第五章 回转钻进工艺

vm
A = 2 (S 0 + θ t )
式中：A—系数，当岩性、钻进规程及钻头一定时它为常量。
当t=0时，
v0 = A / S
2 0
A A v0 vm = = = 2 (S0 + θt ) S 2 (1 + θ t ) 2 (1 + k0t ) 2 0 S0
式中，k0—钻速下降的特征系数。
0
3、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 、 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。 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。
（2）转速的选择 ） 人们习惯用转速n来表述钻头的回转速度，实际上用钻头切削具的线速度v更科 学，它消除了直径的影响。两者的关系为：
1 v = πDn 60
式中：D：钻头平均直径，m； n：钻头转速，r/min。 岩石的性质和破岩的时间效应 时间效应影响。 选择钻头转速的主要依据是岩石的性质 岩石的性质 时间效应
2、合理规程（rational drilling regime） 、合理规程（ ）
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（special drilling regime） 、专用规程（ ）
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 一般步骤：根据地层条件、钻头类型、 一般步骤 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。
vm ∞ ( P − W )
P 与 p
W：门限钻压 W
Relationship curve between bit weight and mean penetration rate
vm ∞n
vm ∞n λ
λቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Relationship curve between bit speed and mean penetration rate
5、冲洗液性能对钻速的影响（Effect of properties of drilling fluid on 、冲洗液性能对钻速的影响（ 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 不同程度的影响。 5、1 冲洗液密度对钻速的影响（Effect of density of drilling fluid on 、 冲洗液密度对钻速的影响（ penetration rate ）
H1 = v0 − k0 H1 t H2 = v0 − k0 H 2 2t
2 H1 − H 2 k0 = 2t ( H 2 − H1 )
(二) 自磨式硬质合金钻头的规程特点 二 自磨式钻头与磨锐式钻头的主要区别在于：切削具与孔底接触面积恒定,要求 切削具能正常自磨出刃,其破岩过程以微剪切和磨削 微剪切和磨削为主,钻速比较平稳.自磨式钻头 微剪切和磨削 的钻进规程特点： 1、钻压，比磨锐式钻头大２０～２５％； 大２０～２５％ 转速高，提高单位时间的破岩次数； ２、转速，比磨锐式钻头转速高 转速高 ３、泵量，过水断面大，为了净化孔底，应采用大于磨锐式钻头的泵量。同时 随着胎块的磨耗，过水断面减小需及时调整泵量 减小需及时调整泵量，以防蹩泵。 减小需及时调整泵量
V=（h0-µn）mn
V=h0mn
表5－2 硬质合金线速度的推荐表 －
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) －1.6 －1.2 －0.8 －0.6
(3) 泵量的选择
为了提高钻速，在可能的条件下应该尽量选用清水作冲洗液；若用泥浆，其粘 为了提高钻速 度和密度值宜小不宜大，并尽量采用低固相不分散泥浆。
第五章 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间 第一节、 的关系 • 第二节、硬质合金钻进工艺 第二节、 • 第三节、金刚石钻进工艺 第三节、 • 第四节、钢粒钻进工艺 第四节、
第一节 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
• 三、钻进过程中各参数间的基本关系
1、钻压对钻速的影响 、 2、转速对钻速的影响 、 3、切削具的磨损对钻速的影响 、 4、水力因素对钻速的影响 、 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 、 5、2 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 、
(t)
h1
H1 H2
v0t H= 1+ k0t
在t时间的平均钻速则为:
1 (t) 2 (t) 3 (t) 4 等时间隔的进尺变化 h4 h3 h2
H vav = = v0 −k 0H t
K0值可用实际测定的方法确定,如左图. 取等时间隔t,,测定每一间隔t的进尺, 然后可求出k0.
vav1 = v0 − k0 H1 vav 2 = v0 − k0 H 2
第 一 种 方 法
Vm=H/t Vi=dH/dt
第二种方法 H
H vR = = tgθ t + t1
B
A
θ t1 t0 t
第三种方法:分析与计算 第三种方法 分析与计算 费得洛夫提出,在一定条件下切削具的磨钝面积与其初始面积和钻进时间有关。
s (t ) = s 0 + θ t
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。 硬质合金钻进的机械钻速随着切削具接触面积的增大而下降，其瞬时机械钻速vm与 切削具磨钝面积的平方成反比
H vm = t
H vT = t + t1 + T1
H vr = t + t1
H ve = t + t1 + T1 + T2
H vc = t + t1 + T1 + T2 + T3
• 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（optimal drilling regime） 、最优规程（ ） 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 最高钻进速度或 最高钻进速度 最低每米钻进成本而选择的钻进参数搭配 。 最低每米钻进成本 搭配
(4) 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防止切削具过 早磨钝，应取大钻压、较低的转速、中等泵量的参数组合。
(5)确定最优回次钻程时间的方法 (5)确定最优回次钻程时间的方法
细分散和粗分散
相 对 钻 速 %
不分散低固相聚合物泥浆
第二节 硬质合金钻进工艺
（Drilling techniques of carbide-insert bits） ）
一、磨锐式钻头的钻进工艺 （1）钻压的选择 ）
钻压增大,钻速 钻压增大 钻速 增加最为明显
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 Ⅰ－Ⅳ级 软－部分 中硬岩石 Ⅴ－Ⅵ级 中硬－部 分硬岩石 研磨性大的岩石 切削具形状 片层 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
每米钻进成本
Cb + Cr (t + t1 + T1 + T2 ) C= H
m。 对上式进行变换，可写成
（元/m）
式中：Cb：钻头价格，元；Cr：钻机单位时间作业费用，元/h；H：钻头进尺数，
Cb Cr (1 + k + K1 + K 2 ) C= + vm • t vm
（元/m）
而
h t= vd
时间效应： 弹性变形—— 时间效应：岩石在切削具作用下，从发生弹性变形 弹性变形 形成剪切体——跳跃式吃入岩石 跳跃式吃入岩石至一定深度，需要一个 形成剪切体 跳跃式吃入岩石 短暂的时间△t，即要求承受载荷的切削具在即将发生破 碎的岩石表面停留一定短暂的时间△t，使裂隙得以沿剪 切面发育至自由面，才能形成剪切体。如果转速超过临 界值，则切削具作用于岩石的时间小于△t，岩层中的裂 隙尚未完全发育，载荷便移走了，从而造成破岩深度减 小，甚至使岩石破碎状态转化为表面破碎。 岩石的研磨性影响也从另一个角度说明了时间效应 的重要性，当转速过高时，不仅破岩深度减小，而且切 削具在单位时间内与岩石的摩擦功明显加大 单位时间内与岩石的摩擦功明显加大，切削具快 单位时间内与岩石的摩擦功明显加大 速被磨钝，造成接触面上比压降低，从而使得在岩石中 裂纹发育所需的时间延长，对破碎岩石更为有利。