回转钻进工艺
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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。
2013-7-6
中国地质大学勘查与基础工程系
第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
国家精品课程
岩土钻掘工程学
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 钻速v也必然逐渐下降。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。 软岩：高于这个水功率值水力参加破岩，机械钻速升高。但 水浮力增加，对钻速的提高会造成不利影响(硬岩层中)。
2013-7-6 中国地质大学勘查与基础工程系
第一节 钻进效果指标与钻进规程参数 二、钻进规程
国家精品课程
岩土钻掘工程学
（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有：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。
孔内注浆、人工造斜等工作中的补充作业时间，h。
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第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
国家精品课程
岩土钻掘工程学
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 本时间（基本工序时间 t 、辅助工序时间 t1、补充作业时间T1 和非生产工序所用的时间T2 ）与同期钻进进尺H 之比。
第二节 硬质合金钻进工艺
三、冲洗液泵量及其性能的选择
国家精品课程
岩土钻掘工程学
冲洗液的排粉、冷却、润滑和护壁诸功能中，以排粉所需的 泵量最大，故以此为依据来选择泵量。
液流的阻力与流速平方成正比，如泵量过大引起的孔底脉动 举离力将抵消一部分钻压；造成在岩心管内、外环间隙中流 速过高，可能冲毁岩心或孔壁。 合理的泵量值应在满足排粉前提下兼顾其他工艺因素。
H vB t t1 T1 T2
(m/h)
T2——一个月（季）钻机安装、大修、处理孔内事故等非生 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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中硬—硬（Ⅵ~Ⅶ级）岩石最敏感。
Ⅳ~Ⅴ级岩石钻压过大，孔底排粉冷 却条件恶化，阻碍钻速成比例上升；
Ⅷ~Ⅸ级岩石不宜硬合金钻进，在钻 杆强度范围内钻压不能使钻速直线增长。
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第二节 硬质合金钻进工艺
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岩土钻掘工程学
应充分发挥切削具初刃的切入优势。硬质合金钻进开始时就 应以允许的最大初始钻压钻进。等切削具磨钝后，再增大钻 压也不可能获得好的钻效。 从两个方面分析增加钻压的意义： 岩石方面——钻压是产生体积破碎的决定性因素，尤其在中 硬岩层中增加钻压对提高钻速更为有效； 在切削具方面——初始钻压应取合理的最大值，以充分发挥 切削具初刃的优势。随着切削具被磨钝，应逐渐补充钻压。 但在钻进过程中频繁调整钻压可能导致岩心堵塞及钻孔弯曲 。同时，由于孔内钻柱的振动等原因，钻头上的实际瞬时钻 压值与地表的测量值有较大差距。
（2）钻头唇面比压 p——切削具与岩石接触单位面积上的轴 向载荷，涵盖了钻头口径和类型的影响，可比性较好。
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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。
t1 ——辅助作业时间，钻进准备、起下钻、冲孔、扫孔、立
轴倒杆、接长钻杆、卡取岩心、提钻准备、更换钻头及钻具等 时间。随孔深的增加，回次钻速减小。
熟练操作、优化钻进、实现钻具升降机械化、自动化是提高
回次钻速的前提。
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第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
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第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
国家精品课程
岩土钻掘工程学
5. 2 冲洗液粘度对钻速的影响 其他条件一定时，冲洗液粘度的增大,将使孔底压差增大，浮 力增大，并使孔底钻头获得的水功率降低，从而使钻速降低。 5.3 冲洗液固相含量及其分散性对钻速的影响 固相含量、固相颗粒的大小和分散 度对钻速对钻进速度有明显影响。 固相含量相同时，分散性冲洗液比 不分散冲洗液的钻速低。 固相含量越少，两者的差别越大。 一般应用固相含量<4%的不分散冲洗液。
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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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岩土钻掘工程学
H （m/h） vm t
HR vR t t1
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。
（m/h）
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第二节 硬质合金钻进工艺
一、钻头压力的选择
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岩土钻掘工程学
重点是磨锐式硬质合金钻头钻进，自磨式强调异同点。
钻压是决定硬质合金钻头机械钻速的最重要参数。在图5-1 中，a点继续增加钻压，其钻速将呈直线增长。
不同岩石钻压增大一倍时钻速增长率是不同的。
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第一节 钻进效果指标与钻进规程参数 岩土钻掘工程学
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对于一定的钻孔、设备和孔深，k、K1、K2基本上为一经验值。 依据C=f（vm），求出对应于最低成本Cmin的最优钻速vm优，并 由此可确定最优的钻压、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 率不足，钻具强度不够、冲洗液泵量不足等），在保证钻孔质 量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 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 为专用规程。
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第二节 硬质合金钻进工艺
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岩土钻掘工程学
实际生产中首先选择每颗切削具上的压力值p，然后根据钻速 的变化情况适时调整。岩石越硬、研磨性越强，p值取上限； 粘性软岩取小值；裂隙地层也应取小值。钻头上的总压力为 P总=p×mYG8硬质合金切削具的单位压力推荐值
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第五章 回转钻进Байду номын сангаас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
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岩土钻掘工程学
（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 进速度、钻进成本、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、转速和泵量等。
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第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
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岩土钻掘工程学
对孕镶和自磨式钻头，若遇到弱研磨性岩石，为保持钻头自 锐能力，必须在孔底保存一定的岩粉，过大的水功率将导致 钻速下降，甚至抛光钻头。 5、冲洗液性能对钻速的影响 5.1冲洗液密度对钻速的影响 冲洗液密度决定着孔内液柱压力 与地层孔隙压力之间的压差 孔底压差对刚破碎的岩屑有压持 作用，阻碍孔底岩屑及时清除， 压差增大将使钻速明显下降。
时间效应——岩石在切削具作用下，从发生弹性变形-形成 剪切体-跳跃式吃入一定深度，需要一短暂时间。切削具要 在岩面停留短暂时间Δt，使裂隙发育至自由面形成剪切体。 如果转速超过临界值(n＞n0) 切削具作用于岩面时间＜Δt， 裂隙尚未发育载荷便移走了，造成表面破碎。
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3. 技术钻速
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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 他补充作业的总时间与同期的钻进进尺H之比。技术钻速取决 于机台工作的技术水平、各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、
Cb Cr (t t1 T1 T2 ) C H
(元/m)
(元/m)
Cb—钻头价格；Cr—钻机单位时间费用；H—钻头进尺。 变换得： C Cb Cr (1 k K1 K 2 )
vm t
vm
vm—机械钻速，m/h；t—纯钻时间，h； k = t1/t 、 K1=T1 / t 、 K2=T2 /t ；
研磨性大的岩石
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第二节 硬质合金钻进工艺
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二、钻头转速的选择(必须考虑岩性和时间因素的影响)
由于钻头直径不一，切削具的运动以线速度更为科学， 1 (m/s) v Dn 60 钻软岩↑转速的效果最显；而另两类岩石由于破岩时间效应 影响显著，故钻速随转速而增大的趋势下降。
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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
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钻软、塑性大、研磨性小的岩层时（曲线Ⅰ），钻速vm与转速 n基本呈线性关系； 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；
岩 层 切削具形状 片 状 方柱状 中八角柱状 大八角柱状 方柱状 中八角柱状 单位压力推荐值p (kN/颗) 0.40~0.70 0.80~1.20 0.90~1.40 1.50~1.80 1.20~1.40 1.20~1.70
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Ⅰ~Ⅳ级软-部分中硬岩石
Ⅴ~Ⅶ级中硬-部分硬岩石
第二节 硬质合金钻进工艺
硬质合金切削具的线速度推荐值
岩 石 性 质
软的、弱研磨性岩石 中硬的、具有研磨性的岩石 中硬—硬的研磨性岩石 裂隙性岩石
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线速度取值范围 (m/s)
1.2~1.6 0.9~1.2 0.6~0.8 0.3~0.6
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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
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岩土钻掘工程学
在一定地质条件和钻进方法下，为保证钻孔质量，获取最高 钻速或最低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
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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
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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+孔内摩擦阻)。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 和切削具数量影响，可比性较差；
第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
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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
H vC t t1 T1 T2 T3
(m/h)
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。
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第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
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岩土钻掘工程学
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 钻速v也必然逐渐下降。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。 软岩：高于这个水功率值水力参加破岩，机械钻速升高。但 水浮力增加，对钻速的提高会造成不利影响(硬岩层中)。
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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
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岩土钻掘工程学
（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有：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。
孔内注浆、人工造斜等工作中的补充作业时间，h。
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第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
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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 本时间（基本工序时间 t 、辅助工序时间 t1、补充作业时间T1 和非生产工序所用的时间T2 ）与同期钻进进尺H 之比。
第二节 硬质合金钻进工艺
三、冲洗液泵量及其性能的选择
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冲洗液的排粉、冷却、润滑和护壁诸功能中，以排粉所需的 泵量最大，故以此为依据来选择泵量。
液流的阻力与流速平方成正比，如泵量过大引起的孔底脉动 举离力将抵消一部分钻压；造成在岩心管内、外环间隙中流 速过高，可能冲毁岩心或孔壁。 合理的泵量值应在满足排粉前提下兼顾其他工艺因素。
H vB t t1 T1 T2
(m/h)
T2——一个月（季）钻机安装、大修、处理孔内事故等非生 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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中硬—硬（Ⅵ~Ⅶ级）岩石最敏感。
Ⅳ~Ⅴ级岩石钻压过大，孔底排粉冷 却条件恶化，阻碍钻速成比例上升；
Ⅷ~Ⅸ级岩石不宜硬合金钻进，在钻 杆强度范围内钻压不能使钻速直线增长。
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第二节 硬质合金钻进工艺
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岩土钻掘工程学
应充分发挥切削具初刃的切入优势。硬质合金钻进开始时就 应以允许的最大初始钻压钻进。等切削具磨钝后，再增大钻 压也不可能获得好的钻效。 从两个方面分析增加钻压的意义： 岩石方面——钻压是产生体积破碎的决定性因素，尤其在中 硬岩层中增加钻压对提高钻速更为有效； 在切削具方面——初始钻压应取合理的最大值，以充分发挥 切削具初刃的优势。随着切削具被磨钝，应逐渐补充钻压。 但在钻进过程中频繁调整钻压可能导致岩心堵塞及钻孔弯曲 。同时，由于孔内钻柱的振动等原因，钻头上的实际瞬时钻 压值与地表的测量值有较大差距。
（2）钻头唇面比压 p——切削具与岩石接触单位面积上的轴 向载荷，涵盖了钻头口径和类型的影响，可比性较好。
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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。
t1 ——辅助作业时间，钻进准备、起下钻、冲孔、扫孔、立
轴倒杆、接长钻杆、卡取岩心、提钻准备、更换钻头及钻具等 时间。随孔深的增加，回次钻速减小。
熟练操作、优化钻进、实现钻具升降机械化、自动化是提高
回次钻速的前提。
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第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
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第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
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5. 2 冲洗液粘度对钻速的影响 其他条件一定时，冲洗液粘度的增大,将使孔底压差增大，浮 力增大，并使孔底钻头获得的水功率降低，从而使钻速降低。 5.3 冲洗液固相含量及其分散性对钻速的影响 固相含量、固相颗粒的大小和分散 度对钻速对钻进速度有明显影响。 固相含量相同时，分散性冲洗液比 不分散冲洗液的钻速低。 固相含量越少，两者的差别越大。 一般应用固相含量<4%的不分散冲洗液。
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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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H （m/h） vm t
HR vR t t1
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。
（m/h）
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一、钻头压力的选择
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重点是磨锐式硬质合金钻头钻进，自磨式强调异同点。
钻压是决定硬质合金钻头机械钻速的最重要参数。在图5-1 中，a点继续增加钻压，其钻速将呈直线增长。
不同岩石钻压增大一倍时钻速增长率是不同的。
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第一节 钻进效果指标与钻进规程参数 岩土钻掘工程学
国家精品课程
对于一定的钻孔、设备和孔深，k、K1、K2基本上为一经验值。 依据C=f（vm），求出对应于最低成本Cmin的最优钻速vm优，并 由此可确定最优的钻压、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 率不足，钻具强度不够、冲洗液泵量不足等），在保证钻孔质 量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 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 为专用规程。
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第二节 硬质合金钻进工艺
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实际生产中首先选择每颗切削具上的压力值p，然后根据钻速 的变化情况适时调整。岩石越硬、研磨性越强，p值取上限； 粘性软岩取小值；裂隙地层也应取小值。钻头上的总压力为 P总=p×mYG8硬质合金切削具的单位压力推荐值
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第五章 回转钻进Байду номын сангаас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
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（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 进速度、钻进成本、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、转速和泵量等。
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第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
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对孕镶和自磨式钻头，若遇到弱研磨性岩石，为保持钻头自 锐能力，必须在孔底保存一定的岩粉，过大的水功率将导致 钻速下降，甚至抛光钻头。 5、冲洗液性能对钻速的影响 5.1冲洗液密度对钻速的影响 冲洗液密度决定着孔内液柱压力 与地层孔隙压力之间的压差 孔底压差对刚破碎的岩屑有压持 作用，阻碍孔底岩屑及时清除， 压差增大将使钻速明显下降。
时间效应——岩石在切削具作用下，从发生弹性变形-形成 剪切体-跳跃式吃入一定深度，需要一短暂时间。切削具要 在岩面停留短暂时间Δt，使裂隙发育至自由面形成剪切体。 如果转速超过临界值(n＞n0) 切削具作用于岩面时间＜Δt， 裂隙尚未发育载荷便移走了，造成表面破碎。
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3. 技术钻速
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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 他补充作业的总时间与同期的钻进进尺H之比。技术钻速取决 于机台工作的技术水平、各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、
Cb Cr (t t1 T1 T2 ) C H
(元/m)
(元/m)
Cb—钻头价格；Cr—钻机单位时间费用；H—钻头进尺。 变换得： C Cb Cr (1 k K1 K 2 )
vm t
vm
vm—机械钻速，m/h；t—纯钻时间，h； k = t1/t 、 K1=T1 / t 、 K2=T2 /t ；
研磨性大的岩石
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二、钻头转速的选择(必须考虑岩性和时间因素的影响)
由于钻头直径不一，切削具的运动以线速度更为科学， 1 (m/s) v Dn 60 钻软岩↑转速的效果最显；而另两类岩石由于破岩时间效应 影响显著，故钻速随转速而增大的趋势下降。
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2、转速对钻速的影响
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钻软、塑性大、研磨性小的岩层时（曲线Ⅰ），钻速vm与转速 n基本呈线性关系； 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；
岩 层 切削具形状 片 状 方柱状 中八角柱状 大八角柱状 方柱状 中八角柱状 单位压力推荐值p (kN/颗) 0.40~0.70 0.80~1.20 0.90~1.40 1.50~1.80 1.20~1.40 1.20~1.70
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Ⅰ~Ⅳ级软-部分中硬岩石
Ⅴ~Ⅶ级中硬-部分硬岩石
第二节 硬质合金钻进工艺
硬质合金切削具的线速度推荐值
岩 石 性 质
软的、弱研磨性岩石 中硬的、具有研磨性的岩石 中硬—硬的研磨性岩石 裂隙性岩石
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线速度取值范围 (m/s)
1.2~1.6 0.9~1.2 0.6~0.8 0.3~0.6
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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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（二）钻进规程的类型 1、最优规程
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在一定地质条件和钻进方法下，为保证钻孔质量，获取最高 钻速或最低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
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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
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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+孔内摩擦阻)。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 和切削具数量影响，可比性较差；
第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
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岩土钻掘工程学
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
H vC t t1 T1 T2 T3
(m/h)
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。