回转钻进工艺方法

选择冲洗液量时应考虑以下因素： 岩性：坚硬致密岩岩粉量少，选择下限泵量；强研磨性岩， 摩擦功较大需大泵量冷却，但防止冲蚀胎体使金刚石脱落。 钻头：孕镶出刃微小，多水口循环，高转速，宜用较大泵量 防烧钻。表镶出刃较大，排粉和冷却较好，可选较小泵量。
防烧钻 (尤其孕镶) ：试验表明，满足冷却胎体只需每厘米钻
（a）单管钻具组成；
（b）双管钻具组成
2、金刚石钻进规程参数
评定金刚石钻进规程的主要依据是：钻 速、钻头总进尺和单位进尺的金刚石耗 量三个指标。
1 ） 钻压
金刚石钻进分：表面研磨破碎、疲劳破 碎、体积破碎 随钻压的增加，单位进尺的金刚石耗量 也增长很快。过大的钻压使金刚石耗量 急剧增大，导致钻速下降。
岩性：如岩层破碎、软硬不均、孔壁不稳，宜选下限转速。 钻孔：如钻孔结构简单、环空小、孔深不大，应选高转速。 设备和钻具：实际工作中常因钻机的能力和钻杆柱的质量限制 了选用高转速。
3） 冲洗液泵量 冲洗液除了完成排粉、冷却、护壁外，还起润滑钻具、帮 助孕镶钻头自锐的作用。 Q=6vF (L/min)。v—环空上返流速，要求v≥0.3~0.5m/s。 金刚石钻头环隙很小，冲洗液的流动阻力很大，泵量过大不 仅增大工作泵压，容易冲蚀孔 壁和岩心，还会过量抵消钻压 ，引起钻具的振荡。 泵压是反映孔底工况的敏感参数之一。钻进中突然钻速降低 而泵压猛增时，可能是发生岩心堵塞或 “烧钻”的预兆；泵 压逐渐下降则可能是钻杆裂纹并正在逐渐扩大。
表镶和孕镶金刚石钻头适用的转速
钻头直径 (mm) 表镶钻头 36 650~1300 46 500~1000 59 (56) 400~800 66
单位：r/min
75 (76) 91
350~650
300~550 250~500
孕镶钻头 1000~2000 750~1500 600~1200 500~1000 400~850 350 ~700
（a）－表镶金刚石钻头；（b）－孕镶金刚石钻头；（c）－复合片钻头
金刚石钻头刃部
金刚石钻头的结构
（a）－表镶钻头； （b）－孕镶钻头； 1－金刚石；2－胎体；3－钻头体；4－水口 (a)－表镶钻头： 1－底刃金刚石；2－保径金刚石； 3－侧刃金刚石； 4－胎体； 5－钻头体 (b)-孕镶钻头： 1－金刚石； 2－工作部分胎体； 3－非工作部分胎体；4－钻头体; h-孕镶层高度
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。
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。
vT H t t 1 T1(/h)Q m
4
(D
2
d ) v1
2
(L/min)
孔内岩屑颗粒的上返速度主要取决于液流的上返流速、冲洗 液的性能、岩屑颗粒尺寸及其密度。 清水冲洗时，液流上升速度取0.25～0.6m/s； 泥浆冲洗液时，液流上升速度取0.20～0.5m/s。
为提高钻速，在可能的条件下应尽量选用清水作冲洗液；若 用泥浆其粘度和密度值宜小不宜大，并尽量用低固相不分散 泥浆。
2） 转速 转速与金刚石磨损的关系比较复杂，若其他条件不变，钻头 转速存在着临界值，即在某一转速下金刚石磨损量最小。 （1）表镶金刚石钻头的线速度 表镶金刚石粒度较大出刃也较大，允许有较大的切入量，转 速应低于孕镶钻头。推荐的线速度为1~2m/s。 （2）孕镶金刚石钻头的线速度 孕镶金刚石粒度很小（一般粒径0.2mm）出刃微小，主要靠 高转速来获取钻进效率。推荐的线速度为1.5~3m/s。
(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。
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 t t 1 T1 T 2 T 3
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
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
3、冲洗液泵量及其性能的选择 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。
钻压值应选择在最优区内。具体选择钻 压时，可根据岩石硬度、金刚石的抗压 强度和钻头的类型等因素确定。
（1） 表镶金刚石钻头的钻压P
根据岩石硬度、金刚石的抗压强度确定钻压： P = m p （N） m——工作金刚石的粒数=总粒数的2/3~3/4；p——单粒金刚石压 力，N/粒. 细粒金刚石：p≈10~15N/粒；中粒金刚石：p≈15~20N/粒；粗 粒金刚石：p≈20~30N/粒；特优质级金刚石：p≈50N/粒.
(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。
4、钻进规程
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。
头直径0.2~0.3L/min就可。但转速为800r/min，钻头唇面压 力为10MPa时，钻头每转一圈胎体温升1.73°C。所以钻进
（2） 孕镶金刚石钻头的钻压W
孕镶钻头金刚石粒多、刃小，钻压对金刚石强度的影响降为 次要因素，主要应根据岩石的性质确定钻压 W=Fq （N） F——钻头实际面积,mm2；q——单位面积压力。 中硬岩石4~5N/mm2；坚硬或高质量金刚石6~7 N/mm2。
（3）选择和施加钻压时还应注意以下几点 a.岩石性质。软岩层或破碎、非均质岩层宜选下限钻压； b.金刚石。金刚石质量好、数量多、粒度大时，宜选用上限 钻压，反之，则取下限钻压； c.钻头类型。钻头直径大、壁厚、岩石接触面积大时，宜选 用上限钻压。 d. 注意新钻头与孔底的磨合。在磨合阶段应使用低钻压、低 转速，使钻头唇面形状与孔底及岩心根部逐渐相吻合。 e. 孔底实际钻压。钻孔弯曲、泵压的脉动和岩性不均质造成 钻具振动，使孔底实际瞬时动载可能是仪表指示钻压0～3倍。 因此，对于深孔、斜孔和非均质岩层应取较小的钻压。
生产中有不同的钻进规程：最优规程、合理规程、专用规程
(二) 硬质合金钻进工艺
钻压是决定硬质合金钻头机械钻速的最重要参数。 不同岩石钻压增大一倍时钻速增长率是不同的。 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。
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
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
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。
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。
vB H t t 1 T1 T 2
3、钻进速度 1）平均机械钻速 2）回次钻速
vm
vR H
H t
R
（m/h）
t t1
（m/h）
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。
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。
5、自磨式硬合金钻头的规程特点 自磨式与磨锐式钻头的主要区别：接触面积恒定，回次进尺较 长，以磨削和微剪切碎岩为主，要求切削具能自磨出刃。 （2）转速：由破岩机理，必须采用比磨锐式更高的转速，以提 高单位时间的破岩次数； （3）泵量：可以采用比磨锐式略小的泵量，但为了充分冷却 （转速较高）和避免重复破碎，应尽量采用大泵量。随着胎 块的磨耗，过水断面减小需及时调小泵量，以防蹩泵。
4、P、n、Q参数间的合理配合 在实际钻进中P、n、Q都不是单独起作用，存在交互影响。 软岩研磨性小易切入，应重视及时排粉延长钻头寿命，应取 高转速、低钻压、大泵量的参数配合； 研磨性较强的中硬及部分硬岩，为防止切削具早期磨钝保持 较高钻速，应取大钻压、较低转速、中等泵量； 中等研磨性中软岩，应取两者参数配合的中间状态。 定性分析的原则是：钻进Ⅳ~Ⅴ级及以下岩层，以较高转速 为主；钻进Ⅴ~Ⅵ级 及以上岩层，应以较大的钻压为主。
Ⅰ~Ⅳ级软-部分中硬岩石
Ⅴ~Ⅶ级中硬-部分硬岩石
研磨性大的岩石
2、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，
v 1 60
Dn
(m/s)
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。 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。
（1）钻压：与岩石的接触面积大，总钻压应大于磨锐式20~25%；
胎块式针状硬质合金钻头
（三） 金刚石钻进工艺
1、合理选择金刚石钻头
金刚石钻进中所选用的钻头必须和所钻的岩性相适应。
尤其是孕镶金刚石钻头的结构参数较为复杂，选择时应根 据所钻岩层性质综合考虑到金刚石 品级、胎体性能（保 证钻头自锐）、唇面形状、内外径补强和水路设计等因素。
1、钻压的选择
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。 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。
二、回转钻进工艺方法
（一）钻进效果指标及钻进规程参数 （二）硬质合金钻进工艺 （三）金刚石钻进工艺 （四）钢粒钻进工艺 （五）牙轮钻进工艺 （六）全面钻头钻进工艺
（一）钻进效果指标及钻进规程参数
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。