国家精品课程岩土钻掘工程学第5章-回转钻进工艺

第五章回转钻进工艺

1、钻进效果指标及钻进规程参数2、硬质合金钻进工艺3、金刚石钻进工艺4、钢粒钻进工艺5、牙轮钻进工艺6、全面钻头钻进工艺国家精品课程

第一节

钻进效果指标与钻进规程参数

一、钻进效果指标（一）概述1、钻进效果指标的定义

是衡量钻进速度、钻进成本、钻进质量的经济技术指标。钻进速度、钻进成本、钻进质量之间有着密切的联系。2、钻进效果指标内容

钻速、每米钻孔成本、岩矿心采取率和钻孔弯曲等。不可控影响因素（客观存在），地层岩性及其埋深等可控影响因素（可人工调节），钻头类型、冲洗液性能、钻压、转速和泵量等。

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钻进效果指标与钻进规程参数

（二）钻进速度1、平均机械钻速

（m/h）2、回次钻速

表示从钻具开始下入钻孔，进行钻进，直到把钻具从钻孔提出的工序中（即一回次）单位时间的进尺。t1——辅助作业时间，钻进准备、起下钻、冲孔、扫孔、立轴倒杆、接长钻杆、卡取岩心、提钻准备、更换钻头及钻具等时间。随孔深的增加，回次钻速减小。熟练操作、优化钻进、实现钻具升降机械化、自动化是提高回次钻速的前提。

（m/h）11/29/2022中国地质大学勘查与基础工程系第一节

钻进效果指标与钻进规程参数

3.技术钻速

一台钻机在一个月期间内用于完成基本工序、辅助作业和其他补充作业的总时间与同期的钻进进尺H之比。技术钻速取决于机台工作的技术水平、各项工作的组织配合及技术措施等。

(m/h)

T1——一个月期间内消耗在固孔、测量孔斜、地球物理测井、孔内注浆、人工造斜等工作中的补充作业时间，h。

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4、经济钻速在国外叫做商业钻速，表示一台钻机在一个月（季）可计入成本时间（基本工序时间

t、辅助工序时间

t1、补充作业时间T1和非生产工序所用的时间T2）与同期钻进进尺H

之比。

(m/h)

T2——一个月（季）钻机安装、大修、处理孔内事故等非生产性作业的时间，h。劳动组织、动力供给、物资供应、技术状况越好，特别是无事故，经济钻速就会越高。台月效率——

vB×

30×24。11/29/2022中国地质大学勘查与基础工程系

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5、循环钻速循环钻速指的是从开孔到终孔整个生产大循环的平均钻速

(m/h)

式中：T3——用于安装和拆卸钻塔、起拔套管、封孔等开孔准备和终孔作业的时间，h。循环钻速表示钻探工程技术和组织管理、协调的总状态。它取决于经济钻速、安装及运输、基地的条件等。

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二、钻进规程

（一）概述

钻进规程是指为提高钻进效率、降低成本、保证质量所采取的技术措施，通常指可由操作者人为改变的参数组合。在回转钻进中主要的钻进参数有：钻压、钻具转速、冲洗介质的品质、单位时间内冲洗介质的消耗量等工艺参数。生产中有不同的钻进规程：最优规程、合理规程、专用规程11/29/2022中国地质大学勘查与基础工程系

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（二）钻进规程的类型1、最优规程在一定地质条件和钻进方法下，为保证钻孔质量，获取最高钻速或最低钻进成本而选择的钻进参数搭配叫最优规程。每米钻进总成本(元/m)Cb—钻头价格；Cr—钻机单位时间费用；H—钻头进尺。变换得：(元/m)

vm—机械钻速，m/h；t—纯钻时间，h；

k=t1/t、K1=T1

/t、K2=T2

/t；11/29/2022中国地质大学勘查与基础工程系第一节

钻进效果指标与钻进规程参数

对于一定的钻孔、设备和孔深，k、K1、K2基本上为一经验值。依据C=f（vm），求出对应于最低成本Cmin的最优钻速vm优，并由此可确定最优的钻压、转速等规程参数。2、合理规程在给定条件下，当规程参数选择受到某种制约时（例如设备功率不足，钻具强度不够、冲洗液泵量不足等），在保证钻孔质量的同时争取最大钻速的钻进参数组合叫做合理规程。3、专用规程为完成特种取心，纠斜，定向钻进等任务所采用的参数组合称为专用规程。11/29/2022中国地质大学勘查与基础工程系第一节

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三、钻进过程中各参数间的基本关系

1、钻压对钻速的影响实际钻压=给进力(钻具质量+正或负的机械施加力)-(冲洗液浮力+孔内摩擦阻)。常用的表示钻压的方法：（1）钻压P——整个钻头上的轴向载荷，受钻头类型、口径和切削具数量影响，可比性较差；（2）钻头唇面比压p——切削具与岩石接触单位面积上的轴向载荷，涵盖了钻头口径和类型的影响，可比性较好。11/29/2022中国地质大学勘查与基础工程系第一一节节钻进进效效果果指指标标与与钻钻进进规规程程参参数数钻压压在在很很大大的的变变化化范范围围内内与与钻钻速速近近似似成成线线性性关关系系；；a点之前前，钻钻压太太低，，钻速速很慢慢；b点之后后，钻钻压过过大，，甚至至切削削具完完全吃吃入岩岩层，，孔底底冷却却和排排粉条条件恶恶化，，钻头头磨损损也加加剧，，钻进进效果果变差差钻速:vm∝（P-W）,式中W—ab线在钻钻压轴轴上的的截距距，相相当于于切削削具开开始压压入地地层时时的钻钻压。。在石石油钻钻井中中称为为门限限钻压压，取取决于于岩层层性质质。11/26/2022中国地质大学学勘查与基础础工程系第一节钻进效果指标标与钻进规程程参数2、转速对钻速速的影响钻软、塑性大、研研磨性小的岩岩层时（曲线线Ⅰ），钻速vm与转速n基本呈线性关关系；钻中硬、研磨磨性较小的岩岩层时（曲线线Ⅱ），钻速vm与n开始呈直线关系，但但随着n继续增大而逐逐渐变缓，转转速愈高，钻钻速增长愈慢慢；钻中硬、研磨磨性强的岩层层（曲线Ⅲ），开始类似似于曲线Ⅱ，但vm随n增大而增大的的速率缓慢，，当超过某个个极限转速n0后，钻速还有有下降的趋势势。11/26/2022中国地质大学学勘查与基础础工程系第一节钻进效果指标标与钻进规程程参数在其他钻进参参数保持不变变的情况下，，钻速可表述述为vm∝nλλ为转速指数，，一般小于1，其数值大小小与岩性有关关。3、切削具的磨磨损对钻速的的影响在钻进中随着着切削具的磨磨钝，若此时时钻值保持不不变，则机械械钻速v也必然逐渐下下降。实质是是钻头唇面比比压p下降引起的。。4、水力因素对对钻速的影响响一定钻速下，，单位时间钻钻出的岩屑量量一定，需要要一定的水功率才能完全清除除，低于这个个水功率值，孔底净化就就不完善，则则钻速降低。。软岩：高于这这个水功率值值水力参加破破岩，机械钻钻速升高。但但水浮力增加加，对钻速的的提高会造成成不利影响(硬岩层中)。11/26/2022中国地质大学学勘查与基础础工程系第一节钻进效果指标标与钻进规程程参数对孕镶和自磨磨式钻头，若若遇到弱研磨性岩石石，为保持钻头自锐锐能力，必须在孔底保存一一定的岩粉，过大的水功功率将导致钻钻速下降，甚甚至抛光钻头头。5、冲洗液性能能对钻速的影影响5.1冲洗液密度对对钻速的影响响冲洗液密度决决定着孔内液液柱压力与地地层孔隙压力力之间的压差差孔底压差对刚刚破碎的岩屑屑有压持作用用，阻碍孔底底岩屑及时清清除，压差增增大将使钻速速明显下降。。11/26/2022中国地质大学学勘查与基础础工程系第一节钻进效果指标标与钻进规程程参数5.2冲洗液粘度对对钻速的影响响其他条件一定定时，冲洗液液粘度的增大大,将使孔底压差差增大，浮力增大，并使使孔底钻头获获得的水功率率降低，从而而使钻速降低低。5.3冲洗液固相含含量及其分散散性对钻速的的影响固相含量、固固相颗粒的大大小和分散度对钻速对钻进速度有明显影响。。固相含量相同同时，分散性性冲洗液比不分散冲洗液液的钻速低。。固相含量越少少，两者的差差别越大。一般应用固相相含量<4%的不分散冲洗洗液。11/26/2022中国地质大学学勘查与基础础工程系第二节硬质合金钻进进工艺重点是磨锐式式硬质合金钻钻头钻进，自自磨式强调异异同点。一、钻头压力力的选择钻压是决定硬硬质合金钻头头机械钻速的的最重要参数数。在图5-1中，a点继续增加钻钻压，其钻速速将呈直线增增长。不同岩石钻压压增大一倍时时钻速增长率率是不同的。。中硬—硬（Ⅵ~Ⅶ级）岩石最敏敏感。Ⅳ~Ⅴ级岩石钻压过过大，孔底排排粉冷却条件件恶化，阻碍碍钻速成比例例上升；Ⅷ~Ⅸ级岩石不宜硬硬合金钻进，，在钻杆强度度范围内钻压压不能使钻速速直线增长。。11/26/2022中国地质大大学勘查与与基础工程程系第二节硬质合金钻钻进工艺应充分发挥挥切削具初初刃的切入入优势。硬硬质合金钻钻进开始时时就应以允允许的最大大初始钻压压钻进。等等切削具磨磨钝后，再再增大钻压压也不可能能获得好的的钻效。从两个方面面分析增加加钻压的意意义：岩石方面——钻压是产生生体积破碎碎的决定性性因素，尤尤其在中硬硬岩层中增增加钻压对对提高钻速速更为有效效；在切削具方方面——初始钻压应应取合理的的最大值，，以充分发发挥切削具具初刃的优优势。随着着切削具被被磨钝，应应逐渐补充充钻压。但在钻进过过程中频繁繁调整钻压压可能导致致岩心堵塞塞及钻孔弯弯曲。同时时，由于孔孔内钻柱的的振动等原原因，钻头头上的实际际瞬时钻压压值与地表表的测量值值有较大差差距。11/26/2022中国地质大大学勘查与与基础工程程系第二节硬质合金钻钻进工艺实际生产中中首先选择择每颗切削削具上的压压力值p，然后根据钻钻速的变化化情况适时时调整。岩岩石越硬、、研磨性越越强，p值取上限；；粘性软岩岩取小值；；裂隙地层层也应取小小值。钻头头上的总压压力为P总=p×mYG8硬质合金切切削具的单单位压力推推荐值岩层切削具形状单位压力推荐值p

(kN/颗)

Ⅰ~Ⅳ级软-部分中硬岩石片状0.40~0.70Ⅴ~Ⅶ级中硬-部分硬岩石方柱状中八角柱状大八角柱状0.80~1.200.90~1.401.50~1.80研磨性大的岩石方柱状中八角柱状1.20~1.401.20~1.7011/26/2022中国地质大大学勘查与与基础工程程系第二节硬质合金钻钻进工艺二、钻头转转速的选择择(必须考虑岩岩性和时间间因素的影影响)由于钻头直直径不一，，切削具的的运动以线线速度更为为科学，(m/s)钻软岩↑转转速的效果果最显；而而另两类岩岩石由于破破岩时间效效应影响显显著，故钻钻速随转速速而增大的的趋势下降降。时间效应——岩石在切削削具作用下下，从发生生弹性变形形-形成剪切体体-跳跃式吃入入一定深度度，需要一一短暂时间间。切削具具要在岩面面停留短暂暂时间Δt，使裂隙发育育至自由面面形成剪切切体。如果转速超超过临界值值(n＞n0)切削具作用用于岩面时时间＜Δt，裂隙尚未发发育载荷便便移走了，，造成表面面破碎。11/26/2022中国地质大大学勘查与与基础工程程系第二节硬质合金钻钻进工艺硬质合金切切削具的线线速度推荐荐值岩石性质

线速度取值范围(m/s)

软的、弱研磨性岩石1.2~1.6中硬的、具有研磨性的岩石0.9~1.2中硬—硬的研磨性岩石0.6~0.8裂隙性岩石0.3~0.611/26/2022中国地质大大学勘查与与基础工程程系第二节硬质合金钻钻进工艺三、冲洗液液泵量及其其性能的选选择冲洗液的排排粉、冷却却、润滑和和护壁诸功功能中，以以排粉所需需的泵量最最大，故以以此为依据据来选择泵泵量。液流的阻力力与流速平平方成正比比，如泵量量过大引起起的孔底脉脉动举离力力将抵消一一部分钻压压；造成在在岩心管内内、外环间间隙中流速速过高，可可能冲毁岩岩心或孔壁壁。合理的泵量量值应在满满足排粉前前提下兼顾顾其他工艺艺因素。(L/min)11/26/2022中国地质大学学勘查与基础础工程系第二节硬质合金钻进进工艺孔内岩屑颗粒粒的上返速度度主要取决于于液流的上返返流速、冲洗洗液的性能、、岩屑颗粒尺尺寸及其密度度。清水冲洗时，，液流上升速速度取0.25～0.6m/s；泥浆冲洗液时时，液流上升升速度取0.20～0.5m/s。为提高钻速，，在可能的条条件下应尽量量选用清水作作冲洗液；若若用泥浆其粘粘度和密度值值宜小不宜大大，并尽量用用低固相不分分散泥浆。11/26/2022中国地质大学学勘查与基础础工程系第二节硬质合金钻进进工艺四、P、n、Q参数间的合理理配合在实际钻进中中P、n、Q都不是单独起起作用，存在在交互影响。。软岩研磨性小小易切入，应应重视及时排排粉延长钻头头寿命，应取取高转速、低低钻压、大泵泵量的参数配配合；研磨性较强的的中硬及部分分硬岩，为防防止切削具早早期磨钝保持持较高钻速，，应取大钻压压、较低转速速、中等泵量量；中等研磨性中中软岩，应取取两者参数配配合的中间状状态。定性分析的原原则是：钻进进Ⅳ~Ⅴ级及以下岩层层，以较高转转速为主；钻钻进Ⅴ~Ⅵ级及以上岩岩层，应以较较大的钻压为为主。11/26/2022中国地质大学学勘查与基础础工程系第二节硬质合金钻进进工艺五、最优回次次钻程时间的的确定1.思路原理磨锐式钻头头的瞬时钻钻速随切削削具磨钝而而递减。当瞬时钻速速下降到什什么程度起起钻换钻头头最好？确定最佳回回次钻程时时间的标准准是回次钻钻速达最大大值。钻头在t时间内的累累计进尺H为：代入到回次次平均钻速速计算公式式中，可以以得到：11/26/2022中国地质大大学勘查与与基础工程程系第二节硬质合金钻钻进工艺令，，可求出最最优回次钻钻程时间：：，代入上式式得最优回次钻钻速为：据瞬时钻速速vm与进尺H的关系()，代入t0，可求出此时的瞬时钻速为为：在t0时刻，瞬时时钻速与回回次钻速正正好相等。。这便为在现现场用绘图图法确定最最佳钻程时时间t0提供了理论论依据。11/26/2022中国地质大大学勘查与与基础工程程系第二节硬质合金钻钻进工艺2.作图法确定定最优回次次钻程时间间利用瞬时钻钻速vm-t和vR-t两曲线的交交点来确定定t0。在钻进中，，随时计算算vm＝△H/△t，vR=H/(t+T)。当两者相等等时，此时时间即为最最优钻程时时间t0。用回次进尺尺曲线的切切点来确定定t0。起下钻时间间为T，令OA＝T。当斜率直线线AB与H-t相切时，tgθ为最大值，，即vR为最大值。。切点对应应的时间为为t0。11/26/2022中国地质大大学勘查与与基础工程程系第二节硬质合金钻钻进工艺3.自动确定最最佳钻程时时间的方法法在有钻参仪仪的情况下下，钻进过过程中定期期检测进尺尺量，每7s由微机计算算一次瞬时时钻速和回回次钻速，，按不等式式vR/vm＜Cm(Cm取值1.1~1.2)判断是否需需要终止回回次钻程。。若不等式能能满足，则则钻进过程程处于图5-6中t0点左边或刚刚过，可继继续钻进。。如果不满满足，说明明已稳定地地超过t0点。为了防止偶偶然因素造造成的假象象，还需继继续观察5min。这时微机系系统给一个个钻压增量量ΔP，观察瞬时钻钻速vm是否继续增增大而重新新满足不等等式，同同时每秒测测算一次Cm值，如果不不满足不等等式的次数数达60%，则发出““起钻””的命令。。应用该方方法曾使使回次钻钻速提高高了10%~20%。11/26/2022中国地质质大学勘勘查与基基础工程程系第二节硬质合金金钻进工工艺六、自磨磨式硬合合金钻头头的规程程特点自磨式与与磨锐式式钻头的的主要区区别：接触面积积恒定，，回次进进尺较长长，以磨磨削和微微剪切碎碎岩为主主，要求求切削具具能自磨出出刃。（1）钻压：：与岩石石的接触触面积大大，总钻钻压应大大于磨锐锐式20~25%；（2）转速：：由破岩岩机理，必须采用用比磨锐锐式更高高的转速速，以提提高单位位时间的的破岩次次数；（3）泵量：：可以采采用比磨磨锐式略略小的泵泵量，但但为了充充分冷却却（转速速较高））和避免免重复破破碎，应应尽量采采用大泵泵量。随随着胎块块的磨耗耗，过水水断面减减小需及及时调小小泵量，，以防蹩蹩泵。11/26/2022中国地质质大学勘勘查与基基础工程程系第三节金刚石钻钻进工艺艺一、合理理选择金金刚石钻钻头金刚石钻钻进中所所选用的的钻头必必须和所所钻的岩岩性相适适应。尤其是孕孕镶金刚刚石钻头头的结构构参数较较为复杂杂，选择择时应根根据所钻钻岩层性性质综合合考虑到到金刚石石品级级、胎体体性能（（保证钻钻头自锐锐）、唇唇面形状状、内外外径补强强和水路路设计等等因素。。二、金刚刚石钻进进规程参参数评定金刚刚石钻进进规程的的主要依依据是：：钻速、、钻头总总进尺和和单位进尺尺的金刚刚石耗量量三个指指标。11/26/2022中国地地质大大学勘勘查与与基础础工程程系第三节节金刚石石钻进进工艺艺1.钻压金刚石石钻进进分：：表面面研磨磨破碎碎、疲疲劳破破碎、、体积积破碎碎随钻压压的增增加，，单位位进尺尺的金金刚石石耗量量也增增长很很快。。过大大的钻钻压使使金刚刚石耗耗量急急剧增增大，，导致致钻速速下降降。钻压值值应选选择在在最优优区内内。具具体选选择钻钻压时时，可可根据据岩石石硬度度、金金刚石石的抗抗压强强度和和钻头头的类类型等等因素素确定定。11/26/2022中国地地质大大学勘勘查与与基础础工程程系第三节节金刚石石钻进进工艺艺1.1表镶金金刚石石钻头头的钻钻压P根据岩岩石硬硬度、、金刚刚石的的抗压压强度度确定定钻压压：P=mp（N）m——工作金金刚石石的粒粒数=总粒数数的2/3~3/4；p——单粒金金刚石石压力力，N/粒.细粒金金刚石石：p≈1~1.5dN/粒；中中粒金金刚石石：p≈1.5~2dN/粒；粗粗粒金金刚石石：p≈2~3dN/粒；特特优质质级金金刚石石：p≈5dN/粒.1.2孕镶金金刚石石钻头头的钻钻压W孕镶钻钻头金金刚石石粒多多、刃刃小，，钻压压对金金刚石石强度度的影影响降降为次次要因因素，，主要要应根根据岩岩石的的性质质确定定钻压压W=Fq（N）F———钻头头实实际际面面积积,mm2；q———单位位面面积积压压力力。。中硬硬岩岩石石4~5N/mm2；坚硬硬或或高高质质量量金金刚刚石石6~7N/mm2。11/26/2022中国国地地质质大大学学勘勘查查与与基基础础工工程程系系第三三节节金刚刚石石钻钻进进工工艺艺3、选选择择和和施施加加钻钻压压时时还还应应注注意意以以下下几几点点：：（1）岩岩石石性性质质。。软岩层层或破破碎碎、、非非均均质质岩岩层层宜宜选选下下限限钻钻压压；（2）金金刚刚石石。。金刚刚石石质质量量好好、、数数量量多多、、粒粒度度大大时时，，宜宜选选用用上上限限钻压压，，反反之之，则则取取下限限钻钻压压；（3）钻钻头头类类型型。。钻头头直直径径大大、、壁壁厚厚、、岩岩石石接接触触面面积积大大时时，，宜宜选选用上上限限钻钻压压。。（4）注注意意新新钻钻头头与与孔孔底底的的磨磨合合。。在磨磨合合阶阶段段应应使使用用低低钻钻压压、、低低转速速，，使钻头头唇唇面面形形状状与与孔孔底底及及岩岩心心根根部部逐逐渐渐相相吻吻合合。。（5）孔底底实实际际钻钻压压。。钻孔孔弯弯曲曲、、泵泵压压的的脉脉动动和和岩岩性性不不均均质质造造成成钻具具振振动动，，使使孔孔底底实实际际的的瞬瞬时时动动载载可可能能是是地地表表仪仪表表指指示示钻钻压压的的0～3倍。因此此，对于于深孔、、斜孔和和非均质质岩层应应取较小小的钻压压。11/26/2022中国地质质大学勘勘查与基基础工程程系第三节金刚石钻钻进工艺艺2.转速转速是影影响金刚刚石钻头头钻速的的重要因因素，转转速与金金刚石磨磨损的关关系比较较复杂，，若其他他条件不不变，钻钻头转速速存在着着临界值值，即在在某一转转速下金金刚石磨磨损量最最小。2.1表镶金刚刚石钻头头的线速速度表镶金刚刚石粒度度较大出出刃也较较大，允允许有较较大的切切入量，，转速应应低于孕孕镶钻头头。推荐荐的线速速度为1~2m/s。2.2孕镶金刚刚石钻头头的线速速度孕镶金刚刚石粒度度很小（（一般粒粒径0.2mm）出刃微微小，主主要靠高高转速来来获取钻钻进效率率。推荐荐的线速速度为1.5~3m/s。11/26/2022中国地质质大学勘勘查与基基础工程程系第三节金刚石钻钻进工艺艺表镶和孕孕镶金刚刚石钻头头适用的的转速单位：r/min钻头直径(mm)

364659(56)6675(76)91表镶钻头650~1300500~1000400~800350~650300~550250~500孕镶钻头1000~2000750~1500600~1200500~1000400~850350~700选择合理理转速时时：(1)岩性。如如岩层破破碎、软软硬不均均、孔壁壁不稳，，宜选下下限转速速。(2)钻孔。如如钻孔结结构简单单、环空空小、孔孔深不大大，应选选高转速速。(3)设备和钻钻具。实实际工作作中常因因钻机的的能力和和钻杆柱柱的质量量限制了了选用高高转速。。11/26/2022中国地质质大学勘勘查与基基础工程程系第三节金刚石钻钻进工艺艺3.冲洗液泵泵量在金刚石石钻进中中冲洗液液除了完完成排粉粉、冷却却、护壁壁外，还还起润滑滑钻具、、帮助孕孕镶钻头头自锐的的作用。。Q=6vF(L/min)。v—环空上返返流速，，要求v≥0.3~0.5m/s。金刚石钻钻头环隙隙很小，，冲洗液液的流动动阻力很很大，泵泵量过大大不仅增增大工作作泵压，，容易冲冲蚀孔壁和岩岩心，，还会会过量量抵消消钻压压，引引起钻钻具的的振荡荡。泵压是是反映映孔底底工况况的敏敏感参参数之之一。。例如如，钻钻进中中突然然钻速速降低低而泵泵压猛猛增时时，可可能是是发生生岩心心堵塞塞或“烧钻”的预兆兆；泵泵压逐逐渐下下降则则可能能是钻钻杆裂裂纹并并正在在逐渐渐扩大大。11/26/2022中国地地质大大学勘勘查与与基础础工程程系第三节节金刚石石钻进进工艺艺选择冲冲洗液液量时时应考考虑以以下因因素：：岩性：：坚硬致致密岩岩岩粉粉量少少，选选择下下限泵泵量；；强研研磨性性岩，，摩擦擦功较较大需需大泵泵量冷冷却，，但防止冲冲蚀胎胎体使金刚石石脱落落。钻头：：孕镶出出刃微微小，，多水水口循循环，，高转转速，，宜用用较大大泵量量防烧烧钻。。表镶镶出刃刃较大大，排排粉和和冷却却较好好，可可选较较小泵泵量。。防烧钻钻(尤其孕孕镶)：试验验表明明，满满足冷冷却胎胎体只只需每每厘米米钻头头直径径0.2~0.3L/min就可。。但转转速为为800r/min，钻头唇唇面压压力为为10MPa时，钻钻头每每转一一圈胎胎体温温升1.73°°C。所以钻钻进中中冲洗洗液停停止循循环1~2min，便可能能造成成烧钻钻的恶恶性事事故。。金刚石石钻进进常用用泵量量值:钻头36~91(mm)泵量20~70(L/min)11/26/2022中国地地质大大学勘勘查与与基础础工程程系第三节节金刚石石钻进进工艺艺三、金金刚石石钻进进的临临界规规程在临界界规程程下钻头头胎体体急剧剧温升升，功功耗剧剧增，，甚至至烧钻钻。1、胎体体温度度与钻钻压P和转速速n的关系系当P×n达临界界值胎胎体温温度由由100~200°C急升至至600~700°C对具体体岩石石而言言P×n的临界界值基基本上上是常常量。。11/26/2022中国地地质大大学勘勘查与与基础础工程程系第三节节金刚石石钻进进工艺艺2、功耗耗、机机械钻钻速与与钻进进规程程的关关系钻进功功耗、、机械械钻速速也与与临界界规程程有直直接关关系。。规律与与胎体体温升升的趋趋势一一致，，与胎胎体温温升同同步进进入临临界状状态，，在同同一临临界值值，功功耗、、机械械钻速速激增增。用孕镶镶金刚刚石钻钻头钻钻进某某花岗岗岩时时，最最高钻钻速不不得超超过临临界值值37mm/min，否则将将出现现胎体体温度度剧增增的严严重后后果。。11/26/2022中国地质大大学勘查与与基础工程程系第三节金刚石钻进进工艺3、胎体温度度与冲洗液液的关系试验表明，，当钻进过过程进入临临界状态后后，冲洗液液的冷却效效果有限度度，单纯依依靠增大泵泵量不解决决问题。表5-8数据表明泵泵量增大一一倍时，胎胎体温度和和功率消耗耗虽有某种种程度的降降低，但并并不能使钻钻进过程从从临界转为为正常规程程。11/26/2022中国地质大大学勘查与与基础工程程系第三节金刚石钻进进工艺4、钻头磨损损与钻进规规程的关系系当由正常规规程转入临临界规程时时，钻头磨磨耗都是突突然急剧增增大。曲线Ⅱ的磨耗量比曲曲线Ⅰ高3倍，可能是生生产条件下孔孔内动载使金金刚石强度和和胎体硬度降降低。11/26/2022中国地质大学学勘查与基础础工程系第三节金刚石钻进工工艺综上所述，可可以得出两点点结论：（1）金刚石钻进进，每种岩石石都存在临界界规程，其P·n值基本是个常常数；P和n之间存在着明明显的交互影影响，必须同同时考虑它们们的取值；进进入临界规程程的主要表现现是胎体温度度急升，钻头头严重磨耗，，虽然此时钻钻速也很高，，但可能导致致烧钻。因此此，必须保证证钻进生产工工艺处在小于于临界规程的的状态下。（2）钻进中胎体体温度和钻头头磨耗是重要要的孔内工况况指标，但不不便于测量。。而功耗是同同步进入临界界规程，便于于在地表检测测，因此可通通过测量钻进进功率来判断断钻进过程是是否正常。11/26/2022中国地质大学学勘查与基础础工程系第四节钢粒钻进工艺艺一、影响钢粒粒钻进效果的的因素1.钢粒规格对钻钻进效果及质质量的影响钢粒粒度大要要求钢粒钻头头的壁厚加大大，导致岩心心过细，孔径径扩大，对取取心和防斜不不利。常用直径3mm的切制钢粒，，钻头壁厚为为粒径的3~4倍。2.钻头硬度和水水口形状的影影响为了有效地带带动钢粒在孔孔底翻滚破岩岩，要求钻头头与钢粒之间间有水平联系系力。这种联联系力靠钻头头唇面的变形形和摩擦。联联系力应大于于钢粒翻滚时时的阻力。钻头底唇硬度度应略低于钢钢粒硬度，才才能带动钢粒粒翻滚。11/26/2022中国地质大学学勘查与基础础工程系第四节钢粒钻进工艺艺选择钢粒钻头头水口形状的的原则具有良好的“导砂”性能，能保持持较稳定的孔孔底过水断面面；钻头磨损后唇唇面压砂面积积变化幅度较较小，水口加加工方便。双斜边和双弧弧形水口有利利于顺利导砂砂，在水口高高度磨短后，，钻头唇面面面积变化相对对较小，可保保持轴向压力力基本不变。。11/26/2022中国地质大学学勘查与基础础工程系第四节钢粒钻进工艺艺二、钢粒钻进进的规程选择择钢粒钻进要求求孔内有一定定量的钢粒，，规程中除P、n、Q外，还包括投投砂方法与投投砂量两个规规程参数。投砂方法及投投砂量1.1一次投砂法回次开始前，，把回次进尺尺所需要的钢钢粒一次投入入孔内。投砂量取决于于岩性和回次次长短。投砂量不足将将造成钻速低低、钻孔缩径径，挤卡钻具具的事故。投砂过多不利利于排粉和孔孔底的钢粒分分选，也影响响钻速和取心心质量。11/26/2022中国地质大学学勘查与基础础工程系第四节钢粒钻进工艺艺估算钻进Ⅷ~Ⅹ级岩石的一次次投砂量G=KD(kg)1.2结合投砂法回次开始前先先投入所需钢钢粒的50%~60%，待到确认孔孔底钢粒已消消耗得差不多多时，再从钻钻杆中分1～2次补投其余的的钢粒。可钻性达Ⅺ、Ⅻ级或强研磨性性岩石宜采用用结合投砂法法可适当延长长回次纯钻进进时间。11/26/2022中国国地地质质大大学学勘勘查查与与基基础础工工程程系系第四四节节钢粒粒钻钻进进工工艺艺2.钻压压的的选选择择钻压压是是孔孔底底碎碎岩岩的的必必要要条条件件，，并并影影响响碎碎岩岩方方式式；；钻压压是是钻钻头头牵牵动动钢钢粒粒联联系系力力的的主主要要依依据据。。总的的钻钻压压值值实践践证证明明，，随随着着单单位位压压力力增增大大机机械械钻钻速速上上升升，，但但当当达达pmax值后后，，钢钢粒粒可可能能被被压压碎碎或或““嵌嵌入入””钻钻头头唇唇面面，，钻钻速速明明显显下下降降。。影响响pmax的因因素素：：钢钢粒粒钻钻头头唇唇面面硬硬度度、、钢钢粒粒强强度度、、岩岩石石可可钻钻性性和和钻钻头头转转速速。。岩岩石石愈愈硬硬，，钢钢粒粒相相对对强强度度和和耐耐磨磨能能力力↓↓，，则则所所需需的的pmax也↓↓；；随随转转速速加加快快钢钢粒粒在在孔孔底底翻翻滚滚频频率率↑↑，，对对提提高高钻钻速速有有利利，，所所以以，，当当转转速速较较快快时时pmax值↓↓。。11/26/2022中国国地地质质大大学学勘勘查查与与基基础础工工程程系系第四四节节钢粒粒钻钻进进工工艺艺3.转速速的的选选择择钢粒粒在在孔孔底底翻翻滚滚受受到到孔孔壁壁和和岩岩心心限限制制，，其其速速度度滞滞后后于于钻钻头头的的线线速速度度。。钢粒粒钻钻进进主主要要用用于于脆脆性性岩岩石石，，破破岩岩的的时时间间效效应应不不明明显显，，钢钢粒粒可可在在孔孔底底自自动动分分选选与与补补给给。。所所以以可可采采用用较较高高转转速速。。实践践证证明明，，只只要要钻钻头头外外环环状状空空间间钢钢粒粒柱柱的的高高度度不不小小于于水水口口高高度度，，水水口口又又能能保保证证及及时时导导砂砂，，则则适适当当提提高高转转速速不不会会出出现现“高转转速速的的离离心心力力会会把把钢钢粒粒甩甩出出钻钻头头唇唇面面”。选择择转转速速应应综综合合考考虑虑钻钻头头口口径径、、钢钢粒粒的的强强度度、、孔孔深深和和钻钻杆杆强强度度等等因因素素。。其其中中钢钢粒粒的的相相对对抗抗压压碎碎强强度度与与岩岩石石硬硬度度及及孔孔底底的的脉脉动动频频率率有有关关，，所所以以在在坚坚硬硬岩岩石石中中宜宜采采用用较较低低的的转转速速。。11/26/2022中国地质质大学勘勘查与基基础工程程系第四节钢粒钻进进工艺110mm钢粒钻头头的转速速选择参参考表岩石级别Ⅶ~Ⅸ＞Ⅹ孔深(m)0~200200~400＞4000~300＞300转速(r/min)180~250180140~180180150~1804.泵量的选选择钢粒钻进进泵量除除了排粉粉、冷却却的功能能外，还还在孔底底钢粒的的补给、、分选中中起主要要作用。。泵量存在在着最优优值。若若不足无无法正常常地排屑屑和碎钢钢粒，使使完整钢钢粒的翻翻滚阻力力增大，，甚至较较少接触触孔底，，故钻速速很低。。11/26/2022中国地质质大学勘勘查与基基础工程程系第四节钢粒钻进进工艺泵量过大大，会把把孔底完完整钢粒粒冲上来来，既破破坏了钻钻头唇面面附近钢钢粒动平平衡，又又将加剧剧岩心管管的磨损损，导致致钻速下下降甚至至酿成岩岩心管折折断或钢钢粒卡钻钻的恶性性事故。。泵量的选选择取决决于岩性性、钢粒粒规格、、钻头直直径、水水口尺寸寸、钻压压和转速速的大小小、冲洗洗液性能能及一次次投砂量量等因素素。Q=q0D(L/min)清水q0=3~5L/min··cm，泥浆时q0=1.5~3L/min·cm。岩石级别别较高、、钻头头水口较较小、钻钻压较低低、转速速较高、、孔底存存砂量较较少时取取下限，，反之亦亦然。。生产中随随进尺增增加水口口将逐渐渐被磨短短，水口口处的流流速加快快；这时时孔底钢钢粒也被被磨小，，钻头处处工作钢钢粒数量量减少。。因此，，在整个个回次钻钻程中应应分段逐逐次改小小泵量，，称为“改水”。11/26/2022中国地质质大学勘勘查与基基础工程程系第四节钢粒钻进进工艺三、钻进进规程合合理性的的判断1、根据钻钻头磨损损的情况况判断（1）正常磨磨损的钻钻头，其其底唇呈呈圆弧形形麻痕均均匀，说说明投砂砂量和冲冲洗液恰恰当。（2）钻头底底唇面光光滑明亮亮、没有有麻痕，，说明钻钻头下面面没有钢钢粒。（3）钻头底底端磨成成喇叭口口形，且且内周没没有麻痕痕。说明明冲洗液液量过大大，钻头头底内没没有钢粒粒，直接接与岩心心摩擦。。（4）钻头底底磨成外外锥形，，锥面光光滑。说说明冲洗洗液量过过小，钻钻头外周周与岩粉粉和孔壁壁磨损所所至。11/26/2022中国地质质大学勘勘查与基基础工程程系第四节钢粒钻进进工艺（5）钻头外外麻痕过过高超过过水口，，说明孔孔底钢粒粒偏多水水量过大大。麻痕痕高度基基本上与与水口齐齐平或略略低于水水口，则则砂量正正常，送送水合适适。2、根据岩岩心变化化情况判判断（1）岩心直直径上下下基本一一致，说说明钢粒量和冲洗洗液掌握握适当；；（2）岩心直直径过粗粗，说明明冲洗液液过大或或孔底钢钢粒偏少少；（3）岩心直直径过细细，说明明冲洗液液量过小小，或孔孔底钢粒粒过多；；（4）岩心粗粗细上下下不均一一，冲洗洗液时大大时小或或投砂不不均所致致；（5）岩心上上细下粗粗，回次次初投钢钢粒量多多水小，，回次末末水偏大大。11/26/2022中国地质质大学勘勘查与基基础工程程系第五节牙轮钻进进工艺一、牙牙轮钻钻进的的钻速速方程程牙轮钻钻进钻钻速vm与钻压压、转转速、、牙轮轮磨损损、压压差和和水力力因素素间的的关系系式(m/h)式中：：P—钻压kN；W—门限钻钻压kN；n—转速r/min；K—地层可可钻性性；λ—转速指指数(<1)；C2—与齿形形和岩岩性有有关的的牙齿齿磨损损系数数；CH—孔底水水力净净化系系数CH≤1；CP—差压影影响系系数CP≤1；h——牙齿相相对磨磨损量量,新钻头头h=0，全磨损损h=1。W、K、λ、C2在岩性性、钻钻头类类型、、冲洗洗液和和水力力参数数一定定时是是常量量，可可通过过现场场钻进进试验验和钻钻头资资料确确定。。11/26/2022中国地质大大学勘查与与基础工程程系第五节牙轮钻进工工艺二、钻头磨磨损方程钻压对牙齿齿磨损速度度的影响牙齿磨损速速度式中:D1和D2—钻压影响系系数与牙轮轮钻头尺寸寸有关。钻钻压=D2/D1时，牙齿的的磨损速度度无限大，，即D2/D1是该钻头的的极限钻压压。2.转速对牙齿齿磨损速度度的影响钻压一定时时转速↑牙牙齿的磨损损速度也↑↑。式中：Q1和Q2——由钻头类型型决定的系系数。11/26/2022中国地质大大学勘查与与基础工程程系第五节牙轮钻进工工艺3.牙齿磨损状状态对牙齿齿磨损速度度的影响楔形齿的面面积将随着着齿高的磨磨损不断增增大，磨损损速度也随随着齿高的的磨损而下下降。牙齿磨损速速度方程式中：C1—牙齿磨损减减慢系数；；Af—地层研磨性性系数。三、钻进方方程中有关关参数的确确定(自习)四、钻头最最优磨损量量、最优钻钻压和最优优转速确定定(自习)五、水力参参数的优选选(自习)11/26/2022中国地质大大学勘查与与基础工程程系第六节全全面钻头钻钻进工艺一、硬质合合金全面钻钻头的规程程选择1、翼片（刮刮刀）式全全面钻头的的规程选择择（1）泵量：Q=vF（L/min）（2）钻头转速：n=120~300（r/min）（3）轴向载荷：P=qcmD（N）（4）大直径钻进为为防钻杆弯曲曲与折断，在在钻柱的下部部加接钻铤的的合理长度：h=kP/qT（m）k=1.25~1.4。刮刀式钻头钻钻进时推荐的的规程参数如如表5-13所列。11/26/2022中国地质大学学勘查与基础础工程系第六节全面面钻头钻进工工艺2.干式螺旋钻的的规程选择2.1转速在长螺旋钻进进中，钻屑是是依靠钻杆旋旋转时的离心心力甩到螺旋旋叶片外侧输输送上来（主主动），否则只有被随随后的钻屑推推着向上走（（被动），这这容易造成堵堵塞。∴螺旋旋转速是关键键参数。临界转速的概概念转速低钻屑的的离心力小，，孔壁对钻屑屑的摩擦力不不足以使钻屑屑与叶片之间间产生相对运运动，钻屑只只能随叶片旋旋转而不上升升。转速增大大，孔壁对钻钻屑的摩擦力力也增大，转转速超过某一一临界值后，，孔