【大学课件】岩土钻掘工程学
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第五章 回转钻进工艺
1、钻进效果指标及钻进规程参数 2、硬质合金钻进工艺 3、金刚石钻进工艺 4、钢粒钻进工艺 5、牙轮钻进工艺 6、全面钻头钻进工艺
第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
一、钻进效果指标
（一）概述 1、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
2020/11/12
中国地质大学勘
第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
对于一定的钻孔、设备和孔深，k、K1、K2基本上为一经验值 （vm），求出对应于最低成本Cmin的最优钻速vm优，并由此可确 压、转速等规程参数。
2、合理规程 在给定条件下，当规程参数选择受到某种制约时（例如设备功 具强度不够、冲洗液泵量不足等），在保证钻孔质量的同时争 的钻进参数组合叫做合理规程。
第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
在其他钻进参数保持不变的情况下，钻速可表述为 vm∝nλ λ为转速指数，一般小于1，其数值大小与岩性有关。
3、切削具的磨损对钻速的影响 在钻进中随着切削具的磨钝，若此时钻值保持不变，则机械钻 逐渐下降。实质是钻头唇面比压p下降引起的。
4、水力因素对钻速的影响 一定钻速下，单位时间钻出的岩屑量一定，需要一定的水功率
关系；
钻中硬、研磨性较小的岩层时（曲线Ⅱ），钻速vm与n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；
钻中硬、研磨性强的岩层（曲线Ⅲ），开始 类似于曲线Ⅱ，但vm随n增大而增大的速率缓 慢，当超过某个极限转速n0后，钻速还有下降 的趋势。
2020/11/12
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层，孔底冷却和排粉条件恶化，钻头磨损也 加剧，钻进效果变差 钻速:vm∝（P-W）,式中 W—ab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。在石油钻井中称为门限钻压，取决于岩 层性质。
2020/11/12
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第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
2、转速对钻速的影响 钻软、塑性大、研磨性小的岩层时（曲线Ⅰ），钻速vm与转速n
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。
2020/11/12
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第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
二、钻进规程
（一）概述 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
影响，可比性较差；
（2）钻头唇面比压p——切削具与岩石接触单位面积上的轴向载
了钻头口径和类型的影响，可比性较好。
2020/11/12
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第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
钻压在很大的变化范围内与钻速近似成线性 关系；
a点之前，钻压太低，钻速很慢； b点之后，钻压过大，甚至切削具完全吃入岩
前提。
2020/11/12
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第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
3. 技术钻速
一台钻机在一个月期间内用于完成基本工序、辅助作业和其他补
总时间与同期的钻进进尺H之比。技术钻速取决于机台工作的技 项工作的组织配合及技术措施等。
H vT t t1 T1
(m/h)
T1——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，h。
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。
台月效率—— vB × 30×24。
2020/11/12
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第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
5、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
vC
H
tt1T1T2
T3
(m/h)
进成本、钻进质量之间有着密切的联系。 2、钻进效果指标内容 钻速、每米钻孔成本、岩矿心采取率和钻孔弯曲等。
不可控影响因素（客观存在），地层岩性及其埋深等 可控影响因素（可人工调节），钻头类型、冲洗液性能、钻压 泵量等。
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第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
（二）钻进速度 1、平均机械钻速 2、回次钻速
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第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
4、经济钻速
▪ 在国外叫做商业钻速，表示一台钻机在一个月（季）可计入成本
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
T2 ）与同期钻进进尺H 之比。
vB
t
t1
H T1
T2
Βιβλιοθήκη Baidu
(m/h)
T2——一个月（季）钻机安装、大修、处理孔内事故等非生
vm
（Hm/h） t
表示从钻具开始下入钻孔，进行钻进，直到把钻具从钻孔提出的工
序中（即一回次）单位时间的进尺。
vR
HR t t1
（m/h）
➢t1 ——辅助作业时间，钻进准备、起下钻、冲孔、扫孔、立轴倒
钻杆、卡取岩心、提钻准备、更换钻头及钻具等时间。随孔深的增
次钻速减小。
➢熟练操作、优化钻进、实现钻具升降机械化、自动化是提高回次
3、专用规程 为完成特种取心，纠斜，定向钻进等任务所采用的参数组合称
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第一节 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
1、钻压对钻速的影响 实际钻压=给进力(钻具质量+正或负的机械施加力)-(冲洗液浮力
擦阻)。常用的表示钻压的方法： （1）钻压P——整个钻头上的轴向载荷，受钻头类型、口径和切
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有：钻压、钻具转速、冲洗介质的
单位时间内冲洗介质的消耗量等工艺参数。 生产中有不同的钻进规程：最优规程、合理规程、专用规程
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第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
（二）钻进规程的类型
1、最优规程
在一定地质条件和钻进方法下，为保证钻孔质量，获取最高钻速 钻进成本而选择的钻进参数搭配叫最优规程。
每米钻进总成本
CC bC r(tt1T 1 (元T2 /m)) H
Cb—钻头价格；Cr—钻机单位时间费用；H—钻头进尺。
变换得： CC b C r(1kK 1(K 元2 /m))
vmt
vm
vm—机械钻速，m/h；t—纯钻时间，h； k = t1/t 、 K1=T1 / t 、 K2=T2 /t ；
第五章 回转钻进工艺
1、钻进效果指标及钻进规程参数 2、硬质合金钻进工艺 3、金刚石钻进工艺 4、钢粒钻进工艺 5、牙轮钻进工艺 6、全面钻头钻进工艺
第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
一、钻进效果指标
（一）概述 1、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
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第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
对于一定的钻孔、设备和孔深，k、K1、K2基本上为一经验值 （vm），求出对应于最低成本Cmin的最优钻速vm优，并由此可确 压、转速等规程参数。
2、合理规程 在给定条件下，当规程参数选择受到某种制约时（例如设备功 具强度不够、冲洗液泵量不足等），在保证钻孔质量的同时争 的钻进参数组合叫做合理规程。
第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
在其他钻进参数保持不变的情况下，钻速可表述为 vm∝nλ λ为转速指数，一般小于1，其数值大小与岩性有关。
3、切削具的磨损对钻速的影响 在钻进中随着切削具的磨钝，若此时钻值保持不变，则机械钻 逐渐下降。实质是钻头唇面比压p下降引起的。
4、水力因素对钻速的影响 一定钻速下，单位时间钻出的岩屑量一定，需要一定的水功率
关系；
钻中硬、研磨性较小的岩层时（曲线Ⅱ），钻速vm与n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；
钻中硬、研磨性强的岩层（曲线Ⅲ），开始 类似于曲线Ⅱ，但vm随n增大而增大的速率缓 慢，当超过某个极限转速n0后，钻速还有下降 的趋势。
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层，孔底冷却和排粉条件恶化，钻头磨损也 加剧，钻进效果变差 钻速:vm∝（P-W）,式中 W—ab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。在石油钻井中称为门限钻压，取决于岩 层性质。
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第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
2、转速对钻速的影响 钻软、塑性大、研磨性小的岩层时（曲线Ⅰ），钻速vm与转速n
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。
2020/11/12
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第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
二、钻进规程
（一）概述 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
影响，可比性较差；
（2）钻头唇面比压p——切削具与岩石接触单位面积上的轴向载
了钻头口径和类型的影响，可比性较好。
2020/11/12
中国地质大学勘
第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
钻压在很大的变化范围内与钻速近似成线性 关系；
a点之前，钻压太低，钻速很慢； b点之后，钻压过大，甚至切削具完全吃入岩
前提。
2020/11/12
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第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
3. 技术钻速
一台钻机在一个月期间内用于完成基本工序、辅助作业和其他补
总时间与同期的钻进进尺H之比。技术钻速取决于机台工作的技 项工作的组织配合及技术措施等。
H vT t t1 T1
(m/h)
T1——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，h。
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。
台月效率—— vB × 30×24。
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第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
5、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
vC
H
tt1T1T2
T3
(m/h)
进成本、钻进质量之间有着密切的联系。 2、钻进效果指标内容 钻速、每米钻孔成本、岩矿心采取率和钻孔弯曲等。
不可控影响因素（客观存在），地层岩性及其埋深等 可控影响因素（可人工调节），钻头类型、冲洗液性能、钻压 泵量等。
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（二）钻进速度 1、平均机械钻速 2、回次钻速
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第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
4、经济钻速
▪ 在国外叫做商业钻速，表示一台钻机在一个月（季）可计入成本
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
T2 ）与同期钻进进尺H 之比。
vB
t
t1
H T1
T2
Βιβλιοθήκη Baidu
(m/h)
T2——一个月（季）钻机安装、大修、处理孔内事故等非生
vm
（Hm/h） t
表示从钻具开始下入钻孔，进行钻进，直到把钻具从钻孔提出的工
序中（即一回次）单位时间的进尺。
vR
HR t t1
（m/h）
➢t1 ——辅助作业时间，钻进准备、起下钻、冲孔、扫孔、立轴倒
钻杆、卡取岩心、提钻准备、更换钻头及钻具等时间。随孔深的增
次钻速减小。
➢熟练操作、优化钻进、实现钻具升降机械化、自动化是提高回次
3、专用规程 为完成特种取心，纠斜，定向钻进等任务所采用的参数组合称
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第一节 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
1、钻压对钻速的影响 实际钻压=给进力(钻具质量+正或负的机械施加力)-(冲洗液浮力
擦阻)。常用的表示钻压的方法： （1）钻压P——整个钻头上的轴向载荷，受钻头类型、口径和切
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有：钻压、钻具转速、冲洗介质的
单位时间内冲洗介质的消耗量等工艺参数。 生产中有不同的钻进规程：最优规程、合理规程、专用规程
2020/11/12
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第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
（二）钻进规程的类型
1、最优规程
在一定地质条件和钻进方法下，为保证钻孔质量，获取最高钻速 钻进成本而选择的钻进参数搭配叫最优规程。
每米钻进总成本
CC bC r(tt1T 1 (元T2 /m)) H
Cb—钻头价格；Cr—钻机单位时间费用；H—钻头进尺。
变换得： CC b C r(1kK 1(K 元2 /m))
vmt
vm
vm—机械钻速，m/h；t—纯钻时间，h； k = t1/t 、 K1=T1 / t 、 K2=T2 /t ；