国家精品课程岩土钻掘工程学第5章-回转钻进工艺

第五五章章回回转转钻钻进进工工艺艺1、钻钻进进效效果果指指标标及及钻钻进进规规程程参参数数2、硬硬质质合合金金钻钻进进工工艺艺3、金金刚刚石石钻钻进进工工艺艺4、钢钢粒粒钻钻进进工工艺艺5、牙牙轮轮钻钻进进工工艺艺6、全全面面钻钻头头钻钻进进工工艺艺国家家精精品品课课程程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一、、钻钻进进效效果果指指标标（一一））概述述1、钻进进效效果果指指标标的的定定义义是衡量量钻钻进进速速度度、、钻钻进进成成本本、、钻钻进进质质量量的的经经济济技技术术指指标标。。钻钻进进速速度度、、钻钻进进成成本本、、钻钻进进质质量量之之间间有有着着密密切切的的联联系系。。2、钻钻进进效效果果指指标标内内容容钻速速、、每每米米钻钻孔孔成成本本、、岩岩矿矿心心采采取取率率和和钻钻孔孔弯弯曲曲等等。。不可可控控影响响因素素（客客观观存存在在）），，地地层层岩岩性性及及其其埋埋深深等等可控控影响响因素素（可可人人工工调调节节）），，钻钻头头类类型型、、冲冲洗洗液液性性能能、、钻钻压压、、转转速速和和泵泵量量等等。。10/26/2022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（二二））钻钻进进速速度度1、平平均均机机械械钻钻速速（m/h）2、回次次钻钻速速表示示从从钻钻具具开开始始下下入入钻钻孔孔，，进进行行钻钻进进，，直直到到把把钻钻具具从从钻钻孔孔提提出出的的工工序中中（（即即一一回回次次））单单位位时时间间的的进进尺尺。。t1———辅助助作作业业时时间间，钻进进准准备备、、起起下下钻钻、、冲冲孔孔、、扫扫孔孔、、立立轴轴倒倒杆杆、、接接长长钻钻杆杆、、卡卡取取岩岩心心、、提提钻钻准准备备、、更更换换钻钻头头及及钻钻具具等等时时间间。。随随孔孔深深的的增增加加，，回回次次钻钻速速减减小小。。熟练操作、优优化钻进、实实现钻具升降降机械化、自自动化是提高高回次钻速的的前提。（m/h）10/26/2022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3.技术钻速一台钻机在一一个月期间内内用于完成基基本工序、辅助作业和其他补充作作业的总时间间与同期的钻钻进进尺H之比。技术钻速取决决于机台工作作的技术水平平、各项工作作的组织配合合及技术措施施等。(m/h)T1——一个月期间内内消耗在固孔孔、测量孔斜斜、地球物理理测井、孔内注浆、人人工造斜等工工作中的补充作业时间间，h。10/26/2022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4、经济钻速在国外叫做商商业钻速，表示一台钻机机在一个月（（季）可计入入成本时间（基本工序时时间t、辅助工序时间间t1、补充作业时间间T1和非生产工序序所用的时间间T2）与同期钻进进进尺H之比。(m/h)T2——一个月（季））钻机安装、、大修、处理理孔内事故等等非生产性作业的时时间，h。劳动组织、动动力供给、物物资供应、技技术状况越好好，特别是无无事故，经济钻速速就会越高。。台月效率——vB×30×24。10/26/2022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、循环钻速循环钻速指的的是从开孔到到终孔整个生生产大循环的的平均钻速(m/h)式中：T3——用于安装和拆拆卸钻塔、起起拔套管、封封孔等开孔准准备和终孔作业业的时间，h。循环钻速表示示钻探工程技技术和组织管管理、协调的的总状态。它它取决于经济钻速速、安装及运运输、基地的的条件等。10/26/2022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二、钻进规程程（一）概述钻进规程是指指为提高钻进进效率、降低低成本、保证证质量所采取取的技术措施施，通常指可可由操作者人人为改变的参参数组合。在回转钻进中中主要的钻进进参数有：钻钻压、钻具转转速、冲洗介介质的品质、、单位时间内内冲洗介质的的消耗量等工工艺参数。生产中有不同同的钻进规程程：最优规程程、合理规程程、专用规程程10/26/2022中国地地质大大学勘勘查与与基础础工程程系第一节节钻进效效果指指标与与钻进进规程程参数数（二））钻进进规程程的类类型1、最优优规程程在一定地质条条件和和钻进进方法法下，为保保证钻钻孔质质量，获取最最高钻钻速或或最低低钻进进成本本而选选择的的钻进进参数数搭配配叫最最优规规程。。每米钻钻进总总成本本(元/m)Cb—钻头价价格；；Cr—钻机单单位时时间费费用；H—钻头进进尺。变换得得：(元/m)vm—机械钻钻速，，m/h；t—纯钻时时间，，h；k=t1/t、K1=T1/t、K2=T2/t；10/26/2022中国地地质大大学勘勘查与与基础础工程程系第一节节钻进效效果指指标与与钻进进规程程参数数对于一一定的的钻孔孔、设设备和和孔深深，k、K1、K2基本上上为一一经验验值。。依据据C=f（vm），求出对对应于于最低低成本本Cmin的最优优钻速速vm优，并由由此可可确定定最优优的钻钻压、、转速速等规规程参参数。。2、合理理规程程在给定定条件件下，，当规规程参参数选选择受受到某某种制制约时时（例例如设设备功功率不不足，，钻具具强度度不够够、冲冲洗液液泵量量不足足等）），在在保证证钻孔孔质量量的同同时争争取最最大钻钻速的的钻进进参数数组合合叫做做合理理规程程。3、专用用规程程为完成成特种种取心心，纠纠斜，，定向向钻进进等任任务所所采用用的参参数组组合称称为专专用规规程。。10/26/2022中国地地质大大学勘勘查与与基础础工程程系第一节节钻进效效果指指标与与钻进进规程程参数数三、钻钻进过过程中中各参参数间间的基基本关关系1、钻压压对钻钻速的的影响响实际钻钻压=给进力力(钻具质质量+正或负负的机机械施施加力力)-(冲洗液液浮力力+孔内摩摩擦阻阻)。常用用的表表示钻钻压的的方法法：（1）钻压压P——整个钻钻头上上的轴轴向载载荷，，受钻钻头类类型、、口径径和切切削具具数量量影响响，可可比性性较差差；（2）钻头唇面面比压p——切削具与岩岩石接触单单位面积上上的轴向载载荷，涵盖盖了钻头口口径和类型型的影响，，可比性较较好。10/26/2022中国地质大大学勘查与与基础工程程系第一节钻进效果指指标与钻进进规程参数数钻压在很大大的变化范范围内与钻钻速近似成成线性关系系；a点之前，钻钻压太低，，钻速很慢慢；b点之后，钻钻压过大，，甚至切削削具完全吃吃入岩层，，孔底冷却却和排粉条条件恶化，，钻头磨损损也加剧，，钻进效果果变差钻速:vm∝（P-W）,式中W—ab线在钻压轴轴上的截距距，相当于于切削具开开始压入地地层时的钻钻压。在石石油钻井中中称为门限限钻压，取取决于岩层层性质。10/26/2022中国地质大大学勘查与与基础工程程系第一节钻进效果指指标与钻进进规程参数数2、转速对钻钻速的影响响钻软、塑性大、、研磨性小小的岩层时时（曲线Ⅰ），钻速vm与转速n基本呈线性性关系；钻中硬、研研磨性较小小的岩层时时（曲线Ⅱ），钻速vm与n开始呈直线关系，，但随着n继续增大而而逐渐变缓缓，转速愈愈高，钻速速增长愈慢慢；钻中硬、研研磨性强的的岩层（曲曲线Ⅲ），开始类类似于曲线线Ⅱ，但vm随n增大而增大大的速率缓缓慢，当超超过某个极极限转速n0后，钻速还还有下降的的趋势。10/26/2022中国地质大大学勘查与与基础工程程系第一节钻进效果指指标与钻进进规程参数数在其他钻进进参数保持持不变的情情况下，钻钻速可表述述为vm∝nλλ为转速指数数，一般小小于1，其数值大大小与岩性性有关。3、切削具的的磨损对钻钻速的影响响在钻进中随随着切削具具的磨钝，，若此时钻钻值保持不不变，则机机械钻速v也必然逐渐渐下降。实实质是钻头头唇面比压压p下降引起的的。4、水力因素素对钻速的的影响一定钻速下下，单位时时间钻出的的岩屑量一一定，需要要一定的水功率才能完全清清除，低于于这个水功功率值，孔底净化化就不完善善，则钻速速降低。软岩：高于于这个水功功率值水力力参加破岩岩，机械钻钻速升高。。但水浮力力增加，对对钻速的提提高会造成成不利影响响(硬岩层中)。10/26/2022中国地质大大学勘查与与基础工程程系第一节钻进效果指指标与钻进进规程参数数对孕镶和自自磨式钻头头，若遇到到弱研磨性岩岩石，为保持钻头自自锐能力，必须须在孔底保存存一定的岩岩粉，过大的水水功率将导导致钻速下下降，甚至至抛光钻头头。5、冲洗液性性能对钻速速的影响5.1冲洗液密度度对钻速的的影响冲洗液密度度决定着孔孔内液柱压压力与地层层孔隙压力力之间的压压差孔底压差对对刚破碎的的岩屑有压压持作用，，阻碍孔底底岩屑及时时清除，压压差增大将将使钻速明明显下降。。10/26/2022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。10/26/2022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重点是磨锐锐式硬质合合金钻头钻钻进，自磨磨式强调异异同点。一、钻头压压力的选择择钻压是决定定硬质合金金钻头机械械钻速的最最重要参数数。在图5-1中，a点继续增加加钻压，其其钻速将呈呈直线增长长。不同岩石钻钻压增大一一倍时钻速速增长率是是不同的。。中硬—硬（Ⅵ~Ⅶ级）岩石最最敏感。Ⅳ~Ⅴ级岩石钻压压过大，孔孔底排粉冷冷却条件恶恶化，阻碍碍钻速成比比例上升；；Ⅷ~Ⅸ级岩石不宜宜硬合金钻钻进，在钻钻杆强度范范围内钻压压不能使钻钻速直线增增长。10/26/2022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。10/26/2022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1.20~1.401.20~1.7010/26/2022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。10/26/2022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0.3~0.610/26/2022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)10/26/2022中国地质大大学勘查与与基础工程程系第二节节硬质合合金钻钻进工工艺孔内岩岩屑颗颗粒的的上返返速度度主要要取决决于液液流的的上返返流速速、冲冲洗液液的性性能、、岩屑屑颗粒粒尺寸寸及其其密度度。清水冲冲洗时时，液液流上上升速速度取取0.25～0.6m/s；泥浆冲冲洗液液时，，液流流上升升速度度取0.20～0.5m/s。为提高高钻速速，在在可能能的条条件下下应尽尽量选选用清清水作作冲洗洗液；；若用用泥浆浆其粘粘度和和密度度值宜宜小不不宜大大，并并尽量量用低低固相相不分分散泥泥浆。。10/26/2022中国地地质大大学勘勘查与与基础础工程程系第二节节硬质合合金钻钻进工工艺四、P、n、Q参数间间的合合理配配合在实际际钻进进中P、n、Q都不是是单独独起作作用，，存在在交互互影响响。软岩研研磨性性小易易切入入，应应重视视及时时排粉粉延长长钻头头寿命命，应应取高高转速速、低低钻压压、大大泵量量的参参数配配合；；研磨性性较强强的中中硬及及部分分硬岩岩，为为防止止切削削具早早期磨磨钝保保持较较高钻钻速，，应取取大钻钻压、、较低低转速速、中中等泵泵量；；中等研研磨性性中软软岩，，应取取两者者参数数配合合的中中间状状态。。定性分分析的的原则则是：：钻进进Ⅳ~ⅤⅤ级及以以下岩岩层，，以较较高转转速为为主；；钻进进Ⅴ~ⅥⅥ级及及以上上岩层层，应应以较较大的的钻压压为主主。10/26/2022中国地地质大大学勘勘查与与基础础工程程系第二节节硬质合合金钻钻进工工艺五、最最优回回次钻钻程时时间的的确定定1.思路原原理磨锐式式钻头头的瞬瞬时钻钻速随随切削削具磨磨钝而而递减减。当瞬时时钻速速下降降到什什么程程度起起钻换换钻头头最好好？确定最最佳回回次钻钻程时时间的的标准准是回回次钻钻速达达最大大值。钻头在在t时间内内的累累计进进尺H为：代入到到回次次平均均钻速速计算算公式式中，，可以以得到到：10/26/2022中国地地质大大学勘勘查与与基础础工程程系第二节节硬质合合金钻钻进工工艺令，，可求求出最最优回回次钻钻程时时间：：，代入入上式式得最优回回次钻钻速为为：据瞬时时钻速速vm与进尺尺H的关系系()，代入入t0，可求出此时时的瞬时钻钻速为为：在t0时刻，，瞬时时钻速速与回回次钻钻速正正好相相等。。这便为为在现现场用用绘图图法确确定最最佳钻钻程时时间t0提供了了理论论依据据。10/26/2022中国地地质大大学勘勘查与与基础础工程程系第二节节硬质合合金钻钻进工工艺2.作图法法确定定最优优回次次钻程程时间间利用瞬瞬时钻钻速vm-t和vR-t两曲线线的交交点来来确定定t0。在钻进进中，，随时时计算算vm＝△H/△t，vR=H/(t+T)。当两者者相等等时，，此时时间即即为最最优钻钻程时时间t0。用回次次进尺尺曲线线的切切点来来确定定t0。起下钻钻时间间为T，令OA＝T。当斜率率直线线AB与H-t相切时时，tgθ为最大大值，，即vR为最大大值。。切点点对应应的时时间为为t0。10/26/2022中国地地质大大学勘勘查与与基础础工程程系第二节节硬质合合金钻钻进工工艺3.自动确确定最最佳钻钻程时时间的的方法法在有钻钻参仪仪的情情况下下，钻钻进过过程中中定期期检测测进尺尺量，，每7s由微机机计算算一次次瞬时时钻速速和回回次钻钻速，，按不不等式式vR/vm＜Cm(Cm取值1.1~1.2)判断是是否需需要终终止回回次钻钻程。。若不等等式能能满足足，则则钻进进过程程处于于图5-6中t0点左边边或刚刚过，，可继继续钻钻进。。如果果不满满足，，说明明已稳稳定地地超过过t0点。为了防防止偶偶然因因素造造成的的假象象，还还需继继续观观察5min。这时微微机系系统给给一个个钻压压增量量ΔP，观察瞬瞬时钻钻速vm是否继继续增增大而而重新新满足足不等等式，，同同时每每秒测测算一一次Cm值，如如果不不满足足不等等式的的次数数达60%，则发发出““起钻钻””的命命令。。应用该该方法法曾使使回次次钻速速提高高了10%~20%。10/26/2022中国地地质大大学勘勘查与与基础础工程程系第二节节硬质合合金钻钻进工工艺六、自自磨式式硬合合金钻钻头的的规程程特点点自磨式式与磨磨锐式式钻头头的主主要区区别：接触面面积恒恒定，，回次次进尺尺较长长，以以磨削削和微微剪切切碎岩岩为主主，要要求切切削具具能自磨磨出刃刃。（1）钻压压：与与岩石石的接接触面面积大大，总总钻压压应大大于磨磨锐式式20~25%；（2）转速速：由由破岩岩机理理，必须采采用比比磨锐锐式更更高的的转速速，以以提高高单位位时间间的破破岩次次数；；（3）泵量量：可可以采采用比比磨锐锐式略略小的的泵量量，但但为了了充分分冷却却（转转速较较高））和避避免重重复破破碎，，应尽尽量采采用大大泵量量。随随着胎胎块的的磨耗耗，过过水断断面减减小需需及时时调小小泵量量，以以防蹩蹩泵。。10/26/2022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一、、合合理理选选择择金金刚刚石石钻钻头头金刚刚石石钻钻进进中中所所选选用用的的钻钻头头必必须须和和所所钻钻的的岩岩性性相相适适应应。。尤其其是是孕孕镶镶金金刚刚石石钻钻头头的的结结构构参参数数较较为为复复杂杂，，选选择择时时应应根根据据所所钻钻岩岩层层性性质质综综合合考考虑虑到到金金刚刚石石品品级级、、胎胎体体性性能能（（保保证证钻钻头头自自锐锐））、、唇唇面面形形状状、、内内外外径径补补强强和和水水路路设设计计等等因因素素。。二、、金金刚刚石石钻钻进进规规程程参参数数评定定金金刚刚石石钻钻进进规规程程的的主主要要依依据据是是：：钻钻速速、、钻钻头头总总进进尺尺和和单位位进进尺尺的的金金刚刚石石耗耗量量三三个个指指标标。。10/26/2022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1.钻压压金刚刚石石钻钻进进分分：：表表面面研研磨磨破破碎碎、、疲疲劳劳破破碎碎、、体体积积破破碎碎随钻钻压压的的增增加加，，单单位位进进尺尺的的金金刚刚石石耗耗量量也也增增长长很很快快。。过过大大的的钻钻压压使使金金刚刚石石耗耗量量急急剧剧增增大大，，导导致致钻钻速速下下降降。。钻压压值值应应选选择择在在最最优优区区内内。。具具体体选选择择钻钻压压时时，，可可根根据据岩岩石石硬硬度度、、金金刚刚石石的的抗抗压压强强度度和和钻钻头头的的类类型型等等因因素素确确定定。。10/26/2022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1.1表镶镶金金刚刚石石钻钻头头的的钻钻压压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——钻头实实际面面积,mm2；q——单位面面积压压力。。中硬岩岩石4~5N/mm2；坚硬或或高质质量金金刚石石6~7N/mm2。10/26/2022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3、选择择和施施加钻钻压时时还应应注意意以下下几点点：（1）岩石石性质质。软岩层或破碎碎、非非均质质岩层层宜选选下限限钻压压；（2）金刚刚石。。金刚石石质量量好、、数量量多、、粒度度大时时，宜宜选用用上限限钻压，，反之之，则取取下限钻钻压；（3）钻头头类型型。钻头直直径大大、壁壁厚、、岩石石接触触面积积大时时，宜宜选用上限限钻压压。（4）注意意新钻钻头与与孔底底的磨磨合。。在磨合合阶段段应使使用低低钻压压、低低转速，，使钻头唇唇面形形状与与孔底底及岩岩心根根部逐逐渐相相吻合合。（5）孔底实实际钻钻压。。钻孔弯弯曲、、泵压压的脉脉动和和岩性性不均均质造造成钻具振振动，，使孔孔底实实际的的瞬时时动载载可能能是地地表仪仪表指指示钻钻压的的0～3倍。因因此，，对于于深孔孔、斜斜孔和和非均均质岩岩层应应取较较小的的钻压压。10/26/2022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.转速转速是是影响响金刚刚石钻钻头钻钻速的的重要要因素素，转转速与与金刚刚石磨磨损的的关系系比较较复杂杂，若若其他他条件件不变变，钻钻头转转速存存在着着临界界值，，即在在某一一转速速下金金刚石石磨损损量最最小。。2.1表镶金金刚石石钻头头的线线速度度表镶金金刚石石粒度度较大大出刃刃也较较大，，允许许有较较大的的切入入量，，转速速应低低于孕孕镶钻钻头。。推荐荐的线线速度度为1~2m/s。2.2孕镶金金刚石石钻头头的线线速度度孕镶金金刚石石粒度度很小小（一一般粒粒径0.2mm）出刃刃微小小，主主要靠靠高转转速来来获取取钻进进效率率。推推荐的的线速速度为为1.5~3m/s。10/26/2022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表镶和和孕镶镶金刚刚石钻钻头适适用的的转速速单位：：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选择合合理转转速时时：(1)岩性。。如岩岩层破破碎、、软硬硬不均均、孔孔壁不不稳，，宜选选下限限转速速。(2)钻孔。。如钻钻孔结结构简简单、、环空空小、、孔深深不大大，应应选高高转速速。(3)设备和和钻具具。实实际工工作中中常因因钻机机的能能力和和钻杆杆柱的的质量量限制制了选选用高高转速速。10/26/2022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.冲洗液泵量量在金刚石钻钻进中冲洗洗液除了完完成排粉、、冷却、护护壁外，还还起润滑钻钻具、帮助助孕镶钻头头自锐的作作用。Q=6vF(L/min)。v—环空上返流流速，要求求v≥0.3~0.5m/s。金刚石钻头头环隙很小小，冲洗液液的流动阻阻力很大，，泵量过大大不仅增大大工作泵压压，容易冲冲蚀孔壁和岩心，，还会过量量抵消钻压压，引起钻钻具的振荡荡。泵压是反映映孔底工况况的敏感参参数之一。。例如，钻钻进中突然然钻速降低低而泵压猛猛增时，可可能是发生生岩心堵塞塞或“烧钻”的预兆；泵泵压逐渐下下降则可能能是钻杆裂裂纹并正在在逐渐扩大大。10/26/2022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选择冲洗液液量时应考考虑以下因因素：岩性：坚硬致密岩岩岩粉量少少，选择下下限泵量；；强研磨性性岩，摩擦擦功较大需需大泵量冷冷却，但防止冲蚀胎胎体使金刚石脱落落。钻头：孕镶出刃微微小，多水水口循环，，高转速，，宜用较大大泵量防烧烧钻。表镶镶出刃较大大，排粉和和冷却较好好，可选较较小泵量。。防烧钻(尤其孕镶)：试验表明明，满足冷冷却胎体只只需每厘米米钻头直径径0.2~0.3L/min就可。但转转速为800r/min，钻头唇面压压力为10MPa时，钻头每每转一圈胎胎体温升1.73°°C。所以钻进中中冲洗液停停止循环1~2min，便可能造成成烧钻的恶恶性事故。。金刚石钻进进常用泵量量值:钻头36~91(mm)泵量20~70(L/min)10/26/2022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三、金刚石石钻进的临临界规程在临界规程程下钻头胎体体急剧温升升，功耗剧剧增，甚至至烧钻。1、胎体温度度与钻压P和转速n的关系当P×n达临界值胎胎体温度由由100~200°C急升至600~700°C对具体岩石石而言P×n的临界值基基本上是常常量。10/26/2022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2、功耗、机机械钻速与与钻进规程程的关系钻进功耗、、机械钻速速也与临界界规程有直直接关系。。规律与胎体体温升的趋趋势一致，，与胎体温温升同步进进入临界状状态，在同同一临界值值，功耗、、机械钻速速激增。用孕镶金刚刚石钻头钻钻进某花岗岗岩时，最最高钻速不不得超过临临界值37mm/min，否则将出现现胎体温度度剧增的严严重后果。。10/26/2022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。10/26/2022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的磨耗量比比曲线Ⅰ高3倍，可能是是生产条件件下孔内动动载使金刚刚石强度和和胎体硬度度降低。10/26/2022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综上所述，，可以得出出两点结论论：（1）金刚石钻钻进，每种种岩石都存存在临界规规程，其P·n值基本是个个常数；P和n之间存在着着明显的交交互影响，，必须同时时考虑它们们的取值；；进入临界界规程的主主要表现是是胎体温度度急升，钻钻头严重磨磨耗，虽然然此时钻速速也很高，，但可能导导致烧钻。。因此，必必须保证钻钻进生产工工艺处在小小于临界规规程的状态态下。（2）钻进中胎胎体温度和和钻头磨耗耗是重要的的孔内工况况指标，但但不便于测测量。而功功耗是同步步进入临界界规程，便便于在地表表检测，因因此可通过过测量钻进进功率来判判断钻进过过程是否正正常。10/26/2022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一、影响响钢粒钻钻进效果果的因素素1.钢粒规格格对钻进进效果及及质量的的影响钢粒粒度度大要求求钢粒钻钻头的壁壁厚加大大，导致致岩心过过细，孔孔径扩大大，对取取心和防防斜不利利。常用直径径3mm的切制钢钢粒，钻钻头壁厚厚为粒径径的3~4倍。2.钻头硬度度和水口口形状的的影响为了有效效地带动动钢粒在在孔底翻翻滚破岩岩，要求求钻头与与钢粒之之间有水水平联系系力。这这种联系系力靠钻钻头唇面面的变形形和摩擦擦。联系系力应大大于钢粒粒翻滚时时的阻力力。钻头底唇唇硬度应应略低于于钢粒硬硬度，才才能带动动钢粒翻翻滚。10/26/2022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选择钢粒粒钻头水水口形状状的原则则具有良好好的“导砂”性能，能能保持较较稳定的的孔底过过水断面面；钻头磨损损后唇面面压砂面面积变化化幅度较较小，水水口加工工方便。。双斜边和和双弧形形水口有有利于顺顺利导砂砂，在水水口高度度磨短后后，钻头头唇面面面积变化化相对较较小，可可保持轴轴向压力力基本不不变。10/26/2022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。10/26/2022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。10/26/2022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2.钻压的选择钻压是孔底碎碎岩的必要条条件，并影响响碎岩方式；；钻压是钻头牵牵动钢粒联系系力的主要依依据。总的钻压值实践证明，随随着单位压力力增大机械钻钻速上升，但但当达pmax值后，钢粒可可能被压碎或或“嵌入”钻钻头唇面，，钻速明显下下降。影响pmax的因素：钢粒粒钻头唇面硬硬度、钢粒粒强度、岩石石可钻性和钻钻头转速。岩岩石愈硬，钢钢粒相对强度度和耐磨能力力↓，则所所需的pmax也↓；随转速速加快钢粒在在孔底翻滚频频率↑，对提提高钻速有利利，所以，当当转速较快时时pmax值↓。10/26/2022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3.转速的选择钢粒在孔底翻翻滚受到孔壁壁和岩心限制制，其速度滞滞后于钻头的的线速度。钢粒钻进主要要用于脆性岩岩石，破岩的的时间效应不不明显，钢粒粒可在孔底自自动分选与补补给。所以可可采用较高转转速。实践证明，只只要钻头外环环状空间钢粒粒柱的高度不不小于水口高高度，水口又又能保证及时时导砂，则适适当提高转速速不会出现“高转速的离心心力会把钢粒粒甩出钻头唇唇面”。选择转速应综综合考虑钻头头口径、钢粒粒的强度、孔孔深和钻杆强强度等因素。。其中钢粒的的相对抗压碎碎强度与岩石石硬度及孔底底的脉动频率率有关，所以以在坚硬岩石石中宜采用较较低的转速。。10/26/2022中国地地质大大学勘勘查与与基础础工程程系第四节节钢粒钻钻进工工艺110mm钢粒钻钻头的的转速速选择择参考考表岩石级别Ⅶ~Ⅸ＞Ⅹ孔深(m)0~200200~400＞4000~300＞300转速(r/min)180~250180140~180180150~1804.泵量的的选择择钢粒钻钻进泵泵量除除了排排粉、、冷却却的功功能外外，还还在孔孔底钢钢粒的的补给给、分分选中中起主主要作作用。。泵量存存在着着最优优值。。若不不足无无法正正常地地排屑屑和碎碎钢粒粒，使使完整整钢粒粒的翻翻滚阻阻力增增大，，甚至至较少少接触触孔底底，故故钻速速很低低。10/26/2022中国地地质大大学勘勘查与与基础础工程程系第四节节钢粒钻钻进工工艺泵量过过大，，会把把孔底底完整整钢粒粒冲上上来，，既破破坏了了钻头头唇面面附近近钢粒粒动平平衡，，又将将加剧剧岩心心管的的磨损损，导导致钻钻速下下降甚甚至酿酿成岩岩心管管折断断或钢钢粒卡卡钻的的恶性性事故故。泵量的的选择择取决决于岩岩性、、钢粒粒规格格、钻钻头直直径、、水口口尺寸寸、钻钻压和和转速速的大大小、、冲洗洗液性性能及及一次次投砂砂量等等因素素。Q=q0D(L/min)清水q0=3~5L/min·cm，泥浆时时q0=1.5~3L/min·cm。岩石级级别较较高、、钻钻头水水口较较小、、钻压压较低低、转转速较较高、、孔底底存砂砂量较较少时时取下下限，，反之之亦然然。。生产中中随进进尺增增加水水口将将逐渐渐被磨磨短，，水口口处的的流速速加快快；这这时孔孔底钢钢粒也也被磨磨小，，钻头头处工工作钢钢粒数数量减减少。。因此此，在在整个个回次次钻程程中应应分段段逐次次改小小泵量量，称称为“改水”。10/26/2022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。10/26/2022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。10/26/2022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、牙轮轮钻进的的钻速方方程牙轮钻进进钻速vm与钻压、、转速、、牙轮磨磨损、压压差和水水力因素素间的关关系式(m/h)式中：P—钻压kN；W—门限钻压压kN；n—转速r/min；K—地层可钻钻性；λ—转速指数数(<1)；C2—与齿形和和岩性有有关的牙牙齿磨损损系数；；CH—孔底水力力净化系系数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。。10/26/2022中国地地质大大学勘勘查与与基础础工程程系第五节节牙轮钻钻进工工艺二、钻钻头磨磨损方方程钻压对对牙齿齿磨损损速度度的影影响牙齿磨磨损速速度式中:D1和D2—钻压影影响系系数与与牙轮轮钻头头尺寸寸有关关。钻钻压=D2/D1时，牙牙齿的的磨损损速度度无限限大，，即D2/D1是该钻钻头的的极限限钻压压。2.转速对对牙齿齿磨损损速度度的影影响钻压一一定时时转速速↑牙牙齿的的磨损损速度度也↑↑。式中：：Q1和Q2——由钻头头类型型决定定的系系数。。10/26/2022中国地地质大大学勘勘查与与基础础工程程系第五节节牙轮钻钻进工工艺3.牙齿磨磨损状状态对对牙齿齿磨损损速度度的影影响楔形齿齿的面面积将将随着着齿高高的磨磨损不不断增增大，，磨损损速度度也随随着齿齿高的的磨损损而下下降。。牙齿磨磨损速速度方方程式中：：C1—牙齿磨磨损减减慢系系数；；Af—地层研研磨性性系数数。三、钻钻进方方程中中有关关参数数的确确定(自习)四、钻钻头最最优磨磨损量量、最最优钻钻压和和最优优转速速确定定(自习)五、水水力参参数的的优选选(自习)10/26/2022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）大直径钻进进为防钻杆杆弯曲与折折断，在钻钻柱的下部部加接钻铤铤的合理长长度：h=kP/qT（m）k=1.25~1.4。刮刀式钻头头钻进时推推荐的规程程参数如表表5-13所列。10/26/2022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2.干式螺旋钻钻的规程选选择2.1转速在长螺旋钻钻进中，钻钻屑是依靠靠钻杆旋转转时的离心心力甩到螺螺旋叶片外外侧输送上上来（主动动），否则只有被被随后的钻钻屑推着向向上走（被被动），这这容易造成成堵塞。∴∴螺旋转速速是关键参参数。临界转速的的概念转速低钻屑屑的离心力力小，孔壁壁对钻屑的的摩擦力不不足以使钻钻屑与叶片片之间产生生相对运动动，钻屑只只能随叶片片旋转而不不上升。转转速增大，，孔壁对钻钻屑的摩擦擦力也增大大，转速超超过某一临临界值后，，孔壁对钻钻屑的摩擦擦力足以使使钻屑与螺螺旋叶片之之间产生相相对运动，，钻屑就会会上升。这这称为临界转速。。10/26/2022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（2）临界转速速的计算取单颗钻屑屑为研究对对象，以临临界转速nk（ωk）旋转时，颗颗粒随螺旋旋叶片旋转转而不上升升，钻屑颗颗粒处于临临界平衡状状态。受重力mg，离心惯性力力F1，孔壁对颗粒粒的法向反反力（惯