五钻进工艺.pptx

工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第一节第一节 钻进效果指标与钻进规程参数钻进效果指标与钻进规程参数 一、钻进效果指标一、钻进效果指标 （一）钻进效果指标的含义（一）钻进效果指标的含义 1 1、钻进效果指标的定义、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 2、钻进效果指标内容、钻进效果指标内容 包括：钻速、单位成本、岩矿心采取率和钻孔弯曲等。它们受多因素的影响，有不可控因素和可控因素。不可控因不可控因素素是指客观存在的因素，如所钻地层、岩性及其埋深等；可可控因素控因素是指通过一定的设备和技术手段可进行人工调节的因素，如钻头类型、冲洗液性能、钻压、转速和泵量等。第1页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第一节第一节 钻进效果指标与钻进规程参数钻进效果指标与钻进规程参数 一、钻进效果指标一、钻进效果指标 （二）钻进速度（二）钻进速度 钻进速度是衡量钻进效果的基本指标，也是考核钻进工艺和生产管理水平的最重要依据。根据不同的技术统计需要，有以下几种钻速衡量指标：1 1、机械钻速、机械钻速 2 2、回次钻速、回次钻速 3.3.技术钻速技术钻速 4 4、经济钻速、经济钻速 5 5、循环钻速、循环钻速 第2页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第一节第一节 钻进效果指标与钻进规程参数钻进效果指标与钻进规程参数 1 1、机械钻速、机械钻速 机械钻速是单位纯钻进时间内所钻的进尺。机械钻速是单位纯钻进时间内所钻的进尺。计算式如下：（m/h）式中：H钻进进尺，m；t纯钻进时间，h。机械钻速表示岩石钻进的难易程度，取决于岩石性质、钻进方法、钻具、钻进工艺和技术的合理性等因素。机械钻速表示钻进工作最基本的状况，在一定的条件下，必须优选钻进参数。第3页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第一节第一节 钻进效果指标与钻进规程参数钻进效果指标与钻进规程参数 2 2、回次钻速、回次钻速 表示从下入钻具，进行钻进，直到钻具提出钻孔的工序中（即所表示从下入钻具，进行钻进，直到钻具提出钻孔的工序中（即所谓一回次）单位时间的进尺。谓一回次）单位时间的进尺。其计算公式如下：(m/h)式中：HR回次进尺，m；t1辅助作业时间，h。t1包括钻进准备、起下钻、冲孔、扫孔、立轴倒杆、接长钻杆、卡取岩心、更换钻头及钻具等时间。孔深增加，提下钻时间增加，回次钻速减小。熟练操作、优化钻进、钻具升降机械化、自动化可提高回次钻速。第4页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第一节第一节 钻进效果指标与钻进规程参数钻进效果指标与钻进规程参数 3.3.技术钻速技术钻速 技术钻速表示一台钻机一个月期间内用于完成基本工序技术钻速表示一台钻机一个月期间内用于完成基本工序t 、辅助作业辅助作业t1 和其他补充作业和其他补充作业T1的总时间与同期的钻进进尺的总时间与同期的钻进进尺HT与之比。与之比。其计算公式如下：(m/h)T1是指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补充作业时间，h。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。第5页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第一节第一节 钻进效果指标与钻进规程参数钻进效果指标与钻进规程参数 4 4、经济钻速、经济钻速 经济钻速又称商业钻速，一般按月（季）计算，表示一台钻机表示一台钻机在一个月（季度）期间的可计入成本时间在一个月（季度）期间的可计入成本时间（基本工序时间t、辅助工序时间t1、补充作业时间T1和非生产工序所用时间T2 ）与同期钻进进尺与同期钻进进尺HB 之比。之比。其计算公式如下：(m/h)T2是指一个月（季）钻机安装、大修、处理孔内事故等非生非生产性作业的时间产性作业的时间，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。第6页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第一节第一节 钻进效果指标与钻进规程参数钻进效果指标与钻进规程参数 5 5、循环钻速、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。第7页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第一节第一节 钻进效果指标与钻进规程参数钻进效果指标与钻进规程参数 二、钻进规程二、钻进规程 （一）钻进规程的含义（一）钻进规程的含义 所谓钻进规程是指为提高钻进效率、降低成本、保证所谓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。数组合。在回转钻进中主要的钻进参数有：钻压（钻头上的轴向载荷）、钻具转速、冲洗介质（水、钻井液或压缩空气）的品质、单位时间内冲洗介质的流量等工艺参数。第8页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第一节第一节 钻进效果指标与钻进规程参数钻进效果指标与钻进规程参数 （二）钻进规程的类型（二）钻进规程的类型 生产中有不同的钻进规程：最优规程、合理规程、专用规程 1 1、最优规程、最优规程 （1 1）最优规程的定义：）最优规程的定义：当地质技术条件和钻进方法已确定时，在保证钻孔质量指标（钻孔方向、岩矿心采取率等）的前提下，为获取最高钻速或最低每米钻进成本而选择的钻进参数搭配叫做最优规程。（2 2）实现最优钻进规程的条件是：）实现最优钻进规程的条件是：钻机设备的功率、转速、钻杆的强度、冲洗介质的品质等因素不限制钻进参数的选择。第9页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第一节第一节 钻进效果指标与钻进规程参数钻进效果指标与钻进规程参数 2 2、合理规程、合理规程 在给定的技术装备条件下，当钻进规程参数的选择受到某种制约时（例如设备功率不足，钻机的转速达不到要求，钻具强度不够、冲洗液泵量不足等），在保证钻孔质量指标的同时争取最大钻速的钻进参数组合叫做合理规程。3 3、专用规程、专用规程 为完成特种取心，矫正孔斜，进行定向钻进等任务所采用的参数组合称为专用规程。与特种工艺匹配，钻速已成为从属的目标。第10页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第一节第一节 钻进效果指标与钻进规程参数钻进效果指标与钻进规程参数 三、钻进过程中各参数间的基本关系三、钻进过程中各参数间的基本关系 1 1、钻压钻压对钻速的影响对钻速的影响 依据钻速与钻压的实验曲线，可得出：（1）在很大的变化范围内(ab段)，钻压与钻速近似成线性关系；（2）a点之前，钻压太低，钻速很慢；（3）b点之后，钻压过大，岩屑量过多，甚至切削具完全压入岩层，孔底冷却和排粉条件恶化，钻头磨损也加剧，使钻进效果变差。第11页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第一节第一节 钻进效果指标与钻进规程参数钻进效果指标与钻进规程参数 1 1、钻压对钻速的影响、钻压对钻速的影响可按图中的直线段来建立钻压P与钻速vm的定量关系，即 vm（P-W）式中：Wab线在钻压轴上的截距，相当于切削具开始压入地层时的钻压。它在石油钻井中称为门限钻压门限钻压，主要取决于岩层性质。不同地层的门限钻压各异。第12页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第一节第一节 钻进效果指标与钻进规程参数钻进效果指标与钻进规程参数 三、钻进过程中各参数间的基本关系三、钻进过程中各参数间的基本关系 2、转速对钻速的影响、转速对钻速的影响 转速是钻头旋转的速度，表示切削具运动的快慢。由图可知：（1）在软、塑性大、研磨性小的粘土岩层钻进时（曲线），钻速vm与转速n关系基本呈线性关系；（2）在中等硬度、研磨性较小的岩层中钻进时（曲线），钻速vm与转速n的关系开始呈直线关系，但随着n继续增大而逐渐变缓，转速愈高，钻速增长愈慢；第13页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第一节第一节 钻进效果指标与钻进规程参数钻进效果指标与钻进规程参数 三、钻进过程中各参数间的基本关系三、钻进过程中各参数间的基本关系 2 2、转速对钻速的影响、转速对钻速的影响 （3）在中硬、研磨性强的岩层钻进时（曲线），开始时类似于曲线，但钻速随转速增大而增大的速率缓慢，当超过某个极限转速n0后，钻速vm还有下降的趋势。在钻压和其他钻进参数保持不变的情况下，钻速可表述为 vmn 式中：为转速指数，一般小于1，其数值大小与岩性有关。第14页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第一节第一节 钻进效果指标与钻进规程参数钻进效果指标与钻进规程参数 3 3、水力因素对钻速的影响、水力因素对钻速的影响 一定的钻速条件下，单位时间内钻出的岩屑总量一定，而该数量的岩屑需要一定的水功率才能完全清除，低于这个水功率值，孔底净化不完善，则钻速降低。对于软岩，高于这个水功率值，水力参加破岩，使机械钻速可能升高。但此时，水力浮力的增加，对钻速的提高会造成不利影响，尤其是在硬岩层中。对孕镶金刚石钻头和自磨式钻头，必须在孔底保存一定的岩粉量，过大的水功率将导致钻速下降，甚至抛光钻头。第15页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第一节第一节 钻进效果指标与钻进规程参数钻进效果指标与钻进规程参数 4 4、冲洗液性能对钻速的影响、冲洗液性能对钻速的影响 （1 1）冲洗液密度对钻速的影响）冲洗液密度对钻速的影响 冲洗液密度决定着孔内液柱压力与地层孔隙压力之间的压差。孔底压差对刚破碎的岩屑有压持作用，阻碍孔底岩屑及时清除，压差增大将使钻速明显下降。其关系为：式中：v0零压差时的钻速，m/h；p孔内液柱压力与地层孔隙压力之间的压差，MPa；与岩层性质有关的系数。第16页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第一节第一节 钻进效果指标与钻进规程参数钻进效果指标与钻进规程参数 4 4、冲洗液性能对钻速的影响、冲洗液性能对钻速的影响 （2 2）冲洗液粘度对钻速的影响）冲洗液粘度对钻速的影响 其他条件一定时，冲洗液粘度的增大,将使孔底压差增大，浮力增大，并使孔底钻头获得的水功率降低，从而使钻速降低。（3 3）冲洗液固相含量及其分散性对钻速的影响）冲洗液固相含量及其分散性对钻速的影响 固相含量、固相颗粒大小和分散度对钻速对钻进速度有明显影响。由图可见，固相含量相同时，分散性冲洗液比不分散冲洗液的钻速低。固相含量越少，两者的差别越大。一般应采用固相含量低于4%的不分散冲洗液。第17页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第二节第二节 硬质合金钻进工艺硬质合金钻进工艺 硬质合金钻进分磨锐式磨锐式硬质合金钻头钻进和自磨式自磨式硬质合金钻头钻进，两者的钻进工艺存在异同点。一、磨锐式硬质合金钻头的钻进规程一、磨锐式硬质合金钻头的钻进规程 （一）钻压的选择（一）钻压的选择 磨锐式硬质合金钻头是以切削具压入切削和剪切破碎为主，钻压的大小决定着碎岩的方式和特点，依据图5-1的关系，钻压的选择必须大于a点的钻压。但随着切削具的磨损，其碎岩方式和特点也会发生变化。第18页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第二节第二节 硬质合金钻进工艺硬质合金钻进工艺 （一）钻压的选择（一）钻压的选择 1 1、初始钻压与钻速的关系、初始钻压与钻速的关系 传统的观念认为：初始时，切削具锋利，所需钻压较小就可以满足比压大于岩石的压入硬度，产生体积破碎。随着切削具的磨损，切削具与岩石的接触面积增大，应逐渐加大钻压，维持比压继续大于岩石的压入硬度，以维持稳定的体积破碎。表9-19是初始钻压加载与钻进效果的实验数据。第19页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第二节第二节 硬质合金钻进工艺硬质合金钻进工艺 可以得出：可以得出：随初始钻压的提高，钻头的回次进尺略有减少，但钻进时间减少较大，因而，回次钻速有较大提高。其原因是：其原因是：一开始就大钻压，有利于发挥切削具锋利的优势，产生较大的体积破碎，初始钻速很高，而切削具的磨损，随进尺的增加并未有显著的增加，回次进尺没有明显的减少。可以认为：一开始就以允许的大钻压对钻进是有利的，可以认为：一开始就以允许的大钻压对钻进是有利的，但初试钻压并不是越大越好，是合理钻压。第20页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第二节第二节 硬质合金钻进工艺硬质合金钻进工艺 （一）钻压的选择（一）钻压的选择 2 2、钻压与所钻岩石的关系、钻压与所钻岩石的关系 但不同岩石对增加钻压所表现出的钻速变化规律是不同的。（1）中硬硬（67级）岩石最敏感，增大钻压时，钻速增长最显著；（2）对45级的岩石，如果钻压过大，将使孔底排粉和冷却条件恶化，阻碍了钻速的成比例上升；（3）89级岩石是不宜用硬质合金钻进，可理解为：钻压值未达到体积破碎，钻压增加，磨损加剧，钻速下降。第21页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第二节第二节 硬质合金钻进工艺硬质合金钻进工艺 （一）钻压的选择（一）钻压的选择 2 2、钻压与所钻岩石的关系、钻压与所钻岩石的关系 实际生产中，一般根据不同形状的硬质合金压力选用经验（表5-1），确定钻头上的总压力，即：式中：p每颗切削具上应有的压力；m钻头唇面上的切削具数目。钻进中，根据钻速的变化，适时调整。岩石越硬、研磨性越强，p值取上限；粘性软岩取小值；裂隙地层也应取小值。第22页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第二节第二节 硬质合金钻进工艺硬质合金钻进工艺 （二）转速的确定（二）转速的确定 合金钻头转速的确定，合金钻头转速的确定，考虑岩性岩性和碎岩时间因素碎岩时间因素的影响。1 1、软岩层钻进时的转速、软岩层钻进时的转速 钻进塑性大、研磨性小的软岩层(如粘土类岩层)，可以认为切削具切下来的岩石厚度就等于切削具切入岩石的深度，且钻进中切削具的磨损很小，其机械机械钻速钻速v为：式中：h0切削具的切入深度；m切削具的组数；n钻头的转速。硬质合金钻进软岩，可以认为机械钻速硬质合金钻进软岩，可以认为机械钻速v与转速与转速n是成正比的。是成正比的。第23页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第二节第二节 硬质合金钻进工艺硬质合金钻进工艺 一、磨锐式硬质合金钻头的钻进规程一、磨锐式硬质合金钻头的钻进规程 （二）转速的确定（二）转速的确定 2 2、中硬及硬岩层钻进时的转速、中硬及硬岩层钻进时的转速 （1 1）岩性影响：）岩性影响：这类岩层压入硬度较大，研磨性也较高。钻进中切削具不断地被磨钝，使其与岩石的接触面积不断地增大，从而岩石受压的应力带也增大。如果转速较高，而切削具单位面积上的压力较小，磨损加剧，使得破碎岩石更为困难。第24页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第二节第二节 硬质合金钻进工艺硬质合金钻进工艺 2 2、中硬及硬岩层钻进时的转速、中硬及硬岩层钻进时的转速 （2 2）时间因素的影响：）时间因素的影响：时间效应是指，岩石在切削具作用下，从发生弹性变形形成剪切体跳跃式吃入岩石至一定深度，需要一个短暂的时间t。即：承受载荷的切削具在岩石表面停留一个短暂时间t，使裂隙能够沿剪切面发育至自由面，形成剪切体。如果转速超过临界值（nn0），则切削具作用于岩石的时间小于t，岩层中的裂隙尚未完全发育载荷便移走了，从而造成破岩深度减少，甚至使碎岩状态转化为表面破碎。由此，使用磨锐式硬合金钻头钻进较硬岩石时，不允许过高地增大转速。第25页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第二节第二节 硬质合金钻进工艺硬质合金钻进工艺 2 2、中硬及硬岩层钻进时的转速、中硬及硬岩层钻进时的转速 一些研究者认为：时间因素对碎岩深度近似地存在下列关系：式中：h转速n时，切削具实际的碎岩深度；h0当n=0 时的切入深度；岩石的弹塑性衰减系数。由上式可知：由上式可知：在中硬以上岩层中钻进时，切削具的碎岩深度随转速的增高而明显地下降。机械钻速v 与转速呈抛物线关系。曲线最高点的是最优转速，此时的机械钻速最高。第26页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第二节第二节 硬质合金钻进工艺硬质合金钻进工艺 （二）转速的确定（二）转速的确定 3 3、钻头转速的线速度、钻头转速的线速度 由于钻头的直径大小不一，切削具的运动以线速度更为科学，二者之间的关系为：(m/s)式中：D钻头平均直径，m；n钻头转速，r/min。不同岩石，磨锐式硬质合金钻头钻进的最优线速度如表5-2（0.31.6m/s）。第27页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第二节第二节 硬质合金钻进工艺硬质合金钻进工艺 （三）冲洗液泵量的选择（三）冲洗液泵量的选择 钻进中，由泵送入孔内的冲洗液的流量称为冲洗液量或泵量。钻进中，由泵送入孔内的冲洗液的流量称为冲洗液量或泵量。1 1、冲洗液量与孔底岩粉量的关系、冲洗液量与孔底岩粉量的关系 泵送冲洗液的目的主要是清除钻进产生的岩粉和冷却钻头。因此，泵量的确定应以孔底岩粉量的多少为主要依据。在硬岩层钻进中，在硬岩层钻进中，如果转速较低、进尺慢，冲洗液量可适当减小；软岩层的转速越高软岩层的转速越高、进尺越快，冲洗液量可适当增大。泵量过大，由于液流的阻力与流速的平方成正比，造成泵压过高，同时，冲蚀岩心和孔壁。第28页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第二节第二节 硬质合金钻进工艺硬质合金钻进工艺 2 2、冲洗液量与岩屑颗粒的关系、冲洗液量与岩屑颗粒的关系 孔内岩屑颗粒的上返速度主要取决于液流的上返流速（其次是与冲洗液的性能有关）、岩屑颗粒尺寸及其密度。实验表明：清水冲洗时，液流上升速度取0.250.6m/s；泥浆冲洗液时，液流上升速度取0.200.5m/s。钻进中的冲洗液量可按下式计算。(L/min)式中：v1冲洗液在外环空间的上返速度，dm/min；D、d分别为钻孔直径和钻杆外径，dm；m孔壁、孔径不规则引起的上返速度不均匀系数，m取1.031.1。第29页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第二节第二节 硬质合金钻进工艺硬质合金钻进工艺 （三）冲洗液泵量的选择（三）冲洗液泵量的选择 3 3、冲洗液量与冲洗液性能的关系、冲洗液量与冲洗液性能的关系 为提高钻速，在可能的条件下应尽量选用清水作冲洗液；若用泥浆时，其粘度和密度值宜小不宜大，并尽量采用低固相不分散泥浆。（四）各钻进参数间的配合关系（四）各钻进参数间的配合关系1 1、钻进规程参数间的相互影响、钻进规程参数间的相互影响 虽然各钻进参数都存在着各自的最优值，但是，在钻进不同岩层时，由于各参数的相互影响，其最优值会有所改变。第30页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第二节第二节 硬质合金钻进工艺硬质合金钻进工艺 1 1、钻进规程参数间的相互影响、钻进规程参数间的相互影响 由硬合金切削具在7级岩石钻进试验的结果可知：（1）一定钻压下，随转速的增加，机械钻速亦有增长，但逐渐变缓。若超出试验范围，可能会出现极值。（2）一定转速下，大的钻压将获得较高的机械钻速；在较大的钻压下，随着转速的增大，机械钻速增长的幅度也较大。钻压加大、转速加快，在极限范围内，机械钻速相应地提高，单位时间产生的岩屑量增多，岩屑的粒度也增大，因此，泵量也必须相应地增大。所以，钻进规程的各参数是相互影响的。第31页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第二节第二节 硬质合金钻进工艺硬质合金钻进工艺 （四）各钻进参数间的配合关系（四）各钻进参数间的配合关系 2 2、钻进参数间的配合关系、钻进参数间的配合关系 用磨锐式硬合金钻头钻进，对于不同的岩石，应当有综合的最优钻进规程参数。其配合关系一般为：（1）钻进塑性松软岩层，宜采用高转速、低钻压、大泵量；（2）钻进45级中硬岩层，则应采用适当高的转速、中等钻压、稍大的泵量；（3）钻进硬而研磨性大的岩层时，应采用大钻压、低转速、中等泵量。第32页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第二节第二节 硬质合金钻进工艺硬质合金钻进工艺 一、磨锐式硬质合金钻头的钻进规程一、磨锐式硬质合金钻头的钻进规程 （五）最优回次钻程时间的确定（五）最优回次钻程时间的确定 用磨锐式钻头钻进时，在规程未改变的条件下，瞬时钻速随切削具的磨钝而递减。那么，当瞬时钻速下降到什么，当瞬时钻速下降到什么程度起钻换钻头最好？这是一个变钻速纯钻时间和起下钻程度起钻换钻头最好？这是一个变钻速纯钻时间和起下钻辅助作业时间的平衡问题。辅助作业时间的平衡问题。因此，必须确定一个最佳回次钻程时间。确定最佳回次钻程时间的标准应是该回次的回次钻速达最大值。第33页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第二节第二节 硬质合金钻进工艺硬质合金钻进工艺 （五）最优回次钻程时间的确定（五）最优回次钻程时间的确定 1 1、确定最优回次钻程时间理论基础、确定最优回次钻程时间理论基础 根据前叙内容，钻头在t时间内的累计进尺H为：(5-14)式中：v0钻进开始时的瞬时钻速；k0表示钻速下降的特征系数，主要取决于岩性、钻进规程和钻头类型。代入到回次平均钻速计算公式中，可以得到：(5-15)第34页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第二节第二节 硬质合金钻进工艺硬质合金钻进工艺 （五）最优回次钻程时间的确定（五）最优回次钻程时间的确定 1 1、确定最优回次钻程时间理论基础、确定最优回次钻程时间理论基础 (5-15)令 ，可求出最优回次钻程时间：，代入上式，得到最优回次钻速为：最优回次钻速为：(5-16)第35页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第二节第二节 硬质合金钻进工艺硬质合金钻进工艺 （五）最优回次钻程时间的确定（五）最优回次钻程时间的确定 1 1、确定最优回次钻程时间理论基础、确定最优回次钻程时间理论基础 最优回次钻速为：最优回次钻速为：(5-16)据瞬时钻速vm与进尺H 的关系()，代入t0，可求出此时的瞬时钻速为：瞬时钻速为：(5-17)在在t t0 0时刻，瞬时钻速与回次钻速正好相等。时刻，瞬时钻速与回次钻速正好相等。这便为在现场用绘图法确定最佳钻程时间t0提供了理论依据。第36页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第二节第二节 硬质合金钻进工艺硬质合金钻进工艺 （五）最优回次钻程时间的确定（五）最优回次钻程时间的确定 2 2、作图法确定最优回次钻程时间、作图法确定最优回次钻程时间 （1 1）利用瞬时钻速）利用瞬时钻速vmt 和和 vRt 两曲线的交点来确定两曲线的交点来确定t t0 0 。如图所示。在钻进过程中，随时计算vmH/t，vR=H/（t+T）。当两者相等时，即结束钻程而起钻。此时的时间即为最优钻程时间t0。第37页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第二节第二节 硬质合金钻进工艺硬质合金钻进工艺 2 2、作图法确定最优回次钻程时间、作图法确定最优回次钻程时间 （2 2）利用回次进尺曲线的相应切点来确定）利用回次进尺曲线的相应切点来确定t t0 0 。如图示，横坐标为时间t，纵坐标为进尺H，起下钻时间为T，在横坐标0点的左边定A点，OAT。由图可得：当斜率直线AB与Ht（随钻进测绘）相切时，tg为最大值，即vR为最大值。切点对应的时间为t0。第38页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第二节第二节 硬质合金钻进工艺硬质合金钻进工艺 （五）最优回次钻程时间的确定（五）最优回次钻程时间的确定 3 3、自动检测确定、自动检测确定最优回次钻程时间最优回次钻程时间 （1 1）采用计算机自动检测技术确定最佳钻程时间的原理是：）采用计算机自动检测技术确定最佳钻程时间的原理是：在钻进过程中定期检测进尺量，每7s时间由微机计算一次瞬时钻速vm和回次钻速vR并存储起来，同时按不等式 Cm （Cm的取值为1.11.2）判断是否需要终止回次钻程。如果不等式能满足，则表明钻进过程处于图5-6中t0点的左边或刚过t0点，可继续钻进。如果不满足，说明已稳定地超过t0点。第39页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第二节第二节 硬质合金钻进工艺硬质合金钻进工艺 （五）最优回次钻程时间的确定（五）最优回次钻程时间的确定 3 3、自动检测确定、自动检测确定最优回次钻程时间最优回次钻程时间（2）当不等式不满足时，还需继续观察5min，防止因偶然因素或规程变化造成的虚假现象。这时微机系统给钻压一个增量P，以便观察瞬时钻速vm是否会继续增大而重新满足不等式，同时每秒测算一次Cm值，如果不满足的次数达60%，则发出“起钻”的命令。第40页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第二节第二节 硬质合金钻进工艺硬质合金钻进工艺 二、自磨式硬合金钻头的规程特点二、自磨式硬合金钻头的规程特点 1、自磨式钻头与磨锐式钻头的主要区别、自磨式钻头与磨锐式钻头的主要区别（1）自磨式钻头切削具与孔底接触面积恒定，机械钻速稳定，回次进尺也较长，不受瞬时钻速不断下降的影响；（2）自磨式钻头的碎岩是以磨削和微剪切为主，要求硬质合金切削具随着磨耗能适量地从胎块中出露；（3）钻进以68级中硬以上的岩层为主，钻速较低，岩粉较细。以上区别是确定自磨式硬合金钻进规程的依据。第41页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第二节第二节 硬质合金钻进工艺硬质合金钻进工艺 二、自磨式硬合金钻头的规程特点二、自磨式硬合金钻头的规程特点 2 2、自磨式硬合金钻头的规程特点、自磨式硬合金钻头的规程特点 （1 1）钻压：）钻压：自磨式钻头与岩石的接触面积大，总的钻压应大于磨锐式钻头。一般钻压比磨锐式大20%25%；（2 2）转速：）转速：由破岩机理可知，自磨式钻头必须采用比磨锐式更高的转速，以提高单位时间的破岩次数；（3 3）泵量：）泵量：自磨式硬合金钻进可以采用比磨锐式略小的泵量，但为了充分冷却（转速较高）和避免重复破碎，应尽量采用大的泵量。且初始泵量大，随着胎块的磨耗，过水断面减小需及时调小泵量，以防蹩泵。第42页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第三节第三节 金刚石钻进工艺金刚石钻进工艺 金刚石钻进工艺包括合理的选择金刚石钻头选择金刚石钻头和确定金刚确定金刚石钻进规程参数石钻进规程参数两个方面。一、合理选择金刚石钻头一、合理选择金刚石钻头 理论上金刚石钻头可以钻进各类岩石，但在实践中往往出现一些反常现象：如在某些地层中，钻头金刚石耗量大而进尺少；在另一些地层中，钻头的钻速很低，甚至出现钻头“打滑”不进尺的情况；一种钻头在这个地区钻效很高，而在另一个地区却效果很差。这些现象归结起来说明一个问题，金刚金刚石钻进中所选用的钻头必须和所钻的岩性相适应。石钻进中所选用的钻头必须和所钻的岩性相适应。第43页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第三节第三节 金刚石钻进工艺金刚石钻进工艺 一、合理选择金刚石钻头一、合理选择金刚石钻头 选择金刚石钻头选择金刚石钻头其原则为：其原则为：（1）软至中硬和完整均质岩层，一般宜用天然表镶钻头、复合片钻头、聚晶钻头。（2）硬至坚硬致密的岩层（712级），一般宜用孕镶钻头，尖环槽钻头，或细粒表镶金刚石钻头。（3）在破碎、软硬互层、裂隙发育或强研磨性岩层，宜用尖齿型广谱钻头或耐磨性好的、补强的电镀孕镶钻头。第44页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第三节第三节 金刚石钻进工艺金刚石钻进工艺 选择金刚石钻头选择金刚石钻头其原则为：其原则为：（4）胎体耐磨性胎体耐磨性的原则：强研磨性岩层，选用高耐磨性胎体；中等研磨性岩层，选用中等耐磨性的胎体；弱研磨性岩层，选用低耐磨性的胎体。（5）复杂岩层，研磨性越强、越硬，选用金刚石晶级金刚石晶级好、粒粒度度相对细的钻头。（6）强研磨性、破碎的岩层，选用金刚石浓度金刚石浓度较高的钻头。反之，均质致密、弱研磨性的岩层，选用浓度较低的钻头。（7）岩层软，排粉多，选用复合片钻头或聚晶钻头复合片钻头或聚晶钻头，易冲蚀的岩矿层取心，应采用底喷式钻头底喷式钻头。第45页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第三节第三节 金刚石钻进工艺金刚石钻进工艺 二、金刚石钻进规程参数二、金刚石钻进规程参数 金刚石钻进规程参数包括：金刚石钻进规程参数包括：钻压、转速、冲洗液量。影响钻进规程参数的因素：影响钻进规程参数的因素：岩层性质、钻头类型等。评定金刚石钻进规程的主要依据是：评定金刚石钻进规程的主要依据是：钻速、钻头总进尺和单位进尺的金刚石耗量三个指标。第46页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第三节第三节 金刚石钻进工艺金刚石钻进工艺 二、金刚石钻进规程参数二、金刚石钻进规程参数 （一）钻压（一）钻压 金刚石钻进，根据钻压的不同，同样分三个破碎阶段：表面研磨破碎、疲劳破碎、体积破碎。随钻压的增加，单位进尺的金刚石耗量也增长很快。过大的钻压使金刚石耗量急剧增大，并导致钻速下降，因此，钻压值应选择在图中的最优区内。具体选择钻压，具体选择钻压，可根据岩石硬度、金刚石的抗压强度和钻头的类型等因素确定。可根据岩石硬度、金刚石的抗压强度和钻头的类型等因素确定。第47页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第三节第三节 金刚石钻进工艺金刚石钻进工艺 1 1、表镶金刚石钻头的钻压、表镶金刚石钻头的钻压P P 根据岩石硬度、金刚石的抗压强度确定钻压：根据岩石硬度、金刚石的抗压强度确定钻压：钻压P 应使每粒工作金刚石与岩石接触应力大于岩石的抗压入硬度C ,小于金刚石的强度D。上式确定钻压应以后者为基本原则，因此，表镶金刚石钻头的钻压P：P=m p （N）式中：m钻头上工作金刚石的粒数，一般为总粒数的2/33/4；p单粒金刚石允许的压力（与粒度、品级有关），N/粒 F单粒金刚石与岩石接触面积，（mm2）第48页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第三节第三节 金刚石钻进工艺金刚石钻进工艺 （一）钻压（一）钻压 2 2、孕镶金刚石钻头的钻压、孕镶金刚石钻头的钻压W W 孕镶钻头上的金刚石颗粒多、出刃量小，可以认为是胎体唇面与岩石全断面接触，钻压对金刚石的抗压强度的影响降为次要因素，主要应根据岩石的性质确定钻压主要应根据岩石的性质确定钻压W W W=Fq （N）式中：F钻头实际工作唇面面积，mm2；q单位唇面面积推荐的压力。中硬岩石取45 N/mm2；坚硬岩石或金刚石质量高取67 N/mm2。第49页/共118页工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术工程钻探与取样技术2024/4/18 周四中国地质大学勘查与基础工程系 第三节第三节 金刚石钻进工艺金刚石钻进工艺 3 3、选择和施加钻压时还应注意以下几点：、选择和