钢粒、合金钻进技术.ppt

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1、5 5 地 质 勘 探 钻 进 技 术地 质 勘 探 钻 进 技 术5-1 地勘钻进特点5-2 地质勘探钻进方法分类5-3 钢粒钻进5-4 硬质合金钻进5-5 金刚石钻进5-6 反循环钻探技术简介5-1 5-1 地勘钻进特点地勘钻进特点地 质 条 件 千 变 万 化使 用 设 备 五 花 八 门取 样 要 求 严 而 又 严技 术 应 用 从 古 至 今地 质 条 件 千 变 万 化地 质 条 件 千 变 万 化沉积岩、火成岩、变质岩样样不少；坚硬松软、完整破碎、坍塌缩径；构造复杂、裂隙丛生、溶洞发育；地形复杂、交通不便、供水困难；5-2 5-2 5-2 5-2 地质勘探钻进方法分类地质勘探钻

2、进方法分类地质勘探钻进方法分类地质勘探钻进方法分类钢粒钻进硬质合金钻进金刚石钻进冲击钻进（砂矿钻进）5-3 5-3 钢粒钻进钢粒钻进用用未未镶镶焊焊切切削削具具的的钻钻头头压压住住钢钢粒粒或或铁铁砂砂并并带带动动它它们们在在孔孔底底翻翻滚滚而而破破碎碎岩岩石石的的钻钻进进法法，统统称称为为钻钻粒粒钻钻进进。钢钢粒粒钻钻进进是是19 19 世世纪纪后后期期开开始始用用于于钻钻孔孔工工作作的的。这这种种钻钻进进方方法法主主要要用用于于钻钻进进中中等等硬硬度度以以上上的的坚坚硬硬岩岩层层，硬硬合合金金钻钻进进方方法法因因受受其其切切削削具具的的硬硬度度及及耐耐磨磨性性的的限限制制，现现在在只只用用于

3、于钻钻进进中中等等硬硬度度以以下下的的软软岩岩层层，在在地地质质勘勘察察钻钻孔孔中中，用用于于钻钻进进坚坚硬硬岩岩层层的的方方法法，目目前前主主要要有有钢钢粒粒钻钻进进和和金金刚刚石钻进两种，石钻进两种，钢粒钻进井底过程钢粒钻进井底过程如如右右图图所所示示，可可把把钢钢粒粒钻钻进进时时的的孔孔底底过过程程归归纳纳为为图图中中“底底唇唇下下”、“外外环环状状间间隙隙”和和“内内环环状状间间隙隙”是是投投砂砂后后钢钢粒粒所所处处的的基基本本状状态态，在在底底唇唇下下钢钢粒粒破破碎碎岩岩石石的的同同时时，内内、外外环环状状间间隙隙的的钢钢粒粒分分别别磨磨损损岩岩心心、孔孔壁壁和和钻钻头头体体。水水口

4、口导导砂砂是是使使钢钢粒粒向向唇唇下下转转换换的的主主要要通通道道；外外环环状状间间隙隙中中的的水水力力分分选选则则是是维维持持孔孔底底动动平平衡衡，使使钢钢粒粒“新新陈陈代代谢谢”的的关关键键；绝绝大大多多数数被被淘淘汰汰的的碎碎钢钢粒粒最最终终都都落落入入取取粉粉管管内内。钢钢粒粒如如此此循循环环往往复复，是是由由水水口口形形状状、水水量量大大小小和和转转速速快快慢慢来来调调节节。在在钻钻进进过过程程中中，随随着着钢钢粒粒的的消消耗耗，钻钻头头也也不不断断被被磨磨耗耗，水水口口逐逐渐渐变变小小，直直至至不不能能实实现现上上述述循循环环，机机械械钻钻速速显显著著降降低低而而结结束束回回次次钻

5、钻程。程。钢粒钻进碎岩机理钢粒钻进碎岩机理 圆圆柱柱形形钢钢粒粒在在钻钻头头给给予予的的轴轴向向压压力力PyPy 和和回回转转力力PxPx （应应理理解解为为钻钻头头唇唇面面与与钢钢粒粒间间的的联联系系力力）作作用用下下，在在孔孔底底岩岩石石表表面面不不断断翻翻滚滚，主主要要以以动动压压入入体体积破碎方式和动疲劳破碎（辗压）积破碎方式和动疲劳破碎（辗压）方式破岩。方式破岩。动疲劳破碎方式动疲劳破碎方式动压入体积破碎方式动压入体积破碎方式钢粒钻头钢粒钻头 钻钻粒粒钻钻头头的的功功用用是是将将钻钻杆杆柱柱传传来来的的轴轴向向压压力力及及回回转转力力传传递递给给钻钻粒粒；同同时时，钻钻头头的的唇唇面

6、面把把钻钻粒粒压压向向孔孔底底，进进行行钻钻进进。钢钢粒粒钻钻头头本本身身不不直直接接破破碎碎岩岩石石，但但在在钻钻进进过过程程中中，它它受受钢钢粒粒及及岩岩屑屑的的作作用用，不不断断被被磨磨耗耗。钢钢粒粒钻钻头头一一般般用用中中碳碳钢钢（45 45 号号钢钢）无无缝缝钢钢管管制制成成。其其结结构构呈呈圆圆筒筒状状，如如图图所所示示。钻钻头头的的外外径径上上下下一一致致，内内壁壁上上部部有有1 1：100 100 的的锥锥度度，以以便便卡卡取取岩岩心心。钻钻头头壁壁厚厚随随钻钻头头直直径径不不同同而而变变化化，小小于于200 200 m m m m 时时，壁壁厚厚在在9 9 11 11 m m

7、 m m 之之间间；大大于于200 200 m m m m 时时，壁壁厚厚为为14 14 20 20 m m m m。新新钻钻头头的的长长均均为为500 500 m m m m。在在钻钻进进中中，钻钻头头沿沿高高度度逐逐渐渐被被磨磨耗耗，直直到到剩剩余余150 150 m m m m 时时，则则就就不不能能继继续续使使用用。钻钻头头在在底底部部开开有有水水口口，用用于于流流通通冲冲洗洗液液和和向钻头唇面下不断补给钢粒。向钻头唇面下不断补给钢粒。钢粒钻进规程参数钢粒钻进规程参数钢粒钻进规程参数包括：投砂方法及投砂量、钢粒钻进规程参数包括：投砂方法及投砂量、钻压、转速和冲洗液量等。钻压、转速和冲洗

8、液量等。向孔底供给钢粒的方法称为投砂方法。正确地向孔底供给钢粒的方法称为投砂方法。正确地选用投砂方法和合理控制投砂量对钢粒钻进的效果选用投砂方法和合理控制投砂量对钢粒钻进的效果和质量有很大的影响。钢粒钻进的投砂方法有三种：和质量有很大的影响。钢粒钻进的投砂方法有三种：一次投砂法、结合投砂法、连续投砂法。一次投砂法、结合投砂法、连续投砂法。一次投砂法，就是在钻进开始前把一个回次所需的一次投砂法，就是在钻进开始前把一个回次所需的钢粒一次投入孔底。钢粒一次投入孔底。结合投砂法，又称分批投砂法。这种方法是在回次结合投砂法，又称分批投砂法。这种方法是在回次开始前先投入一定数量的钢粒，待钻进一定时间后开始

9、前先投入一定数量的钢粒，待钻进一定时间后再分别补投再分别补投1 1 2 2 次。次。连续投砂法，是在钻进过程中连续不断地（或小组连续投砂法，是在钻进过程中连续不断地（或小组分接连不断地）分接连不断地）向孔内供给钢粒，以补充钻进中的向孔内供给钢粒，以补充钻进中的消耗。连续投砂法必需用专门的连续投砂器。消耗。连续投砂法必需用专门的连续投砂器。一次投砂量对各钻进参数的影响（单位，一次投砂量对各钻进参数的影响（单位，kgkg）二、钻压 在在钢钢粒粒钻钻进进中中，钻钻压压是是保保证证钢钢粒粒在在孔孔底底破破碎碎岩岩石石的的必必要要条条件件。钻钻压压是是岩岩石石破破碎碎和和牵牵动动钢钢粒粒所所需需连连系系

10、力力的的主主要要依依据据。钢钢粒粒钻钻进进中中必必须须有有足够大的钻压。足够大的钻压。P=pS 式式中中：P P轴轴向向钻钻压压kgkg；p p钻钻头头单单位位唇唇面面面面积积所所需需的的压压力力kg/cmkg/cm2 2，S S钻钻头头唇唇面面的的实实际际面面积积cmcm2 2 。大大量量的的试试验验表表明明：钢钢粒粒钻钻进进的的单单位位压压力力存存在在一一个个最最优优值值。实实践践表表明明：单单位位压压力力的的最最优优值值取取决决于于钻钻粒粒强强度度、岩岩石石级级别别以以及及钻钻头头转转速速等等因因素。素。不同钻粒对最优单位压力不同钻粒对最优单位压力的影响（钻粒直径的影响（钻粒直径3mm3

11、mm）1 1铁砂（铁砂（=380kg=380kg）2 2合金铁砂（合金铁砂（=580kg)=580kg)3 3纯钢砂（纯钢砂（=575kg=575kg）4 4钢粒（钢粒（=1900kg=1900kg）不同岩石对最优单位压力的影响不同岩石对最优单位压力的影响1 11212级石英岩级石英岩 ；2 29 9级斜长花岗岩；级斜长花岗岩；3 38 8级花岗岩级花岗岩不同转速对最优压力的影响不同转速对最优压力的影响单位压力，kg/cm12级石英岩 D 91mm机械转速cm/h4050 60 70 80 90 100322824201612840203036n=123r/minn=284r/minn=381

12、r/min5-4 5-4 硬质合金钻进硬质合金钻进利利用用镶镶焊焊在在钻钻头头体体上上的的硬硬质质合合金金切切削削具具，作作为为破破碎碎岩岩石石的的工工具具，这这种种钻钻进进方方法法通通称称为为硬硬质质合合金金钻钻进进。显显然然，它它是是以以破破碎碎岩岩石石的的切切削削研研磨磨材材料料而而命命名名的的。这这类命名方式还有：金刚石钻进、钢粒钻进等。类命名方式还有：金刚石钻进、钢粒钻进等。硬硬质质合合金金是是一一种种坚坚硬硬材材料料，前前面面已已经经讨讨论论过过。但但在在实实际际使使用用中中，硬硬质质合合金金钻钻进进只只适适用用于于钻钻进进中中等等硬硬度度以以下下的的地地层层，即即可可钻钻性性1

13、1 7 7 级级和和部部分分8 8 级级地地层层。若若在在更更为为坚坚硬硬的的岩岩层层中中钻钻进进，则则切切削削效效果果很很差差，切切削削具具磨磨损损很很快快或或易易折折断断而而迅迅速速失失去去钻钻进进能能力力。当当前前，软软的的和和中中硬硬以以下下的的地地层层，尤尤其其是是土土层层的的钻钻孔孔工工作作，主主要要靠靠硬质合金钻进。硬质合金钻进。硬质合金钻进井底碎岩工况硬质合金钻进井底碎岩工况钻钻头头上上切切削削具具切切入入岩岩石石的的必必要要条条件件是是：切切削削具具与与岩岩石石接接触触面面上上的的单单位位压压力力必必须须大大于于（或最小等于）（或最小等于）岩石的抗压入硬度，即：岩石的抗压入硬

14、度，即：式中式中PyPy 单个切削具上的轴向压力；单个切削具上的轴向压力；S S0 0 切削具与岩石的接触面积；切削具与岩石的接触面积；Hr Hr 岩石的抗压入硬度。岩石的抗压入硬度。PyPy SS0 0Hr Hr 是是切切削削具具切切入入岩岩土土的的必必要要条条件件。否否则则，切切削削具具在在井井底底就就不不能能切切入入岩岩土土，碎碎岩岩过过程程只只能能是是切切削削具具对对岩岩土土的的表表面面磨磨蚀蚀，碎碎岩岩效效果果很很差差。因因此此，在在硬硬质质合合金金钻钻进进中中，必必须须有足以使切削具切入岩石的轴向压力。有足以使切削具切入岩石的轴向压力。制造硬质合金钻头的材料制造硬质合金钻头的材料钻

15、头体钢管钻头体钢管钻钻头头体体是是用用D35 D35 或或D45 D45 号号钢钢的的无无缝缝钢钢管管制制成成。前前苏苏联联是是用用9O 9O CT1050 CT1050 74 74 的的30 30，3535或或45 45 号号钢钢或或9OCT9OCT38038071CT71CT4 4号号钢钢制制造造硬硬合合金金钻钻头头体体。这这种种钢钢可可保保证证钻钻头头体体有有足足够够的的强强度度和和焊焊接接时时对对焊焊料料有有良良好好的的浸浸润润性性。肋肋骨骨钻钻头头的的肋肋骨骨用用与与钻钻头头体体相相同同的的钢钢制制作作。切切削削具具的的垫垫片片和和安安装装薄薄片片用用9OCT10509OCT1050

16、74107410，2020和和3535号号或或9O 9O CT380CT3807171号号钢钢制制作作，以以保保持持硬硬合合金金片片的的稳稳定定性性和和刚刚性性。固固定定的的支支撑撑片片用用强强度度较高的钢较高的钢9OCT 9OCT 7445 7445 号钢制造。号钢制造。硬质合金硬质合金地地质质勘勘探探钻钻进进中中所所采采用用的的硬硬质质合合金金主主要要是是碳碳化化钨钨（WCWC钴钴（C CO O）系系硬硬质质合合金金。它它以以碳碳化化钨钨粉粉末末为为骨骨架架金金属属，钴钴粉粉末末为为粘粘结结剂剂，用用粉末冶金方法制成。这类硬质合金称为粉末冶金方法制成。这类硬质合金称为YG YG 类硬质合金

17、。类硬质合金。影响硬质合金性能的因素影响硬质合金性能的因素随随着着合合金金中中含含钻钻量量的的增增加加，相相对对密密度度有有所所下下降降，硬硬度度逐逐渐渐降降低低，耐磨性能降低；而抗弯强度逐渐增高，同时冲击韧性也提高。耐磨性能降低；而抗弯强度逐渐增高，同时冲击韧性也提高。合合金金中中碳碳化化钨钨粉粉粒粒的的粗粗细细度度对对机机械械性性能能有有影影响响：粒粒度度变变细细、硬硬度度增增高高，抗抗弯弯强强度度却却有有所所下下降降。例例如如YG6 YG6 的的碳碳化化钨钨粉粉的的粒粒度度为为2.81 2.81 3.23 3.23 时时，其其硬硬度度为为HRcHRc A88.5 A88.5；碳碳化化钨钨

18、粉粉的的粒粒度度为为1 13535时时，其其硬度为硬度为HR A92 HR A92。碳化钨粉的粒度变细，其耐磨性能有所提高。碳化钨粉的粒度变细，其耐磨性能有所提高。硬硬合合金金的的冲冲击击韧韧性性也也随随着着含含钴钴量量增增加加和和碳碳化化钨钨粉粉的的粒粒度度增增大大而而提提高高。如如YG6YG6的的冲冲击击韧韧性性为为0.35Nm0.35Nmcmcm2 2 ，而而YG8 YG8 为为0 025Nm25Nmcmcm2 2 。以以YG YG 类类合合金金为为基基体体，在在其其表表面面涂涂以以很很薄薄的的一一层层（0.005 0.005 0.015mm0.015mm）碳碳化化钛钛（TiCTiC）合

19、合金金层层，可可使使其其表表面面硬硬度度及及耐耐磨磨性性提提高高，而而仍仍具具有有原原基基体体的的良良好好强强度度和和韧韧性性。涂涂层层可可使使切切削削具具的的寿寿命命提提高高几几倍倍，这是十分有益的措施。这是十分有益的措施。钻探用硬合金切削具钻探用硬合金切削具岩岩心心钻钻探探中中使使用用的的硬硬合合金金切切削削具具已已定定型型生生产产，列列入入冶冶金金部部部部标标和和国家标准。国家标准。目目前前钻钻探探中中使使用用的的硬硬质质合合金金定定型型产产品品形形状状有有片片状状、柱柱状状及及针针状状3 3 类类。片片状状切切削削具具片片薄薄刃刃宽宽易易于于切切入入和和切切削削岩岩石石，但但抗抗弯弯能

20、能力力较较差差，主主要要用用于于钻钻进进1 14 4 级级塑塑性性软软岩岩；柱柱状状切切削削具具抗抗弯弯、抗抗压压能能力力都都较较强强，主主要要用用于于钻钻进进4 4 7 7 级级中中硬硬岩岩层层；针针状状硬硬合合金金及及未未列列入入标标准准的的薄薄片片硬硬合合金（金（0.78.520 0.78.520，1520 1520 等）等）用来制造自磨式钻头。用来制造自磨式钻头。硬合金切削具形状的确定和选择应从下面的原则来考虑：硬合金切削具形状的确定和选择应从下面的原则来考虑：（1 1）有利于破碎岩石；有利于破碎岩石；（2 2）有利于抗磨损；有利于抗磨损；（3 3）有利于抗断、抗崩：有利于抗断、抗崩：

21、（4 4）有利于镶焊和修磨。有利于镶焊和修磨。硬质合金钻头的制造工艺硬质合金钻头的制造工艺在制造工艺中，硬合金钻头除了对钻头体的加工应严格合乎要求外，镶焊合金是一个重要工序。在许多情况下，由于镶焊不当，影响钻头质量，使钻头过早地损坏而失效，从而影响钻进效果，甚至引起孔内事故。镶焊工作包括硬合金的镶嵌、焊接、修磨等工序。镶嵌工作是焊接的基础。硬合金切削具的定位和方向必须确保设计要求。内、外出刃及底出刃必须严格按图纸规定，镶嵌要均匀一致。硬质合金焊接注意事项硬质合金焊接注意事项焊接工作要求在不损伤硬合金本身质量的前提下，把硬合金切削具牢固地焊接在钻头体上。YG类硬质合金中的碳化钨是耐高温的，可是钻

22、在空气中，当温度达到1000 时则会影响其性能。因此，焊接时若用过高的温度直接烧切削具，则很容易损伤硬合金本身的质量，失去其切削能力。同时，在焊接时不均匀的加热和冷却都会对硬合金切削具造成显微裂隙，这将大大降低硬合金切削具的强度。焊接硬合金钻头时应该用氧乙炔焊（即所谓气焊），并使用前面所列的专门的含锌黄铜焊条，使其熔点最好降到900 以下，并具有良好的流动性和焊接性能。在镶嵌前应把硬合金表面的烧结浮层除掉，同时，在焊接时要用硼砂或其他焊剂，清除氧化膜和降低焊料的表面张力从而改善焊接口的浸润性。同时，还应注意焊缝宽度要选择适当，通常以01mm 为宜，过小则焊料不易流入，过大则降低焊接强度。成批生

23、产时，最好采用浸铜焊法，即将所焊的钻头放在熔融的焊料中浸渍。这种方法不会使硬合金过热，容易保证质量。硬质合金钻头的主要参数硬质合金钻头的主要参数钻头体结构钻头体结构切削具的性能与规格形状：片状、方柱状、切削具的性能与规格形状：片状、方柱状、八角状、针状；八角状、针状；切削具出刃：内出刃、外出刃、底出刃。切削具出刃：内出刃、外出刃、底出刃。切削具的镶焊角：直镶、正斜镶、负斜镶切削具的镶焊角：直镶、正斜镶、负斜镶切削具在钻头底面的排列方式切削具在钻头底面的排列方式切削具在钻头上的数目切削具在钻头上的数目钻头的水口与水槽（直槽与螺旋斜槽）钻头的水口与水槽（直槽与螺旋斜槽）钻探用硬质合金钻探用硬质合金

24、切削具出刃切削具出刃底出刃底出刃外出刃外出刃内出刃内出刃岩心岩心井壁井壁钢体钢体钢体钢体切削具切削具切削具切削具为为了了使使切切削削具具顺顺利利地地切切入入岩岩石石、冲冲洗洗液液畅畅通通以以及及减减小小钻钻头头体体的的磨磨损损，切切削削具具必必须须突突出出于于钻钻头头体体一一定定的的尺尺寸寸，此此突突出出部部分分称称为为出出刃刃，如如左左图图所所示示。根根据据突突出出部部位位的的不不同同出出刃刃分分为为内内出出刃刃、外外出刃和底出刃。出刃和底出刃。硬合金切削具底出刃和补强硬合金切削具底出刃和补强H H 切削具底出刃；切削具底出刃；h h0 0 切入深度；切入深度；h h1 1 钻头底面过水间隙

25、钻头底面过水间隙补强补强切削具在钻头上的三种镶焊形式切削具在钻头上的三种镶焊形式（a)a)直镶：直镶：0 0 （b)b)正斜镶：正斜镶：0 0 （c)c)负负斜镶：斜镶：0 0PyPy 轴向压力，轴向压力，PxPx 回转水平力；回转水平力；刃角，刃角，a a 切削角；切削角；镶焊角（前角）；镶焊角（前角）；h h0 0 切入深度，切入深度，Q Q 刃前面阻力刃前面阻力切削具排列与水口水槽切削具排列与水口水槽（a a）单环；（）单环；（b b）两粒一组两环；（）两粒一组两环；（c c）三粒一组三环；（）三粒一组三环；（d d）四粒）四粒组四环；组四环；（e e）密集式两环；（）密集式两环；（f

26、f）密集式三环）密集式三环硬合金钻头的各种水口和水槽硬合金钻头的各种水口和水槽典型钻头结构举例磨磨锐锐式式钻钻头头：在在钻钻进进遇遇水水膨膨胀胀、粘粘结结性性的的地地层层肋肋骨骨钻钻头头和和薄薄片片钻钻头头；在在钻钻进进中中硬硬及及较较硬硬地地层层分分环环式式、掏掏槽式。槽式。自自磨磨式式钻钻头头：针针状状硬硬质质合合金金钻钻头头（胎胎块块式式，钢钢柱柱式式）和和薄薄片片硬硬质质合金钻头合金钻头分环式钻头掏掏 槽槽 式式 钻钻 头头胎块式针状胎块式针状硬质合金钻头硬质合金钻头常用常用硬质合金硬质合金钻头选型钻头选型类别类别钻头类型钻头类型 岩石可钻性级别岩石可钻性级别岩石岩石磨磨锐锐式式钻钻头

27、头螺旋肋骨钻头螺旋肋骨钻头松散可塑性岩层松散可塑性岩层阶梯肋骨钻头阶梯肋骨钻头页岩，砂页岩页岩，砂页岩薄片式钻头薄片式钻头砂页岩，碳质泥岩砂页岩，碳质泥岩方柱状钻头方柱状钻头均质大理岩，灰岩，软砂均质大理岩，灰岩，软砂岩，页岩岩，页岩单双粒钻头单双粒钻头中研磨性砂岩，灰岩中研磨性砂岩，灰岩晶字形型钻头晶字形型钻头灰岩，大理岩，细砂岩灰岩，大理岩，细砂岩破扩式钻头破扩式钻头砂硕岩，硕岩砂硕岩，硕岩负前角阶梯钻头负前角阶梯钻头 玄武岩，砂岩，辉长岩，玄武岩，砂岩，辉长岩，灰岩灰岩自自磨磨式式胎体针状钻头胎体针状钻头中研磨性片麻岩，闪长岩中研磨性片麻岩，闪长岩钢柱针状钻头钢柱针状钻头研磨性石英砂岩，

28、混合岩研磨性石英砂岩，混合岩薄片式自磨钻头薄片式自磨钻头研磨性粉沙岩，砂页岩研磨性粉沙岩，砂页岩常用硬质合金钻头及其使用范围表硬质合金取心钻进硬质合金取心钻进选择合适的取心钻头选择适当的取心钻具采用合理的钻进工艺硬质合金取心钻进工艺硬质合金取心钻进工艺钻速钻压泵量钻 压钻压是是孔孔底底碎碎岩岩的的必必要要条条件件。钻压的的大大小小决决定定着着碎碎岩岩的的方式和特点，它直接影响方式和特点，它直接影响钻进速度。速度。机机械械钻速速与与钻压的的关关系系是是：机机械械钻速速随随着着钻压的的增增加加而而不不断断地地增增大大。这是是两两者者关关系系的的总趋势。具具体体可可分分为3 个个阶段段：表面破碎表面

29、破碎阶段、疲段、疲劳破碎破碎阶段、体段、体积破碎破碎阶段。段。在在钻进过程程中中，切切削削具具逐逐渐被被磨磨钝后后，切切削削具具与与岩岩石石的的接接触触面面积逐逐渐增增大大，使使切切削削具具接接触触面面上上的的压强减减小小，以以致致低低于于岩岩石石的的压入入硬硬度度，因因而而碎碎岩岩方方式式由由体体积破破碎碎过渡渡到到疲疲劳破破碎碎，甚甚至至表表面面破破碎碎，钻速速急急剧下下降降。所所以以，在在磨磨锐式式硬硬合合金金钻头的的钻进过程程中中，为保保持持较高高的的钻速速，应随随着着切切削削具具的的磨磨钝而而逐逐渐增增大大钻压，直直至至钻探探设备或或其其他他条条件件限限制制不不可可能能继续增大增大钻

30、压时为止。止。合理确定合理确定钻压的依据的依据实际实施时，确定单颗钻压尚须考虑岩石的状态、实际实施时，确定单颗钻压尚须考虑岩石的状态、钻头的类型、钻孔深度和钻具强度等因素。例如：钻进钻头的类型、钻孔深度和钻具强度等因素。例如：钻进粘结性的软岩时，钻压应选得小一些，以免堵水糊钻；粘结性的软岩时，钻压应选得小一些，以免堵水糊钻；钻进研磨性较大的岩层时，钻压应适当加大一些，以免钻进研磨性较大的岩层时，钻压应适当加大一些，以免钻压不足而造成钻头过早磨钝；钻进裂隙性岩层时，则钻压不足而造成钻头过早磨钝；钻进裂隙性岩层时，则钻压应适当降低一些，以免崩刃。钻压应适当降低一些，以免崩刃。初始初始钻压与与钻进的

31、关系的关系这这是是一一个个用用92 92 m m m m 的的小小切切削削具具硬硬合合金金钻钻头头，在在转转速速100r100rmin min 下，钻进玄武岩的试验结果下，钻进玄武岩的试验结果试试验验结结果果表表明明：以以7.5kN 7.5kN 钻钻压压开开始始的的，其其平平均均钻钻速速约约2 2倍倍于于以以1.8kN 1.8kN 开开始始而而逐逐渐渐增增至至7.5kN 7.5kN 钻钻压压时时的的平平均均钻钻速速。因因此此，一一开开始始就就以以允允许许的的大大钻钻压压钻钻进进是是有有利利的的。其其原原因因是是它它充充分分发发挥挥了了切切削削具具刃刃具具锋锋利利的的优优势势。当当然，开始的大钻

32、压应理解为合理的最大值，不应视为初始钻压愈大愈好。然，开始的大钻压应理解为合理的最大值，不应视为初始钻压愈大愈好。确定合理确定合理钻压的原的原则在磨锐式硬合金钻头钻进中，钻压是一个重要的钻进参数。钻压必在磨锐式硬合金钻头钻进中，钻压是一个重要的钻进参数。钻压必须保证切削具切入岩石，以体积碎岩方式进行钻进。然后，依不同岩石须保证切削具切入岩石，以体积碎岩方式进行钻进。然后，依不同岩石性质（其中主要是岩石的压入硬度研磨性和抗剪强度），并考虑到钻进性质（其中主要是岩石的压入硬度研磨性和抗剪强度），并考虑到钻进过程中工作刃的磨钝状况，充分发挥锋利刃的作用，力求达到最高的平过程中工作刃的磨钝状况，充分发

33、挥锋利刃的作用，力求达到最高的平均机械钻速（纯钻进效率）均机械钻速（纯钻进效率）和最大的钻头进尺来确定钻压值。和最大的钻头进尺来确定钻压值。另一方面，必须充分考虑到实现所要求钻压的可能性。最大钻压除另一方面，必须充分考虑到实现所要求钻压的可能性。最大钻压除了受切削具本身和钻头本身的强度限制外，还受到钻杆柱和孔底钻具组了受切削具本身和钻头本身的强度限制外，还受到钻杆柱和孔底钻具组成的强度以及地面机械设备能力的限制。成的强度以及地面机械设备能力的限制。在实际生产中，首先确定每颗硬合金切削具上应该施加的压力，然在实际生产中，首先确定每颗硬合金切削具上应该施加的压力，然后，再根据一个钻头上镶焊切削具的

34、数目，计算出总钻压后，再根据一个钻头上镶焊切削具的数目，计算出总钻压P。即：即：P pm式中：式中：P 钻头上的总压力；钻头上的总压力；p 每颗切削具上应加的压力（单颗每颗切削具上应加的压力（单颗钻压）；钻压）；m 钻头上切削具的颗数。钻头上切削具的颗数。硬 合 金 钻 进 不 同 岩 层 时硬 合 金 钻 进 不 同 岩 层 时转 速 对 机 械 钻 速 的 影 响转 速 对 机 械 钻 速 的 影 响中硬以上岩层中钻进时中硬以上岩层中钻进时机械钻速与转速的关系机械钻速与转速的关系h转转速速n时时，切切削削具具实际的碎岩深度；实际的碎岩深度；h0当当n0 时时的的切切入入深度；深度；取取决决

35、于于岩岩石石的的弹弹性及塑性的衰减系数。性及塑性的衰减系数。V（h0 n）mn硬质合金钻进的推荐钻速硬质合金钻进的推荐钻速 对于目前硬合金钻进所用的口径一般在91 151mm之间，钻头的圆周速度应在0.62 m s 的范围内，转速则一般为100 350rmin。钻进可钻性2 4 级的软岩，钻头的转速可按圆周速度不超过2.5 3.0 m s 来选择，这样不同直径的钻头，其极限转速不应超过下列值：钻头外径mm 93 112 132 151极限转速（）rmin 500 400 350 300 当钻进含有夹层或包裹有砾石或漂砾的软岩时，上述数值应减小。泵泵 量量送入孔内的冲洗液量、主要是用于清除孔底产

36、生的岩粉和冷却钻头。随着冲洗液量的增加，对孔底清除岩粉和冷却钻头的能力也增强。孔底的清洁状态对钻进影响很大。把孔底破碎下来的岩屑及时冲离孔底，就为连续破碎岩石新鲜面创造了条件，从而避免重复破碎岩屑和无益地消耗功能。同时，孔底清洁也减少了钻具的磨损和防止某些孔内事故的发生。在某些比较松软的岩层，冲洗液流可起到喷射碎岩作用（如石油钻井中的喷射钻井），因此，在硬合金钻进中，尽可能采用较大的泵量是有益的。但是过大的泵量，使其循环流动阻力也相应地增大，即工作泵压增大。由于流动阻力是流量的平方成正比，所以流动阻力的增长率大大超过泵量的增长率。流动阻力的增大，一大面直接增加了冲洗泵的负荷；另一方面，过大的泵

37、量还会带来在软地层冲毁岩心和孔壁的问题，并且在岩心顶端造成很大的压力，使岩心劈裂而发生岩心堵塞，降低岩心采取率。因此泵量应有一个合理的值。泵泵 量量一一般般说说来来，岩岩石石可可钻钻性性级级别别越越低低，转转速速越越大大，机机械械钻钻速速越高，则所用的泵量应越大；孔径越大，所用的泵量也越大。越高，则所用的泵量应越大；孔径越大，所用的泵量也越大。冲冲洗洗液液量量应应保保证证把把岩岩屑屑颗颗粒粒带带出出地地表表。岩岩屑屑颗颗粒粒向向上上携携带带主主要要决决定定于于上上升升流流速速（其其次次也也与与冲冲洗洗液液的的性性能能参参数数有有关关），而而上上升升速速度度又又与与岩岩屑屑颗颗粒粒尺尺寸寸和和其

38、其密密度度有有关关。清清水水冲冲洗洗时时，上上方方流流速速不不应应小小于于0.25 0.25 m ms s，而而采采用用泥泥浆浆作作冲冲洗洗液液时时，上上升升液液流速度不应小于流速度不应小于0.2 m0.2 ms s。依此，流量可按下式来计算。依此，流量可按下式来计算。Q Q FvFvQ Q 泵量，泵量，m 3m 3s s；F F 管外环状空间的面积，管外环状空间的面积，m 2 m 2；vv上升液流速度，上升液流速度，m m s s。思考题思考题地质勘探钻进特点有哪些？地质勘探钻进特点有哪些？取心钻进主要工艺参数有哪些？取心钻进主要工艺参数有哪些？硬质合金与金刚石钻进的主要区别硬质合金与金刚石钻进的主要区别有哪些？有哪些？