硬质合金钻进工艺

六、自磨式硬质合金钻头的规程特点
自动确定最佳钻程时间的方法
自磨式与磨锐式钻头的主要区别：切削具与孔底接触面积恒定，要求切 削具能自磨出刃，以磨削和微剪切碎岩为主，钻速比较平稳等。其钻进规程 特点是： 1.钻压：与岩石的接触面积大，总钻压应大于磨锐式20-25%； 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。
硬质合金钻进工艺
前言
硬质合金钻进是利用镶焊在钻头体上的硬质合金切削具破碎岩石 进行钻探的一种钻进方法。 在实际生产中用得最多的是磨锐式硬质合金钻头，而自磨式钻头 的钻进规程与磨锐式有共同之处，故本次着重讲述磨锐式钻头的规程 选择，对自磨式仅强调其规程参数的特点。
一、钻头压力的选择
钻压是决定硬质合金钻头机械钻速的最重要参数。实践证明，在 一定的钻进条件下，钻压影响钻速的典型关系曲线如图5-Hale Waihona Puke Baidu所示。 可见，钻压在很大的变化范围内与钻速近似成线性关系。 如果在a点钻压的基础上继续增加钻压， 其钻速将呈直线增长； 当钻压取值在a点之前时，钻压太低，钻 速很慢； 在b点之后，钻压过大，排屑量过多，甚 至切削具完全吃入岩层，使钻进效果变差。
一、钻头压力的选择
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×m
YG8硬质合金切削具的单位压力推荐值
二、钻头转速的选择 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，
钻软岩提高转速的效果最明显；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。
硬质合金切削具的线速度推荐值
二、钻头转速的选择
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。
五、最优回次钻程时间的确定
用磨锐式钻头钻进时，在规程未改变的条件下，其瞬时钻速随切削具磨 钝而递减的。为使钻进效率最高，必须确定一个最佳回次钻程时间，确定最 佳回次钻程时间的标准是回次钻速达到最大值。 已知钻头在t时间内的累计进尺H为：
代入到回次平均钻速计算公式中，用求极大值法可以得到最佳钻程时间t0：
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四、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。 1.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； 2.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； 3.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。
三、冲洗液泵量及其性能的选择
1.冲洗液的排粉、冷却、润滑和护壁诸多功能中，以排粉所需要的泵 量最大，故以此为依据来选择泵量。 2.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。 3.合理的泵量值应在满足排粉前提下兼顾其他工艺因素。 可根据下式来确定冲洗液的泵量：
五、最优回次钻程时间的确定
作图法确定最优回次钻程时间
利用瞬时钻速vm-t和vR-t两曲 线的交点来确定t0在钻进中，随时 计算vm＝△H/△tvR=H/(t+T)。当 两者相等时，此时间即为最优钻程 时间t0。
五、最优回次钻程时间的确定
自动确定最佳钻程时间的方法
在有钻参仪的情况下，钻进过程中定期检测进尺量，每7s由微机计算一 次瞬时钻速和回次钻速，按不等式 vR/vm＜Cm (Cm取值1.1-1.2)判断是否需要终止回次钻程。 若不等式能满足，则钻进过程处于图5-6中t0点左边或刚过，可继续钻 进。如果不满足，说明已稳定地超过t0点。 为了防止偶然因素造成的假象，还需继续观察5min。这时微机系统给一 个钻压增量ΔP，观察瞬时钻速vm是否继续增大而重新满足不等式 ，同时每 秒测算一次Cm值，如果不满足不等式的次数达60%，则发出“起钻”的命令。 应用该方法曾使回次钻速提高了10%-20%。
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； 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。
一、钻头压力的选择
不同岩石钻压增大一倍时钻速增长率是不同的。
1.Ⅵ-Ⅶ级岩石最敏感，也就是说，这类岩石增大钻压最有效； 2.Ⅳ-Ⅴ级岩石钻压过大时，孔底排粉冷却条件恶化，阻碍钻速成比例上升 ； 3.Ⅷ-Ⅸ级岩石不适用硬质合金钻进，在钻杆强度范围内钻压不能使钻速直 线增长。
一、钻头压力的选择
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
三、冲洗液泵量及其性能的选择
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。
t0
t1 / k 0
五、最优回次钻程时间的确定
此时最优回次钻速为： vR
v0 1 2 t1k 0 k 0 t1
代入上式可得此时瞬时钻速：
v0 dH vm dt 1 2 t1k0 k0t1
在t0时刻，瞬时钻速与回次钻速正好相等。这便为在现场用绘图 法确定最佳钻程时间t0提供了理论依据。