%，压水试验均采用单点法进行，各次序灌浆孔的各灌浆段在灌浆前宜进行简易压水，孔底段必须进行简易压水试验，计算各段透水率q值。如压水试验结果大于3吕容，则加大帷幕深度，直至满足压水试验结果满足设计标准为止。
3.6 灌浆
帷幕灌浆采用集中制浆，采用3SNS灌浆泵进行灌浆。
(1) 灌浆材料
水泥采用P.O.42.5R普通硅酸盐袋装水泥，灌浆用水应保持清洁无污染。
(2) 灌浆次序
止水帷幕施工分三序进行，遵循逐渐加密的原则。先施工内排孔，再施工外排孔，最后施工中间排孔；排内先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔，最后施工Ⅲ序孔。灌浆孔位施工顺序示意***3-2所示。
***3-2帷幕灌浆孔位施工顺序示意***
(3) 施工方式及灌浆段长
① 帷幕施工采用自上而下分段灌浆，孔内循环方式灌注。灌浆塞位于距已灌浆段以上0.5m处，以防漏灌，灌浆时，保证一泵一孔段灌浆方式；
② 帷幕灌浆接触段段长为沉箱底面至岩面以下2.0m，第二段为岩面以下2.0m～岩面以下7.0m，第三段为岩面以下7.0m～岩面以下12.0m，第四段为岩面以下12.0m～岩面以下17.0m；
③ 全孔灌浆结束后，对全孔进行复灌，复灌的压力采用接触段灌浆压力。
(4) 灌浆压力
灌浆施工应尽快达到设计压力，但注入率大时应分级升压；防止止水帷幕灌浆对基床升浆混凝土造成损坏，止水帷幕第一段灌浆时应逐渐加压，发现异常及时进行处理，使灌浆压力最终达到设计压力。各序各段拟采用的灌浆压力如表3-2所示。
表3-2帷幕灌浆段长、压力（MPa）表
(5) 浆液浓度变化
灌浆浆液的浓度应由稀到浓逐级变换，其浆液水灰比可采用5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1、0.5:1（重量比）等七个比级，开灌水灰比可采用5:1，基床升浆混凝土中开灌水灰比可采用3:1。
在施工中浆液变化遵循以下几个原则：①当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比；②当某一级浆液的注入量已达300L以上或灌注时间已达1h，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级灌注；③当注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓。
3.7 灌浆结束标准及封孔方法
结束标准：在设计压力下，当注入率不大于0.4L/min时，继续灌注60min；或不大于1 L/min时，继续灌注90 min，灌浆工作即可结束。
封孔方法：采用“置换和压力灌浆封孔法”进行封孔。
3.8 帷幕灌浆施工质量控制
(1) 施工前对钻机进行平正稳固，采用水平尺及坡度规调整钻机，使钻机立轴与设计孔向保持一致，孔向对正后将钻机稳固，保证孔底偏斜率不大于设计规定值。
(2) 孔深控制：终孔时测量孔深，孔内残留物厚度不大于20cm。
(3) 浆液控制：施工中计量器械配备齐全，对制浆材料必须称量，称量误差小于5%，对浆液的比重进行测试，控制浆液的搅拌时间，保证浆液的质量。
(4) 灌浆段长及压力的控制：灌浆前应实际量测灌浆管的长度，并对压力表及灌浆泵进行调试，保证灌浆段长及灌浆压力的准确性与真实性，所选用的压力表应灵敏且能满足灌浆压力的量测要求，灌浆泵允许工作压力应大于最大灌浆压力的1.5倍，并应有足够的排浆量和稳定的工作性能。
(5) 第一段灌浆时，灌浆塞应扩在沉箱底板预埋管内，对升浆混凝土的缺陷及接触面进行补强灌浆处理，保证达到防渗设计要求；
(6) 帷幕灌浆时，如遇注浆量较大的孔段，必须进行待凝处理，待浆液终凝后再进行扫孔灌浆。
3.9 帷幕灌浆施工成果分析
(1) 根据CX20帷幕灌浆综合统计表中的单位注入量分析：
根据表3-6分析，遵循先施工内排孔，再施工外排孔，最后施工中间排孔的施工顺序，数值小的区间内的灌浆段数所占的比例逐渐增大，数值大的区间内的灌浆段数所占的比例逐渐减小，符合帷幕灌浆的施工规律。
4.施工控制情况及结语
4.1 施工控制情况
本工程地质条件复杂，地层构造中多溶洞、溶沟及溶槽，基床升浆和止水帷幕施工难度加大，严重影响了施工进度，受地质条件影响施工主要表现在以下几个方面：
(1) 升浆造孔深度超出设计深度。
在施工中，部分孔的造孔深度均超出设计深度，在CX11、CX12、CX13、CX23、CX24、CX28、CX56等部分沉箱的造孔施工中，造孔深度超出设计深度的情况较为严重，最深的达到了12.2m。根据以往工程的施工经验，锤击造孔的贯入度一般在5cm～15cm/次，而在上述沉箱个别孔的造孔施工中，锤击造孔的贯入度均大于15cm/次，最大的达到了60cm/次，根据该船坞区域的地质资料，综合这些沉箱的升浆记录，灌入的砂浆量均超出设计方量，如CX13～CX14施工段，设计方量（按基床体积的45%计算）为539.3 m3，实际灌入砂浆767m3，可以断定这些部位地层构造中多溶洞、溶槽、溶沟，加长了升浆施工的时间。
(2) 帷幕孔内夹有泥层，岩石破碎，塌孔现象严重，且有掉钻情况。
在钻孔施工过程中，大部分孔内夹有泥层，且岩石破碎，塌孔现象严重，需要反复扫孔，钻头、钻具磨损严重，材料消耗大，同时严重影响了施工进度。如CX11WM218钻孔记录：15.2～18.0m为抛石层；18.0～19.0m为岩石层，中间夹泥；19.0～20.8m为岩石层，中间夹泥；20.8～35.0m为岩石层，岩石破碎。在个别孔钻孔施工中，出现了掉钻现象，最大掉钻长度可达30cm，且在钻具起出后，上面均带有黄泥，可以肯定下部有溶洞、溶沟分布，给施工带来了很大困难。
针对此情况，采用了利用钻杆灌注0.5:1的水泥浆液进行固孔，应用该方法后，不成孔情况得到了一定程度的缓解，但固孔后需要待凝10～14小时，降低了施工效率，同时也造成了水泥浆液的浪费。
(3) 由于地层构造中有溶沟、溶洞、溶槽分布，个别帷幕孔段吸浆量大。
在帷幕灌浆施工过程中，个别孔段吸浆量大，需要待凝扫孔后复灌，方能达到屏浆要求，施工效率低，影响了工程施工进度。针对此情况，采用了双液灌浆的方法，在水泥浆液中掺入适量的石膏粉，应用此方法后，情况有了一定程度的缓解，但个别吸浆量大的孔段，还需要待凝后扫孔复灌。如CX20WM0301孔，第一段在待凝一次后达到屏浆要求，该孔共灌注水泥约20t。
4.2 结语
数控钻床篇9
关键词：大位移井；水平井；轨迹控制；钻井液；钻具组合
【分类号】TE933.1
1、概述
大位移井钻井技术是国外20世纪90年代随着定向井、水平井发展起来的高新钻井技术，是定向井、水平井、深井、超深井等技术的综合体现，基本代表了目前世界上较为先进的钻井技术。
2、钻井施工技术难点
对于林樊家地区大位移水平井，从钻井角度来讲，该井施工面临的主要技术难点：1、上部地层胶结疏松，大井眼定向造斜易出现坍塌现象；2、水平井段长，井下摩阻大，滑动导向困难，井眼轨迹控制困难；3、目的层较浅，上部井段克服井下摩阻时的钻具自重不足；4、起下钻次数多，水平段容易出现不规则井眼状况，井眼复杂。5、由于岩屑床的原因，导致机械钻速较低，钻具扭矩增大，易发生井下事故，对于完井作业增加困难等因素。
3、现场施工工艺
针对上述问题的解决方案，采取相应措施，主要集中在井眼轨迹控制方法和钻井液技术两方面，顺利施工完成林中9-平01、林中9-平02、林中9-平04这三口大位移水平井的施工任务。
井眼轨迹控制
本区块大位移水平井，设计垂深浅，上部地层较为松软，地层造斜能力较差，考虑到造斜点垂深空间限定条件等方面，因此，在井眼轨道控制上应尽量避免增斜过快，使得井眼轨迹狗腿度过大，对完井作业带来困难。
二开采用“3A241mm钻头+1.75Ф197mm动力钻具+回压凡尔+Ф177.8mm无磁钻铤+无磁悬挂+Ф127mm无磁承压钻杆+Ф238mm修壁器+Ф127mm加重钻杆*15+Ф127mm钻杆”。
在进入A靶后，由于地层物性条件逐步稳定，上述钻具在复合钻进时增斜越发显著，因此，钻具调整为“3A241mm×0.30m+1.75Ф197mm动力钻具+（531×410）回压凡尔+FEWD+Ф178mm无磁钻铤+Ф178mm无磁悬挂+Ф127mm无磁承压+Ф238mm修壁器+Ф127mm钻杆*31柱 +Ф127mm加重钻杆*5柱+Ф127mm钻杆”
根据井斜的变化情况，合理调整加重钻杆的位置，以利于所加钻压能够传递给钻头，加快钻进速度，有效防止钻压加不到钻头上的情况。
在钻进过程中，通过随时注意观察扭矩、泵压的变化，发现问题及时分析、解决变换钻压，调整钻具受力情况；每钻进完单根划眼2～3次，以保证井眼平滑；及时清除井底岩屑；每钻进200米进行短起下措施，短起下前要循环一周以上并且大幅度活动钻具，提出一个单根的高度，确保泥浆中的砂子循环出来，从而保证了各井段的顺利钻进。水平井在井斜角达到60度左右时经常出现托压问题，通过调整钻井液性能、调整钻井参数和钻进方式，加强短起下作业钻进情况可以得到改善。
保证井眼清洁。使用大排量循环，排量应达到和尽力大于设计要求，以满足井眼净化和携岩所需的环空返速。充分利用固控设备，清除钻井液中的有害固相，降低含沙量，使钻井液保持良好的性能。
提高钻井液携砂能力。合理调整钻井液性能，使之能保持适当的粘度和切力以利于岩屑的携带。每钻进一单根划眼3-4次，接单根做到晚停泵早开泵，大幅度活动钻具。尽量采用复合钻进，搅动岩屑，阻止岩屑床的形成。坚持短起下钻破坏岩屑床。
根据井口返出岩屑情况，确定短起下钻的井段长度，随着井深的增加，提高短起下次数、控制钻井速度等办法清除岩屑床。
水平井防粘卡是施工中重要注意事项，及时活动钻具，减少钻具静止时间和保持钻井液循环是防粘卡的有效措施。带动力钻具起下钻遇阻时处理措施得当与否是直接决定成败的关键。本井主要采取了下列措施防卡及处理下钻遇阻：
（1）定向钻进钻时较慢时，每隔20分钟及上下活动钻具，防粘卡。
（2）进入井斜较大井段，由于环空不均匀，环空钻井液上返速度低，容易造成岩屑床的产生，使得摩阻增大，造成井下复杂情况的产生，接单根前拉划2-3遍，破坏岩屑床，加大设备的检查力度，保证设备能够持续运转，如果发生不能开泵等情况，及时转动转盘，减少钻具的静止时间。
（3）循环时大幅度上下活动钻具，充分携砂，保证井眼畅通。水平段钻具易躺在井眼下部，长时间不动时，易粘附卡钻，因此，循环时应及时上下活动钻具，破坏岩屑床，防止人为操作引起的井下复杂情况发生。
（4）水平井完井通井起下钻过程中，斜井段和水平段一定要控制起下钻速度，尤其是起钻。本井水平段返出细油砂，若起钻速度过快，极易抽塌地层，造成井眼埋沙、下钻遇阻等各种复杂情况，会给后续施工带来困难，因此，起钻时严格控制速度。起出的钻具，下部钻具节箍附近会附着较多的泥饼，对于起出的钻具，必须要清洁钻具，避免带出的泥沙重新返回井内，对之后作业井眼清洁工作带来困难。
（5）带动力钻具下钻遇阻时，不能抱着侥幸心理划眼。尝试转转螺杆单弯的方向后下放，或在遇阻点上提1米左右后开泵冲洗，没有效果时立即起钻换常规钻具通井。
钻井液技术
4、认识及建议
良好的井身轨迹是大位移水平井成败的关键， 它可以降低摩阻、减小扭矩并延缓键槽的形成。控制轨迹时不要仅以中靶为目的，要考虑为下一步施工减少难度，努力保证井眼轨迹的平滑，减少螺旋井段的出现。
数控钻床篇10
关键词:金平1井;钻井技术位垂比;井身轨迹;钻具组合
中***分类号:TE246文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)10-0046-02
一、金平1井概况
金平1井是油田一口重点预探井,位于山东省淄博市桓台县袁文村北2km处,位于济阳坳陷东营凹陷金家-柳桥缓坡构造带中部,设计井斜深1914.71m,垂深574.45m。实际完钻斜深2128m,垂深583.90m,三开水平段长1353.30m,水平位移1636.43m,位垂比2.803:1,该井位垂比达到2.803:1,创造了油田浅层水平井垂深最浅、水平段最长、位垂比最大三项油田新纪录,创出了全国陆上超大位移水平井位垂比新纪录。该井通过采取优化钻具组合、优选钻井参数、微调勤调等措施合理控制井眼轨迹,采用短起下钻、短起和长起钻相结合、分段循环等手段,配合高频震动筛和离心机,及时清除钻井液中的劣质固相,及时清除井壁岩屑床,采用***化防塌钻井液体系,合理调整钻井液性能,保障了钻井液携岩、性能良好,在施工过程中采用及时倒换钻具,改善钻具的受力状况,合理使用钻具防磨接头,防止技术套管提前破损等一系列有效措施,确保了这口高难度水平探井的顺利施工。
二、施工中主要技术难点
1.大井眼浅层定向,水平位移大,设计完钻垂深浅,设计最大井斜达91.17°,井身轨迹难于控制。
2.位垂比大,水平段长,且垂深较浅,携砂困难,易发生卡钻事故。
3.水平段钻遇多个红泥岩夹层,缩径,钻井液性能难于维持。
4.水平段长,电测困难。
三、钻井技术措施
(一)工程技术措施
1.工具的选择。该井在二开346.1mm井眼330m处定向。二开设计完钻斜井深770.47m,垂深607m,其造斜率高达21°/100m。同时,由于大尺寸三牙轮钻头型号的可选范围较小,仅有SKG124铣齿钻头供选择,上部地层松软,铣齿钻头井径扩大率相对较大,定向较为困难。通过选用φ244mm、扶正块φ308mm、1.5°的单弯螺杆钻具来弥补铣齿钻头在松软地层因井径扩大率大而造斜难的难点,满足了井身轨迹的要求。
2.钻进参数的优选。在定向钻进开始,为了达到设计造斜率,在参数的选择上通过优选排量,来保证造斜率,同时满足清洁井底的要求。优选钻压、转速保证井径的规则和造斜率。在该井钻进时,排量60l/s、钻压80KN、转速100r/min、泵压最高8MPa。
3.辅助技术措施。每钻进完3根钻杆进行一次划眼。通过正、倒划眼,及时的修正了井壁和清除了附着在井壁上的岩屑,从而保证了井眼的规则和清洁。同时,根据岩屑床的形成规律,即井斜在50°至80°时易形成岩屑床,且不稳定易下滑堆积,为防止因岩屑床而卡钻事故的发生,在钻进至660m,井斜达70°时,通过短程起下钻破除岩屑床,保证井眼清洁。在二开完钻后,通过短程起下钻和下入常规钻具组合通井,清洁井眼,保证电测和下套管安全、顺利,以及固井施工的安全和固井质量。
4.水平段施工技术。(1)钻具组合。由于水平段长,垂深浅,在钻进时托压严重,同时为了防止卡钻事故地发生,在钻具选择和组合上尽量简化。钻具组合:φ241.3mm钻头+φ197mm螺杆钻具+配合接头+回压凡尔+定向接头+φ127mm无磁承压钻杆+MWD仪器无磁短节+φ127mm钻杆+φ127mm加重钻杆。(2)钻井参数优选。针对水平段长,轨迹控制困难和携沙困难等情况,在钻头的选用上,通过结合地层岩性特点,仔细对比牙轮钻头和PDC钻头的优缺点,决定选用适合软地层的金属密封三牙轮镶齿钻头,附属特征为宽齿、保径,即LHJ517GK。为了岩屑及时的被钻井液带出,保证井眼清洁,又能保证螺杆钻具和MWD仪器最优的运行环境,采用了较大排量,即40l/s。在复合钻进时控制转速为50r/min,以保证井身轨迹的平滑。由于排量和钻井液性能(严格按照设计执行)确定了,对于水利参数的调节只有通过钻头水眼的大小来控制,选装了三只18mm大水眼(该MWD仪器最优工作泵压为12MPa至14MPa),泵压控制在13MPa左右。
(二)钻井液技术措施
1.一开井段。该井段为疏松粘土和流沙层,地层可钻性好,易坍塌。钻井液配浆开钻,密度1.05～1.10g/cm3,钻进期间采用低浓度聚合物胶液进行维护,使钻井液粘度维持在40～45s,完钻后加入0.5%的xc,循环30分钟后将钻井液粘度提至60s以上,顺利下入表层套管。
2.二开井段。将一开钻井液用1.5%的胶液冲稀,用纯碱消除水泥塞污染后,进行二开钻进。用浓度0.3%～0.5%聚合物胶液维护,用以抑制地层造浆,有利于铵盐调节钻井液流型。采用大排量,低粘切钻进,起钻前加入2%～3%防塌降失水剂,转化为聚合物防塌钻井液。(1)定向段。本井段以防塌为主,逐步加入2%～3%聚合醇、3%～5%降滤失剂、5%～7%白油等,逐步将聚合物防塌钻井液转化为防塌钻井液。(2)斜井段。随井深增加,井斜增大,及时补充剂的加量,二开结束提高粘切,充分循环。下套管前加入2%的固体剂,确保套管顺利下入。
3.三开井段。调整二开钻井液,控制粘度40s左右,进行三开钻进。钻进30m以后,逐步补充防塌剂、降失水剂,严格控制失水在5ml以内;随着水平段增加,逐步提高白油含量至10%左右,进一步提高钻井液的性。本井段在钻进过程中钻遇多段紫红色泥岩,造浆及缩径严重,再者机械钻速快,给钻井液处理带来很大难度。采用高浓度聚合物抑制造浆,充分利用固控设备清除有害固相,同时工程配合以每钻进2柱钻杆起10柱,再钻进2柱钻杆起至技术套管内的技术措施,有效地净化了井眼,及时清除岩屑床。随着水平段的增加,问题显得更加突出,钻井液保持聚合纯剂含量3%,提高白油含量10%～15%,控制系数小于0.06。
(三)完井电测技术措施
该井完井电测采用水平井测井工艺。为了保证仪器下入的安全顺利和电缆对接的成功率,在完钻后下入常规钻具组合通井,分段循环处理钻井液,然后由井底分段起钻循环至技术套管内100m,最后下钻干通至井底起钻。该井完井电测电缆对接一次成功,且一次性测至1980m。
四、结论
1.井身轨迹的控制。直井段要直,斜井段和水平段防止“狗腿角”的出现,保证井身轨迹的平滑。
2.钻具组合要科学。采用倒置钻具结构可以解决大井斜、大位移井钻进过程中的托压难点。
3.加强过程监控,及时采取措施,预防事故的发生。该井施工过程中,通过及时短起下、实时对比分析岩性和调整维护钻井液性能等措施,解决了井眼清洁、井壁稳定、性和红泥岩的缩径等难题。
4.充分利用顶驱设备的优点,保障钻井施工的安全顺利进行。顶驱能在任何高度位置建立循环,活动钻具,从而最大限度的降低了事故的发生率。