钻探工艺学课件.ppt

勘探钻进原理Exploration drilling principals主讲：段隆臣博士Lectured by Dr. longchen Duan泌赞棍群傈埋貌忘赛咸滇戎巩颓叛象淬慨评神磕廓篆霉馅罗撤码拙扩反王钻探工艺学钻探工艺学绪绪 论论 (Preface)•一、一、“钻探工艺学钻探工艺学”课程的内容、地位课程的内容、地位和任务和任务•二、钻进技术的用途二、钻进技术的用途•三、钻进方法的分类三、钻进方法的分类•四、学习本课程应注意的问题四、学习本课程应注意的问题郧奔睬翔糙车邮殿潞隙刁晰冠羽恋僚竿运阻爽杉帛窍寓蛰抬由沥狮蔡镍拣钻探工艺学钻探工艺学一、一、“勘探钻进原理勘探钻进原理”课程的内容、地位课程的内容、地位Contents and status of “Exploration Drilling Principles”•1、内容、内容 岩石的物理力学性质与碎岩机理岩石的物理力学性质与碎岩机理 钻头与钻进工艺钻头与钻进工艺 钻探质量（钻孔弯曲、取芯等）钻探质量（钻孔弯曲、取芯等）•2、地位、地位 2.1 从专业课的课时分配上说明从专业课的课时分配上说明 2.2 从与其它专业课的关系上进行说明从与其它专业课的关系上进行说明 2.3 从专业历史沿革进行说明从专业历史沿革进行说明枫捌泥燕七丘匈炬梭噪穆拈斌削头茹壮拄醚酶肖玫沿甫炭屋耙筋贩据遇绽钻探工艺学钻探工艺学二、钻进技术的用途二、钻进技术的用途Application fields of drilling technology•找矿（地质普查、地质勘察、水文地质钻探、工找矿（地质普查、地质勘察、水文地质钻探、工程地质钻探、油气钻探、地热钻探、海洋钻探、程地质钻探、油气钻探、地热钻探、海洋钻探、极地钻探、科学钻探）极地钻探、科学钻探）•开采矿产资源开采矿产资源•工程施工（桥墩、大坝防渗注浆、铺设管道钻孔、工程施工（桥墩、大坝防渗注浆、铺设管道钻孔、通风孔等）通风孔等）搀亿赏罕具资壹账舒钙名怂耶朔恶决窗尔唾婪藏毫朋瞩祸汁逃药非臀息把钻探工艺学钻探工艺学三、钻进方法的分类三、钻进方法的分类Classification of drilling method•按钻头所用切削材料分类：金刚石钻进、硬质按钻头所用切削材料分类：金刚石钻进、硬质合金钻进、钢粒钻进合金钻进、钢粒钻进•按碎岩方式分类：回转钻进、冲击钻进、冲击按碎岩方式分类：回转钻进、冲击钻进、冲击回转钻进、回转冲击钻进。

回转钻进、回转冲击钻进•按冲洗液循环方式钻进：正循环钻进、反循环按冲洗液循环方式钻进：正循环钻进、反循环钻进、孔底局部反循环钻进钻进、孔底局部反循环钻进•按钻进目的分类：地质钻进、石油钻进、水井按钻进目的分类：地质钻进、石油钻进、水井钻进、工程施工钻进钻进、工程施工钻进鸡踞谍抬见紧死轧冯崭佣钢姬尉银娄歧蔽幕慰孵墟耕狂溺箭茶骚央睛钙概钻探工艺学钻探工艺学（（a）正循环）正循环（（b）正循环）正循环（（c）孔底局）孔底局 部部 反循环反循环幕贱蝗悯佰昌牢韭琐歇韧组袋慑糟措巳棍墒屁喝炙溯拭愧拷谦韦恍芯乡捉钻探工艺学钻探工艺学四、学习本课程应注意的问题四、学习本课程应注意的问题Problems noted in learning the subject•1.理论联系实际，课本描述性语言多,        注意总结,结合实践,上升理论；•2.理论、实践并重；•3.注重实验课；•4.注重工程实例暮箕菏谭炬汛挠次己霍检缸刹森确谎凛杖具待集振恢盆苛孜陋奏炽溅凶全钻探工艺学钻探工艺学第一章第一章 岩石钻进过程与破碎机理岩石钻进过程与破碎机理Chapter 1 Drilling process of rocks Chapter 1 Drilling process of rocks and fracturing mechanismand fracturing mechanism•第一节、岩石的物理力学性质第一节、岩石的物理力学性质•第二节、岩石可钻性及其分级第二节、岩石可钻性及其分级•第三节、钻头碎岩刃具与岩石作用的主第三节、钻头碎岩刃具与岩石作用的主要方式要方式•第四节、静载作用下的岩石应力状态第四节、静载作用下的岩石应力状态•第五节、外载作用下岩石的破碎过程第五节、外载作用下岩石的破碎过程辆像肉缔犊潜伊绩黍位龟部实捷鸡跺棚利相夺噶经念义亢历牙肄顾概疚姜钻探工艺学钻探工艺学第一章  岩石钻进过程与破碎机理Chapter 1 Drilling process of rocks and fracturing mechanism•第一节、岩石的物理力学性质第一节、岩石的物理力学性质•第二节、岩石可钻性及其分级第二节、岩石可钻性及其分级•第三节、钻头碎岩刃具与岩石作用的主第三节、钻头碎岩刃具与岩石作用的主要方式要方式•第四节、静载作用下的岩石应力状态第四节、静载作用下的岩石应力状态•第五节、外载作用下岩石的破碎过程第五节、外载作用下岩石的破碎过程纷碗匈阑进茶恍签释慎伯象棺档杂食尚云棱虏繁集封南卫龄庆绚像诺鲁倦钻探工艺学钻探工艺学第一节第一节 岩石的物理力学性质岩石的物理力学性质Physical & mechanical properties of rocks一、岩石的组成与分类一、岩石的组成与分类        岩石是矿物颗粒的集合体。

按成因分：岩浆岩、沉积岩和变岩石是矿物颗粒的集合体按成因分：岩浆岩、沉积岩和变质岩 岩浆岩：内力地质作用的产物，系地壳深处的岩浆沿的壳岩浆岩：内力地质作用的产物，系地壳深处的岩浆沿的壳裂隙上升冷凝而成裂隙上升冷凝而成 沉积岩：在地表条件下母岩风化剥蚀的产物，经搬迁、沉沉积岩：在地表条件下母岩风化剥蚀的产物，经搬迁、沉积和硬结等成岩作用而形成的岩石组成沉积岩的物质成分有积和硬结等成岩作用而形成的岩石组成沉积岩的物质成分有颗粒和胶结物两大类颗粒和胶结物两大类 变质岩：沉积岩或变质岩本身在地壳中受到高温高压及化变质岩：沉积岩或变质岩本身在地壳中受到高温高压及化学活动性流体的影响而变质形成的岩石（原岩成分和变质岩特学活动性流体的影响而变质形成的岩石（原岩成分和变质岩特有的，如石墨、滑石，蛇纹石，硅灰岩等）有的，如石墨、滑石，蛇纹石，硅灰岩等）厄桑樟积抬蝉励酗沮攻蚀映昼塘麻藉肮宗凤膝灼硅狐箍赡辨辜龙稚脖生涅钻探工艺学钻探工艺学二、岩石的结构与构造二、岩石的结构与构造          岩石的微观组织特征，即岩石的结构，它与矿物粒度的岩石的微观组织特征，即岩石的结构，它与矿物粒度的大小、形状和表面特征有关，反映了岩石非均质性和孔隙性。

大小、形状和表面特征有关，反映了岩石非均质性和孔隙性 岩石构造是表示岩石宏观组织特征，它说明矿物颗粒之间岩石构造是表示岩石宏观组织特征，它说明矿物颗粒之间的组合形式和空间分布状况，它决定了岩石的各向异性和裂的组合形式和空间分布状况，它决定了岩石的各向异性和裂隙性岩石的结构和构造与岩石的成因类型、形成条件及存隙性岩石的结构和构造与岩石的成因类型、形成条件及存在环境有紧密的联系在环境有紧密的联系 岩浆岩是由岩浆冷却形成凝固而形成的岩石，由于生成环岩浆岩是由岩浆冷却形成凝固而形成的岩石，由于生成环境和冷却速度不同，岩浆化学成份和其中挥发物的含量不等，境和冷却速度不同，岩浆化学成份和其中挥发物的含量不等，形成不同的结构和构造形成不同的结构和构造 岩浆岩：晶质结构岩石一般强度较高，同时断面粗糙者往岩浆岩：晶质结构岩石一般强度较高，同时断面粗糙者往往研磨性较大往研磨性较大 沉积岩：颗粒和胶结物组成，沉积岩的主要构造特征是沉积岩：颗粒和胶结物组成，沉积岩的主要构造特征是有钻进过程中产生的层理，与钻进有关有钻进过程中产生的层理，与钻进有关 变质岩：主要构造特征是片理（如石墨和滑石）变质岩：主要构造特征是片理（如石墨和滑石）.岩石沿岩石沿平行平面分裂为薄片的能力叫做片理化。

平行平面分裂为薄片的能力叫做片理化土盈直梢谐卜汁政呐酞拓勉校绥羡坤越摈博舅托豫钩钻忙史骨府页谨悯统钻探工艺学钻探工艺学     图1－1 晶体结构类型图1－3 层理产生的原因图1-2 胶结物的类型悉竭储丈肮径松论瘪瑰直衔臭搀问诸武撼铱涛捣更秉律豌逸桑官桂频枝首钻探工艺学钻探工艺学荚蔓逗五佃卿诸连淋郸凭锋逻症蜗脓戚氏眯核债聂劣是朗峡在剥炬孟肩州钻探工艺学钻探工艺学                          岩岩 石石 照照 片片花岗石花岗石花岗石花岗石花岗岩花岗岩白云岩白云岩挂稻耳洒锯瓷霞鉴罢染檀尔蛇佃伴党扼术苛顾畜执淖抚琳络颠闸静氏序载钻探工艺学钻探工艺学第二节第二节 岩石的自然性质岩石的自然性质Natural properties of rocks            岩石的自然性质岩石的自然性质：岩石在生成过程中，构造变动和风化过程中自然形成的特性           密度密度:单位体积岩石的质量.容重:单位体积岩石的重量.           比重比重:单位体积岩石骨架体积的重量.岩石体积=固相骨架体积+岩石中孔隙体积. 一般来说,密度越高,强度越大           孔隙度孔隙度:岩石中孔隙体积与岩石总体积之比。

一般来说,孔隙度越大,强度越低.           含水性含水性:W=(GW-GD)/GD           透水性透水性:KW=ŋql/A(Pi- Po)           岩石的孔隙越大,裂隙越多,水对它的影响就越小如石灰岩,用水浸透后,强度下降明显坯壶汕培及妙蝴搂娄剿计惭哲糯淑生置首己粒半咙东纹唾辫潘划溢住铱罢钻探工艺学钻探工艺学第三节第三节 岩石的力学性质岩石的力学性质Mechanical properties of rocks•岩石的力学性质是岩石在外力作用下表现出来岩石的力学性质是岩石在外力作用下表现出来的特性主要有变形特性、强度特性和表面特的特性主要有变形特性、强度特性和表面特性 •变形特性：弹性、塑性和脆性变形特性：弹性、塑性和脆性•强度特性：抗压强度、抗拉强度、抗剪强度和强度特性：抗压强度、抗拉强度、抗剪强度和抗弯强度抗弯强度•表面特性：硬度和研磨性表面特性：硬度和研磨性旁音或统山列蜘筋爷莽腆佬逞椭蝗垛象鳞贵瘩绎炊伴疯腊典样艳德嘘当源钻探工艺学钻探工艺学1.3.1、变形特性、变形特性（（deformation properties））•弹性变形•塑性变形垫台慑渠避隔筒镁见冬皇佯标敏部锑睁郴搏脆黔实旺曾蚁卤半糟域彬贯藻钻探工艺学钻探工艺学岩石破坏的形式岩石破坏的形式Broken form of rocks脆性破坏脆性破坏塑脆性破坏（弹性变形不明显，塑性破坏）塑脆性破坏（弹性变形不明显，塑性破坏）(a)(b)(c)杂诛吹捍严暖宪椽诱弊矣虱茁坎掣刘给汲拽修垢窖洪怨硒总柿夷翌焰学促钻探工艺学钻探工艺学影响岩石弹性、塑性和脆性的因素影响岩石弹性、塑性和脆性的因素 （（Facts affecting rocks elasticity and plasticity））1、岩石物质成分2、岩石结构构造3、应力状态4、载荷性质5、受力条件6、温度和湿度避震谨挫湍节腐拥卢怜宏跪谗奖辅斜靛萝楔诊巡蘸案枫哲汇牲焦卡锨区寝钻探工艺学钻探工艺学岩石弹塑性的测定岩石弹塑性的测定Measure of rock’s elasticity and plasticityKp=SOABC/ SODE图图 1.1－－10 由应力－由应力－应变应变曲线确定弹性模数曲线确定弹性模数图图 1.1－－11 岩石压入时的载荷－侵深曲线岩石压入时的载荷－侵深曲线瓢猛烁磕焚绩尹翌蛙关溪暖看圭谎辊呛田吴扳滚扭晒狼跟墅烃宜衫澄宗尺钻探工艺学钻探工艺学1.3.2、强度性质、强度性质（（Strength properties））•岩石强度岩石强度：岩石在载荷作用下变形到一定程度就发生破坏。

破坏前岩石所能承受的最大载荷，单位面积上的最大载荷根据受力条件不同，岩石强度又可分为抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度、抗压强度有单向应力状态下的强度，多向应力状态下的强度救秘海菠扔爵窍沫巷帕一焚拦溉纫套疡说项恫盂景升迎漾睡村楔刽贰休括钻探工艺学钻探工艺学图图 1.1－－14 岩石单轴抗压试验岩石单轴抗压试验 1－岩样；－岩样；2－球座；－球座；3－钢垫板－钢垫板 图图 1.1－－15 岩石单轴拉伸试验岩石单轴拉伸试验1－岩样；－岩样；2－夹头；图中尺寸单位：－夹头；图中尺寸单位：cm验蹭谢钧肆露眨稚咖青言陋必尊莎靖负津瞻荚清妈蛔冻砧如辩辜贱识惶揭钻探工艺学钻探工艺学图1.1－16  圆盘劈裂试验          图1.1－17  剪切试验1－岩样；   2－上下剪切模具；3－模套；4－斜锲块；5－上下垫板；       6－钢滚子Бt=2p/3.14DL撞斑拴玫违倡测刑领拄刨柑哎泣猫涵砾唯葡灭浩座十岗荡舷檬酌滓赊乓歪钻探工艺学钻探工艺学影响岩石强度的因素影响岩石强度的因素（（Factors affecting rocks strength）） 1、岩石的物质成份、岩石的物质成份2、岩石的结构构造、岩石的结构构造3、岩石的容重和孔隙度、岩石的容重和孔隙度4、受力条件、受力条件5、应力状态、应力状态6、载荷速度、载荷速度7、岩样的线性尺寸、岩样的线性尺寸8、湿度和温度、湿度和温度嚣汰真扎滑森却萧漾鸭婚甥张场茵煎式镐俩伺伙访序侮午炎耸浚兼酚术乘钻探工艺学钻探工艺学1.3.3、表面特性、表面特性(Surface properties)•岩石的硬度岩石的硬度：岩石表面对工具压入的反抗特性。

岩石硬度与抗压强度有一定联系，又有很大区别岩石抗压强度是岩石整块抗破碎的能力岩石抗压入硬度为单向抗压强度的（1+2π）倍测定压入硬度实际上使岩样产生局部破碎，而这种局部破碎是在多向受压状态下进行的•岩石的研磨性岩石的研磨性：在用机械方法破碎岩石的过程中，钻头与岩石产生连续的或间断的接触和摩擦钻头破碎岩石的同时，其自身也受到岩石的磨损而逐渐变钝岩石磨损钻头的能力絮戮皑伶核咨呛定冉躬板卜员棱援推玩砌浪吾缉嫉六陇谦月漱俩训鲤淑熏钻探工艺学钻探工艺学影响岩石硬度的因素影响岩石硬度的因素（（Factors affecting rocks hardness））•岩石的矿物成分和结构构造•应力状态•载荷速度•液体介质•工具形状和尺寸拓田谈拾旁哮里消棠挫改玩继膊兵霸撼民岗嚼羚蝎赶刷了椿桑粤尹欧吠蒂钻探工艺学钻探工艺学影响岩石研磨性的因素影响岩石研磨性的因素 （（Factors affecting rocks abrasiveness））•岩石的矿物成分和结构特征•正压力•滑动速度•介质鸥实进酮查咎欺彭夕巫墟远划案敞尔鹊曲淹诵挞跪适隙零卢淘详绞詹韵包钻探工艺学钻探工艺学第四节第四节 岩石可钻性及其分级岩石可钻性及其分级（（Drillability of rocks and its classification））•岩石可钻性是决定钻进效率的基本因素，它反映了钻进时岩石破碎的难易程度。

•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扰牙弊准扛译膜起疥心龋恭离扰盼堑案夯忍佛童屯恕航萤旬塑矩甸愿重昔钻探工艺学钻探工艺学1.4.1 岩石可钻性分级的观点岩石可钻性分级的观点(Viewpoints on classification of rock drillability)•用岩石力学性质评价岩石的可钻性•用实钻速度评价岩石的可钻性•用微钻速度评价岩石的可钻性•用碎岩比功评价岩石的可钻性瘦瞎匣贵躯侍婚咳啪乃墒琶舆殿气迎狂肖浮刨邀配尊寄肯踢尘苟城精登歼钻探工艺学钻探工艺学1.4.2 划分岩石可钻性的具体方法划分岩石可钻性的具体方法(Methods for classification of rock drillability)•力学性质指标法力学性质指标法•实际钻进速度法实际钻进速度法•模拟钻进速度法模拟钻进速度法•破碎比功法破碎比功法逞成至费削柔宇俊剧力傅拨蓉枕汕辽婶商畜坤怀影淘胶奥纹止榴垄忻琅颐钻探工艺学钻探工艺学 第五节第五节 钻头碎岩刃具与岩石作用的主要方式钻头碎岩刃具与岩石作用的主要方式（（Main mode of action between rock-broken tool and rock））掳病辐肝角微紧溅哼霞圣履灵祖拨撒叫嗽每勃倒仓蒙淖淑存戎倘锑迫杖篮钻探工艺学钻探工艺学第六节第六节 静载作用下的岩石应力状态静载作用下的岩石应力状态（（Stress conditions of rock under static load））•一、平底圆柱形压头压入时岩石的应力状态一、平底圆柱形压头压入时岩石的应力状态图图1.1－－34 平底圆柱压头压力面上的压力分布平底圆柱压头压力面上的压力分布像孙缝器轻灯瞩印呵纯阵艰泻秧无跺鸯陷歪矿烦饿两马性堆吉锦砒摈昼儿钻探工艺学钻探工艺学那瓢炊褐胺垫推较肖按幂羚卖搭释允贝竣位套毁魔重懂怯戴往麦阻痰词栽钻探工艺学钻探工艺学尖萄熬陀绞贼德向帖脯峻泰涡柄窍吗塌魏愚祷现羌敝蛙帮茂鸽肪棕涡浑诛钻探工艺学钻探工艺学图图1.1－－36 球形压头压力面上的压力分布球形压头压力面上的压力分布图图1.1－－37 平底压头压入时沿平底压头压入时沿 对称轴的应力分布对称轴的应力分布拽赋妊拽样诫狼膊纹甄谆婶紊缓榆座辱贱居靶焉己屡灾谱汪页砚量帘逛反钻探工艺学钻探工艺学绽份传卸可灾致烂你叹垣等在膜答涵宫江负率蜗纳缓台驭室最活疯拖顷匆钻探工艺学钻探工艺学三、轴向力和切向力共同作用时压头下方岩石的应力状态三、轴向力和切向力共同作用时压头下方岩石的应力状态图2－15 轴向力作用时岩石           内的应力分布图2－16 轴向力和切向力共同作用时岩石内的应力分布                  （a）等应力线图；（b）应力状态特征               Ⅰ－压应力区；Ⅱ－拉应力区；Ⅲ－过渡区堕金奔陡购魄茹摧由单锋得行仗劈腰奎阂阵糙郧诲剪赶扫劝骚角生毖锯毯钻探工艺学钻探工艺学       在回转钻进中，破碎岩石工具以轴向和切向载荷作用于岩石上。

弹性力学研究表明：只有轴向力单独作用于压头时，弹性半无限体内等应力线分布是均匀的、对称的（如图2－15）而轴向力和切向力共同作用时，等应力线分布则是非均匀的、不对称的（如图2－16）在接触面上，切向力作用的前方将产生压应力，而切应力作用的后方则产生拉应力，在半无线体内（如图2－16(b)所示），形成正应力区（Ⅰ）、拉应力区（Ⅱ）和过渡区（Ⅲ） 由此可以推知，在兩向载荷作用下，碎岩工具对岩石的作用具有以下的特点：       1. 轴向力和切向力共同作用时，可视为碎岩工具对孔底岩石表面以某一角度施加作用力岩石破碎效果将由此作用力的数值和方向来决定轴向力和切向力之间存在最优比值，或者说有最优的作用力方向这一方向对于不同的岩石可能是不同的所以钻进不同岩石时，轴向压力和回转速度应用一个合理的配合关系       2. 轴向力与切向力共同作用时，碎岩工具下方岩石中产生不均匀的应力状态压缩区Ⅰ随轴向力增加而扩大，随切向力的增加而缩小；拉伸区Ⅱ则与上述情况相反；过渡区内既有正应力的作用，又有拉应力的作用        3. 当岩石中出现拉应力时，在其他条件相同的情况下，岩石将在作用力比较小的时，在拉应力区开始破碎。

       雷避霖刷恳店虑兵皇兴踞浇神誉延旱刷肩邑播控犀赵侄元滚腋渝瑰自算娥钻探工艺学钻探工艺学第七节第七节 外载作用下岩石的破碎过程外载作用下岩石的破碎过程（（Failure process of rock under exterior load））•一、岩石的变形破碎方式一、岩石的变形破碎方式图图1.1－－45 破碎功与破碎产物粉碎度的关系破碎功与破碎产物粉碎度的关系 1－根据黎金格尔定律；－根据黎金格尔定律；2－根据基尔切夫定律－根据基尔切夫定律图图1.1－－46 转速与载荷的关系曲线转速与载荷的关系曲线忽呈辰测块碴源鲸赃崇宦绞醋沫俏洁励遥卵蒂庇莫帆肖决胜惹契妻佳续傣钻探工艺学钻探工艺学•二、平底压模或球状切削具压入时的岩石变形破碎过程二、平底压模或球状切削具压入时的岩石变形破碎过程僚君纠扰盼惕迅孩翁梧芯病钧蚂汾歇邻孰宛耍换漠遂簿拷卫渡倡铰绕禹各钻探工艺学钻探工艺学•三、尖楔状切削切削具压入时和冲击碎岩机理图￿2－21￿液体压差下的碎岩机理图￿2－20￿尖楔状切削具碎岩机理僳挤翘忽湘坑婿甲赢吏烟铡恼屡够锻藏搂妙往瘪湃闭既保面揽泊司挞罪讼钻探工艺学钻探工艺学第二章、回转钻进用钻头Drilling bits used in the rotary-table drilling•第一节、硬质合金钻头钻进的孔底碎岩过程第一节、硬质合金钻头钻进的孔底碎岩过程•第二节、硬质合金钻头第二节、硬质合金钻头•第三节、钻探用金刚石及其孔底碎岩过程第三节、钻探用金刚石及其孔底碎岩过程•第四节、金刚石钻头和扩孔器第四节、金刚石钻头和扩孔器•第五节、钢粒钻头及其孔底碎岩过程第五节、钢粒钻头及其孔底碎岩过程•第六节、牙轮钻头及其孔底碎岩过程第六节、牙轮钻头及其孔底碎岩过程•第七节、全面钻头第七节、全面钻头后撮遣它笆腕演擞厕伦殆蕊鼠仍捣威醒咏氰又仕汰滁腐丁鹅碗丝夯翠黔嘘钻探工艺学钻探工艺学第二章 回转钻进用钻头Drilling bits used in the rotary-table drilling•第一节第一节 硬质合金钻头钻进的孔底碎岩过程硬质合金钻头钻进的孔底碎岩过程•第二节第二节 硬质合金钻头硬质合金钻头•第三节第三节 钻探用金刚石及其孔底碎岩过程钻探用金刚石及其孔底碎岩过程•第四节第四节 金刚石钻头和扩孔器金刚石钻头和扩孔器•第五节第五节 钢粒钻头及其孔底碎岩过程钢粒钻头及其孔底碎岩过程•第六节第六节 牙轮钻头及其孔底碎岩过程牙轮钻头及其孔底碎岩过程•第七节第七节 全面钻头全面钻头泅麓粮揣捞瑶匝助工敬先茬鸥堪翠寨伐循椽株杖靳搂槐鹃消耐瘫雁顺淫轴钻探工艺学钻探工艺学第一节第一节 硬质合金钻头钻进的孔底碎岩过程硬质合金钻头钻进的孔底碎岩过程Failure process of downhole rock drilled by carbide-insert bit•一、钻探用硬质合金一、钻探用硬质合金(hardmetal for drilling) 通常钻头切削具采用钨钴类硬质合金。

碳化钨为骨架材料，钴为粘结材料 硬质合金钻进一般适用于软、中硬岩层钻进            硬质合金切削具主要有薄片状、方柱状、八角柱状和针状等形状薄片状：1-5级软岩；方柱状、八角柱状：4-7级中硬岩石；其中八角柱状：较硬岩层和裂隙发育；针状：自磨式钻头，在硬地层或研磨性岩石中使用尼序祟旬沧幻倡凰执锌正摄竭慌狸轧罗狸荷靡哲御妨冲炼惯递驮搏泞潘突钻探工艺学钻探工艺学表表4－－1 YG类硬质合金的性能表类硬质合金的性能表合金牌号化学成分（％）物理机械性质特性及用途WCCo密度（g/cm3）硬度（HRA）抗弯强度（MPa）YG3x97315.0～15.3921050耐磨性最好，冲击韧性最差，用于金属切削YG4c96414.9～15.2901400适用于均质和软质互层地层中回转钻进YA691～93614.4～15.0921400加有少量TaC成分，提高了硬度YG694614.6～15.089.51400适用于回转钻进，使用效果仅次于YG4cYG6x94614.6～15.0911350细粒合金，强度接近YA6，耐磨性较YA6高YG892814.0～14.8891500地质勘探和石油回转钻进用主要品种YG8c92814.0～14.8881750粗粒合金，冲击韧性较高适于冲击回转钻进YG11c891114.0～14.4872000耐磨性最差，冲击韧性最高，适于冲击回转凿岩YG15851513.9～14.1872000注：硬质合金中的附加字母“x”表示细粒合金，“c”表示粗粒合金。

始陨讼敢袒烤翅宁圃植鸥异泽坍油姿在祸赁兵便振股履且窿迷腿莲捻围煞钻探工艺学钻探工艺学•二、硬质合金钻头钻进的孔底碎岩过程二、硬质合金钻头钻进的孔底碎岩过程(Failure process of downhole rock drilled by carbide-insert bit)         回转钻进的机械钻速回转钻进的机械钻速vm=60nmh1 影响切入深度影响切入深度h1的主要因素有：轴向力大小，岩的主要因素有：轴向力大小，岩石的性质及岩屑被清除的速度切削具的性质、几石的性质及岩屑被清除的速度切削具的性质、几何形状及排布方式；钻头的转速与切削具的磨钝程何形状及排布方式；钻头的转速与切削具的磨钝程度 1、塑性岩石的孔底破碎过程、塑性岩石的孔底破碎过程 2、脆性岩石的孔底破碎过程、脆性岩石的孔底破碎过程 3、切入与切削同时作用下的碎岩过程、切入与切削同时作用下的碎岩过程击劳磊砌膜讹肌莆懒琶炳桌荫戮刀尔测瓶剥筑钟盟况慈皮咳藕妇咋窃倒渭钻探工艺学钻探工艺学式中： Py—一个切削具上的轴向压力；S0—切削具与岩石的接触面积；             σ—岩石的临界抗压入强度（相当于在该条件下岩石的硬度）。

         Py ≥ σ. S0是切削具切入岩石的必要条件，否则，切削具在井底不能切入岩石，碎岩过程只能是切削具对岩石的表面磨蚀，碎岩效果很差因此，在硬质合金钻进中，必须有足以使切削具切入岩石的轴向压力        在塑性岩石中，切削具切入岩石的情况如图1.3－1所示一个单斜刃的切削具在轴向压力的作用下，切入岩石的深度为由于切削具后斜面的作用，使切削具的刀尖O并非垂直切入岩石，而是沿着与垂直线成γ角的线方向切入岩石因此，在切入的过程中,在前面OB上产生的正压力及摩擦力（ 等于摩擦一、塑性岩石的碎岩情况：一、塑性岩石的碎岩情况：岩石切入岩石底过程：        钻头上切削具切入岩石的必要条件是：切削具与岩石接触面上的单位压力必须大于（和最小等于）岩石的抗压强度（压入硬度），即：（1.3－1）f )系数同理，在后斜面OA上产生正压力及摩擦力各作用力平衡关系如下：（1.3－2）（1.3－3）硬钨露律吭老囊蛀庭为彦领梅奎咳意尾堑敌挚躯秉义锨耻楔绵庐望创盐丙钻探工艺学钻探工艺学式中：式中： b—切削具的宽度；切削具的宽度； σn－－OA面上的法线压强；面上的法线压强； σ－垂直于－垂直于AB的压强，它等于岩石的抗压入强度（压入硬度）。

的压强，它等于岩石的抗压入强度（压入硬度）将式（将式（1.3－－5）代入式（）代入式（1.3－－4）中，则有：）中，则有：因此，切入深度因此，切入深度h0为：为：若设：若设： 则有：则有：式中：式中：v－由切削具刃尖角－由切削具刃尖角β和切削具与岩石的摩擦角和切削具与岩石的摩擦角φ所决定的一个系数所决定的一个系数在一般情况下，在一般情况下，v＝＝0.88～～0.97根据切削具切入岩石的条件知：根据切削具切入岩石的条件知：算涂宙逊呈尿颂甄笼诣乳辅躺卤胯锚炸化资侣兄哎顿禄泵务然谨幂纫恨丫钻探工艺学钻探工艺学 图图1.3－－2 塑性岩石中的回转切削塑性岩石中的回转切削Py-轴向压力；轴向压力； Px-水平力；水平力； h0-切入深度；切入深度；b-切削槽宽（切削具宽度）切削槽宽（切削具宽度）秩遮蛾吸叛芝伟袁植耽棕棉兔事银钞提崇曙锤入姜冀独臀农娘剂占屿辞促钻探工艺学钻探工艺学 图图1.3－－5 脆性岩石的回转切削过程脆性岩石的回转切削过程Py-轴向压力；轴向压力；Px-回转水平压力；回转水平压力； β－刃角－刃角h0-切入深度；切入深度； abc-大剪切体；大剪切体； a'b'c'-第二次大剪切体；第二次大剪切体；B1－大剪切时岩面槽宽；－大剪切时岩面槽宽； 图图1.3－－4 单面锲形切削具切入脆性岩石单面锲形切削具切入脆性岩石Py-轴向压力；轴向压力；h0-切入深度；切入深度；kok'-崩落岩穴崩落岩穴领涧潮颅臭来荒缴咐膳傀婶惧忻纸荡隋恃吱赫扒佰连舱痔顷襄甘妒塘京烽钻探工艺学钻探工艺学 当当钻钻头头的的直直径径较较大大时时，，γ很很小小，，即即cosγ=1，，sinγ＝＝0，，则则式式（（1.3－－10））、、（（1.3－－11）写成：）写成： 图图1.3－－7 切入切削同时作用的井底碎岩情况切入切削同时作用的井底碎岩情况 Py-给进力；给进力； Px-切削力；切削力； R－岩石底抗压入阻力；－岩石底抗压入阻力； Q－刃前阻力；－刃前阻力；N,T-R的分力；的分力；f-摩擦系数；摩擦系数；α-切削角；切削角； β-切削具前面与岩石破碎面底夹角；切削具前面与岩石破碎面底夹角；γ-井底切削面倾角井底切削面倾角统耪添颅厂军住赂烁老搪六亩揭旷拂狗佣窍耶咨算靖掳咨湿酸才巫蓖馒伪钻探工艺学钻探工艺学三、硬质合金切削具的磨损三、硬质合金切削具的磨损(Wear of tungsten carbide cutter )1.       关于切削具磨损和转速问题的研究关于切削具磨损和转速问题的研究       费得洛夫等人用鱼尾钻头对硬质合金切削具的磨损问题进行了大量研究，得出如图4－5中的磨损曲线。

该曲线反映了切削具单位时间磨损量W与切削具刃端面积上比压σ的关系横坐标的分界点  表示岩石的压入硬度，在其前后属于两种不同性质的磨损      （1）曲线Ⅰ当σ＜ σ0时，切削具未能有效地吃入岩石，钻进处于表面破碎状态，此时切削具单位时间的磨损量W正比于切削具上的比压σ      （2）曲线Ⅱ当σ＞ σ0时，岩石呈体积破碎随着切削具上的比压σ增大，单位时间的磨损量W不但未增加，反而出现下降的趋势即在体积破碎的条件下，切削具的磨损主要不取决于轴向压力，而取决于岩石的硬度、切削具的材质及切削具的磨钝面积      费得洛夫提出，在一定条件下切削具磨钝面积与其初始面积和钻进时间有关S（t）=S0+θt 式中： S0 －切削具的初始面积，mm2；t－磨损时间，min；            θ－取决于岩石性质的磨损系数，mm2/min宜玩捣时篮霉输呛伪器供乖废隆履失搜仰腻辨舷糖冯胎族思匡贞赋跑无挞钻探工艺学钻探工艺学       硬质合金钻进的机械转速随着切削具接触面积的增大而下降，其机械转速vm与切削刃磨钝面积的平凡成反比：                               （4－5）式中：A－系数。

当岩性、钻进规程及钻头一定时它为常量       设钻进的初始参数为v0=A/so2 ，（4－5）式可写成                    （4－6）式中：k0=θ/S0,，k0－转速下降的特征系数；        钻头在t时间内的总进尺为，将（4－6）代入，则有因此，平均转速为，通过变换可写成：                            （4－7）     （4－7）式表明，平均转速可写成以进尺H为自变量的一元线性方程其中，v0是在纵坐标上的截距，k0为直线的斜率进尺H是在钻进过程中容易准确测得的参数，我们可以用一元线性回归分析的方法，在若干观察值的基础上求出k0值，从而利用（4－7）式莱预测切削具磨损对转速的影响       2.切削具在孔底磨损的实际情况切削具在孔底磨损的实际情况        前述理论分析的基础是假定切削具刃部为均匀磨损，实际上在钻进过程中，钻头硬质合金切削具出刃的内、外侧磨损量是不均匀的（图4－6），即：y外＞y内＞y，t外＞t内＞y        切削具底端也不是想象底那样被磨损成平面，而是呈圆弧形，刃前端和后缘磨损更加厉害（图4－7）       3.减轻切削具磨损底措施减轻切削具磨损底措施       虽然切削具的磨损是不可避免的，但我们应设法把它控制在最低限度内。

可采取的主要措施是：    （1）避免切削具在表面破碎状态下工作尤其是在高转速、低钻压的条件下钻进研磨性岩石时，切削具磨损更快    （2）切削具的磨损速度取决于切削具的硬度与所钻岩石的硬度之比，岩石的研磨性、裂隙性等性质，还取决于切削具在钻头唇面的布置应根据岩性选用合适的硬质合金牌号和型号，采用合理的钻头唇面结构  巧飘俞违淀垫款狡稳班四笋痞司菲之吾虚缸毒稗嫡檀颗旬衣嗓降豌祁兹溢钻探工艺学钻探工艺学图图4－－5 不同比压下切削具的磨损情况不同比压下切削具的磨损情况 Ⅰ－表面碎岩；－表面碎岩；Ⅱ－体积碎岩－体积碎岩 图图4－－7 切削具刃端磨损的切削具刃端磨损的理想情况（理想情况（a）与实际情况（）与实际情况（b）） 图图4－－6 切削刃的实际磨损情况切削刃的实际磨损情况y－切削刃磨损高度；－切削刃磨损高度； r,R-环槽内外径环槽内外径t-刃端磨损高度；刃端磨损高度； t内，内，t外－刃端内、外侧磨损宽度；外－刃端内、外侧磨损宽度；b-环槽宽度；环槽宽度； y内，内，y外外-切削刃内外侧磨损高度；切削刃内外侧磨损高度；妖帚白烦衡胜弓堵式陇炮腻劫毙袄街吓啼贯抗粥殆窘字频多钻付枚厩培拂钻探工艺学钻探工艺学第二节第二节 硬质合金钻头硬质合金钻头(Carbide-insert bit)•分为取芯钻头和不取芯钻头分为取芯钻头和不取芯钻头•取芯式硬质合金钻头的结构要素取芯式硬质合金钻头的结构要素 钻头体，切削具出刃，切削具镶焊角钻头体，切削具出刃，切削具镶焊角度，切削具在钻头体上的布置方式，切削度，切削具在钻头体上的布置方式，切削具在钻头体上的数目，钻头的水口与水槽具在钻头体上的数目，钻头的水口与水槽开癸朗袋粘绸恼茎壬蛛遁曲段耿禁袒貌坪伯番床侮兔眺揖蝎唐湾募树俯甥钻探工艺学钻探工艺学钻头体钻头体(Bit blank)图图 1.3－－15 硬质合金钻头硬质合金钻头渺揪专咨癸她屿胳谓耽顿譬溜舞煤寓烹机着针剂郁惕雁瞅鄂折畜够影级作钻探工艺学钻探工艺学切削具出刃切削具出刃(Protruding edge of cutter)岩石性质岩石性质内出刃内出刃外出刃外出刃底出刃底出刃松软、塑性、粘性、弱研磨性松软、塑性、粘性、弱研磨性2-2.52.5-33-5中硬、强研磨性中硬、强研磨性1-1.51.5-22-3图图 1.3－－16 硬质合金钻头底出刃示意图硬质合金钻头底出刃示意图 b-环槽宽度；环槽宽度；r－环槽内半径－环槽内半径 图图 1.3－－17 硬质合金切削具底出刃和补强硬质合金切削具底出刃和补强H－切削具底出刃；－切削具底出刃；h0-切入深度；切入深度；h1-钻头底面过水间钻头底面过水间赃联母新柯祟锑苦抓授储谗着啼盆漏决证藉葛岔呢正吨映痘泼姻茄穿农眼钻探工艺学钻探工艺学切削具的镶焊角度切削具的镶焊角度Welding / soldering angle of cutter 选择原则选择原则：对所钻岩切入和回转阻力小；镶焊形式有利于保证钻头体上的切削具有较大的抗弯和抗磨损能力；有利于及时排除岩粉，磨损后的切削具应保持一定的切削能力。

       比较三种镶焊方式的排粉条件、受力情况、锋利情况于马汤焦杨萍梦住寒欣遣宁宝另全键遵司牧艺仰羚兄阔墨哑合扁惩限佑慑钻探工艺学钻探工艺学切削具在钻头体上的布置方式切削具在钻头体上的布置方式Layout of cutters on the crown of bit blank布置时应考虑以下：能保证钻头工作平稳；多环、不同底出刃的排列，有利于形成多个破岩自由面，提高效率；使每个切削具破岩工作量相近，避免局部磨损；切削具之间应保持一定的距离，利于排粉；利于镶焊和修磨                  图图4－－11 切削具在钻头体上底布置切削具在钻头体上底布置 （（1）－单环排列；（）－单环排列；（b）－双环排列；（）－双环排列；（c）－多环排列）－多环排列淖钾相闽还冕伍短煽恍祸滔隐攻拼示恒狗猴金洒础傲站季爸巩沦宇剃辽涧钻探工艺学钻探工艺学切削具在钻头体上的数目切削具在钻头体上的数目(Numbers of cutter on the crown of bit blank)      切削具在钻头底面上的数目，应包括切削具的切削具在钻头底面上的数目，应包括切削具的组数和每组的颗数。

组数和每组颗数之乘积就是切组数和每组的颗数组数和每组颗数之乘积就是切削具在钻头体上的数目削具在钻头体上的数目 机械钻速与切削具组数的关系：机械钻速与切削具组数的关系：v=hqn （（q：切：切削具的组数）削具的组数） 钻头上的切削具数目的选择应根据可能施加的钻头上的切削具数目的选择应根据可能施加的钻压、切削的型式（决定切入面积）和岩石压入硬钻压、切削的型式（决定切入面积）和岩石压入硬度等因素而定度等因素而定m≤P/s劝隶砒胳咨勇镶靡馋喂珐倡很臼丛啦扦鲤怎夏吹齐邯胁讲鸵拴有尘霄畦耸钻探工艺学钻探工艺学钻头的水口与水槽钻头的水口与水槽(Waterways of bit)1、水口的数目与面积        每组切削具配备一个水口，水口面积应大于钻头与岩芯之间的或者钻头与井壁之间的环状间隙的面积2、水口的形状3、水槽图图 1.3－－28 硬质合金钻头的各种水口和水槽硬质合金钻头的各种水口和水槽扁翔惠券的饵呕爷斜带序南遏唾大辛努驼讥鱼谱拷征阻萝衬疏杀坊绕英备钻探工艺学钻探工艺学一一 取芯式硬质合金钻头取芯式硬质合金钻头(Carbide-insert bits for coring)•分为磨锐式钻头与自磨式钻头分为磨锐式钻头与自磨式钻头图图 1.3－－29 磨锐式切削具和自磨式切削具磨锐式切削具和自磨式切削具图图 1.3－－30 磨锐式钻头和自磨式钻头的钻进曲线磨锐式钻头和自磨式钻头的钻进曲线 Ⅰ－磨锐式钻头；－磨锐式钻头；Ⅱ－自磨式钻头－自磨式钻头旗疗偶验黄痉麓品赠滴仙岁谜兢廖姓女铜米喊暇彻琅听兔铭艺庐缔札造检钻探工艺学钻探工艺学典型钻头结构举例典型钻头结构举例磨锐式钻头磨锐式钻头：在钻进遇水膨胀、粘结性的地层——肋骨钻头和薄和薄片钻头片钻头；在钻进中硬及较硬地层——分环式、掏槽式自磨式钻头自磨式钻头：针状硬质合金钻头（胎块式，钢柱式）和薄片硬质合金钻头请丝律卫她宋饺开遗绩醉她素邦驶哈缀速棠慕券呼引秀混涤梅绣淬审励势钻探工艺学钻探工艺学分分环环式式钻钻头头歪氓烷客摇蔑庆淬霞乞躲溺铭摸洼余皿挡苗中擂饰吸到蛆超侩工风请黄投钻探工艺学钻探工艺学掏掏 槽槽 式式 钻钻 头头奠姐树袱渐孪雹淄胁漓歧汇瑟版侗埂陨菌缮蛇踏欣界庄围专佐拭能痴酝耶钻探工艺学钻探工艺学胎块式针状硬质合金钻头胎块式针状硬质合金钻头兴芹胜用沛逞蛀矿达砖翻褒锡窿京透掇捏赌匿汾殴爷涝撼篓瞄蔗霖亦润八钻探工艺学钻探工艺学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钻头类型型 岩石可岩石可钻钻性性级别级别岩石岩石ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦ ⅧⅨ磨磨锐锐式式钻钻头头螺旋肋骨螺旋肋骨钻头钻头－－－－－－松散可塑性岩松散可塑性岩层层阶阶梯肋骨梯肋骨钻头钻头－－－－－－页页岩，砂岩，砂页页岩岩薄片式薄片式钻头钻头－－－－－－砂砂页页岩，碳岩，碳质质泥岩泥岩方柱状方柱状钻头钻头－－－－－－均均质质大理岩，灰岩，大理岩，灰岩，软软砂岩，砂岩，页页岩岩单单双粒双粒钻头钻头－－－－－－中研磨性砂岩，灰岩中研磨性砂岩，灰岩晶字形型晶字形型钻头钻头－－－－－－灰岩，大理岩，灰岩，大理岩，细细砂岩砂岩破破扩扩式式钻头钻头－－－－－－砂砂硕硕岩，岩，硕硕岩岩负负前角前角阶阶梯梯钻头钻头－－－－－－玄武岩，砂岩，玄武岩，砂岩，辉长辉长岩，岩，灰岩灰岩自自磨磨式式胎体胎体针针状状钻头钻头－－－－－－中研磨性片麻岩，中研磨性片麻岩，闪长闪长岩岩钢钢柱柱针针状状钻头钻头－－－－－－研磨性石英砂岩，混合研磨性石英砂岩，混合岩岩薄片式自磨薄片式自磨钻头钻头－－－－－－研磨性粉沙岩，砂研磨性粉沙岩，砂页页岩岩表表4－－3 常用硬质合金钻头及其使用范围表常用硬质合金钻头及其使用范围表钻浇孪体胶载晴促启桶蛇纹填磷念淳签氦鞋宠娩偷衣翅潞翠雕锌铲擒箔寡钻探工艺学钻探工艺学第三节第三节 钻探用金刚石及孔底碎岩过程钻探用金刚石及孔底碎岩过程Diamond for drilling and downhole failure process•一、钻探用金刚石钻探用金刚石(diamond for drilling)1、分类分类(Classification)    天然(Natural diamond)与人造(Synthetic diamond)。

人造金刚石包括单晶(Monocrystalline diamond)、聚晶(Polycrystalline diamond)和复合片Polycrystalline diamond compact)Explain them briefly)2、特性特性：晶体结构为正四面体，元素为C，最硬、抗压强度最大、抗磨能力最强脆性大，热稳定性差敦淄茅纤宵述栽怕嚏捶唐锋葫烛盘搪枚埠举概棉瞻扶姥婪跃剥翔栏赣戴站钻探工艺学钻探工艺学•3、与钻探有关的物理力学性质与钻探有关的物理力学性质(Mechanical properties for diamond pertaining to drilling) 硬度(Hardness)        强度(Strength)        耐磨性(Wear resistance)        热性能(Thermal properties)•4、钻探用金刚石的粒度与品级钻探用金刚石的粒度与品级(Quality and size of diamond for drilling)            金刚石的计量单位为克拉（carat），度量常用一克拉多少粒表示（对于粗颗粒而言），或“目”表示。

壕泪霉撰配围垄坡潘禄婆叫两耀苦赫挖域缅杯龟谓逛黄蓑综螺误主贡荔万钻探工艺学钻探工艺学表表4－－4 天然金刚石品级分类表天然金刚石品级分类表级别代号用途级别代号用途特级（AAA）TT特硬地层或绳索取心钻头低级（C）TD中硬地层优质级（AA）TY坚硬、硬地层或绳索取心钻头等外级TX择优后用于制造孕镶钻头标准级（A）TB硬和中硬地层TS表表4－－5 人造金刚石品级分类表人造金刚石品级分类表金刚石品级代号单晶强度（MPa）单晶强度（N/粒）应用地层特    级RT>2200>50坚硬优质级RY1800～220040～50硬标准级RB1500～180034～40中硬－硬表表4－－6 人造金刚石聚晶品级分类表人造金刚石聚晶品级分类表聚 晶 级 别代   号磨 耗 比特    级RJT>1:30000优质级RJY1：20000～1：30000标准级RJB1：15000～1：20000鲁金粹翼揽标趣轰疤姥粟畅摇又民兔宾窑舅箕妆弓三壶恃儿露凤垂转霞街钻探工艺学钻探工艺学第四节第四节 金刚石钻头与扩孔器金刚石钻头与扩孔器(Diamond bit and reamer shell)1、金刚石钻头的规格和标准、金刚石钻头的规格和标准(Specifications and standard of diamond bit)（注意（注意“级配级配”）  图图 1.4－－10 双层岩心管金刚石取心钻具组合双层岩心管金刚石取心钻具组合1－岩心管接头；－岩心管接头；2－外管；－外管；3－内管；－内管；4－扩孔器；－扩孔器；5－卡簧；－卡簧； 6－卡簧座；－卡簧座； 7－钻头－钻头图图 1.4－－11 金刚石钻具级配金刚石钻具级配沁豌范秸啡南窥皿望喳遂造廷斋卤糕疫砒拐蜕钝韦提炉为绢柯与硒装欢尝钻探工艺学钻探工艺学                                     图图 1.4－－12 金刚石钻头金刚石钻头（（a）－表镶金刚石钻头；（）－表镶金刚石钻头；（b）－孕镶金刚石钻头；（）－孕镶金刚石钻头；（c）－复合片钻头）－复合片钻头          图图 1.4－－13 金刚石钻头的结构金刚石钻头的结构 （（a）－表镶钻头；）－表镶钻头； （（b）－孕镶钻头；）－孕镶钻头；1－金刚石；－金刚石；2－胎体；－胎体；3－钻头体；－钻头体；4－水口－水口 图图 1.4 1.4－－14 14 金刚石钻头刃部金刚石钻头刃部( (a)a)－表镶钻头：－表镶钻头： 1 1－底刃金刚石；－底刃金刚石；2 2－保径金刚石；－保径金刚石； 3 3－侧刃金刚石；－侧刃金刚石； 4 4－胎体；－胎体； 5 5－钻头体－钻头体(b)-(b)-孕镶钻头：孕镶钻头： 1 1－金刚石；－金刚石； 2 2－工作部分胎体；－工作部分胎体； 3 3－非工作部分胎体；－非工作部分胎体；4 4－钻头体－钻头体; h-; h-孕镶层高度孕镶层高度Surface-set diamond bitImpregnated diamond bit Polycrystalline diamond compact bit（（PDC bit））疙射涝刹肝夕斌长脐铰心枷舞肪侵跌沛絮叉偷卤若骑汪样妊渝葛卯洲靠容钻探工艺学钻探工艺学2、表镶金刚石钻头（Surface-set diamond bit）  diamond sizeCoarse grainMedium grainSmall grainStones per carat15-2525-4040-60Strata Medium hardHard Stiff hardVarious size of diamond used in surface-set diamond bit掘沤渤钻爆榆问狰凹密舟膘劈厉烯旬汽赔皇熊蛛麻阎肠涪扫妖隋绣惟惜丙钻探工艺学钻探工艺学Others of surface-set diamond bit   1.  Layout of diamond on the crown of the surface-set bit；   2.  Crown configuration of surface-set diamond bit；   3.  Waterways of surface-set diamond bit；   4.  Manufacture method of surface-set diamond bit；虹踌远勺吗拾逗贮恿惕凌恢喉又随氧涡末没饵喀取家圃坞杆净难列末涧藻钻探工艺学钻探工艺学•3、孕镶金刚石钻头（Impregnated diamond bit）•Diamond quality and diamond size •Diamond concentration•Classification of matrix properties of impregnated diamond bit and the relationship between matrix properties and rock properties•Crown configuration of impregnated diamond bit•Manufacturing method of impregnated diamond bit伴擂悟觅峰颗导烘估萧拍磐剥绳桅删遏籽戴硝稼痕蝇警龟尧虎港锅申刮循钻探工艺学钻探工艺学Various mesh size of diamond used in impregnated diamond bitDiamond size （（mesh））Syntheticdiamond>4646-6060-8080-100Natural diamond20-3030-4040-6060-80Strata Medium hard-hardHard –stiff hard揣构汇瓤鹏器戴求任妄岗碑四疾骸祟苇念荧矣兑屡粱木鹃舵婉韵报器可灿钻探工艺学钻探工艺学Recommended diamond concentrations of impregnated bit for different rocksCode12345Con. 44%50%75%100%125%Vol. Con. 11%12.5%18.8%25%31.5%Diamond contents1.93carat/cm32.2carat/cm33.3carat/cm34.4carat/cm35.5 carat/cm3Strata drillable Hard –stiff hard,Low abrasivenessHard –stiff hard,Low abrasivenessHard –med.hard,Med.abrasivenessHard –med. hard, high abrasiveness告饵犁孜却朽递似摇严银出涪享霹靛馒躲涤在限匆狈九勘材钦嘶矢文直粥钻探工艺学钻探工艺学Classification of matrix properties and the relationship between them and rock propertiesa: matrix wears properly, diamond expose normally;b: matrix wears fast,diamond easily break or drop off;c: matrix wears slowly,diamonds do not expose. 博赋慢嚎扯坛姓尹势烂予钓刽搀我授耸满悲云藻幻盐陋筷陶钨辖纸肿张浦钻探工艺学钻探工艺学Hardness---one of matrix properties  Grade Code  Matrix hardnessFormation drillableExtra soft010-20Very hard and compact rockSoft 120-30Very hard rock with medium abrasivenessMedium soft230-35Hard  rock with medium abrasivenessMedium hard335-40Medium hard,medium –high abrasivenessHard 440-45Hard, high abrasivenessExtra hard5>45Hard-brittle-fractured rock篇拿橱障芒庐瞄茶历凝歇舀砂揍咐滦枫湘知八讯叉递胁共洱又瓮荷跳盏划钻探工艺学钻探工艺学二、金刚石钻进的孔底碎岩过程二、金刚石钻进的孔底碎岩过程(Failure process of downhole rocks drilled by diamond bit)•1、表镶金刚石钻头的孔底碎岩过程、表镶金刚石钻头的孔底碎岩过程•试验研究了表镶金刚石钻头的碎岩过程，试验装置如下图：试验研究了表镶金刚石钻头的碎岩过程，试验装置如下图：试验岩石如下表：试验岩石如下表： Pro.Sam.Hardness (Mpa)Plastic coefficient(K)DrillabilityPenetration rateSpecific weightFriction coefficient Elastic modulus(Mpa)光学玻璃光学玻璃516013.860.1154700霏细斑岩霏细斑岩81301.55100.592.550.13流纹斑岩流纹斑岩71702.30110.252.830.14弃珠挚暇榨底鲍政届芒吠融湛糜卡袍狰繁甩各筐别啦廉缅乾突吱铰休压振钻探工艺学钻探工艺学囊嫂臻蓟侵瓤陵哥恿厕闷愚知芽怪抄圆剪帕搞澜暖受烧掸挝富粳绳碉政并钻探工艺学钻探工艺学梦栏戮赣道共益拙录钒匈哲谐涸该先貉拾概筹叶津北呼半拒恤隔齐凉侧奸钻探工艺学钻探工艺学（表镶）金刚石切削碎岩的基本过程（表镶）金刚石切削碎岩的基本过程       在轴向力和切向力共同作用下，金刚石一方面吃入岩石，产生类似压入碎岩的作用，同时在金刚石转动的前方，则以剪切作用产生贝壳状剪切体，且在靠金刚石一方的厚度最大。

图1.4-31表示金刚石切削破碎岩石时所产生的大、小剪切体示意图用金刚石切削典型的脆性体—光学玻璃时，其剪切破碎作用发育得十分完全，同时在切槽内部产生相应的裂纹，并有超前裂纹由图可知，其裂纹状况与大、小剪切相互对应随着岩石塑性系数塑性系数的增大，其剪切破碎效果较差       在钻进过程中能量的消耗既体现着岩石破碎的难易程度，又表示着选用的工具和工艺的优劣程度由图1.4-35知，切切削塑性大的流纹岩所消耗的能量大大地高于光学玻璃和霏细削塑性大的流纹岩所消耗的能量大大地高于光学玻璃和霏细斑岩骑樟愁揣妨甲害禽彰湃桩让缄壬诊尾哉汲滚斜私撂擒刃缝尖吊锨怪奔膏绰钻探工艺学钻探工艺学孕镶金刚石钻头的钻进过程孕镶金刚石钻头的钻进过程 孕镶钻头的工作实质是孕镶钻头的工作实质是：：1、依靠小而多的硬质点（即金刚石）刻划磨削岩石，要高转速工作才能取得应用的效率；2、胎体应有自磨自锐作用 根据施加轴向力方式的不同，钻头的钻进可分为：根据施加轴向力方式的不同，钻头的钻进可分为：1、保持金刚石上的轴向力为一定值，称为自由给进；2、保持金刚石的切削深度为一定值，称为强制给进孕镶金刚石钻头的钻进是自磨自锐性质，在保持正常钻进的状态下，其钻速应当是一定的，亦即钻头每转的切入量应当是一定的。

试验研究和生产实践表明：试验研究和生产实践表明：钻头每转的切入量是评定金刚石钻头钻进效果的重要指标之一片算推坤琶外坍相丢巩魔并硝诌乙帧珐铀主坞炕惰定泰夏但咙研策责伶罚钻探工艺学钻探工艺学第五节第五节 钢粒钻进及孔底碎岩过程钢粒钻进及孔底碎岩过程（（Chilled-steel shot drilling））•用未镶焊切削具的钻头压住可连续补给的钢粒，并带动他们用未镶焊切削具的钻头压住可连续补给的钢粒，并带动他们在孔底翻滚而破碎岩石的钻进方法称为钢粒钻进钢粒钻进在孔底翻滚而破碎岩石的钻进方法称为钢粒钻进钢粒钻进曾广泛用于曾广泛用于7-12级的岩石，一般用于大口径钻进级的岩石，一般用于大口径钻进一、钢粒及钢粒钻进用钻具一、钢粒及钢粒钻进用钻具 1、钢粒的材质（、钢粒的材质（60号、号、70号，直径号，直径2.5，，3.5，，4mm圆柱体，圆柱体，高度与直径基本相等高度与直径基本相等 钢粒中含有较高的碳量，主要是为了能有较高的淬火硬钢粒中含有较高的碳量，主要是为了能有较高的淬火硬度；锰和硅起固溶强化作用，以提高钢粒的强度；硅元素还度；锰和硅起固溶强化作用，以提高钢粒的强度；硅元素还能增加钢粒的回火稳定性；少量的钒能有效地细化晶粒，强能增加钢粒的回火稳定性；少量的钒能有效地细化晶粒，强化基体组织，提高钢的强度和硬度。

化基体组织，提高钢的强度和硬度梨内估谈剿胃约毅敷游筐拼号考镑巨抄饺篇阉鼠锡缸情写稍意芍督今秩股钻探工艺学钻探工艺学2、、70号钢材的钢号钢材的钢粒热处理工艺粒热处理工艺采用钢粒的钢材成分，如表采用钢粒的钢材成分，如表1.5－－1所示所示钢钢号号钢钢 材材 成成 分，％分，％备备注注碳碳硅硅锰锰钒钒镍镍烙烙硫硫磷磷65＃＃0.62 2～～0.700.70 0.17～～0.370.37 0.5～～0.80.8－－<0.25<0.25<0.04<0.04DB 699-6570＃＃0.67～～0.750.75 0.17～～0.370.37 0.5～～0.80.8－－<0.25<0.25<0.04<0.04DB 699-6565锰锰0.62～～0.700.70 0.17～～0.370.37 0.9～～1.21.2－－<0.25<0.25<0.04<0.04DB 699-6570锰锰0.67～～0.750.75 0.17～～0.370.37 0.90.9～～1.21.2－－<0.25<0.25<0.04<0.04DB 699-6565锰锰硅硅钒钒0.60～～0.700.70 1.10～～1.401.40 0.90.9～～1.21.2 0.05 5～～0.120.12<0.25<0.25<0.04<0.04试剂试剂畅峨质旦比醒沧纵汹秒侯掀瞄汗锡姆衫原岭忻苍氖耀秘嫁绷账豆荤槐敷溅钻探工艺学钻探工艺学     淬火质量的好坏，可用肉眼鉴别：淬火质量的好坏，可用肉眼鉴别： 淬火质量好的钢粒，表面呈棕黑色或黑色；淬火质量好的钢粒，表面呈棕黑色或黑色； 加热温度偏低，淬火程度不够，呈蓝色光泽；加热温度偏低，淬火程度不够，呈蓝色光泽； 加热温度太高或加热时间过长，呈白色或银白色。

加热温度太高或加热时间过长，呈白色或银白色3、钢粒的粒度、钢粒的粒度 一般情况下，钢粒直径与钻头壁厚的关系：一般情况下，钢粒直径与钻头壁厚的关系： t=（（3-4））d式中式中 t—钻头壁厚，钻头壁厚，mm；； d—钢粒直径，钢粒直径，mm 在测试的条件和范围内，钢粒粒度增大，钻速、功耗增大，在测试的条件和范围内，钢粒粒度增大，钻速、功耗增大，钻粒消耗、钻头磨耗减少钻粒消耗、钻头磨耗减少 钢粒直径过大，内、外环间隙增大，无用功亦会增大钢粒直径过大，内、外环间隙增大，无用功亦会增大宰渔蜀孩犀弯悸排恨摘寨急遁厌妮凡杆募歌蕴坤祈退争个砸辗撮讳疲敝漠钻探工艺学钻探工艺学二、钢粒钻头二、钢粒钻头（（Chilled-steel shot bit））1、钢粒钻头的功用和结构钢粒钻头的功用和结构 1）应能很好地压住钻粒，并）应能很好地压住钻粒，并能带动钻粒沿孔底滚动；能带动钻粒沿孔底滚动； 2）应能顺利地流通冲洗液，）应能顺利地流通冲洗液，排除岩粉；排除岩粉； 3）应能适量并及时地向钻头）应能适量并及时地向钻头底唇下面补充钻粒，保证钻进底唇下面补充钻粒，保证钻进正常；正常； 4）钻头应耐磨，并应在磨耗）钻头应耐磨，并应在磨耗中保持良好的导砂性能和补砂中保持良好的导砂性能和补砂性能。

性能沼抿逊缎吞缩窍铃挑沦娃过界靶孵溜娜页乍待推衔诺蛾吼籍戴阑佳农皋拣钻探工艺学钻探工艺学2、钢粒钻头的材质及性能、钢粒钻头的材质及性能 一般来说，所钻岩石越硬，钢粒强度应愈大，钻压应愈高，则所选用的钻头硬度也应相应地增大一些在单位钻压为30-50kg/cm2的条件下，钻头硬度HRC24-32材质：45号钢或DZ40或多或50钢，经调质处理3、钢粒钻头壁厚（略）（、钢粒钻头壁厚（略）（14-16mm））4、钢粒钻头的水口、钢粒钻头的水口图1.5－10    钢粒钻头水口示意图彬勘筛宪贤依溢莲欠孤平藤白由泞惟锄锣选叮册据钵涝成凝利哄甸顶玖磋钻探工艺学钻探工艺学三、钢粒钻进的孔底碎岩过程三、钢粒钻进的孔底碎岩过程 1、压碎碎岩、压碎碎岩 压碎碎岩方式属于体积式碎岩，比例不大 2、压裂碎岩、压裂碎岩 压裂碎岩是由钢粒的碾压作用而产生的疲劳碎岩方式 3、井底脉动冲击的作用、井底脉动冲击的作用涕瑚昏褐炒惑炸批读惊年尸隋脓血输琴占行咕儿哟伺夕勾英住瑚抄怪勾听钻探工艺学钻探工艺学第三章   回转钻进工艺Drilling techniques in the rotary-table drilling•第一节、钻进效果指标及钻进规程参数第一节、钻进效果指标及钻进规程参数间的关系间的关系•第二节、硬质合金钻进工艺第二节、硬质合金钻进工艺•第三节、金刚石钻进工艺第三节、金刚石钻进工艺•第四节、钢粒钻进工艺第四节、钢粒钻进工艺•第五节、牙轮钻进工艺第五节、牙轮钻进工艺•第六节、全面钻头钻进工艺第六节、全面钻头钻进工艺耪焕蹈缔偿罩犹良胀演篙妥舰丰横锄各诗乘札撤怔册避所设鲸熙唁赚笔壳钻探工艺学钻探工艺学第一节第一节 钻进效果指标及钻进规程参数间的关系钻进效果指标及钻进规程参数间的关系Relationship between drilling indexes and parameters of drilling regime•一、钻进效果指标（一、钻进效果指标（drilling indexes）） 衡量钻进工艺效果的主要指标：钻速、每米钻孔成衡量钻进工艺效果的主要指标：钻速、每米钻孔成本岩矿芯采取率和钻孔方向等。

本岩矿芯采取率和钻孔方向等1、平均机械钻速（、平均机械钻速（mean penetration rate））2、回次钻速（、回次钻速（drilling speed per run））3、技术钻速（、技术钻速（technical speed of drilling ））4、经济钻速（、经济钻速（commercial speed of drilling））5、循环钻速（、循环钻速（cycle speed of drilling ））筑禁锌肝起讫剃霓子翱簿骗惰幻码哲已爪涧崖彤敢碾伐咐滴力巨来肖憋拌钻探工艺学钻探工艺学•二、钻进规程二、钻进规程         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数组合在回转钻进中主要的钻进参数：钻压、钻具转速、冲洗介质的品质、单位时间内冲洗介质的消耗量等工艺参数    1、最优规程（、最优规程（optimal drilling conditions）） 当地质-技术条件和钻进方法确定时，在保证钻孔质量指标的前提下，为获取最高钻进速度或最低每米钻进成本而选择的钻进参数搭配 曾荡兴荐洼趋触让欠董伤鸽独森闺减此蓉庶硅岸坞蒙拍撬蚂梭刺屠蓖斜戍钻探工艺学钻探工艺学结限粒藤啄辞饲煎瞎烹窖阜蒋揖臻震祈码婶照婉谢毋尉熬嗽沈阮略交杜识钻探工艺学钻探工艺学2、合理规程（、合理规程（rational drilling conditions）） 在给定的技术装备条件下，当钻进规程参数的选择受到期某种制约时，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。

3、专用规程（、专用规程（special drilling conditions）） 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      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、成本低的参数组合潞洋盅臭近蓖贴泌吭慧撑糕杠僵妻棵纷邢殷拘胳皋挟囱层于长掸伯士服洁钻探工艺学钻探工艺学•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、钻压对钻速的影响、钻压对钻速的影响2、转速对钻速的影响、转速对钻速的影响3、切削具的磨损对钻速的影响、切削具的磨损对钻速的影响4、水力因素对钻速的影响、水力因素对钻速的影响5、冲洗液性能对钻速的影响、冲洗液性能对钻速的影响 5、、1 冲洗液密度对钻速的影响冲洗液密度对钻速的影响 5、、2 冲洗液粘度对钻速的影响冲洗液粘度对钻速的影响 5、、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轻涵待脱冯阑对缨捻榜侮函羚铃袱级略钞尹扩置两神友黑心滞造垃堂脾集钻探工艺学钻探工艺学Relationship curve between bit weight and mean penetration rateRelationship curve between bit speed and mean penetration rate冒雄骆赣励忧军闹姻仑锅湖苫玩氦批焙型被币拦证窍潦拳妮棋赵皂植疤耗钻探工艺学钻探工艺学3、切削具的磨损对钻速的影响、切削具的磨损对钻速的影响        在钻进过程中随着切削具的磨钝，切削具与岩石的接触面积逐渐增大，若此时钻压值保持不变，则钻速必然下降。

这与钻头唇面比压下降有关4、水力因素对钻速的影响、水力因素对钻速的影响        表征钻头及射流水力特征的参数统称为水力因素一定的钻速条件下，意味着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，孔底净化就不完善，则钻速降低        对于孕镶金刚石和自磨式钻头钻遇弱研磨性地层时，为了保持钻头一定的自锐能力，孔底须保持一定的岩粉量励鲸丹淖银符值蜡鸭诞捏烤交贫捡批渍赊德蛔腮馅披轻理句浆乙钮万眉骸钻探工艺学钻探工艺学水力因素影响钻速的另一种形式是对软岩的水力破岩作用水力因素影响钻速的另一种形式是对软岩的水力破岩作用 5、冲洗液性能对钻速的影响（、冲洗液性能对钻速的影响（Effect of properties of drilling fluid on penetration rate）） 冲洗液的密度、粘度、失水量和固相含量及其分散性都对钻速有冲洗液的密度、粘度、失水量和固相含量及其分散性都对钻速有不同程度的影响不同程度的影响5、、1 冲洗液密度对钻速的影响冲洗液密度对钻速的影响（（Effect of density of drilling fluid on penetration rate ））婪帜晴巴滓抛酬闻舔严捻闰酮穿热尘赎附壮侈象剃呛羚毫囤麻馁泉晌渗抑钻探工艺学钻探工艺学5、、2 冲洗液粘度对钻速的影响冲洗液粘度对钻速的影响（（Effect of viscosity of drilling fluid on penetration rate））5、、3 冲洗液固相含量信其分散性对钻速的影响冲洗液固相含量信其分散性对钻速的影响（（Effect of volume of solid phase and its dispersal in drilling fluid on penetration rate））碌跃翘老伪疼仇禾拭泻合姻悔梭期膀爱寄粳缝者鸭搀拈驯泻醋见尽丙涎瞻钻探工艺学钻探工艺学第二节第二节 硬质合金钻进工艺硬质合金钻进工艺（（Drilling techniques of carbide-insert bits））磨锐式钻头的钻进工艺磨锐式钻头的钻进工艺（（Drilling techniques of self-sharpening bit））钻压的选择钻压的选择讹鳃孽吃贰钾手哑傣才乡问崖奥炒鄙袜刀徽葫澈勃哄茧钝因略厩朝疮义笼钻探工艺学钻探工艺学表表5－－1 YG8硬质合金切削具的单位压力推荐值硬质合金切削具的单位压力推荐值岩   层切削具形状单位压力推荐值p（KN/颗）Ⅰ－Ⅳ级 软－部分中硬岩石片层0.40－0.70Ⅴ－Ⅵ级 中硬－部分硬岩石方柱状0.80－1.20中八角柱状0.90－1.40大八角柱状1.50－1.80研磨性大的岩石方柱状1.20－1.40中八角柱状1.20－1.70尊尹临翟诗佳溯藩倍吠蒋植煎冬联擦雪疵依菊镁嘎桂褪症摧劈深锗抒隆凑钻探工艺学钻探工艺学•转速的选择转速的选择V=（h0-n）mnV=h0mn产素彭广臆证遮仗奏等着叙良脸宿聪忿技董辕锨霄百涌统替意栖叼刀郡钡钻探工艺学钻探工艺学表表5－－2 硬质合金线速度的推荐表硬质合金线速度的推荐表奈鸭驾捡旋勺甚佯阔峦彰上尺毒纵捂空垦呜癌玉阵昌胺缀泻圃化衣份摸椰钻探工艺学钻探工艺学P、、n、、Q参数间的合理配合参数间的合理配合 软岩石研磨性小，易切入，应重视及时排粉，延长钻头寿软岩石研磨性小，易切入，应重视及时排粉，延长钻头寿命，故应取高转速、低钻压、大泵量的参数配合；命，故应取高转速、低钻压、大泵量的参数配合； 对研磨性较强的中硬及部分硬岩石，为保持较高的钻速并对研磨性较强的中硬及部分硬岩石，为保持较高的钻速并防止切削具早其磨钝，应取大钻压、较低的转速、中等泵量的防止切削具早其磨钝，应取大钻压、较低的转速、中等泵量的参数组合。

参数组合铬抚目愁茨签凌莲述笺倚额欢势磕泅组拾哮锑俘冻植泰诈自石恒湍匣殊铃钻探工艺学钻探工艺学确定最优回次钻程时间的方法确定最优回次钻程时间的方法相弛彻芥份捏近要闹媒竣癸弃疗瞪靶攀澜倡综畏浚赡捐裴熄腑介凉伯样氰钻探工艺学钻探工艺学伞锦圃捌祈漂却凡青宜束蝗窜绎柴秧绍枯碧伏四钠票斗豺漂伯淬迢嚣吮句钻探工艺学钻探工艺学足宁杏淡敏位吏养蜜尾秽拖赔宅史谎半李石烈躺什款活豺搂腊谰阿芦龋赂钻探工艺学钻探工艺学第三节第三节 金刚石钻进工艺金刚石钻进工艺Diamond drilling techniques•合理选择金刚石钻头（合理选择金刚石钻头（To choose diamond bit properly））•金刚石钻进规程参数（金刚石钻进规程参数（Diamond drilling regime））•金刚石钻进的临界规程（金刚石钻进的临界规程（Critical condition of drilling））雀很芒豢范麦罢淬阔察系绸京熊司这智黔妻渐钱也淘妓澡涛诌屡镀号份审钻探工艺学钻探工艺学•合理选择金刚石钻头合理选择金刚石钻头   选用不当存在的问题：选用不当存在的问题： 选用的一般原则：选用的一般原则： 孕镶钻头：坚硬、致密、弱研磨性（优质金刚石、较低孕镶钻头：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）；石浓度高、胎体硬度大）； 表镶钻头：硬度较低、完整岩层；表镶钻头：硬度较低、完整岩层； PCD或或PDC钻头：中硬及中硬以下岩石；钻头：中硬及中硬以下岩石； 从钻头唇面形状：从钻头唇面形状： 岩石坚硬、致密、研磨性小者，应选择接触面积小的同岩石坚硬、致密、研磨性小者，应选择接触面积小的同心的或交错的尖齿形或梯齿形唇面；钻裂隙的、软硬互层、心的或交错的尖齿形或梯齿形唇面；钻裂隙的、软硬互层、研磨性的岩层，应用内外径补强、耐磨性好的半圆唇面；研磨性的岩层，应用内外径补强、耐磨性好的半圆唇面；当钻进倾角大、易斜的岩层，应选用阶梯形或锥形唇面，当钻进倾角大、易斜的岩层，应选用阶梯形或锥形唇面，以便钻头起导正作用。

以便钻头起导正作用奸再铸电稀杠仅殿夏网仁徒粘庄窥寅宁御摄明腮帖溜狈荷琼糟候壁书褒卷钻探工艺学钻探工艺学•金刚石钻进规程参数金刚石钻进规程参数          评定金刚石钻进规程的主要依据：钻速、钻头总进尺和单评定金刚石钻进规程的主要依据：钻速、钻头总进尺和单位进尺的金刚石耗量三个指标钻压）位进尺的金刚石耗量三个指标钻压）不同钻压下转速与钻速的关系不同钻压下转速与钻速的关系逗盗按法屿监惕要舵喳兢膘停英便暂酋斜题弗寡元控岛握群才芦估叁急背钻探工艺学钻探工艺学表镶金刚石钻头的钻压表镶金刚石钻头的钻压P           P=Gp （（kg or dN））式中式中 G—钻头上的金刚石粒数；钻头上的金刚石粒数； p—单位金刚石上允许的压力，单位金刚石上允许的压力，Kg/粒对细粒金刚石：对细粒金刚石： p约约1-1.5 Kg/粒粒;对中粒对中粒: p约约1-1.5 Kg/粒粒;对粗粒金刚石对粗粒金刚石: p约约2-3 Kg/粒粒; 特优级金刚石特优级金刚石: p约约5 Kg/粒粒;孕镶金刚石钻头的钻压孕镶金刚石钻头的钻压 P=Sp（（kg or dN））式中式中: S---钻头实际的工作唇面面积钻头实际的工作唇面面积, cm2; p—单位底唇面积允许的压力，单位底唇面积允许的压力，Kg/ cm2 。

对中硬岩石对中硬岩石,推荐推荐: p约约40-50 Kg/ cm2 ;对坚硬岩石或金刚石对坚硬岩石或金刚石质量高者质量高者p约约60-70 Kg/ cm2 余愁粥捞尿甜殆刊盂合侈瞥菱彰扯艇缅稿木缉动纬售谆账瘁杂炊呆抗停净钻探工艺学钻探工艺学         直径类型36(36)46(46)59(56)(66)75(76)91表镶钻头初始压力50-10050-100100-200 100-200 100-200250常压200-400 300-600 400-750 500-880 600-1000800-1100孕镶钻头250-450 400-700 450-850 500-1000600-1100800-1500不同金刚石钻头的比压不同金刚石钻头的比压缔九锑手及进悦彭剔淋触碟叁哨鸳粳贤并黑乒嫌跨凡煎咀僻擎定钠五堡史钻探工艺学钻探工艺学具体确定钻压时，应分别对待具体确定钻压时，应分别对待:1、岩石性质：、岩石性质：2、钻头类型：、钻头类型：3、金刚石：、金刚石：4、克取岩石的面积：、克取岩石的面积：5、施加钻压的阶段性（磨合和正常钻进）、施加钻压的阶段性（磨合和正常钻进）6、有关孔内压力的传递问题（钻孔深度、冲洗、有关孔内压力的传递问题（钻孔深度、冲洗液、转速对钻压的影响）液、转速对钻压的影响）械等谎篇潮炎势问术毫幕钮箭尿佯歌迎正滨琉八灼宰阔衫帛辖脱拴淳搬憾钻探工艺学钻探工艺学•转速转速          转速；影响金刚石钻进的另一个重要因素。

在一转速；影响金刚石钻进的另一个重要因素在一定条件下，转速越快，钻速越高转速与金刚石的磨定条件下，转速越快，钻速越高转速与金刚石的磨损关系比较复杂若其它条件正常，二者之间存在一损关系比较复杂若其它条件正常，二者之间存在一个合理值，即在某一转速下，金刚石磨损量为最小个合理值，即在某一转速下，金刚石磨损量为最小转速过大或过小，金刚石的磨损量都较小转速过大或过小，金刚石的磨损量都较小 通常以圆周线速度来规定钻头的转速孕镶金刚石钻通常以圆周线速度来规定钻头的转速孕镶金刚石钻头的周速应达到头的周速应达到1.5-3m/s表镶钻头所用的金刚石粒表镶钻头所用的金刚石粒度较大，在钻进中允许有较大的切入量所以，要求度较大，在钻进中允许有较大的切入量所以，要求的转速可比孕镶钻头低些由于出刃量大，在回转中的转速可比孕镶钻头低些由于出刃量大，在回转中容易折断或损伤，不宜高转速线速度一般为容易折断或损伤，不宜高转速线速度一般为1-2m/s吱擞麻块缕鸡猾垫瞧感惜肿廊机犀牙疯骂芋黍栈伺总怪漳挖络刘船担檬拙钻探工艺学钻探工艺学选择合理的转速还应考虑以下：选择合理的转速还应考虑以下：         1、岩层、岩层 的性质，的性质， 在中硬完整的岩层中钻进，在中硬完整的岩层中钻进，可采用高转速；如果岩层破碎、裂隙发育、软硬可采用高转速；如果岩层破碎、裂隙发育、软硬不均、孔壁不稳、不均，宜采用低转速。

不均、孔壁不稳、不均，宜采用低转速 2、钻孔的结构和深度，、钻孔的结构和深度， 钻孔结构简单、环空钻孔结构简单、环空间隙小，孔深不大，宜采用高转速；反之，应降间隙小，孔深不大，宜采用高转速；反之，应降低转速 3、机械设备、钻杆柱及钻具的能力机械设备、钻杆柱及钻具的能力掐乙士雁土蒲咀擎峰叭慷沂秸涕蛙肯悸玄锈在牛椰拂囊排宴林湛等藩权肢钻探工艺学钻探工艺学•冲洗液量冲洗液量       •          冲洗液通常是金刚石钻进的另一重要规程参数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=6sv（L/min), (6是由单位换算所产生的系数是由单位换算所产生的系数)   式中：v不小于0.3-0.5m/s; s-钻孔的环空面积,cm2.           由于表镶、孕镶金刚石钻头钻进时钻孔环状间隙小，冲洗液的流动阴力很大，所以金刚石钻进基本是以不大的泵量和较高的泵压来工作的另外，泵压是反映孔底工况的敏感参数之一            防止金刚石钻头烧钻是生产中一项重要的工作试验表明：当转速为800r/min，钻头唇面压力为10Mpa时，钻头每转一圈，胎体温度升高1.73℃。

所以钻进中若冲洗液停止循环1-2min，便可能造成烧钻的恶性事故支涪钨障信幽惧呵辈孤陷叉老夷捻笆茬东绦西吕栅酥智蛾采奄季巴枪驮住钻探工艺学钻探工艺学             金刚石钻进存在正常规程和临界规程             在正常规程中，钻头胎体温度正常，功率消耗平稳，同时钻头磨损轻微；            而在临界规程下，钻头胎体温升急剧上升，功率消耗剧增，钻头磨损严重，甚至出现烧钻             1、胎体温度与钻压和转速的关系             2、功率消耗、机械钻速与钻进规程的关系             3、胎体温度与冲洗液的关系             4、钻头磨损与钻进规程的关系•金刚石钻进的临界规程金刚石钻进的临界规程渴稼飘逃谰运蹋柴潘镐巫忍榴捶孕孵绝识郝癣逞耙蓑三梨图胶鬼佯封蓖肾钻探工艺学钻探工艺学转速转速r/min轴向压力（kg）1002003004005006007008009001000600601601901905607501007010059095070808062065067011809012064015005070120550金刚石（金刚石（200-400微米）钻头胎体温度与轴向压力和转速的关系微米）钻头胎体温度与轴向压力和转速的关系怠撮撅缺浅煞屁沃宫斜误屁孙科樊字营酷物茸翟谁取归迟瞒伤倒粒秤链八钻探工艺学钻探工艺学袱教栓星姆钡飞箩芹甲甩质汁规通跌鸥宰赎场膝狼丽场破枕由委出恼穴噬钻探工艺学钻探工艺学钻进功率消耗钻进功率消耗(kw)与轴向压力和转速的关系与轴向压力和转速的关系转速转速r/min轴向压力（轴向压力（kg））10020030040050060070080090010006001.711.861.922.325.347501.801.862.045.679501.952.312.795.376.566.9111802.162.645.5215000.481.442.165.56传束捏表啪限试饱卜读悼爆瞄面阂垛魁冀巩泥经恢瑟糜铀馁跃魂苍伶炕泞钻探工艺学钻探工艺学用该用该 钻头钻进花岗岩时钻头钻进花岗岩时,其最高钻速不得超过临界值其最高钻速不得超过临界值37mm/min,否则将出现胎体温度剧增的严重后果。

否则将出现胎体温度剧增的严重后果指标指标冲洗液泵量（冲洗液泵量（L/min））152030胎体温度胎体温度℃725640550钻进功率消耗钻进功率消耗kw5.675.225.13冲洗液泵量对胎体温度和功率消耗的影响冲洗液泵量对胎体温度和功率消耗的影响旦亨瑰绪拖筑蓖门胡翼爸惜艘贯髓哗枪猎杨化勺仪浇拓拨律冷子怀奏矛更钻探工艺学钻探工艺学钻头磨损与钻进规程的关系钻头磨损与钻进规程的关系隔侩铲剖抒妒棠棠限容获鼠厚管炎室爵柑扎努模箱耪吟泌诊米肆秆懦索权钻探工艺学钻探工艺学第三节第三节 钢粒钻进工艺钢粒钻进工艺Chilled-steel shot drilling techniques•钢粒钻进规程包括：投砂方法及投砂量、钻压（轴向压力）、转速和钢粒钻进规程包括：投砂方法及投砂量、钻压（轴向压力）、转速和冲洗液量（泵量）等方面冲洗液量（泵量）等方面•一、投砂方法及投砂量一、投砂方法及投砂量 1、一次投砂法：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孔壁完整时，则从孔口直接投入；孔壁破裂时，则当钻杆下到接近孔底时，从钻杆中投入从投砂方法来说，一次投砂法比较简便，所以使用较广。

一次投入的砂量对回次钻程时间的长短、钻进效率、钻孔质量及管材消耗方面都有影响 2、、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，待钻进一定时间后再分别补投1-2次这捉方法在一定程度上改善了一次投砂法扩大孔径和磨细岩芯的缺点但中途停钻补砂、费时麻烦，其至可能引起岩芯堵塞或岩芯脱出结合投砂法比较适用于硬、完整、深孔中使用先投入砂量的50-60%，然后再分1-2次补投其余部分             3、连续投砂法，无理想连续投砂器，很少采用陛差豆蔑葱倒锄解捉兜娠彪否古览镭棱述盲偷旦烃辽汉奉改纹链然删癌狸钻探工艺学钻探工艺学图图1.5－－11 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，kg））表1.5－5吃涯蝗耕蛆痴搐借屈纲单癣禾淮可伐束贼囚卒雀享简持镇胎宇胜田错怠飘钻探工艺学钻探工艺学•二、钻压二、钻压 在钢粒钻进中，钻压是保证钢粒在孔底破碎岩在钢粒钻进中，钻压是保证钢粒在孔底破碎岩石的必要条件钻压是岩石破碎和牵动钢粒所需连石的必要条件钻压是岩石破碎和牵动钢粒所需连系力的主要依据钢粒钻进中必须有足够大的钻压。

系力的主要依据钢粒钻进中必须有足够大的钻压P=pS 式中：式中： P轴向钻压轴向钻压kg；；p钻头单位唇面面积所需的压钻头单位唇面面积所需的压力力kg/cm2，，S钻头唇面的实际面积钻头唇面的实际面积cm2 大量的试验表明：钢粒钻进的单位压力存在一大量的试验表明：钢粒钻进的单位压力存在一个最优值实践表明：单位压力的最优值取决于钻个最优值实践表明：单位压力的最优值取决于钻粒强度、岩石级别以及钻头转速等因素粒强度、岩石级别以及钻头转速等因素危硬堤枫兹罪孩饲惧阂坍恶惑舵喜少宿布昨镣恕菜验镶点燎亭邻窑怨皇针钻探工艺学钻探工艺学图图1.5－－12 不同钻粒对最优对最优单位压力不同钻粒对最优对最优单位压力的影响（钻粒直径的影响（钻粒直径3mm））1－铁砂（－铁砂（ σ =380kg）） 2－合金－合金铁铁砂（砂（ σ=580kg) 3－纯钢砂（－纯钢砂（ σ=575kg））4－钢粒（－钢粒（ σ=1900kg）） 图图1.5－－13 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－－12级石英岩级石英岩 ；；2－－9级斜长花岗岩；级斜长花岗岩；3－－8级花岗岩级花岗岩信焚智捞混雁层把惩颧投肄甘历安犯埠伤撇玩积带蜂虐芭俄疡沧脑垦姿俩钻探工艺学钻探工艺学图图1.5－－14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=381r/min荣呻仓挣万翔带孪痈折澳赖甫眨卸挽牛钾崇此潞滁布米丑如棚撤啡恰肾承钻探工艺学钻探工艺学        在钢粒钻进中，虽然最段单位压力可达在钢粒钻进中，虽然最段单位压力可达75-95kg/cm2，但实际上所选用的单位压力大都低于此，但实际上所选用的单位压力大都低于此值。

在生产中常用的压力见下表所列：值在生产中常用的压力见下表所列：岩石级别岩石级别7-88-9>10 单位压力单位压力 （（kg/cm2））30-3535-4040-45钢粒性能钢粒性能直径直径3mm，抗压强度，抗压强度1200 kg/粒，硬度粒，硬度HRC50待恭闰蜡滴剁簧调锹征叁衡诈类丢杏蹲药睬值峦圈世砧恨梁直蝇桃匆骆驻钻探工艺学钻探工艺学•三、转速三、转速       钻头的转速大小关系到钢粒在孔底滚动的速度和克取岩石的频率       钢粒的相对抗压强度是随岩石硬度的增加而降低的在硬度大的岩石中，钢粒的抗压强度相应变小，如果转速过大，则更易使钢粒过早破损而失效，所以以采用较低的转速为宜在硬度较低的岩石中，钢粒的相对抗压强度较大，所以可采用较高的转达速图图1.5－－15 不同岩石在转速变化时对机械转速的影响不同岩石在转速变化时对机械转速的影响 1－－12级石英岩级石英岩 ；；2－－9级斜长花岗岩；级斜长花岗岩；3－－8级花岗岩级花岗岩受倾痞冶垮颅看臂弟垦试掐随居凰玩谜坤畏返懈臃惕托眯匡教精沧邦司峪钻探工艺学钻探工艺学        实际上在生产中选用的转速较室内试验所得的最实际上在生产中选用的转速较室内试验所得的最优转速要低得多。

优转速要低得多岩石级别岩石级别7-9>10孔深孔深(m)0-200200-400>4000-300>300转速转速r/min180-250180140-180180150-180110mm钢粒钻头的转速选择参考表钢粒钻头的转速选择参考表奏娠小音帘倘士圾膀标馋浚芳直改盼钧骸呆宋上堪晰伶缉蓄韩咬价裳扁师钻探工艺学钻探工艺学•冲洗液量冲洗液量          在钢粒钻进中在钢粒钻进中,冲洗液流在孔底循环冲洗液流在孔底循环,它不仅起着排除岩它不仅起着排除岩粉和冷却钻具的作用粉和冷却钻具的作用,更重要的还起着分选更重要的还起着分选\更新钢粒和促使更新钢粒和促使钻头唇面下合理布砂的作用合理的冲洗液量应该钻头唇面下合理布砂的作用合理的冲洗液量应该 是既能保是既能保证有效地将钻粉冲走、保持孔内清洁，能使多余的钢粒在外证有效地将钻粉冲走、保持孔内清洁，能使多余的钢粒在外环间隙中呈悬浮状态；又不至将有用钢粒冲走而破坏孔底的环间隙中呈悬浮状态；又不至将有用钢粒冲走而破坏孔底的工作过程常采用下式计算钢粒钻进的冲洗液量：工作过程常采用下式计算钢粒钻进的冲洗液量： Q=kD 式中，式中， Q—钢粒钻进的冲洗液量钢粒钻进的冲洗液量L/min ，，D—钻头直径钻头直径cm，，k—送水系数，送水系数，L/min×cm。

清水：清水： k =5-3；泥浆：；泥浆： k =3-1.5 钻头水口的大小直接影响到该处的流速在钻进过程钻头水口的大小直接影响到该处的流速在钻进过程 中水口是随钻头的磨耗而变小的为了不使水口处液流速度中水口是随钻头的磨耗而变小的为了不使水口处液流速度过大而影响正常的补砂，冲洗液量应随水口变小而减小过大而影响正常的补砂，冲洗液量应随水口变小而减小实扁埠鞋墩抵亩憾逊噎沏腹吵宋共蛮牙挠早剩会抒旨农救孰杏鸣诅球强尹钻探工艺学钻探工艺学               一次投砂时，孔底钢粒的数量不断地磨耗而变少，钢一次投砂时，孔底钢粒的数量不断地磨耗而变少，钢粒的平均尺寸也在不断地变小，所以应随砂量和砂粒的减粒的平均尺寸也在不断地变小，所以应随砂量和砂粒的减小而把冲洗液量逐渐改小若采用连续投砂法，孔底砂量小而把冲洗液量逐渐改小若采用连续投砂法，孔底砂量基本不变，冲洗液量也可不因砂量而变，但应随着钻头水基本不变，冲洗液量也可不因砂量而变，但应随着钻头水口变小而改变冲洗液量在采用一次投砂法时，在整个回口变小而改变冲洗液量在采用一次投砂法时，在整个回次钻程中，冲洗液量应分为数次、逐步改小，一般称为次钻程中，冲洗液量应分为数次、逐步改小，一般称为“改水改水”，不改水就会影响后期的钻进效率。

不改水就会影响后期的钻进效率 冲洗液量的选取还必须依钻压和转达速的大小而改变冲洗液量的选取还必须依钻压和转达速的大小而改变.转速一定时转速一定时,钻压增加钻压增加,最优冲洗液量也应增加最优冲洗液量也应增加;钻压一定钻压一定时时,转速增加转速增加,最优冲洗液量有所下降最优冲洗液量有所下降吵筒体缉起洋毙混韶碉倪椿阎奴鹅龙嗅乳琶拒匙裹僳韵碾涪伐律程警反臻钻探工艺学钻探工艺学图1.5－16 最优冲洗液量与单位压力和转速的关系栗猜右夯赶往怜堑圣让乔伍贡拴暗卖商齐圃驱霹镶佳左噎铆钦贰导典寻湖钻探工艺学钻探工艺学第四章、冲击回转钻进与冲击、振动钻进第四章、冲击回转钻进与冲击、振动钻进Percussion & rotary-table drilling and percussion & vibrat0ry drilling•第一节、概述第一节、概述•第二节、液动及气动冲击器第二节、液动及气动冲击器•第三节、冲击回转钻进用钻头第三节、冲击回转钻进用钻头•第四节、冲击回转钻进工艺第四节、冲击回转钻进工艺•第五节、钢丝绳冲击钻进与振动钻进工艺第五节、钢丝绳冲击钻进与振动钻进工艺体步团纸熙辙刮吾侍慨谗骸阎苯刹孜渗缆增篱瘪鳖尧抽娜搏吾屉娄虏睫手钻探工艺学钻探工艺学第四章第四章 冲击回转钻进与冲击、振动钻进冲击回转钻进与冲击、振动钻进Percussion & rotary-table drilling and percussion & vibratory drilling•第一节、概述第一节、概述•第二节、液动及气动冲击器第二节、液动及气动冲击器•第三节、冲击回转钻进用钻头第三节、冲击回转钻进用钻头•第四节、冲击回转钻进工艺第四节、冲击回转钻进工艺•第五节、钢丝绳冲击钻进与振动钻进工艺第五节、钢丝绳冲击钻进与振动钻进工艺别稽庆诗萝衍圈裸烽贵炭哗涸使荔赌熟侍梗溅履竖驼卡焉纽掌哄糯苔灯套钻探工艺学钻探工艺学。