2022年钻凿工艺学 .pdf

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1、钻凿工艺学绪言1.根据钻岩工具所用的材质， 将钻进方法分为 ：硬合金钻进、金刚石钻进、钢粒钻进。根据施加外力的性质或方式，可把钻进方法分为：冲击钻进、回转钻进、冲击回转钻进。为了使钻进工作能够不断地进行，也即使钻孔向地层深部不断地延伸到预定的地点，必须进行破碎岩石、清除岩屑、维护孔壁等三项必须的工作环节。2.钻速：机械钻速、回次钻速、技术钻速、经济钻速、循环钻速第一章岩石性质及破碎机理1.塑性指数：用破碎前消耗的总能量与弹性变形能量之比；2.影响岩石强度的因素：1)岩石的物质成分2)岩石的结构构造3)岩石的容重和孔隙度4)受力条件5)应力状态6)载荷速度7)岩样的线性尺寸8)温度和湿度3.岩石

2、的硬度 ：岩石的硬度反映岩石抵抗外部更硬物体压入（侵入）其表面的能力。影响岩石硬度的因素：1)岩石的矿物成分和结构构造（岩石的强度具有明显的各向异性，岩石的孔隙度增加，密度降低，其强度则降低， 反之亦然。因此，一般岩石的强度随埋深的增大而增大。）2)多向应力状态3)载荷速度4)液体介质5)工具形状和尺寸4.岩石的研磨性：用机械方法破碎岩石的过程中，工具本身也受到岩石的磨损而逐渐变钝，直至损坏。岩石磨损工具的能力称为岩石的研磨性。影响岩石研磨性的因素：1)岩石颗粒的硬度越大，其研磨性也越强，富含石英的岩石具有强研磨性2)岩石胶结物的粘结强度越低，岩石的研磨性越强。3)岩石颗粒形状越尖锐，颗粒尺寸

3、越大，则岩石的研磨性越强。4)孔隙性岩石表面粗糙，在与工具接触的局部易产生应力集中，从而增强岩石的研磨性。5)硬度相同时，单矿物岩石的研磨性较低，非均质和多矿物的岩石（如花岗岩）研磨性较强。6)试验证明， 当工具与所钻岩石表面摩擦时，在轴向压力未达到岩石的压入硬度值之前，动摩擦系数是轴向力和滑动速度的增函数，而达到和超过后，动摩擦系数便保持恒定或有所下降。5.岩石的可钻性：岩石的可钻性是在一定钻进方法下岩石抵抗钻头破碎它的能力。它反映了钻进作业中岩名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - -

4、- - 第 1 页，共 12 页 - - - - - - - - - 石破碎的难易程度，它不仅取决于岩石自身的物理力学性质，还与钻进的工艺技术措施有关， 所以它是岩石在钻进过程中显示出来的综合性指标。它是合理选择钻进方法、钻头结构及钻进规程参数的依据，同时也是制订钻探生产定额和编制钻探生产计划的基础。岩石可钻性是个多变量的函数，它不仅受控于岩石的性质，而且与外界技术条件和工艺参数有密切的关系。6.岩石的可钻性评价：1)用岩石力学性质评价岩石的可钻性2)用实钻速度评价岩石的可钻性3)用微钻速度评价岩石的可钻性4)用碎岩比功评价岩石的可钻性7.钻头碎岩刃具：根据刃具同岩石的作用方式和碎岩机理，所有

5、碎岩刃具可分为：切削剪切型、凿碎型、凿碎剪切型；8.岩石破碎过程的基本概念：1)岩石破碎过程的发展，不是随载荷的增加而平稳的进行的，而是当荷载达到某一值后，发生突然的侵入破碎；2)只有当荷载达到某一定值时，才能产生大体积崩落破碎；3)当载荷不足以产生大剪切时，则只能在岩石中产生压裂作用，形成一些裂隙；4)载荷过小时， 只是在岩石表面形成一些微小裂纹，甚至发生弹性变形，因此破碎效果极差；第二章岩心钻探钻具1.一套回转岩心钻具是由钻头、岩心管、异径接头、取粉管、钻杆住、连接接头、水龙头等组成；2.钻杆柱的功用：（1）钻杆柱把钻压和扭矩传递给钻头，实现连续给进；（2）钻杆柱为清洁孔底和冷却钻头提供输

6、送冲洗介质的通道；（3）钻杆柱还是更换钻头、提取岩心管和进行事故打捞的工作载体；（4）在绳索取心钻进和水力反循环连续取心钻进中，钻杆柱还是提取岩心的通道；（5）用孔底动力机钻进时，靠钻杆柱把动力机送至孔底，输送高压液体或气体并承担反扭矩。3.钻铤：在大口径钻进中常会用到钻铤。钻铤直径大于钻杆，位于钻杆柱的最下部。其主要特点是壁厚大（相当于钻杆壁厚的46 倍） ，具有较大的质量、强度和刚度。1)给钻头施压2)保证复杂应力条件下的必要强度3)减缓钻头的震动4)控制孔斜4.零断面和中和点：在减压钻进中，部分自重由钻机提拉而平衡，所以在钻杆柱的某点纵向力为零；5.钻杆柱的旋转方式：（钻杆柱受力严重部位

7、是下部、孔口处和零断面附近。）1)钻杆柱像一根刚性的弯曲杆，它围绕着钻孔中心旋转，称为公转； 这种情况下钻杆产生一边偏磨；2)钻杆像一根柔性轴，虽然弯曲， 但围绕着自身的中心旋转，称为自转；此时钻杆表面产生均匀磨损；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 12 页 - - - - - - - - - 3)钻杆柱围绕钻孔轴线旋转，但不是沿着孔壁滑动而是沿着孔壁反向滚动（公转与自转的结合），钻杆柱同时围绕自身轴线和钻孔轴线旋转。其磨损均匀，也受到交变弯曲应力的作用，但

8、循环次数比第一种形式低得多。6.钻杆柱的合理使用：用参数 KT=Td/Tl作为判别指标。Td钻孔钻进时间；Tl钻杆柱使用寿命。（1）变换使用方式（KT 0.5 及 0.7KT 1 时）（2）综合使用方式（KT 0.7 时）第三章硬质合金钻头1.硬质合金钻进： 利用镶焊在钻头体上的硬质合金切削具，作为破碎岩石的工具这种钻进方法称为硬质合金钻进。2.可钻性适用级别：中等硬度以下的岩层，即1-7 级和部分 8 级的岩层。3.硬质合金钻进井底碎岩过程：1）塑性岩石： 2 ）脆性岩石：4. 切削刃在井底磨损的实际情况由于内、 外两侧的工作负担较重，所以磨损也要比中部为大；又由于外侧刃比内侧刃的行程长，所

9、以外侧的磨损更为严重。即y 外y 内y。5. 硬质合金的特性1）主要是碳化钨（WC ） - 钴（Co）系硬质合金。这类硬质合金陈志伟YG类硬质合金，以碳化钨粉末为骨架金属，钴粉末为粘结剂，经粉末冶金方法压制烧结而成。 2)随着合金中钴含量的增加，比重（相对密度） 有所下降， 硬度逐渐降低， 耐磨性能降低；而抗弯强度逐渐提高，同时冲击韧性也提高。 3 ）牌号：牌号中的数字表示合金中含钴的百分量。例如YG8c则表示含钴量为8% 的钨钴合金。牌号中x 表示细粒碳化钨粉，c 表示粗粒碳化钨粉。6. 硬质合金切削具的形状：片状、柱状、针状三类。其中片状切削具片薄刃宽，易于切入和切削岩石， 但抗弯能力较差

10、，主要用于钻进1-4 级塑性软岩， 所以镶焊在钻头上的出刃也应大些；柱状切削具的抗弯、抗压的能力较强，其切入和切削面较小，主要适用于钻进4-7级中硬岩层。7. 切削具出刃： 切削具出刃指的是切削具在钻头体内、外侧和底唇面突出的一定高度，其出刃高度取决于岩石的硬度、均质性和在该岩石中的钻进速度。（1) 内、外出刃：其作用是保证钻头体与孔壁、钻头体与岩心之间留有一定的间隙，以避免钻头体承受来自孔壁和岩心的摩擦力，并为循环冲洗提供通道。(2) 底出刃：底出刃的作用是保证切削具能顺利地切入岩石，并为冲洗液及时冷却切削具和排除孔底岩粉提供通道。底出刃的概念应包括出刃大小和底刃排列方式两方面的内容。岩石性

11、质内出刃外出刃底出刃松软、塑性、粘性，弱研磨性2-2.5 2.5-3 3-5 中硬、强研磨性1-1.5 1.5-2 2-3 8. 切削具的镶焊角针对不同性质的岩层，可以把具有一定刃角的切削具以不同的前角（亦称镶焊角） 镶焊在名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 12 页 - - - - - - - - - 钻头体上，从而获得不同的钻进效果。分为正斜镶、负斜镶、直镶。(1) =45 50，用于级非裂隙性岩石； (2) =65，用于级岩石； (3) =90的小切削具

12、，用于自磨式钻头。切削角 的大小应根据所钻岩性来选择。一般来说， 钻进软岩 应取小些， 但不宜过小。因为 过小可能使切削具后面直接与岩面摩擦。软岩用正斜镶，硬岩用负斜镶。9. 切削具在钻头底部的排布均布排列，密集排列。要求切削具在唇面上不留空白道。10. 磨锐式硬质合金钻头切削具被磨钝后， 可重新用砂轮修磨成具有锐角的单斜面切削刃，以利切入岩石。 又称磨钝式。11. 自磨式硬质合金钻头选用了小断面的切削具（薄片或小圆柱），使其在钻进过程中磨损后与岩石的接触面积保持一定而不变（即不会变钝），故称自磨式。12. 全面钻进 : 13. 硬质合金钻进规程1）所谓钻进规程是指为提高钻进效率、降低成本、保

13、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。回转钻进的主要钻进参数：钻压，转速，泵量。2）优化钻进规程：是指在一定的条件下，确定能达到最好经济指标的钻进参数。一般说的钻进规程是指最优钻进规程。3）强力钻进规程：是指钻进时采用比一般钻进参数为高钻进参数值。以达到更好的钻进速度。4）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，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。5）专用规程为完成特种取芯、矫正孔斜、进行定向钻进等任务所采用的参数搭配。6）钻进规程参数的确定确定钻进规程的一般步骤：根据地层条件、 钻头类型、 设备条件和工人的技术水平

14、等因素，查阅相关手册或标准，对每个工艺参数初选一个取值范围；其次，在以往经验的基础上， 初步确定规程参数的若干个取值；最后，在生产实践中边钻进、边测算钻速和钻进成本，加以分析对比或借助计算机进行处理，找出钻效高、成本低的参数组合。14. 填空一般而言，钻进塑性松软岩石，最好采用高转速，小钻压，大泵量；在钻进4-5 级中等硬度的岩层，则可采用较高钻速，中等钻压，较前稍小的泵量；而研磨性大的岩层，硬采用大钻压，低转速，中等泵量。总之，钻进4-5 级以下的岩层，以采用较高转速为主的规程；钻进 6 级以上的岩层，应较大钻压为主。第四章金刚石钻进1. 金刚石钻头 ：用各种人造或天然金刚石制作的钻头统称为

15、金刚石钻头。2. 适用岩石级别：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 12 页 - - - - - - - - - 3. 金刚石的量衡克拉： 1 克拉 =0.2g 目：每英寸长度内的网格数。4. 人造金刚石 ：单晶，聚晶（PCD ） ，复合片（ PDC ） ，烧结体5. 我国金刚石钻头规格系列：36.5 、46.5 、59.5 、 75、91mm 。6.400%浓度制：当金刚石的体积占工作层胎体体积的四分之一时，其浓度（重量）为100% ，全部都是金刚石时，浓度

16、为400% 。金刚石的比重以3.52 换算，每立方厘米胎体中含有4.4 克拉金刚石时为100% 的浓度。当金刚石的浓度为75% 时，即每立方厘米体积的太低中含金刚石3.3克拉。7. 随着浓度的增加， 单位进尺的金刚石耗量在不断下降，但超过 120% 时，又有增大的趋势。过浓的金刚石含量会影响胎体对金刚石的包镶。单位工作厚层的进尺量与此恰好相反。最合理的金刚石浓度为70%-120% 。8. 岩层越坚硬，越致密，研磨性越低，金刚石浓度相应要低些；而金刚石质量越好、粒度越细，浓度也应越低。9. 孕镶金刚石胎体的性能为了保证孕镶金刚石能及时出刃，在钻进过程中孕镶钻头胎体的磨损应稍超前于金刚石。10.

17、金刚石扩孔器金刚石扩孔器位于钻头和岩心管之间，它的直径略大于钻头直径（一般大0.5mm）其主要功能是： (1) 修整孔壁，保持钻孔直径符合设计要求，从而减少新钻头下孔时的扫孔工作量； (2) 保持孔内钻具在高转速条件下的工作稳定性。11. 孕镶金刚石钻头的钻进过程孕镶金刚石钻头的实际碎岩机理与砂轮磨削工件基本一致，即以刃具面上多而小的硬质点（金刚石）对加工件（孔底岩石）进行刻划磨蚀，并且随着硬质点的逐渐磨损和消失以及粘结胎体的不断消耗，新的硬质点又裸露出来进行工作。故孕镶钻头的工作实质： （1）依靠小而多的硬质点（即金刚石）刻划磨削岩石，且为了取得应有的效率需要高转速工作；（2）为了有效地磨削

18、岩石需使胎体适当地被磨蚀，即钻头唇面应有自磨和自锐作用。13. 孕镶钻头 ：坚硬、致密、弱研磨性（优质金刚石、较低的金刚石浓度），均匀性差、完整度差、破碎地层（金刚石浓度高、胎体硬度大）；表镶钻头 ：硬度较低、完整岩层；PCD或 PDC钻头 ：中硬及中硬以下岩石；14. 孕镶金刚石钻头规程参数的选择1）钻压P=S p（ kg or dN ）式中: S钻头实际的工作唇面面积, cm2; p 单位底唇面积允许的压力，Kg/ cm2 。对中硬岩石，推荐：p4050 Kg/ cm2 ；对坚硬岩石或金刚石质量高者p6070 Kg/ cm2 。2）转速通常以圆周线速度来规定钻头的转速。孕镶金刚石钻头所用的

19、金刚石粒度很小（一般粒径 0.2mm左右） ，出刃量微小， 主要靠高转速来获取钻进效率，线速度应达到1.5 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 12 页 - - - - - - - - - 3m/s。3）泵量一般根据液流上返速度来确定金刚石钻进所需的泵量Q：Q=6vF (L/min) (6 是由单位换算所产生的系数) 式中： v 环隙空间的上返流速，金刚石钻进要求v0.3 0.5m/s ； F 钻孔的环空面积， cm2。冲洗液在金刚石钻进中除了完成排粉、冷却、

20、护壁功能外，还将起到润滑钻具、帮助孕镶钻头自锐的作用。15. 临界钻进规程金刚石钻进存在正常规程和临界规程。在正常规程下， 钻头胎体温升正常， 功率消耗平稳，同时钻头磨损轻微；而在临界规程下，钻头胎体温升将急剧上升，功率消耗剧增，钻头磨损严重，甚至出现烧钻。第五章钢粒钻进1. 钢粒钻进： 用未镶焊切削具的钻头压住可连续补给的钢粒，并带动它们在孔底翻滚而破碎岩石的钻进方法称为钢粒钻进。2. 适用岩层级别： 钢粒钻进曾广泛应用于级的岩石，随着金刚石钻进的普及，它在中、小口径钻进中已逐渐被取代。但是， 由于金刚石钻头价格昂贵，故钢粒钻进在大口径硬岩钻进中仍占有一席之地。3. 钢粒钻进的碎岩方式：压碎

21、碎岩、压裂碎岩、井底脉冲冲击4. 钢粒的粒度：一般情况下，钢粒直径与钻头壁厚的关系： t=（34） d 式中： t 钻头壁厚， mm ；d钢粒直径， mm 。钢粒直径与长度相等。5. 投砂方法： 一次投砂法、结合投砂法、连续投砂法6. 钻进规程的确定1）钻压钢粒钻头上钻压的大小决定着孔底的破岩方式。一般按下式计算总的钻压值P：式中： k 考虑水口使钻头唇面面积减少的系数，k=0.7 0.8 ；p钻头唇面的单位压力，Pa；D、d- 钻头外径和内径，m 。2）转速一般选择转速时应综合考虑钻头的直径、钢粒的相对抗压碎强度、孔深和钻杆强度等因素。其中钢粒的相对抗压碎强度与岩石硬度及孔底的脉动频率有关，

22、所以在坚硬岩石中宜采用较低的转速。3）泵量泵量是个重要因素，因为它除了排粉、冷却的功能外，还在孔底钢粒的补给、分选中起主要作用。这是硬质合金和金刚石钻进中冲洗液所不具备的特殊功能。估算泵量Q的公式为：Q=kD (L/min) 式中： D 钢粒钻头直径，cm； k单位钻头直径上的泵量，使用清水时k=35L/min cm ，使用泥浆时k=1.5 3L/min cm 。实际生产中，随着进尺的增加，钻头水口将逐渐被磨短，水口处的流速将加快；另外这时的孔底钢粒也已被磨小，钻头处的工作钢粒数量减少。因此，在整个回次钻程中应名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - -

23、 - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 12 页 - - - - - - - - - 分段逐次改小泵量，到回次末取允许的最小泵量。现场人员称此过程为 改水。第六章冲击回转钻进1. 概念： 冲击回转钻进是在钻头已承受一定静载荷的基础上，以纵向冲击力和回转切削力共同破碎岩石的钻进方法。2. 适用范围冲击回转钻进最适用于粗颗粒的不均质岩层，在可钻性级，部分级的岩石中，钻进效果尤为突出。3. 冲击回转钻进能提高钻速的原因1）冲击力是一种加载速度很大的动载荷，其明显特征是作用时间极短，岩石中的接触应力瞬时达到最大值；2）用硬合金钻头回转钻进坚硬岩石时，切削

24、刃必须在高的轴向压力下才能切入岩石，冲击回转钻进需要轴向压力小转速也很低；3）冲击回转钻进， 加入一定的轴向压力，就改善了冲击功的传递条件，加强了冲击效果；4）冲击器连续不断地对岩石施加冲击载荷，在破碎过程中裂隙扩展可同时从很多薄弱的地方开始破坏；5）采用高频液动冲击器钻进时，岩石受高频脉冲冲击作用迫使岩石内部分子产生震荡，疲劳破碎使岩石强度降低；6）液动冲击器所需的大排量使孔底液流速度提高，这不仅其对岩石的冲刷作用，且使孔底不容易堆积岩屑，这就造成不发生或者少发生岩石重复破碎；4. 冲击器类型1）液动冲击器可分为有阀冲击器（正作用、 反作用、 双作用冲击器）和无阀冲击器（射流式、射吸式冲击器

25、）2）风动（气动）冲击器3）油压冲击器4）机械作用式冲动器5）电动冲击器5. 正作用冲击器它以液体压力推动冲锤下行进行冲击，而以弹簧力作用恢复其原位，故称之为 正作用 液动冲击器正作用冲击器工作原理（分四个阶段）：1） 、闭阀启动加速运行阶段：冲锤活塞 5 在锤簧 6 的作用下处于上位，其中心孔被活阀4 盖住， 液流瞬间被阻， 液压急剧增高而产生水锤（也称水击）效应。在液压作用下，冲锤活塞和活阀一同下行，压缩阀簧3 和锤簧6；2） 、自由行程阶段： 当活阀下行到一定位置时，活阀被阀座9 限制，活阀停止运行并与冲锤活塞脱开， 液流经冲锤活塞中心孔而流向孔底，液压下降， 活阀在阀簧作用下返回原位；

26、冲锤活塞在动能作用下利用惯性继续运行；3） 、冲击阶段：在冲锤冲程末了，冲锤冲击铁砧7，冲击能量经铁砧-岩心管接头 -岩心管等传至钻头，4） 、回程阶段：冲击之后，冲锤活塞在锤簧力作用下弹回；再次与活阀接触，完成一个冲击周期。6. 反作用冲击器它是利用高压液流的压力推动冲锤活塞上行，并压缩工作弹簧储存能量，经弹簧释放能量而作功，推动冲锤下行，产生冲击。反作用冲击器工作原理：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 12 页 - - - - - - - - - （1）

27、高压液流进入冲击器对冲锤活塞3 产生作用，当冲锤活塞上下端压力差超过工作弹簧1 的压缩力和冲锤活塞本身的质量时，迫使冲锤活塞上行，并压缩工作弹簧储存能量；与此同时， 铁砧 4 的水路被逐步打开，高压液流开始流向孔底，液压下降，冲锤活塞利用惯性继续上行。（2）当冲锤3 上行到上死点时，冲锤下部的液流已畅通地流向孔底，工作室压力降低，由于冲锤活塞自身质量和工作弹簧释放储存能量，便驱动冲锤活塞急速向下运动而冲击铁砧；（3）产生冲击作用的同时，由于冲锤活塞3 与铁砧 4 相接触而又封闭了液流通向孔底的通路，液压开始上升，当上升到一定值，再次作用于冲锤活塞，使其上行，开始第二个工作周期。7. 双作用冲击

28、器冲锤活塞的正冲程和反冲程均由液体压力推动双作用。整个结构中弹簧易损件很少（或者没有）。双作用冲击器工作原理：（1）当钻具到达孔底时，由于钻具自重作用，使活接头f 被压紧到外套上的g 处，这时冲击器内压力工作腔d 处的液流，分别作用在活阀2 和塔形冲锤活塞 6 上，由于活阀上下两端的压差，迫使活阀上移到最上位置；由于冲锤活塞上下两端面积不同而产生压力差，迫使其也向上移动；（2）当冲锤活塞上行到与活阀接合时，通道d1 被关闭，冲锤活塞与活阀便一起急速下行，当下行h 时，活阀被支撑座4 限止，冲锤活塞与活阀分离，借助惯性作用继续下行，下行到s 时，冲击砧子9；由于冲锤活塞中心通道被打开，液流又恢复

29、循环，在液流压力作用下，活阀急剧上升，冲锤活塞也急剧上行，如此运行，周而复始。8. 射流式冲击器射流式冲击器原理：（1）高压液流从射流元件的喷嘴喷出，产生附壁作用，假如先附壁于右侧，高压液流便由E输出，进入缸体2 的上部，推动活塞3 下行。此时，与活塞连接的冲锤4 便冲击砧子5，冲击能量便经岩心管传至钻头7 上，完成一次冲击作用。（2）活塞冲程末了，上缸液压升高，反馈讯号回到F 控制孔，促使射流由 E切换到 C输出，液流经C进入缸体下缸，推动活塞上行，做返回动作。（3）回程末了，反馈讯号又回到D，将射流切换到开始位置，液流又从 E输出，进入上缸，如此往返，实现冲击作用。上、下缸的回水，则通过

30、E、C输出道而返到放空孔B、A ，再经与放空孔连接的水路及砧子内的孔，流入岩心管。卷吸作用、附壁作用9. 液动冲击回转钻进中硬质合金钻头特点：1)为了安装岩芯卡簧的需要，钻头体一般较长2)同时由于冲击器要求的冲洗液量大，钻头具有较大的液流通道；3)硬质合金的镶焊的牢固性（硬质合金块不脱落和早期损坏）要比纯回转钻用的钻头为高10. 金刚石钻头特点:(1) 首选人造孕镶金刚石钻头或聚晶体钻头；(2) 一般选用高强度的或经过浑圆化和金属镀层处理的金刚石；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - -

31、- - 第 8 页，共 12 页 - - - - - - - - - (3) 因为金刚石单晶的抗冲击韧性与粒度成反比，故粒度不要太大，可选用7080 目左右的金刚石，金刚石浓度75% 左右；(4) 要有足够的胎体强度和硬度，避免受冲击作用而破裂，一般选用中硬- 硬胎体，唇面形状以平底形、圆弧形和同心圆尖齿形为好；(5) 由于冲洗液量大， 为减少冲洗液流经钻头时所产生的阻力，钻头的过水面积应增大，除主水口外，可增设副水口，加长加深钻头钢体内壁水槽，适当增大胎体外径。11. 冲击回转钻进的岩石破碎机理: 冲击载荷碎岩的特点是接触应力瞬间可达极高值，应力比较集中，所以尽管岩石的动硬度要比静硬度大，但

32、仍易产生裂纹。而且冲击速度愈大，岩石脆性增大，有利于裂隙发育。因此，用不大的冲击能（例如数十焦耳） ，就可以破碎极坚硬的岩石。在冲击回转碎岩过程中，钻头刃具上同时作用有轴向静压力 PJ、冲击力 PC和回转力矩M 。刃具除冲击碎岩外，同时还有切削碎岩作用。所以，具有冲击碎岩和回转碎岩两者的特征，互相补充，发挥各自优点。1)冲击- 回转碎岩主要以冲击载荷碎岩为主，轴向静压力主要用来克服钻具的反弹力，改善冲击能的传递。回转力矩主要是使切削具沿孔底剪切两次冲击间残留的岩石脊峰。因此，拟订最佳回转速度时，应能够将中间凸起的扇形岩脊剪碎。这种碎岩方法要求冲击器具有低频率，大冲击功，风动潜孔锤即属此类。对于

33、脆性岩石来说，利用这种冲击剪崩和回转剪切作用，造成大颗粒岩体的剥离作用。随着岩石的脆性与硬度增大，碎岩效果愈加显著。2)回转- 冲击碎岩回转冲击碎岩是把高频低冲击功，加在一般回转钻进的硬质合金钻头或金刚石钻头上。它主要用于小口径钻进，液动冲击器即属此类。该方法之所以能破岩，主要是岩石受高频冲击力后， 一方面在刃具接触处产生应力集中，增大了破碎体积；另一方面岩石内部分子被迫振荡而产生疲劳破坏并降低了强度，再加上轴向的静压和回转切削，因而增加了破岩的效果12. 碎岩比功 : 破碎单位体积岩石所输入的能量13. 冲击应力波对破碎岩石的影响: 冲击器所产生的冲击力以应力波的形式经砧子、岩心管、钻头传递

34、给岩石。这种应力波对于冲击能量的传递效率和碎岩效果有重要的影响。不同的活塞形状和不同的撞击面接触条件，都将产生不同的入射应力波形。一般而言，细长的冲锤形状，入射波的幅度低，作用时间长；短而粗的冲锤形状，入射波的幅度高，作用时间短。入射波形对碎岩的影响是：缓和的入射波形比陡的入射波形有较高的凿入效率，这是由于凿入起初不需要很大的力，随着刃具侵深增加， 所需力也增大， 故缓和的波形与之相匹配。改变入射波的形状，除了调整活塞的形状和断面积之外，还可以用调整撞击面的接触条件来达到。第七章钻探质量指标及岩矿心采取1.钻探质量指标：1)岩心的采取和整理2)钻孔弯曲3)校正孔深名师资料总结 - - -精品资

35、料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 12 页 - - - - - - - - - 4)简易水文观测5)原始报表6)封孔2.岩（矿）心采取率：实际自孔内取上的岩（矿）心长度与实际钻进进尺的比值，要求：岩心不低于65%，矿心不低于75%，如果不足应进行补取。3.单管钻进的取心方法：1)卡料卡取法2)卡簧卡取法3)干钻卡取法4)沉淀卡取法5)楔断器卡取法4.双动双管 ：是内、外两层岩心管同时回转的钻具，主要由双管接头，内、外岩心管，内、外钻头和止逆阀组成。一般用于钻进级的松散、易坍塌和怕冲刷的岩

36、矿层，多用于硬质合金钻进。特点：结构简单，加工容易。可避免冲洗液对岩矿心的直接冲刷和钻杆内水柱压力的作用。但由于钻进时内管同时回转，未能避免机械力对岩矿心的破坏作用。5.单动双管钻具：钻进过程中， 外管转动而内管不转动的双管钻具称为单动双管钻具。它比双动双管钻具优越， 主要表现为钻进中不仅避免了冲洗液直接冲刷岩矿心，更重要的是避免了振动、摆动和摩擦力对岩矿心的破坏作用。另外，有些单动双管还设有防振、防污、防脱及退心的装置。 因此，岩矿心的采取率、 完整度、纯洁性等均有较大提高，代表性更好。6.喷反钻进的适用范围：适用范围广， 既可用于 7 级以上硬、 脆、碎岩矿层， 进行钢粒钻进和金刚石钻进；

37、也可用于 46 级松软、胶结性差、易磨损的岩矿层，使用硬合金钻头钻进；还可用于漏水、涌水地层中的直孔和斜孔钻进；7.喷反钻具的工作原理：工作原理 ：当水泵送来的高压冲洗液沿钻杆1 经接头 2、3 进入喷嘴4，冲洗液以高速（达1315m/s ）射入扩散管5 中。在此高速射流的作用下，喷嘴与扩散管所组成的喷射器周围的液体，被射流带走一部分而形成负压区，在压力差的作用下，下部岩心管8 中液体被抽吸到喷射器里，高速液流和吸入的液体便在混合室12 内混合，进行能量传递和交换（高速液流的动能变为压力能，被吸液体的压力能变为动能）后流入喉管13；再经扩散管和出水孔11 或弯管排出。排出的冲洗液一部分在剩余压

38、力作用下，沿钻杆与孔壁的环状间隙返回地面；一部分在负压作用下流向孔底，进入岩心管内形成孔底反循环，而冲洗孔底。改变冲洗液量或调节喷射器元件的参数，就能控制孔底反循环冲洗的强弱。第九章特种取心方法1.绳索取心钻进：概念：绳索取心钻进是指在钻进过程中，当岩心充满岩心管后，不需提钻取岩心，而是以钻杆为通道， 借助于绳索和专用打捞工具，把钻进过程中贮存于内岩心管中的岩心提升到孔外的取心钻进方法。我国最常用的 S-75型钻具为例，其结构功能如下：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第

39、10 页，共 12 页 - - - - - - - - - 机构及作用：1)绞链式矛头机构：防止捞矛头从打捞器的捞钩中脱出。2)弹卡定位机构： 由于弹卡室内径较大，而其上端的弹卡挡头内径较小，所以在钻进过程中可防止内管总成上串，达到定位作用。3)悬挂机构： 以防止损坏卡簧座和钻头，保证内管的单动性能和通水性能。4)到位报信机构：5)岩心堵塞报警机构：通水孔堵塞， 从而造成泵压升高，告诫操作者应停止钻进、捞取岩心。6)单动机构：7)内管保护机构：拔断岩心的力由钻头传递到外管，以保护内管不受损坏。8)调节机构： 内外管组装在一起时，如果卡簧座与钻头内台阶之间的间隙不合适，则可以通过调节心轴和接头的

40、相互移动进行调节，满足要求后， 用调节螺母锁紧，以防松动。9)扶正机构： 外管总成下部的扶正环，用于内管的导向，使内、外管保持同轴，便于岩(矿 )心进入卡簧座和内管。10)打捞机构： 取心时， 钢丝绳悬吊打捞器放入钻杆柱内，打捞钩靠重锤以1.52.0m/s的速度快速下降。11)安全脱卡机构：采用一根长为lm、内径比重锤稍大的套管进行安全脱卡。套管壁上开有一斜口。当需要安全脱卡时，将此套管从斜口处套人钢丝绳上，然后下放，套管靠自重下降； 行至打捞器穿过钢丝绳接头和重锤，撞击和罩住打捞钩尾部，使其张开脱离。2.全孔反循环取心：概念 ：它是一种不提钻，利用循环介质把岩心（或岩屑）经钻杆的中心通道连续

41、不断地输送到地表的取心方法。工作原理 ：冲洗液由水泵压入，经双管水龙头1 进入双层钻杆内外管的环状间隙，到达孔底而开始分流。其中大部分进入内管中，以反循环方式向上流动（水的上升速度约3m/s，空气一般为 25m/s 或更大），把岩心及岩屑携带到水龙头处，再通过岩心回流软管3 将岩心排至岩心收集器内；另一小部冲洗液从钻杆与孔壁之间狭小的环状间隙，接正循环方式缓慢地向上流动，起到稳定孔壁和润滑钻具的作用。全孔反循环连续取心的优缺点：(1) 钻进效率高(2) 岩心采取率高，取心质量好(3) 孔底干净：(4) 易于穿过复杂地层(5) 单位成本低缺点：（1）钻进深度和岩层有一定的局限性，远不能完全取代普

42、通岩心钻探，如钻进石棉、水银等矿层时， 碎屑状的岩样破坏了地层的原状结构，难以直接获得所钻地层的真实属性；（2）遇到坚硬岩层时，岩心难以切断或岩心切断器磨损严重；（3） 钻探设备和附属工具过于笨重，一次性投资大， 这些都严重影响了它的推广速度。应用：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 12 页 - - - - - - - - - 1)水文地质和工程地质钻探2)地质填图以及金属非金属钻探3)水井钻探4)冲洗液漏失严重地层的石油钻井及海底采矿等方面第十章钻孔的弯

43、曲及定向钻进1.顶角：钻孔轨迹上某点的顶角是该点的切线与铅垂线之间的夹角，其余角称为钻孔倾角。顶角变化的范围是0 90方位角：钻孔轨迹上某点的方位角是该点的切线在水平面上的投影与真北方向之间的夹角，有磁方位和地理方位。0 360钻孔遇层角：钻孔轴线与其在岩石层面上的正投影的夹角。当遇层角约为45o时，钻孔弯强最大。2.钻孔弯曲：由于自然和技术因素的影响，实际的钻孔轨迹往往偏离设计轨迹。这种现象称为钻孔弯曲或钻孔偏斜。3.防弯：满眼钻进、钟摆钻进、偏重钻进；4.钻孔弯曲的条件：必要而充分的条件是：1)存在孔壁间隙，为粗径钻具提供偏倒(或弯曲 )的空间2)具备倾倒或弯曲的力，为粗径钻具轴线偏离钻孔轴线提供动力3)粗径钻具倾斜面方向稳定。保持偏倒(或弯曲 )和力的方向稳定孔壁间隙和倾倒(或弯曲 )力是钻孔弯曲的必要条件；而粗径钻具倾斜面方向稳定是产生钻孔弯曲的充分条件。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 12 页 - - - - - - - - -