勘探鉆進(jìn)原理

勘探鉆進(jìn)原理

Explorationdrillingprincipals緒論(Preface)一、“鉆探工藝學(xué)”課程的內(nèi)容、地位和任務(wù)二、鉆進(jìn)技術(shù)的用途三、鉆進(jìn)方法的分類四、學(xué)習(xí)本課程應(yīng)注意的問題一、“勘探鉆進(jìn)原理”課程的內(nèi)容、地位

Contentsandstatusof“ExplorationDrillingPrinciples”1、內(nèi)容巖石的物理力學(xué)性質(zhì)與碎巖機(jī)理鉆頭與鉆進(jìn)工藝鉆探質(zhì)量（鉆孔彎曲、取芯等）2、地位2.1從專業(yè)課的課時分配上說明2.2從與其它專業(yè)課的關(guān)系上進(jìn)行說明2.3從專業(yè)歷史沿革進(jìn)行說明二、鉆進(jìn)技術(shù)的用途

Applicationfieldsofdrillingtechnology找礦（地質(zhì)普查、地質(zhì)勘察、水文地質(zhì)鉆探、工程地質(zhì)鉆探、油氣鉆探、地?zé)徙@探、海洋鉆探、極地鉆探、科學(xué)鉆探）開采礦產(chǎn)資源工程施工（橋墩、大壩防滲注漿、鋪設(shè)管道鉆孔、通風(fēng)孔等）三、鉆進(jìn)方法的分類

Classificationofdrillingmethod按鉆頭所用切削材料分類：金剛石鉆進(jìn)、硬質(zhì)合金鉆進(jìn)、鋼粒鉆進(jìn)按碎巖方式分類：回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、沖擊鉆進(jìn)、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、回轉(zhuǎn)沖擊鉆進(jìn)。按沖洗液循環(huán)方式鉆進(jìn)：正循環(huán)鉆進(jìn)、反循環(huán)鉆進(jìn)、孔底局部反循環(huán)鉆進(jìn)按鉆進(jìn)目的分類：地質(zhì)鉆進(jìn)、石油鉆進(jìn)、水井鉆進(jìn)、工程施工鉆進(jìn)（a）正循環(huán)（b）正循環(huán)（c）孔底局部反循環(huán)四、學(xué)習(xí)本課程應(yīng)注意的問題

Problemsnotedinlearningthesubject1.理論聯(lián)系實際，課本描述性語言多,注意總結(jié),結(jié)合實踐,上升理論；2.理論、實踐并重；3.注重實驗課；4.注重工程實例。第一章巖石鉆進(jìn)過程與破碎機(jī)理

Chapter1Drillingprocessofrocks

andfracturingmechanism第一節(jié)、巖石的物理力學(xué)性質(zhì)第二節(jié)、巖石可鉆性及其分級第三節(jié)、鉆頭碎巖刃具與巖石作用的主要方式第四節(jié)、靜載作用下的巖石應(yīng)力狀態(tài)第五節(jié)、外載作用下巖石的破碎過程第一章巖石鉆進(jìn)過程與破碎機(jī)理

Chapter1Drillingprocessofrocksandfracturingmechanism第一節(jié)、巖石的物理力學(xué)性質(zhì)第二節(jié)、巖石可鉆性及其分級第三節(jié)、鉆頭碎巖刃具與巖石作用的主要方式第四節(jié)、靜載作用下的巖石應(yīng)力狀態(tài)第五節(jié)、外載作用下巖石的破碎過程第一節(jié)巖石的物理力學(xué)性質(zhì)

Physical&mechanicalpropertiesofrocks一、巖石的組成與分類

巖石是礦物顆粒的集合體。按成因分：巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖。巖漿巖：內(nèi)力地質(zhì)作用的產(chǎn)物，系地殼深處的巖漿沿的殼裂隙上升冷凝而成。沉積巖：在地表條件下母巖風(fēng)化剝蝕的產(chǎn)物，經(jīng)搬遷、沉積和硬結(jié)等成巖作用而形成的巖石。組成沉積巖的物質(zhì)成分有顆粒和膠結(jié)物兩大類。變質(zhì)巖：沉積巖或變質(zhì)巖本身在地殼中受到高溫高壓及化學(xué)活動性流體的影響而變質(zhì)形成的巖石（原巖成分和變質(zhì)巖特有的，如石墨、滑石，蛇紋石，硅灰?guī)r等）。二、巖石的結(jié)構(gòu)與與構(gòu)造巖石的微觀組織特特征，即巖石的結(jié)結(jié)構(gòu)，它與礦物粒粒度的大小、形狀狀和表面特征有關(guān)關(guān)，反映了巖石非非均質(zhì)性和孔隙性性。巖石構(gòu)造是表示巖巖石宏觀組織特征征，它說明礦物顆顆粒之間的組合形形式和空間分布狀狀況，它決定了巖巖石的各向異性和和裂隙性。巖石的的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造與巖巖石的成因類型、、形成條件及存在在環(huán)境有緊密的聯(lián)聯(lián)系。巖漿巖是由巖漿冷冷卻形成凝固而形形成的巖石，由于于生成環(huán)境和冷卻卻速度不同，巖漿漿化學(xué)成份和其中中揮發(fā)物的含量不不等，形成不同的的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造。巖漿巖：晶質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)巖石一般強度較較高，同時斷面粗粗糙者往往研磨性性較大。沉積巖：顆粒和膠膠結(jié)物組成，沉積積巖的主要構(gòu)造特特征是有鉆進(jìn)過程程中產(chǎn)生的層理，，與鉆進(jìn)有關(guān)。變質(zhì)巖：主要構(gòu)造造特征是片理（+如石墨和滑石））.巖石沿平行平平面分裂為薄片的的能力叫做片理化化。圖1－1晶體結(jié)結(jié)構(gòu)類型圖1－3層理產(chǎn)產(chǎn)生的原因圖1-2膠結(jié)物物的類型巖石照片花崗石花崗石花崗巖白云巖第二節(jié)巖石的的自然性質(zhì)Naturalpropertiesofrocks巖石的自然性質(zhì)：巖石在生成過程程中，構(gòu)造變動和和風(fēng)化過程中自然然形成的特性。密度:單位體積巖石的的質(zhì)量.容重:單單位體積巖石的重重量.比重:單位體積巖石骨骨架體積的重量.巖石體積=固相相骨架體積+巖石石中孔隙體積.一一般來說,密度度越高,強度越大大。孔隙度:巖石中孔隙體積與與巖石總體積之比比。一般來說,孔孔隙度越大,強度度越低.含水性:W=(GW-GD)/GD透水性:KW=?ql/A(Pi-Po)巖石的孔隙越大,裂隙越多,水對對它的影響就越大大。如石灰?guī)r,用用水浸透后,強度度下降明顯。第三節(jié)巖石的的力學(xué)性質(zhì)Mechanicalpropertiesofrocks巖石的力學(xué)性質(zhì)是是巖石在外力作用用下表現(xiàn)出來的特特性。主要有變形形特性、強度特性性和表面特性。變形特性：彈性、、塑性和脆性強度特性：抗壓強強度、抗拉強度、、抗剪強度和抗彎彎強度表面特性：硬度和和研磨性1.3.1、變形形特性（deformationproperties）彈性變形塑性變形巖石破壞的形式Brokenformofrocks脆性破壞塑脆性破壞（彈性性變形不明顯，塑塑性破壞）(a)(b)(c)影響巖石彈性、塑塑性和脆性的因素素（Factsaffectingrockselasticityandplasticity））1、巖石物質(zhì)成分分2、巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造造3、應(yīng)力狀態(tài)4、載荷性質(zhì)5、受力條件6、溫度和濕度巖石彈塑性的測定定Measureofrock’selasticityandplasticityKp=SOABC/SODE圖1.1－10由應(yīng)力－應(yīng)變曲線確定彈性模數(shù)圖1.1－11巖石壓入時的載荷－侵深曲線1.3.2、強度度性質(zhì)（Strengthproperties）巖石強度：巖石在載荷作用用下變形到一定程程度就發(fā)生破壞。。破壞前巖石所能能承受的最大載荷荷，單位面積上的的最大載荷。根據(jù)據(jù)受力條件不同，，巖石強度又可分分為抗拉強度、抗抗彎強度、抗剪強強度、抗壓強度。。有單向應(yīng)力狀態(tài)態(tài)下的強度，多向向應(yīng)力狀態(tài)下的強強度。圖1.1－14巖石單軸軸抗壓試驗1－巖樣；2－球球座；3－鋼墊板板圖1.1－15巖石單軸拉伸伸試驗1－巖樣；2－夾夾頭；圖中尺寸單單位：cm圖1.1－16圓圓盤劈裂試驗驗圖1.1－17剪剪切試驗1－巖樣；2－上下剪切模模具；3－模套；；4－斜鍥塊；5－上下墊板；6－鋼滾子Бt=2p/3.14DL影響巖石強度的因因素（Factorsaffectingrocksstrength）1、巖石的物質(zhì)成成份2、巖石的結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)造3、巖石的容重和和孔隙度4、受力條件5、應(yīng)力狀態(tài)6、載荷速度7、巖樣的線性尺尺寸8、濕度和溫度1.3.3、表面面特性(Surfaceproperties)巖石的硬度：巖石表面對工具具壓入的反抗特性性。巖石硬度與抗抗壓強度有一定聯(lián)聯(lián)系，又有很大區(qū)區(qū)別。巖石抗壓強強度是巖石整塊抗抗破碎的能力。巖巖石抗壓入硬度為為單向抗壓強度的的（1+2π）倍。測定壓入硬硬度實際上使巖樣樣產(chǎn)生局部破碎，，而這種局部破碎碎是在多向受壓狀狀態(tài)下進(jìn)行的。巖石的研磨性：在用機(jī)械方法破破碎巖石的過程中中，鉆頭與巖石產(chǎn)產(chǎn)生連續(xù)的或間斷斷的接觸和摩擦。。鉆頭破碎巖石的的同時，其自身也也受到巖石的磨損損而逐漸變鈍。巖巖石磨損鉆頭的能能力。影響巖石硬度的因因素（Factorsaffectingrockshardness）巖石的礦物成分和和結(jié)構(gòu)構(gòu)造應(yīng)力狀態(tài)載荷速度液體介質(zhì)工具形狀和尺寸影響巖石研磨性的的因素（Factorsaffectingrocksabrasiveness）巖石的礦物成分和和結(jié)構(gòu)特征正壓力滑動速度介質(zhì)第四節(jié)巖石可可鉆性及其分級（Drillabilityofrocksanditsclassification）巖石可鉆性是決定定鉆進(jìn)效率的基本本因素，它反映了了鉆進(jìn)時巖石破碎碎的難易程度。它是合理選擇鉆進(jìn)進(jìn)方法、鉆頭結(jié)構(gòu)構(gòu)及鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)數(shù)的依據(jù)，同時也也是制訂鉆探生產(chǎn)產(chǎn)定額和編制鉆探探生產(chǎn)計劃的基礎(chǔ)礎(chǔ)。巖石可鉆性是個多多變量的函數(shù)。它它不僅受控于巖石石的性質(zhì)，而且與與外界技術(shù)條件和和工藝參數(shù)有密切切的關(guān)系。1.4.1巖石石可鉆性分級的觀觀點(Viewpointsonclassificationofrockdrillability)用巖石力學(xué)性質(zhì)評評價巖石的可鉆性性用實鉆速度評價巖巖石的可鉆性用微鉆速度評價巖巖石的可鉆性用碎巖比功評價巖巖石的可鉆性1.4.2劃劃分巖石可鉆性的的具體方法(Methodsforclassificationofrockdrillability)力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)法實際鉆進(jìn)速度法模擬鉆進(jìn)速度法破碎比功法第五節(jié)鉆頭碎碎巖刃具與巖石作作用的主要方式（Mainmodeofactionbetweenrock-brokentoolandrock）第六節(jié)靜載載作用下的巖石應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)（Stressconditionsofrockunderstaticload）一、平底圓柱形壓壓頭壓入時巖石的的應(yīng)力狀態(tài)圖1.1－34平平底圓柱壓頭壓壓力面上的壓力分分布圖1.1－36球球形壓頭壓力面面上的壓力分布圖1.1－37平平底壓頭壓入時時沿對稱軸的應(yīng)應(yīng)力分布三、軸向力和切向向力共同作用時壓壓頭下方巖石的應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)圖2－15軸向力作用時巖石內(nèi)的應(yīng)力分布圖2－16軸向力和切向力共同作用時巖石內(nèi)的應(yīng)力分布（a）等應(yīng)力線圖；（b）應(yīng)力狀態(tài)特征Ⅰ－壓應(yīng)力區(qū)；Ⅱ－拉應(yīng)力區(qū)；Ⅲ－過渡區(qū)在回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中，破破碎巖石工具以軸軸向和切向載荷作作用于巖石上。彈彈性力學(xué)研究表明明：只有軸向力單單獨作用于壓頭時時，彈性半無限體體內(nèi)等應(yīng)力線分布布是均勻的、對稱稱的（如圖2－15）。而軸向力力和切向力共同作作用時，等應(yīng)力線線分布則是非均勻勻的、不對稱的（（如圖2－16））。在接觸面上，，切向力作用的前前方將產(chǎn)生壓應(yīng)力力，而切應(yīng)力作用用的后方則產(chǎn)生拉拉應(yīng)力，在半無線線體內(nèi)（如圖2－－16(b)所示示），形成正應(yīng)力力區(qū)（Ⅰ）、拉應(yīng)應(yīng)力區(qū)（Ⅱ）和過過渡區(qū)（Ⅲ）。。由此可以推知，，在兩向載荷作用用下，碎巖工具對對巖石的作用具有有以下的特點：1.軸向力和切切向力共同作用時時，可視為碎巖工工具對孔底巖石表表面以某一角度施施加作用力。巖石石破碎效果將由此此作用力的數(shù)值和和方向來決定。軸軸向力和切向力之之間存在最優(yōu)比值值，或者說有最優(yōu)優(yōu)的作用力方向。。這一方向?qū)τ诓徊煌膸r石可能是是不同的。所以鉆鉆進(jìn)不同巖石時，，軸向壓力和回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速度應(yīng)用一個合合理的配合關(guān)系。。2.軸向力與切切向力共同作用時時，碎巖工具下方方巖石中產(chǎn)生不均均勻的應(yīng)力狀態(tài)。。壓縮區(qū)Ⅰ隨軸向向力增加而擴(kuò)大，，隨切向力的增加加而縮?。焕靺^(qū)區(qū)Ⅱ則與上述情況況相反；過渡區(qū)內(nèi)內(nèi)既有正應(yīng)力的作作用，又有拉應(yīng)力力的作用。3.當(dāng)巖石中出出現(xiàn)拉應(yīng)力時，在在其他條件相同的的情況下，巖石將將在作用力比較小小的時，在拉應(yīng)力力區(qū)開始破碎。第七節(jié)外載作作用下巖石的破碎碎過程（Failureprocessofrockunderexteriorload）一、巖石的變形破破碎方式圖1.1－45破破碎功與破碎產(chǎn)產(chǎn)物粉碎度的關(guān)系系1－根據(jù)黎金格爾爾定律；2－根據(jù)據(jù)基爾切夫定律圖1.1－46轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速與載荷的關(guān)關(guān)系曲線二、平底壓?；蚯蚯驙钋邢骶邏喝霑r時的巖石變形破碎碎過程三、尖楔狀切削具壓入時和沖擊碎碎巖機(jī)理圖2－21液液體壓差下的碎巖巖機(jī)理圖2－20尖楔狀切削具碎巖機(jī)理第二章、回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)進(jìn)用鉆頭Drillingbitsusedintherotary-tabledrilling第一節(jié)、硬質(zhì)合金金鉆頭鉆進(jìn)的孔底底碎巖過程第二節(jié)、硬質(zhì)合金金鉆頭第三節(jié)、鉆探用金金剛石及其孔底碎碎巖過程第四節(jié)、金剛石鉆鉆頭和擴(kuò)孔器第五節(jié)、鋼粒鉆頭頭及其孔底碎巖過過程第六節(jié)、牙輪鉆頭頭及其孔底碎巖過過程第七節(jié)、全面鉆頭頭第二章回轉(zhuǎn)鉆鉆進(jìn)用鉆頭Drillingbitsusedintherotary-tabledrilling第一節(jié)硬質(zhì)質(zhì)合金鉆頭鉆進(jìn)的的孔底碎巖過程第二節(jié)硬質(zhì)質(zhì)合金鉆頭第三節(jié)鉆探用用金剛石及其孔底底碎巖過程第四節(jié)金剛石石鉆頭和擴(kuò)孔器第五節(jié)鋼粒鉆鉆頭及其孔底碎巖巖過程第六節(jié)牙輪鉆鉆頭及其孔底碎巖巖過程第七節(jié)全面鉆鉆頭第一節(jié)硬質(zhì)合合金鉆頭鉆進(jìn)的孔孔底碎巖過程Failureprocessofdownholerockdrilledbycarbide-insertbit一、鉆探用硬質(zhì)合合金(hardmetalfordrilling)通常鉆頭切削具采采用鎢鈷類硬質(zhì)合合金。碳化鎢為骨骨架材料，鈷為粘粘結(jié)材料。硬質(zhì)質(zhì)合金鉆進(jìn)一般適適用于軟、中硬巖巖層鉆進(jìn)。硬質(zhì)合金切削具主主要有薄片狀、方方柱狀、八角柱狀狀和針狀等形狀。。薄片狀：1-5級軟巖；方柱狀狀、八角柱狀：4-7級中硬巖石石；其中八角柱狀狀：較硬巖層和裂裂隙發(fā)育；針狀：：自磨式鉆頭，在在硬地層或研磨性性巖石中使用。表4－1YG類硬質(zhì)合金的性性能表合金牌號化學(xué)成分（％）物理機(jī)械性質(zhì)特性及用途W(wǎng)CCo密度（g/cm3）硬度（HRA）抗彎強度（MPa）YG3x97315.0～15.3921050耐磨性最好，沖擊韌性最差，用于金屬切削YG4c96414.9～15.2901400適用于均質(zhì)和軟質(zhì)互層地層中回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)YA691～93614.4～15.0921400加有少量TaC成分，提高了硬度YG694614.6～15.089.51400適用于回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，使用效果僅次于YG4cYG6x94614.6～15.0911350細(xì)粒合金，強度接近YA6，耐磨性較YA6高YG892814.0～14.8891500地質(zhì)勘探和石油回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用主要品種YG8c92814.0～14.8881750粗粒合金，沖擊韌性較高適于沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)YG11c891114.0～14.4872000耐磨性最差，沖擊韌性最高，適于沖擊回轉(zhuǎn)鑿巖YG15851513.9～14.1872000注：硬質(zhì)合金中的的附加字母“x””表示細(xì)粒合金，，“c”表示粗粒粒合金。二、硬質(zhì)合金鉆頭頭鉆進(jìn)的孔底碎巖巖過程(Failureprocessofdownholerockdrilledbycarbide-insertbit)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的機(jī)械鉆鉆速vm=60nmh1影響切入深度h1的主要因素有：軸軸向力大小，巖石石的性質(zhì)及巖屑被被清除的速度。切切削具的性質(zhì)、幾幾何形狀及排布方方式；鉆頭的轉(zhuǎn)速速與切削具的磨鈍鈍程度。1、塑性巖石的孔孔底破碎過程2、脆性巖石的孔孔底破碎過程3、切入與切削同同時作用下的碎巖巖過程式中：Py—一個切削具上的的軸向壓力；S0—切削具與巖石的的接觸面積；σ—巖石的臨界抗抗壓入強度（相當(dāng)當(dāng)于在該條件下巖巖石的硬度）。Py≥σ.S0是切削具切入巖石石的必要條件，否否則，切削具在井井底不能切入巖石石，碎巖過程只能能是切削具對巖石石的表面磨蝕，碎碎巖效果很差。因因此，在硬質(zhì)合金金鉆進(jìn)中，必須有有足以使切削具切切入巖石的軸向壓壓力。在塑性巖石中，切切削具切入巖石的的情況如圖1.3－1所示。一個個單斜刃的切削具具在軸向壓力的作作用下，切入巖石石的深度為。由于于切削具后斜面的的作用，使切削具具的刀尖O并非垂垂直切入巖石，而而是沿著與垂直線線成γ角的線方向向切入巖石。因此此，在切入的過程程中,在前面OB上產(chǎn)生生的正壓力及摩擦擦力（等于摩擦一、塑性巖石的碎碎巖情況：巖石切入巖石底過過程：鉆頭上切削具切入入巖石的必要條件件是：切削具與巖巖石接觸面上的單單位壓力必須大于于（和最小等于））巖石的抗壓強度度（壓入硬度），，即：（1.3－1）f)。系數(shù)同理，在后斜面OA上產(chǎn)產(chǎn)生正壓力及摩擦擦力。各作用力平平衡關(guān)系如下：（1.3－2）（1.3－3）式中：b—切削削具的寬度；σn－OA面上的的法線壓強；σ－垂直于AB的的壓強，它等于巖巖石的抗壓入強度度（壓入硬度）。。將式（1.3－5）代入式（1.3－4）中，則則有：因此，切入深度h0為：若設(shè)：則則有：式中：v－由切削削具刃尖角β和切切削具與巖石的摩摩擦角φ所決定的的一個系數(shù)。在一般情況下，v＝0.88～0.97。根據(jù)切削具切入巖巖石的條件知：圖1.3－2塑塑性巖石中的回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)切削Py-軸向壓力；；Px-水水平力；h0-切入深度度；b-切削槽寬（切切削具寬度）圖1.3－5脆脆性巖石的回轉(zhuǎn)切切削過程Py-軸向壓力；；Px-回轉(zhuǎn)水平平壓力；β－－刃角h0-切入深度；abc-大剪切體體；a'b'c'-第二次大剪剪切體；B1－大剪切時巖面槽槽寬；圖1.3－4單單面鍥形切削具切切入脆性巖石Py-軸向壓力；h0-切入深度；kok'-崩落巖穴穴當(dāng)鉆頭的直徑較大大時，γ很小，即即cosγ=1，，sinγ＝0，，則式（1.3－－10）、（1.3－11）寫成成：圖1.3－7切切入切削同時作用用的井底碎巖情況況Py-給進(jìn)力；Px-切削力；；R－巖石底底抗壓入阻力；Q－刃前阻力；N,T-R的分力力；f-摩擦系數(shù)數(shù)；α-切削角；；β-切削具前面與與巖石破碎面底夾夾角；γ-井底切切削面傾角三、硬質(zhì)合金切削削具的磨損(Wearoftungstencarbidecutter)1.關(guān)于切削具磨損和和轉(zhuǎn)速問題的研究究費得洛夫等人用魚魚尾鉆頭對硬質(zhì)合合金切削具的磨損損問題進(jìn)行了大量量研究，得出如圖圖4－5中的磨損損曲線。該曲線反反映了切削具單位位時間磨損量W與與切削具刃端面積積上比壓σ的關(guān)系系。橫坐標(biāo)的分界界點表示巖石石的壓入硬度，在在其前后屬于兩種種不同性質(zhì)的磨損損。（1）曲線Ⅰ當(dāng)σσ＜σ0時，切削具未能有有效地吃入巖石，，鉆進(jìn)處于表面破破碎狀態(tài)，此時切切削具單位時間的的磨損量W正比于于切削具上的比壓壓σ。（2）曲線Ⅱ當(dāng)σσ＞σ0時，巖石呈體積破破碎。隨著切削具具上的比壓σ增大大，單位時間的磨磨損量W不但未增增加，反而出現(xiàn)下下降的趨勢。即在在體積破碎的條件件下，切削具的磨磨損主要不取決于于軸向壓力，而取取決于巖石的硬度度、切削具的材質(zhì)質(zhì)及切削具的磨鈍鈍面積。費得洛夫提出，在在一定條件下切削削具磨鈍面積與其其初始面積和鉆進(jìn)進(jìn)時間有關(guān)。S（t）=S0+θt式中：S0－切削具的初始面面積，mm2；t－磨損時間，，min；θ－取決于巖石性性質(zhì)的磨損系數(shù)，，mm2/min。硬質(zhì)合金鉆進(jìn)的機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)速隨著切削削具接觸面積的增增大而下降，其機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)速vm與切削刃磨鈍面積積的平凡成反比：：（4－5）式中：A－系數(shù)。。當(dāng)巖性、鉆進(jìn)規(guī)規(guī)程及鉆頭一定時時它為常量。設(shè)鉆進(jìn)的初始參數(shù)數(shù)為v0=A/so2，（4－5）式可可寫成（4－6）式中：k0=θ/S0,，k0－轉(zhuǎn)速下降的特征征系數(shù)；鉆頭在t時間內(nèi)的的總進(jìn)尺為，將（（4－6）代入，，則有。因此，平平均轉(zhuǎn)速為，通過過變換可寫成：（4－7）（4－7）式表明明，平均轉(zhuǎn)速可寫寫成以進(jìn)尺H為自自變量的一元線性性方程。其中，v0是在縱坐標(biāo)上的截截距，k0為直線的斜率。進(jìn)進(jìn)尺H是在鉆進(jìn)過過程中容易準(zhǔn)確測測得的參數(shù)，我們們可以用一元線性性回歸分析的方法法，在若干觀察值值的基礎(chǔ)上求出k0值，從而利用（4－7）式萊預(yù)測測切削具磨損對轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的影響。2.切削具在孔底底磨損的實際情況況前述理論分析的基基礎(chǔ)是假定切削具具刃部為均勻磨損損，實際上在鉆進(jìn)進(jìn)過程中，鉆頭硬硬質(zhì)合金切削具出出刃的內(nèi)、外側(cè)磨磨損量是不均勻的的（圖4－6），，即：y外＞y內(nèi)＞y，，t外＞t內(nèi)＞y切削具底端也不是是想象底那樣被磨磨損成平面，而是是呈圓弧形，刃前前端和后緣磨損更更加厲害（圖4－－7）3.減輕切削具磨磨損底措施雖然切削具的磨損損是不可避免的，，但我們應(yīng)設(shè)法把把它控制在最低限限度內(nèi)?？刹扇〉牡闹饕胧┦牵海?）避免切削具具在表面破碎狀態(tài)態(tài)下工作。尤其是是在高轉(zhuǎn)速、低鉆鉆壓的條件下鉆進(jìn)進(jìn)研磨性巖石時，，切削具磨損更快快。（2）切削具的磨磨損速度取決于切切削具的硬度與所所鉆巖石的硬度之之比，巖石的研磨磨性、裂隙性等性性質(zhì)，還取決于切切削具在鉆頭唇面面的布置。應(yīng)根據(jù)據(jù)巖性選用合適的的硬質(zhì)合金牌號和和型號，采用合理理的鉆頭唇面結(jié)構(gòu)構(gòu)。圖4－5不同比比壓下切削具的磨磨損情況Ⅰ－表面碎巖；ⅡⅡ－體積碎巖圖4－7切削具具刃端磨損的理想情況（a）與與實際情況（b））圖4－6切削刃刃的實際磨損情況況y－切削刃磨損高高度；r,R-環(huán)槽內(nèi)外徑t-刃端磨損高度度；t內(nèi)，t外－刃端內(nèi)、外外側(cè)磨損寬度；b-環(huán)槽寬度；y內(nèi)，y外-切削刃內(nèi)外側(cè)磨磨損高度；第二節(jié)硬質(zhì)質(zhì)合金鉆頭(Carbide-insertbit)分為取芯鉆頭和不不取芯鉆頭取芯式硬質(zhì)合金鉆鉆頭的結(jié)構(gòu)要素鉆頭體，切削具出出刃，切削具鑲焊焊角度，切削具在在鉆頭體上的布置置方式，切削具在在鉆頭體上的數(shù)目目，鉆頭的水口與與水槽鉆頭體(Bitblank)圖1.3－15硬質(zhì)合金鉆頭頭切削具出刃(Protrudingedgeofcutter)巖石性質(zhì)內(nèi)出刃外出刃底出刃松軟、塑性、粘性、弱研磨性2-2.52.5-33-5中硬、強研磨性1-1.51.5-22-3圖1.3－16硬質(zhì)合金鉆頭頭底出刃示意圖b-環(huán)槽寬度；r－環(huán)槽內(nèi)半徑圖1.3－17硬質(zhì)合金切削削具底出刃和補強強H－切削具底出刃刃；h0-切入深深度；h1-鉆頭頭底面過水間切削具的鑲焊角度度Welding/solderingangleofcutter選擇原則：對所鉆巖切入和和回轉(zhuǎn)阻力?。昏傝偤感问接欣诒１ＷC鉆頭體上的切切削具有較大的抗抗彎和抗磨損能力力；有利于及時排排除巖粉，磨損后后的切削具應(yīng)保持持一定的切削能力力。比較三種鑲焊方式式的排粉條件、受受力情況、鋒利情情況切削具在鉆頭體上上的布置方式Layoutofcuttersonthecrownofbitblank布置時應(yīng)考慮以下下：能保證鉆頭工工作平穩(wěn)；多環(huán)、、不同底出刃的排排列，有利于形成成多個破巖自由面面，提高效率；使使每個切削具破巖巖工作量相近，避避免局部磨損；切切削具之間應(yīng)保持持一定的距離，利利于排粉；利于鑲鑲焊和修磨。圖4－11切削削具在鉆頭體上底底布置（1）－單環(huán)排列列；（b）－雙環(huán)環(huán)排列；（c）－－多環(huán)排列切削具在鉆頭體上上的數(shù)目(Numbersofcutteronthecrownofbitblank)切削具在鉆頭底面面上的數(shù)目，應(yīng)包包括切削具的組數(shù)數(shù)和每組的顆數(shù)。。組數(shù)和每組顆數(shù)數(shù)之乘積就是切削削具在鉆頭體上的的數(shù)目。機(jī)械鉆速與切削具具組數(shù)的關(guān)系：v=hqn（q：切削具的組數(shù)數(shù)）鉆頭上的切削具數(shù)數(shù)目的選擇應(yīng)根據(jù)據(jù)可能施加的鉆壓壓、切削的型式（（決定切入面積））和巖石壓入硬度度等因素而定。m≤P/s鉆頭的水口與水槽槽(Waterwaysofbit)1、水口的數(shù)目與與面積每組切削具配備一一個水口，水口面面積應(yīng)大于鉆頭與與巖芯之間的或者者鉆頭與井壁之間間的環(huán)狀間隙的面面積。2、水口的形狀3、水槽圖1.3－28硬質(zhì)合金鉆頭頭的各種水口和水水槽一取芯式硬硬質(zhì)合金鉆頭(Carbide-insertbitsforcoring)分為磨銳銳式鉆頭頭與自磨磨式鉆頭頭圖1.3－29磨磨銳式切切削具和和自磨式式切削具具圖1.3－30磨磨銳式鉆鉆頭和自自磨式鉆鉆頭的鉆鉆進(jìn)曲線線Ⅰ－磨銳銳式鉆頭頭；Ⅱ－－自磨式式鉆頭典型鉆頭頭結(jié)構(gòu)舉舉例磨銳式鉆鉆頭：在鉆進(jìn)進(jìn)遇水膨膨脹、粘粘結(jié)性的的地層———肋骨骨鉆頭和薄片鉆鉆頭；在鉆進(jìn)進(jìn)中硬及及較硬地地層———分環(huán)式式、掏槽槽式自磨式鉆鉆頭：針狀硬硬質(zhì)合金金鉆頭（（胎塊式式，鋼柱柱式）和和薄片硬硬質(zhì)合金金鉆頭分環(huán)式鉆頭掏槽式式鉆鉆頭胎塊式針針狀硬質(zhì)質(zhì)合金鉆鉆頭常用硬質(zhì)合金金鉆頭選型型類別鉆頭類型巖石可鉆性級別巖石ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨ磨銳式鉆頭螺旋肋骨鉆頭－－－松散可塑性巖層階梯肋骨鉆頭－－－頁巖，砂頁巖薄片式鉆頭－－－砂頁巖，碳質(zhì)泥巖方柱狀鉆頭－－－均質(zhì)大理巖，灰?guī)r，軟砂巖，頁巖單雙粒鉆頭－－－中研磨性砂巖，灰?guī)r晶字形型鉆頭－－－灰?guī)r，大理巖，細(xì)砂巖破擴(kuò)式鉆頭－－－砂碩巖，碩巖負(fù)前角階梯鉆頭－－－玄武巖，砂巖，輝長巖，灰?guī)r自磨式胎體針狀鉆頭－－－中研磨性片麻巖，閃長巖鋼柱針狀鉆頭－－－研磨性石英砂巖，混合巖薄片式自磨鉆頭－－－研磨性粉沙巖，砂頁巖表4－3常常用硬質(zhì)質(zhì)合金鉆鉆頭及其其使用范范圍表第三節(jié)鉆鉆探探用金剛剛石及孔孔底碎巖巖過程Diamondfordrillinganddownholefailureprocess一、鉆探用金金剛石(diamondfordrilling)1、分類(Classification)天然(Naturaldiamond)與人造造(Syntheticdiamond)。人人造金剛剛石包括括單晶(Monocrystallinediamond)、聚晶晶(Polycrystallinediamond)和復(fù)復(fù)合片Polycrystallinediamondcompact)。(Explainthembriefly)2、特性：晶體結(jié)結(jié)構(gòu)為正正四面體體，元素素為C，，最硬、、抗壓強強度最大大、抗磨磨能力最最強。脆脆性大，，熱穩(wěn)定定性差。。3、與鉆探有有關(guān)的物物理力學(xué)學(xué)性質(zhì)(Mechanicalpropertiesfordiamondpertainingtodrilling)硬度(Hardness)強度(Strength)耐磨性(Wearresistance)熱性能(Thermalproperties)4、鉆探用金金剛石的的粒度與與品級(Qualityandsizeofdiamondfordrilling)金剛石的的計量單單位為克克拉（carat），，度量常常用一克克拉多少少粒表示示（對于于粗顆粒粒而言）），或““目”表表示。表4－4天然然金剛石石品級分分類表級別代號用途級別代號用途特級（AAA）TT特硬地層或繩索取心鉆頭低級（C）TD中硬地層優(yōu)質(zhì)級（AA）TY堅硬、硬地層或繩索取心鉆頭等外級TX擇優(yōu)后用于制造孕鑲鉆頭標(biāo)準(zhǔn)級（A）TB硬和中硬地層TS表4－5人人造金剛剛石品級級分類表表金剛石品級代號單晶強度（MPa）單晶強度（N/粒）應(yīng)用地層特級RT>2200>50堅硬優(yōu)質(zhì)級RY1800～220040～50硬標(biāo)準(zhǔn)級RB1500～180034～40中硬－硬表4－6人人造金剛剛石聚晶晶品級分分類表聚晶級別代號磨耗比特級RJT>1:30000優(yōu)質(zhì)級RJY1：20000～1：30000標(biāo)準(zhǔn)級RJB1：15000～1：20000第四節(jié)金金剛剛石鉆頭頭與擴(kuò)孔孔器(Diamondbitandreamershell)1、金剛剛石鉆頭頭的規(guī)格格和標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)(Specificationsandstandardofdiamondbit)（注意“級配””）圖1.4－10雙雙層巖心心管金剛剛石取心心鉆具組組合1－巖心心管接頭頭；2－－外管；；3－內(nèi)內(nèi)管；4－擴(kuò)孔孔器；5－卡簧簧；6－－卡簧座座；7－鉆鉆頭圖1.4－11金金剛石鉆鉆具級配配圖1.4－12金金剛石鉆鉆頭（a）－－表鑲金金剛石鉆鉆頭；（（b）－－孕鑲金金剛石鉆鉆頭；（（c）－－復(fù)合片片鉆頭圖1.4－13金金剛石鉆鉆頭的結(jié)結(jié)構(gòu)（a）－－表鑲鉆鉆頭；（（b）－－孕鑲鉆鉆頭；1－金剛剛石；2－胎體體；3－－鉆頭體體；4－－水口圖1.4－14金金剛石鉆鉆頭刃部部(a)－－表鑲鉆鉆頭：1－底刃刃金剛石石；2－－保徑金金剛石；；3－側(cè)刃刃金剛石石；4－胎體體；5－鉆鉆頭體(b)-孕鑲鉆鉆頭：1－金剛剛石；2－工作作部分胎胎體；3－非工工作部分分胎體；；4－鉆鉆頭體;h-孕鑲層層高度Surface-setdiamondbitImpregnateddiamondbitPolycrystallinediamondcompactbit（PDCbit）2、表鑲鑲金剛石石鉆頭（Surface-setdiamondbit）diamondsizeCoarsegrainMediumgrainSmallgrainStonespercarat15-2525-4040-60StrataMediumhardHardStiffhardVarioussizeofdiamondusedinsurface-setdiamondbitOthersofsurface-setdiamondbit1.Layoutofdiamondonthecrownofthesurface-setbit；；2.Crownconfigurationofsurface-setdiamondbit；3.Waterwaysofsurface-setdiamondbit；4.Manufacturemethodofsurface-setdiamondbit；3、孕鑲鑲金剛石石鉆頭（Impregnateddiamondbit））DiamondqualityanddiamondsizeDiamondconcentrationClassificationofmatrixpropertiesofimpregnateddiamondbitandtherelationshipbetweenmatrixpropertiesandrockpropertiesCrownconfigurationofimpregnateddiamondbitManufacturingmethodofimpregnateddiamondbitVariousmeshsizeofdiamondusedinimpregnateddiamondbitDiamondsize（mesh）Syntheticdiamond>4646-6060-8080-100Naturaldiamond20-3030-4040-6060-80StrataMediumhard-hardHard–stiffhardRecommendeddiamondconcentrationsofimpregnatedbitfordifferentrocksCode12345Con.44%50%75%100%125%Vol.Con.11%12.5%18.8%25%31.5%Diamondcontents1.93carat/cm32.2carat/cm33.3carat/cm34.4carat/cm35.5carat/cm3StratadrillableHard–stiffhard,LowabrasivenessHard–stiffhard,LowabrasivenessHard–med.hard,Med.abrasivenessHard–med.hard,highabrasivenessClassificationofmatrixpropertiesandtherelationshipbetweenthemandrockpropertiesa:matrixwearsproperly,diamondexposenormally;b:matrixwearsfast,diamondeasilybreakordropoff;c:matrixwearsslowly,diamondsdonotexpose.Hardness---oneofmatrixpropertiesGradeCodeMatrixhardnessFormationdrillableExtrasoft010-20VeryhardandcompactrockSoft120-30VeryhardrockwithmediumabrasivenessMediumsoft230-35HardrockwithmediumabrasivenessMediumhard335-40Mediumhard,medium–highabrasivenessHard440-45Hard,highabrasivenessExtrahard5>45Hard-brittle-fracturedrock二、金剛剛石鉆進(jìn)進(jìn)的孔底底碎巖過過程(Failureprocessofdownholerocksdrilledbydiamondbit)1、表鑲鑲金剛石石鉆頭的的孔底碎碎巖過程程試驗研究究了表鑲鑲金剛石石鉆頭的的碎巖過過程，試試驗裝置置如下圖圖：試驗驗巖石如如下表：：Pro.Sam.Hardness(Mpa)Plasticcoefficient(K)DrillabilityPenetrationrateSpecificweightFrictioncoefficientElasticmodulus(Mpa)光學(xué)玻璃516013.860.1154700霏細(xì)斑巖81301.55100.592.550.13流紋斑巖71702.30110.252.830.14（表鑲））金剛石石切削碎碎巖的基基本過程程在軸向力力和切向向力共同同作用下下，金剛剛石一方方面吃入入巖石，，產(chǎn)生類類似壓入入碎巖的的作用，，同時在在金剛石石轉(zhuǎn)動的的前方，，則以剪剪切作用用產(chǎn)生貝貝殼狀剪剪切體，，且在靠靠金剛石石一方的的厚度最最大。圖圖1.4-31表示金金剛石切切削破碎碎巖石時時所產(chǎn)生生的大、、小剪切切體示意意圖。用用金剛石石切削典典型的脆脆性體——光學(xué)玻玻璃時，，其剪切切破碎作作用發(fā)育育得十分分完全，，同時在在切槽內(nèi)內(nèi)部產(chǎn)生生相應(yīng)的的裂紋，，并有超超前裂紋紋。由圖圖可知，，其裂紋紋狀況與與大、小小剪切相相互對應(yīng)應(yīng)。隨著著巖石塑性系數(shù)數(shù)的增大，，其剪切切破碎效效果較差差。在鉆進(jìn)過過程中能能量的消消耗既體體現(xiàn)著巖巖石破碎碎的難易易程度，，又表示示著選用用的工具具和工藝藝的優(yōu)劣劣程度。。由圖1.4-35知知，切削塑性性大的流流紋巖所所消耗的的能量大大大地高高于光學(xué)學(xué)玻璃和和霏細(xì)斑斑巖。孕鑲金剛剛石鉆頭頭的鉆進(jìn)進(jìn)過程孕鑲鉆頭頭的工作作實質(zhì)是是：1、依靠靠小而多多的硬質(zhì)質(zhì)點（即即金剛石石）刻劃劃磨削巖巖石，要要高轉(zhuǎn)速速工作才才能取得得應(yīng)用的的效率；；2、胎胎體應(yīng)有有自磨自自銳作用用。根據(jù)施加加軸向力力方式的的不同，，鉆頭的的鉆進(jìn)可可分為：：1、保持持金剛石石上的軸軸向力為為一定值值，稱為為自由給給進(jìn)；2、保持持金剛石石的切削削深度為為一定值值，稱為為強制給給進(jìn)。孕孕鑲金剛剛石鉆頭頭的鉆進(jìn)進(jìn)是自磨磨自銳性性質(zhì)，在在保持正正常鉆進(jìn)進(jìn)的狀態(tài)態(tài)下，其其鉆速應(yīng)應(yīng)當(dāng)是一一定的，，亦即鉆鉆頭每轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的切入入量應(yīng)當(dāng)當(dāng)是一定定的。試驗研究究和生產(chǎn)產(chǎn)實踐表表明：鉆頭每轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的切入入量是評評定金剛剛石鉆頭頭鉆進(jìn)效效果的重重要指標(biāo)標(biāo)之一。第五節(jié)鋼鋼粒鉆進(jìn)進(jìn)及孔底底碎巖過過程（Chilled-steelshotdrilling）用未鑲焊焊切削具具的鉆頭頭壓住可可連續(xù)補補給的鋼鋼粒，并并帶動他他們在孔孔底翻滾滾而破碎碎巖石的的鉆進(jìn)方方法稱為為鋼粒鉆鉆進(jìn)。鋼鋼粒鉆進(jìn)進(jìn)曾廣泛泛用于7-12級的巖巖石，一一般用于于大口徑徑鉆進(jìn)。。一、鋼粒粒及鋼粒粒鉆進(jìn)用用鉆具1、鋼粒粒的材質(zhì)質(zhì)（60號、70號，，直徑2.5，，3.5，4mm圓柱柱體，高高度與直直徑基本本相等。。）鋼粒中含含有較高高的碳量量，主要要是為了了能有較較高的淬淬火硬度度；錳和和硅起固固溶強化化作用，，以提高高鋼粒的的強度；；硅元素素還能增增加鋼粒粒的回火火穩(wěn)定性性；少量量的釩能能有效地地細(xì)化晶晶粒，強強化基體體組織，，提高鋼鋼的強度度和硬度度。2、70號鋼材材的鋼粒粒熱處理理工藝采用鋼粒粒的鋼材材成分，，如表1.5－－1所示示鋼號鋼材成分，％備注碳硅錳釩鎳?yán)恿蛄?5＃0.62～0.700.17～0.370.5～0.8－<0.25<0.25<0.04<0.04DB699-6570＃0.67～0.750.17～0.370.5～0.8－<0.25<0.25<0.04<0.04DB699-6565錳0.62～0.700.17～0.370.9～1.2－<0.25<0.25<0.04<0.04DB699-6570錳0.67～0.750.17～0.370.9～1.2－<0.25<0.25<0.04<0.04DB699-6565錳硅釩0.60～0.701.10～1.400.9～1.20.05～0.12<0.25<0.25<0.04<0.04試劑淬火質(zhì)量量的好壞壞，可用用肉眼鑒鑒別：淬火質(zhì)量量好的鋼鋼粒，表表面呈棕棕黑色或或黑色；；加熱溫度度偏低，，淬火程程度不夠夠，呈藍(lán)藍(lán)色光澤澤；加熱溫度度太高或或加熱時時間過長長，呈白白色或銀銀白色。。3、鋼粒粒的粒度度一般情況況下，鋼鋼粒直徑徑與鉆頭頭壁厚的的關(guān)系：：t=（3-4））d式中t—鉆鉆頭壁厚厚，mm；d—鋼粒粒直徑，，mm。。在測試的的條件和和范圍內(nèi)內(nèi)，鋼粒粒粒度增增大，鉆鉆速、功功耗增大大，鉆粒粒消耗、、鉆頭磨磨耗減少少。鋼粒直徑徑過大，，內(nèi)、外外環(huán)間隙隙增大，，無用功功亦會增增大。二、鋼粒粒鉆頭（Chilled-steelshotbit）1、鋼粒鉆頭頭的功用用和結(jié)構(gòu)構(gòu)1）應(yīng)能能很好地地壓住鉆鉆粒，并并能帶動動鉆粒沿沿孔底滾滾動；2）應(yīng)能能順利地地流通沖沖洗液，，排除巖巖粉；3）應(yīng)能能適量并并及時地地向鉆頭頭底唇下下面補充充鉆粒，，保證鉆鉆進(jìn)正常常；4）鉆頭頭應(yīng)耐磨磨，并應(yīng)應(yīng)在磨耗耗中保持持良好的的導(dǎo)砂性性能和補補砂性能能。2、鋼粒粒鉆頭的的材質(zhì)及及性能一般來說說，所鉆鉆巖石越越硬，鋼鋼粒強度度應(yīng)愈大大，鉆壓壓應(yīng)愈高高，則所所選用的的鉆頭硬硬度也應(yīng)應(yīng)相應(yīng)地地增大一一些。在在單位鉆鉆壓為30-50kg/cm2的條件下下，鉆頭頭硬度HRC24-32。材材質(zhì)：45號鋼鋼或DZ40或或多或50鋼，，經(jīng)調(diào)質(zhì)質(zhì)處理。。3、鋼粒粒鉆頭壁壁厚（略略）（14-16mm）4、鋼粒粒鉆頭的的水口圖1.5－10鋼鋼粒粒鉆頭水水口示意意圖三、鋼粒粒鉆進(jìn)的的孔底碎碎巖過程程1、壓碎碎碎巖壓碎碎巖巖方式屬屬于體積積式碎巖巖，比例例不大。。2、壓裂裂碎巖壓裂碎巖巖是由鋼鋼粒的碾碾壓作用用而產(chǎn)生生的疲勞勞碎巖方方式。3、井底底脈動沖沖擊的作作用第三章回回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)進(jìn)工藝Drillingtechniquesintherotary-tabledrilling第一節(jié)、、鉆進(jìn)效效果指標(biāo)標(biāo)及鉆進(jìn)進(jìn)規(guī)程參參數(shù)間的的關(guān)系第二節(jié)、、硬質(zhì)合合金鉆進(jìn)進(jìn)工藝第三節(jié)、、金剛石石鉆進(jìn)工工藝第四節(jié)、、鋼粒鉆鉆進(jìn)工藝藝第五節(jié)、牙牙輪鉆進(jìn)工工藝第六節(jié)、全全面鉆頭鉆鉆進(jìn)工藝第一節(jié)鉆鉆進(jìn)效果指指標(biāo)及鉆進(jìn)進(jìn)規(guī)程參數(shù)數(shù)間的關(guān)系系Relationshipbetweendrilling

indexesandparametersofdrillingregime一、鉆進(jìn)效效果指標(biāo)（（drillingindexes）衡量鉆進(jìn)工工藝效果的的主要指標(biāo)標(biāo)：鉆速、、每米鉆孔孔成本巖礦礦芯采取率率和鉆孔方方向等。1、平均機(jī)機(jī)械鉆速（（meanpenetrationrate）2、回次鉆鉆速（drillingspeedperrun）3、技術(shù)鉆鉆速（technicalspeedofdrilling）4、經(jīng)濟(jì)鉆鉆速（commercialspeedofdrilling）5、循環(huán)鉆鉆速（cyclespeedofdrilling）二、鉆進(jìn)規(guī)規(guī)程所謂鉆進(jìn)規(guī)規(guī)程是指為為提高鉆進(jìn)進(jìn)效率、降降低成本、、保證質(zhì)量量所采取的的技術(shù)措施施，通常指指可由操作作者人為改改變的參數(shù)數(shù)組合。在在回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)進(jìn)中主要的的鉆進(jìn)參數(shù)數(shù)：鉆壓、、鉆具轉(zhuǎn)速速、沖洗介介質(zhì)的品質(zhì)質(zhì)、單位時時間內(nèi)沖洗洗介質(zhì)的消消耗量等工工藝參數(shù)。。1、最優(yōu)規(guī)規(guī)程（optimaldrillingconditions）當(dāng)?shù)刭|(zhì)-技技術(shù)條件和和鉆進(jìn)方法法確定時，，在保證鉆鉆孔質(zhì)量指指標(biāo)的前提提下，為獲獲取最高鉆鉆進(jìn)速度或或最低每米米鉆進(jìn)成本本而選擇的的鉆進(jìn)參數(shù)數(shù)搭配。2、合理規(guī)規(guī)程（rationaldrillingconditions）在給定的技技術(shù)裝備條條件下，當(dāng)當(dāng)鉆進(jìn)規(guī)程程參數(shù)的選選擇受到期期某種制約約時，在保保證鉆孔質(zhì)質(zhì)量指標(biāo)的的同時爭取取最大鉆速速的鉆進(jìn)參參數(shù)組合叫叫做合理規(guī)規(guī)程。3、專用規(guī)規(guī)程（specialdrillingconditions）為完成特種種取芯、矯矯正孔斜、、進(jìn)行定向向鉆進(jìn)等任任務(wù)所采用用的參數(shù)搭搭配。確定鉆進(jìn)規(guī)規(guī)程的一般般步驟：根根據(jù)地層條條件、鉆頭頭類型、設(shè)設(shè)備條件和和工人的技技術(shù)水平等等因素，查查閱相關(guān)手手冊或標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，對每個個工藝參數(shù)數(shù)初選一個個取值范圍圍；其次，，在以往經(jīng)經(jīng)驗的基礎(chǔ)礎(chǔ)上，初步步確定規(guī)程程參數(shù)的若若干個取值值；最后，，在生產(chǎn)實實踐中邊鉆鉆進(jìn)、邊測測算鉆速和和鉆進(jìn)成本本，加以分分析對比或或借助計算算機(jī)進(jìn)行處處理，找出出鉆效高、、成本低的的參數(shù)組合合。三、鉆進(jìn)過過程中各參參數(shù)間的基基本關(guān)系1、鉆壓對對鉆速的影影響2、轉(zhuǎn)速對對鉆速的影影響3、切削具具的磨損對對鉆速的影影響4、水力因因素對鉆速速的影響5、沖洗液液性能對鉆鉆速的影響響5、1沖沖洗液密度度對鉆速的的影響5、2沖沖洗液粘度度對鉆速的的影響5、3沖沖洗液固相相含量及其其分散性對對鉆速的影影響RelationshipcurvebetweenbitweightandmeanpenetrationrateRelationshipcurvebetweenbitspeedandmeanpenetrationrate3、切削具具的磨損對對鉆速的影影響在鉆進(jìn)過程程中隨著切切削具的磨磨鈍，切削削具與巖石石的接觸面面積逐漸增增大，若此此時鉆壓值值保持不變變，則鉆速速必然下降降。這與鉆鉆頭唇面比比壓下降有有關(guān)。4、水力因因素對鉆速速的影響表征鉆頭及及射流水力力特征的參參數(shù)統(tǒng)稱為為水力因素素。一定的的鉆速條件件下，意味味著單位時時間內(nèi)鉆出出的巖屑總總量一定，，而該數(shù)量量的巖屑需需要一定的的水功率才才能完全清清除，低于于這個水功功率值，孔孔底凈化就就不完善，，則鉆速降降低。對于孕鑲金金剛石和自自磨式鉆頭頭鉆遇弱研研磨性地層層時，為了了保持鉆頭頭一定的自自銳能力，，孔底須保保持一定的的巖粉量。。水力因素影影響鉆速的的另一種形形式是對軟軟巖的水力力破巖作用用。5、沖洗液液性能對鉆鉆速的影響響（Effectofpropertiesofdrillingfluidonpenetrationrate））沖洗液的密密度、粘度度、失水量量和固相含含量及其分分散性都對對鉆速有不不同程度的的影響。5、1沖沖洗液密度度對鉆速的的影響（Effectofdensityofdrillingfluidonpenetrationrate））5、2沖沖洗液粘粘度對鉆速速的影響（Effectofviscosityofdrillingfluidonpenetrationrate）5、3沖沖洗液固固相含量信信其分散性性對鉆速的的影響（Effectofvolumeofsolidphaseanditsdispersalindrillingfluidonpenetrationrate））第二節(jié)硬硬質(zhì)合金金鉆進(jìn)工藝藝（Drillingtechniquesofcarbide-insertbits）磨銳式鉆頭頭的鉆進(jìn)工工藝（Drillingtechniquesofself-sharpeningbit）鉆壓的選擇擇表5－1YG8硬質(zhì)質(zhì)合金切削削具的單位位壓力推薦薦值巖層切削具形狀單位壓力推薦值p（KN/顆）Ⅰ－Ⅳ級軟－部分中硬巖石片層0.40－0.70Ⅴ－Ⅵ級中硬－部分硬巖石方柱狀0.80－1.20中八角柱狀0.90－1.40大八角柱狀1.50－1.80研磨性大的巖石方柱狀1.20－1.40中八角柱狀1.20－1.70轉(zhuǎn)速的選擇擇V=（h0-n）mnV=h0mn表5－2硬硬質(zhì)合合金線速度度的推薦表表P、n、Q參數(shù)間的的合理配合合軟巖石研磨磨性小，易易切入，應(yīng)應(yīng)重視及時時排粉，延延長鉆頭壽壽命，故應(yīng)應(yīng)取高轉(zhuǎn)速速、低鉆壓壓、大泵量量的參數(shù)配配合；對研磨性較較強的中硬硬及部分硬硬巖石，為為保持較高高的鉆速并并防止切削削具早其磨磨鈍，應(yīng)取取大鉆壓、、較低的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速、中等等泵量的參參數(shù)組合。。確定最優(yōu)回回次鉆程時時間的方法法第三節(jié)金金剛石鉆鉆進(jìn)工藝Diamonddrillingtechniques合理選擇金金剛石鉆頭頭（Tochoosediamondbitproperly））金剛石鉆進(jìn)進(jìn)規(guī)程參數(shù)數(shù)（Diamonddrillingregime）金剛石鉆進(jìn)進(jìn)的臨界規(guī)規(guī)程（Criticalconditionofdrilling）合理選擇金金剛石鉆頭頭選用不當(dāng)存存在的問題題：選用的一般般原則：孕鑲鉆頭：：堅硬、致致密、弱研研磨性（優(yōu)優(yōu)質(zhì)金剛石石、較低的的金剛石濃濃度），均均勻性差、、完整度差差、破碎地地層（金剛剛石濃度高高、胎體硬硬度大）；；表鑲鉆頭：：硬度較低低、完整巖巖層；PCD或PDC鉆頭頭：中硬及及中硬以下下巖石；從鉆頭唇面面形狀：巖石堅硬、、致密、研研磨性小者者，應(yīng)選擇擇接觸面積積小的同心心的或交錯錯的尖齒形形或梯齒形形唇面；鉆鉆裂隙的、、軟硬互層層、研磨性性的巖層，，應(yīng)用內(nèi)外外徑補強、、耐磨性好好的半圓唇唇面；當(dāng)鉆鉆進(jìn)傾角大大、易斜的的巖層，應(yīng)應(yīng)選用階梯梯形或錐形形唇面，以以便鉆頭起起導(dǎo)正作用用。金剛石鉆進(jìn)進(jìn)規(guī)程參數(shù)數(shù)評定金剛石石鉆進(jìn)規(guī)程程的主要依依據(jù)：鉆速速、鉆頭總總進(jìn)尺和單單位進(jìn)尺的的金剛石耗耗量三個指指標(biāo)。（鉆鉆壓）不同鉆壓下下轉(zhuǎn)速與鉆鉆速的關(guān)系系表鑲金剛石石鉆頭的鉆鉆壓PP=Gp（（kgordN）式中G—鉆頭上上的金剛石石粒數(shù)；p—單位金金剛石上允允許的壓力力，Kg/粒。對細(xì)粒金剛剛石：p約1-1.5Kg/粒;對中粒:p約1-1.5Kg/粒;對粗粒金剛剛石:p約2-3Kg/粒;特特優(yōu)級金金剛石:p約5Kg/粒粒;孕鑲金剛石石鉆頭的鉆鉆壓P=Sp（（kgordN）式中:S---鉆頭實際際的工作唇唇面面積,cm2;p—單位底底唇面積允允許的壓力力，Kg/cm2。對中硬巖石石,推薦:p約40-50Kg/cm2;對堅硬巖巖石或金剛剛石質(zhì)量高高者p約60-70Kg/cm2。直徑類型36(36)46(46)59(56)(66)75(76)91表鑲鉆頭初始壓力50-10050-100100-200100-200100-200250常壓200-400300-600400-750500-880600-1000800-1100孕鑲鉆頭250-450400-700450-850500-1000600-1100800-1500不同金剛石石鉆頭的比比壓具體確定鉆鉆壓時，應(yīng)應(yīng)分別對待待:1、巖石性性質(zhì)：2、鉆頭類類型：3、金剛石石：4、克取巖巖石的面積積：5、施加鉆鉆壓的階段段性（磨合合和正常鉆鉆進(jìn)）6、有關(guān)孔孔內(nèi)壓力的的傳遞問題題（鉆孔深深度、沖洗洗液、轉(zhuǎn)速速對鉆壓的的影響）轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速；影響響金剛石鉆鉆進(jìn)的另一一個重要因因素。在一一定條件下下，轉(zhuǎn)速越越快，鉆速速越高。轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速與金剛剛石的磨損損關(guān)系比較較復(fù)雜。若若其它條件件正常，二二者之間存存在一個合合理值，即即在某一轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速下，金金剛石磨損損量為最小小。轉(zhuǎn)速過過大或過小小，金剛石石的磨損量量都較小。。通常以圓周周線速度來來規(guī)定鉆頭頭的轉(zhuǎn)速。。孕鑲金剛剛石鉆頭的的周速應(yīng)達(dá)達(dá)到1.5-3m/s。表鑲鑲鉆頭所用用的金剛石石粒度較大大，在鉆進(jìn)進(jìn)中允許有有較大的切切入量。所所以，要求求的轉(zhuǎn)速可可比孕鑲鉆鉆頭低些。。由于出刃刃量大，在在回轉(zhuǎn)中容容易折斷或或損傷，不不宜高轉(zhuǎn)速速。線速度度一般為1-2m/s。選擇合理的的轉(zhuǎn)速還應(yīng)應(yīng)考慮以下下：1、巖層的的性質(zhì)，，在中硬硬完整的巖巖層中鉆進(jìn)進(jìn)，可采用用高轉(zhuǎn)速；；如果巖層層破碎、裂裂隙發(fā)育、、軟硬不均均、孔壁不不穩(wěn)、不均均，宜采用用低轉(zhuǎn)速。。2、鉆孔的的結(jié)構(gòu)和深深度，鉆鉆孔結(jié)構(gòu)簡簡單、環(huán)空空間隙小，，孔深不大大，宜采用用高轉(zhuǎn)速；；反之，應(yīng)應(yīng)降低轉(zhuǎn)速速。3、機(jī)械設(shè)設(shè)備、鉆桿桿柱及鉆具具的能力。。沖洗液量沖洗液通常常是金剛石石鉆進(jìn)的另另一重要規(guī)規(guī)程參數(shù)。。一般根據(jù)據(jù)液流上返返速度來確確定金剛石石鉆進(jìn)所需需的泵量Q：Q=6sv（L/min),(6是由單單位換算所所產(chǎn)生的系系數(shù))式中：v不不小于0.3-0.5m/s;s-鉆孔的環(huán)環(huán)空面積,cm2.由于表鑲、、孕鑲金剛剛石鉆頭鉆鉆進(jìn)時鉆孔孔環(huán)狀間隙隙小，沖洗洗液的流動動陰力很大大，所以金金剛石鉆進(jìn)進(jìn)基本是以以不大的泵泵量和較高高的泵壓來來工作的。。另外，泵泵壓是反映映孔底工況況的敏感參參數(shù)之一。。防止金剛石石鉆頭燒鉆鉆是生產(chǎn)中中一項重要要的工作。。試驗表明明：當(dāng)轉(zhuǎn)速速為800r/min，鉆頭頭唇面壓力力為10Mpa時，，鉆頭每轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)一圈，胎胎體溫度升升高1.73℃。所所以鉆進(jìn)中中若沖洗液液停止循環(huán)環(huán)1-2min，便便可能造成成燒鉆的惡惡性事故。。金剛石鉆進(jìn)進(jìn)存在正常常規(guī)程和臨臨界規(guī)程。。在正常規(guī)程程中，鉆頭頭胎體溫度度正常，功功率消耗平平穩(wěn)，同時時鉆頭磨損損輕微；而在臨界規(guī)規(guī)程下，鉆鉆頭胎體溫溫升急劇上上升，功率率消耗劇增增，鉆頭磨磨損嚴(yán)重，，甚至出現(xiàn)現(xiàn)燒鉆。1、胎體溫溫度與鉆壓壓和轉(zhuǎn)速的的關(guān)系2、功率消消耗、機(jī)械械鉆速與鉆鉆進(jìn)規(guī)程的的關(guān)系3、胎體溫溫度與沖洗洗液的關(guān)系系4、鉆頭磨磨損與鉆進(jìn)進(jìn)規(guī)程的關(guān)關(guān)系金剛石鉆進(jìn)進(jìn)的臨界規(guī)規(guī)程轉(zhuǎn)速r/min軸向壓力（kg）1002003004005006007008009001000600601601901905607501007010059095070808062065067011809012064015005070120550金剛石（200-400微米米）鉆頭胎胎體溫度與與軸向壓力力和轉(zhuǎn)速的的關(guān)系鉆進(jìn)功率消消耗(kw)與軸向向壓力和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的關(guān)系系轉(zhuǎn)速r/min軸向壓力（kg）10020030040050060070080090010006001.711.861.922.325.347501.801.862.045.679501.952.312.795.376.566.9111802.162.645.5215000.481.442.165.56用該鉆頭頭鉆進(jìn)花崗崗巖時,其其最高鉆速速不得超過過臨界值37mm/min,否則將出出現(xiàn)胎體溫溫度劇增的的嚴(yán)重后果果。指標(biāo)沖洗液泵量（L/min）152030胎體溫度℃725640550鉆進(jìn)功率消耗kw5.675.225.13沖洗液泵量量對胎體溫溫度和功率率消耗的影影響鉆頭磨損與與鉆進(jìn)規(guī)程程的關(guān)系第三節(jié)鋼鋼粒鉆進(jìn)進(jìn)工藝Chilled-steelshotdrillingtechniques鋼粒鉆進(jìn)規(guī)規(guī)程包括：：投砂方法法及投砂量量、鉆壓（（軸向壓力力）、轉(zhuǎn)速速和沖洗液液量（泵量量）等方面面。一、投砂方方法及投砂砂量1、一次投砂砂法：一次次投砂法就就是在鉆進(jìn)進(jìn)開始前，，把一個回回次所需的的鋼粒一次次投入孔底底。孔壁完完整時，則則從孔口直直接投入；；孔壁破裂裂時，則當(dāng)當(dāng)鉆桿下到到接近孔底底時，從鉆鉆桿中投入入。從投砂砂方法來說說，一次投投砂法比較較簡便，所所以使用較較廣。一次次投入的砂砂量對回次次鉆程時間間的長短、、鉆進(jìn)效率率、鉆孔質(zhì)質(zhì)量及管材材消耗方面面都有影響響。2、結(jié)合投砂法法：又稱分分批投砂法法。這種方方法是在回回次開始前前先投入一一定數(shù)量的的鋼粒，待待鉆進(jìn)一定定時間后再再分別補投投1-2次