第三章 回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝

第三章回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝第一節(jié)鉆進(jìn)效果指標(biāo)和鉆進(jìn)規(guī)程一、鉆進(jìn)效果指標(biāo)衡量鉆進(jìn)工藝效果的主要指標(biāo)有：鉆速、每米鉆孔成本、巖礦心采取率和鉆孔方向等，它們受到諸多因素的影響和制約。這些因素包括：不可控因素是指客觀存在的因素，如所鉆的地層、巖性及其埋深等?？煽匾蛩厥侵竿ㄟ^一定的設(shè)備和技術(shù)手段可以進(jìn)行人工調(diào)節(jié)的因素，如鉆頭類型、沖洗液性能、鉆壓、轉(zhuǎn)速和泵量等。在這些因素中，鉆速是一般情況下考核鉆進(jìn)工藝和生產(chǎn)管理水平的最重要依據(jù)。根據(jù)不同的技術(shù)統(tǒng)計(jì)工作需要可求出下列鉆速：1、平均機(jī)械鉆速

表示在純鉆進(jìn)時(shí)間內(nèi)的平均鉆進(jìn)效果。2、回次鉆速

從往孔內(nèi)下放鉆具→鉆進(jìn)→從孔內(nèi)提起鉆具稱之為生產(chǎn)循環(huán)中的一個(gè)回次。雖然純鉆進(jìn)是我們的主要任務(wù)，但隨著鉆孔加深和巖石可鉆性級(jí)別提高，在一個(gè)回次中起下鉆具的作業(yè)將占去很多時(shí)間。因此必須優(yōu)選鉆進(jìn)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)鉆具升降作業(yè)機(jī)械化，以提高回次鉆速。(m/h)式中：H--鉆孔進(jìn)尺，m；t--純鉆進(jìn)時(shí)間，h。

(m/h)式中：t1--為加接鉆桿、更換鉆頭和提取巖心必須的起下鉆具時(shí)間和其他輔助作業(yè)（沖孔、掃孔等）時(shí)間，h。

3、技術(shù)鉆速

(m/h)式中：T1--消耗在固孔、測(cè)量孔斜、地球物理測(cè)井、孔內(nèi)注漿、人工造斜等工作中的補(bǔ)充作業(yè)時(shí)間，h。4、經(jīng)濟(jì)鉆速

(m/h)式中：T2--用于鉆機(jī)安裝、大修、處理孔內(nèi)事故等非生產(chǎn)性作業(yè)的時(shí)間，h。5.循環(huán)鉆速

循環(huán)鉆速指的是從開孔到終孔整個(gè)生產(chǎn)大循環(huán)的平均鉆速。(m/h)式中：T3－－用于安裝和拆卸鉆塔、起拔套管、封孔等開孔準(zhǔn)備和終孔作業(yè)的時(shí)間，h。二、鉆進(jìn)規(guī)程定義：所謂鉆進(jìn)規(guī)程是指為提高鉆進(jìn)效率、降低成本、保證質(zhì)量所采取的技術(shù)措施，通常指可由操作者人為改變的參數(shù)組合。在回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中主要的鉆進(jìn)參數(shù)有：鉆壓（鉆頭上的軸向載荷）、鉆具轉(zhuǎn)速、沖洗介質(zhì)（水、鉆井液或壓縮空氣）的品質(zhì)、單位時(shí)間內(nèi)沖洗介質(zhì)的消耗量（泵量）等工藝參數(shù)。在生產(chǎn)中可以采用不同的鉆進(jìn)規(guī)程：最優(yōu)規(guī)程、合理規(guī)程、專用規(guī)程。1、最優(yōu)規(guī)程當(dāng)?shù)刭|(zhì)-技術(shù)條件和鉆進(jìn)方法確定時(shí)，在保證鉆孔質(zhì)量指標(biāo)的前提下，為獲取最高鉆進(jìn)速度或最低每米鉆進(jìn)成本而選擇的鉆進(jìn)參數(shù)搭配。實(shí)現(xiàn)最優(yōu)鉆進(jìn)規(guī)程的條件是：鉆機(jī)設(shè)備的功率、轉(zhuǎn)速、鉆桿的強(qiáng)度、沖洗介質(zhì)的品質(zhì)等因素不限制鉆進(jìn)參數(shù)的選擇。

每米鉆進(jìn)總成本：（元/m）2、合理規(guī)程在給定的技術(shù)裝備條件下，當(dāng)鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)的選擇受到某種制約時(shí)，在保證鉆孔質(zhì)量指標(biāo)的同時(shí)爭(zhēng)取最大鉆速的鉆進(jìn)參數(shù)組合叫做合理規(guī)程。3、專用規(guī)程為完成特種取芯、矯正孔斜、進(jìn)行定向鉆進(jìn)等任務(wù)所采用的參數(shù)搭配。

確定鉆進(jìn)規(guī)程的一般步驟：根據(jù)地層條件、鉆頭類型、設(shè)備條件和工人的技術(shù)水平等因素，查閱相關(guān)手冊(cè)或標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)每個(gè)工藝參數(shù)初選一個(gè)取值范圍；其次，在以往經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，初步確定規(guī)程參數(shù)的若干個(gè)取值；最后，在生產(chǎn)實(shí)踐中邊鉆進(jìn)、邊測(cè)算鉆速和鉆進(jìn)成本，加以分析對(duì)比或借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，找出鉆效高、成本低的參數(shù)組合。三、鉆進(jìn)過程中各參數(shù)間的基本關(guān)系1、鉆壓對(duì)鉆速的影響鉆進(jìn)中鉆頭上的軸向壓力應(yīng)為給進(jìn)力（鉆具質(zhì)量+正或負(fù)的機(jī)械施加力）減去沖洗液浮力及孔內(nèi)摩擦阻力后剩余的載荷。2、轉(zhuǎn)速對(duì)鉆速的影響

曲線Ⅰ：塑性大、研磨性小軟巖；曲線Ⅱ：中硬、研磨性較小的巖層；曲線Ⅲ：中硬、研磨性強(qiáng)的巖層3、切削具的磨損對(duì)鉆速的影響在鉆進(jìn)過程中隨著切削具的磨鈍，切削具與巖石的接觸面積逐漸增大，若此時(shí)鉆壓值保持不變，則鉆速必然下降。這與鉆頭唇面比壓下降有關(guān)。4、水力因素對(duì)鉆速的影響表征鉆頭及射流（在鉆頭噴嘴或水口處形成）水力特征的參數(shù)統(tǒng)稱為水力因素。一定的鉆速條件下，意味著單位時(shí)間內(nèi)鉆出的巖屑總量一定，而該數(shù)量的巖屑需要一定的水功率才能完全清除，低于這個(gè)水功率值，孔底凈化就不完善，則鉆速降低。對(duì)于孕鑲金剛石和自磨式鉆頭鉆遇弱研磨性地層時(shí)，為了保持鉆頭一定的自銳能力，孔底須保持一定的巖粉量。水力因素影響鉆速的另一種形式是對(duì)軟巖的水力破巖作用。5、沖洗液性能對(duì)鉆速的影響（1）沖洗液密度對(duì)鉆速的影響主要表現(xiàn)為由密度決定的孔內(nèi)液柱壓力與地層孔隙壓力之間的壓差對(duì)鉆速的影響。實(shí)驗(yàn)室研究和鉆進(jìn)實(shí)踐都表明，孔底壓差對(duì)剛破碎下來(lái)的巖屑有壓持作用，阻礙孔底巖屑的及時(shí)清除，壓差增大將使鉆速明顯下降。

（2）沖洗液粘度對(duì)鉆速的影響沖洗液的粘度是通過影響孔底壓差和孔底凈化作用而間接影響鉆速的。其他條件一定時(shí)，沖洗液粘度的增大,將使孔底壓差增大，并使孔底鉆頭獲得的水功率降低，從而使鉆速降低。（3）沖洗液固相含量及其分散性對(duì)鉆速的影響第二節(jié)硬質(zhì)合金鉆進(jìn)工藝一、磨銳式硬質(zhì)合金鉆頭的鉆進(jìn)工藝1、鉆壓（P）的選擇是決定硬質(zhì)合金鉆頭機(jī)械鉆速的最重要參數(shù)。

圖

鉆壓增大一倍時(shí)，鉆速增長(zhǎng)率與巖石級(jí)別的關(guān)系在鉆進(jìn)中，應(yīng)充分發(fā)揮切削具初刃的切入破巖優(yōu)勢(shì)。實(shí)踐證明，硬質(zhì)合金鉆進(jìn)開始時(shí)就應(yīng)以允許的最大初始鉆壓鉆進(jìn)。如果初始鉆壓不足，在切削具磨鈍后，再增大鉆壓也不可能獲得好鉆效。表YG8硬質(zhì)合金切削具的單位壓力推薦值巖層切削具形狀單位壓力推薦值p（KN/顆）Ⅰ－Ⅳ級(jí)軟－部分中硬巖石片狀0.40－0.70Ⅴ－Ⅵ級(jí)中硬－部分硬巖石方柱狀0.80－1.20中八角柱狀0.90－1.40大八角柱狀1.50－1.80研磨性大的巖石方柱狀1.20－1.40中八角柱狀1.20－1.70如果巖石愈硬，可鉆性級(jí)別愈高，p值可取上限；巖石的研磨性越高，p值也應(yīng)該越大，以免切削具未能有效地切入巖石即被磨鈍；對(duì)粘性大，易糊鉆的軟巖，應(yīng)取比推薦值更小的p值，以免進(jìn)尺過快，排粉、冷卻困難釀成事故；對(duì)裂隙性巖石，也應(yīng)取較小的p值，以免發(fā)生崩刃。2、鉆頭轉(zhuǎn)速（n或v）的選擇鉆頭切削具的線速度v與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系：（m/s）選擇鉆頭轉(zhuǎn)速的主要依據(jù)是巖石性質(zhì)和破巖的時(shí)間效應(yīng)影響。所謂時(shí)間效應(yīng)是指，巖石在切削具作用下，從發(fā)生彈性變形-形成剪切體-跳躍式吃入巖石至一定深度，需要一個(gè)短暫的時(shí)間Δt。即要求承受載荷的切削具在即將發(fā)生破碎的巖石表面停留一個(gè)短暫的時(shí)間Δt，使裂隙得以沿剪切面發(fā)育至自由面，才能形成剪切體。對(duì)于較軟的、研磨性較小的巖石，可以用增大轉(zhuǎn)速的辦法來(lái)提高鉆速；而在硬的、研磨性較強(qiáng)的巖石中，轉(zhuǎn)速過高不僅不能提高鉆效，而且由于切削具快速被磨鈍而對(duì)鉆進(jìn)過程有害無(wú)益。表

硬質(zhì)合金線速度的推薦表巖石性質(zhì)線速度取值范圍(m/s)軟的、弱研磨性巖石1.2～1.6中硬的、具有研磨性的巖石0.9～1.2中硬-硬的研磨性巖石0.6～0.8裂隙性巖石0.3～0.6還應(yīng)考慮到鉆頭形式、沖洗液類型（有無(wú)潤(rùn)滑劑）、鉆機(jī)能力、鉆桿柱的強(qiáng)度和切削具的情況，通過綜合分析來(lái)確定所需的轉(zhuǎn)速值。3、沖洗液泵量（Q）及其性能的選擇合理的泵量值應(yīng)在滿足及時(shí)排粉的前提下兼顧其他工藝因素。（L/min）式中：v1－沖洗液在外環(huán)空間的上返速度，dm/min；D、d－分別為鉆孔直徑和鉆桿外徑，dm；m－由于孔壁、孔徑不規(guī)則引起的上返速度不均勻系數(shù)，m取1.03～1.1。上返速度v1的推薦值：清水時(shí)取0.25～0.6m/s；泥漿時(shí)取0.20～0.5m/s。必須兼顧的其他技術(shù)因素是：孔徑大、鉆速高、巖石研磨性強(qiáng)、鉆頭水口水槽寬者可取上限，反之亦然。為了提高鉆速，在可能的條件下應(yīng)盡量選用清水作沖洗液；若用泥漿時(shí)，其粘度和密度值宜小不宜大，并盡量采用低固相不分散泥漿。4、P、n、Q參數(shù)間的合理配合

(1)軟巖石研磨性小，易切入，應(yīng)重視及時(shí)排粉，延長(zhǎng)鉆頭壽命，故應(yīng)取高轉(zhuǎn)速、低鉆壓、大泵量的參數(shù)配合；

(2)對(duì)研磨性較強(qiáng)的中硬及部分硬巖石，為保持較高的鉆速并防止切削具早期磨鈍，應(yīng)取大鉆壓、較低的轉(zhuǎn)速、中等泵量的參數(shù)配合；

介于兩者之間的中等研磨性的中軟巖石，則應(yīng)取兩者參數(shù)配合的中間狀態(tài)。

總之，定性分析的原則是：鉆進(jìn)Ⅳ～Ⅴ級(jí)及其以下的巖層，應(yīng)以較高轉(zhuǎn)速為主；鉆進(jìn)Ⅴ～Ⅵ級(jí)及其以上的巖層，應(yīng)以較大的鉆壓為主。5、確定最優(yōu)回次鉆程時(shí)間的方法用磨銳式鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，在規(guī)程未改變的條件下，其鉆速是隨切削具的磨鈍而遞減的。當(dāng)鉆速很低時(shí)，只有起鉆換鉆頭才能在新回次中獲得較高的鉆速。但在起、下鉆的輔助作業(yè)中將消耗許多時(shí)間。如果早一點(diǎn)起鉆，對(duì)提高平均鉆速有利，但輔助作業(yè)時(shí)間所占比例加大；如果晚一點(diǎn)起鉆，可減少起、下鉆次數(shù)，但鉆頭是在鉆速很低的狀態(tài)下繼續(xù)鉆進(jìn)。因此，必須確定一個(gè)最佳回次鉆程時(shí)間。最佳回次鉆程時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)是該回次的回次鉆速達(dá)最大值。

二、自磨式硬合金鉆頭的規(guī)程特點(diǎn)自磨式鉆頭與磨銳式鉆頭的主要區(qū)別在于，切削具與孔底接觸面積恒定，要求切削具能正常自磨出刃，其破巖過程以微剪切和磨削為主，鉆速比較平穩(wěn)等。自磨式鉆頭的鉆進(jìn)規(guī)程特點(diǎn)是：

1.鉆壓

自磨式鉆頭唇面有軟鋼等材料制成的支撐體或胎體，與巖石的接觸面積大，總的鉆壓應(yīng)大于磨銳式鉆頭。以胎塊式針狀合金鉆頭為例，一般鉆壓比磨銳式大20%～25%可取得較理想的效果。

2.轉(zhuǎn)速

由破巖機(jī)理可知，自磨式鉆頭必須采用比磨銳式更高的轉(zhuǎn)速，以提高單位時(shí)間的破巖次數(shù)。

3.泵量

自磨式鉆頭的胎塊或支撐體之間的過水?dāng)嗝娲?，為了凈化孔底，?yīng)采用大于磨銳式的泵量。同時(shí)，隨著胎塊的磨耗，過水?dāng)嗝鏈p小需及時(shí)調(diào)小泵量，以防蹩泵。第三節(jié)金剛石鉆進(jìn)工藝一、合理選擇金剛石鉆頭選用不當(dāng)存在的問題：選用的一般原則：孕鑲鉆頭：堅(jiān)硬、致密、弱研磨性（優(yōu)質(zhì)金剛石、較低的金剛石濃度），均勻性差、完整度差、破碎地層（金剛石濃度高、胎體硬度大）；表鑲鉆頭：硬度較低、完整巖層；PCD或PDC鉆頭：中硬及中硬以下巖石；從鉆頭唇面形狀：巖石堅(jiān)硬、致密、研磨性小者，應(yīng)選擇接觸面積小的同心的或交錯(cuò)的尖齒形或梯齒形唇面；鉆裂隙的、軟硬互層、研磨性大的巖層，應(yīng)用內(nèi)外徑補(bǔ)強(qiáng)、耐磨性好的半圓唇面；當(dāng)鉆進(jìn)傾角大、易斜的巖層，應(yīng)選用階梯形或錐形唇面，以便鉆頭起導(dǎo)正作用。二、金剛石鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)

評(píng)定依據(jù)：鉆速、鉆頭總進(jìn)尺、單位進(jìn)尺的金剛石耗量。1.鉆壓

鉆壓對(duì)鉆速和金剛石耗量的影響

Ⅰ區(qū)：表面研磨破碎，鉆速極低；Ⅱ區(qū)：疲勞破碎；Ⅲ區(qū)：體積破碎區(qū)，鉆速隨鉆壓增長(zhǎng)很快，但單位進(jìn)尺的金剛石耗量也增長(zhǎng)很快。建議：最優(yōu)區(qū)。表鑲金剛石鉆頭的鉆壓P

P=G·p（kgorkN）式中G—鉆頭上的金剛石粒數(shù)；

p—單粒金剛石上允許的壓力，kg/粒。對(duì)細(xì)粒金剛石：p≈1～1.5kg/粒；對(duì)中粒:p≈1～1.5kg/粒;對(duì)粗粒金剛石:p≈

2-3kg/粒；特優(yōu)級(jí)金剛石:p≈

5kg/粒;孕鑲金剛石鉆頭的鉆壓

P=S·p（kgorkN）式中:S—鉆頭實(shí)際的工作唇面面積,cm2;p—單位底唇面積允許的壓力，kg/cm2

。對(duì)中硬巖石，推薦：p≈40～50kg/cm2

；對(duì)堅(jiān)硬巖石或金剛石質(zhì)量高者p≈60～70kg/cm2

。表各類表鑲和孕鑲金剛石鉆頭采用的鉆壓值單位：dN鉆頭直徑(mm)36(36)46(46)59(56)(66)75(76)91表鑲鉆頭初始?jí)毫?0～10050～100100～200100～200100～200250正常壓力200～400300～600400～750500～850600～1000800～1100孕鑲鉆頭250～450400～700450～850500～1000600～1100800～1500注：括號(hào)內(nèi)數(shù)字為管材舊系列標(biāo)準(zhǔn)。選擇和施加鉆壓時(shí)還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

巖石性質(zhì)：鉆進(jìn)軟的弱研磨性或破碎、非均質(zhì)巖層時(shí)，宜選下限鉆壓，反之亦然。(2)金剛石：金剛石質(zhì)量好、數(shù)量多、粒度大時(shí)，宜選用上限鉆壓，反之亦然。(3)鉆頭類型：鉆頭口徑大、壁厚與巖石接觸面積大、胎體較軟時(shí)，宜選用上限鉆壓。(4)應(yīng)注意施加鉆壓的階段性：每個(gè)新鉆頭的鉆進(jìn)回次應(yīng)分為磨合階段和正常鉆進(jìn)階段。在磨合階段應(yīng)使用低鉆壓、低轉(zhuǎn)速，讓鉆頭唇面形狀與孔底及巖心根部逐漸相吻合。(5)孔底實(shí)際鉆壓：一般地表測(cè)得的鉆壓值都是鉆具自重加上或減去油壓的指示值，而由于鉆孔彎曲、泵壓的脈動(dòng)和巖性不均質(zhì)造成鉆具振動(dòng)，使孔底實(shí)際的瞬時(shí)動(dòng)載鉆壓可能是地表儀表指示鉆壓的0～3倍。因此，對(duì)于深孔、斜孔和非均質(zhì)巖層應(yīng)取較小的鉆壓。2、轉(zhuǎn)速由金剛石鉆進(jìn)的機(jī)理可知，轉(zhuǎn)速是影響金剛石鉆頭鉆速的重要因素，在一定的條件下，轉(zhuǎn)速越快，鉆速也越高。轉(zhuǎn)速與金剛石磨損的關(guān)系比較復(fù)雜，存在著臨界值，即在某一臨界轉(zhuǎn)速下金剛石磨損量最小。通常以圓周線速度來(lái)規(guī)定鉆頭的轉(zhuǎn)速。孕鑲金剛石鉆頭所用的金剛石粒度很?。ㄒ话懔?.2mm左右），出刃量微小，主要靠高轉(zhuǎn)速來(lái)獲取鉆進(jìn)效率，線速度應(yīng)達(dá)到1.5～3m/s。表鑲鉆頭所用的金剛石粒度較大，在鉆進(jìn)中允許有較大的切入量。所以，要求的轉(zhuǎn)速可比孕鑲鉆頭低些。由于出刃量大，在回轉(zhuǎn)中容易折斷或損傷，不宜高轉(zhuǎn)速。線速度一般為1～2m/s。表

表鑲和孕鑲金剛石鉆頭適用的轉(zhuǎn)速單位：r/min鉆頭直徑(mm)36(36)46(46)59(56)(66)75(76)91表鑲鉆頭650～1300500～1000400～800350～650300～550250～500孕鑲鉆頭1000～2000750～1500600～1200500～1000400～850350～700

選擇合理的轉(zhuǎn)速時(shí)，還應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：

(1)巖石性質(zhì)：如果巖層較破碎、軟硬不均、孔壁不穩(wěn)時(shí)，宜選用下限轉(zhuǎn)速。

(2)鉆孔：如果鉆孔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、環(huán)空間隙小、孔深不大時(shí)，應(yīng)盡量選用高轉(zhuǎn)速，反之亦然。

(3)設(shè)備和鉆具：在實(shí)際工作中常因鉆機(jī)的能力和鉆桿柱的質(zhì)量限制了選用高轉(zhuǎn)速。3、沖洗液量沖洗液在金剛石鉆進(jìn)中除了完成排粉、冷卻、護(hù)壁功能外，還將起到潤(rùn)滑鉆具、幫助孕鑲鉆頭自銳的作用。一般根據(jù)液流上返速度來(lái)確定金剛石鉆進(jìn)所需的泵量Q：

Q=6vF(L/min)

(6是由單位換算所產(chǎn)生的系數(shù))式中：v－－環(huán)隙空間的上返流速，金剛石鉆進(jìn)要求v≥0.3～0.5m/s；F－－鉆孔的環(huán)空面積，cm2。由于金剛石鉆進(jìn)時(shí)鉆孔環(huán)狀間隙很小，沖洗液的流動(dòng)阻力很大，所以金剛石鉆進(jìn)基本是以不大的泵量和較高的泵壓來(lái)工作的。泵量過大不僅增大工作泵壓，容易沖蝕孔壁和巖心，還會(huì)過量抵消鉆壓，引起鉆具的振蕩。另外，泵壓是反映孔底工況的敏感參數(shù)之一，必須密切加以注意。例如，鉆進(jìn)中突然鉆速降低而泵壓猛增時(shí)，可能是發(fā)生巖心堵塞或"燒鉆"的預(yù)兆；泵壓逐漸下降則可能是鉆桿裂紋并正在逐漸擴(kuò)大。表5-5金剛石鉆進(jìn)中常用的泵量值鉆頭直徑(mm)36(36)46(46)59(56)(66)75(76)91泵量(L/min)20～3025～4030～4535～5540～6050～70選擇合理的泵量時(shí)，還應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：（1）巖層性質(zhì)：鉆進(jìn)堅(jiān)硬致密的巖層時(shí)，單位時(shí)間產(chǎn)生的巖粉量少，可選擇下限泵量，反之亦然。鉆進(jìn)強(qiáng)研磨性巖層時(shí)，為了吸收摩擦產(chǎn)生的熱量，需要較大泵量冷卻，但攜帶巖粉磨粒的高速液流會(huì)嚴(yán)重沖蝕胎體，誘發(fā)金剛石顆粒過早脫落。因此，應(yīng)該權(quán)衡利弊選擇合理的泵量。

(2)鉆頭類型：孕鑲金剛石鉆頭出刃微小，鉆頭唇面與巖面間只存在漫流區(qū)，主要靠多個(gè)水口循環(huán)，加之常以高轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)，因此宜用較大的泵量，以防止發(fā)生燒鉆。而表鑲鉆頭的出刃較大，排粉和冷卻條件也較好，故可選用較小的泵量。

(3)防止燒鉆：防止金剛石鉆頭（尤其是孕鑲鉆頭）燒鉆是生產(chǎn)中一項(xiàng)重要的工作。試驗(yàn)表明，用于冷卻鉆頭所需的泵量并不大，只需泵量達(dá)每厘米鉆頭直徑0.2～0.3L/min就可滿足胎體迅速散熱的需要。但當(dāng)轉(zhuǎn)速為800r/min，鉆頭唇面壓力為10MPa時(shí)，鉆頭每轉(zhuǎn)一圈，胎體溫度升高1.73°C。所以鉆進(jìn)中若沖洗液停止循環(huán)1～2min，便可能造成燒鉆的惡性事故。4、金剛石鉆進(jìn)的臨界規(guī)程金剛石鉆進(jìn)存在正常規(guī)程和臨界規(guī)程。在正常規(guī)程下，鉆頭胎體溫升正常，功率消耗平穩(wěn)，同時(shí)鉆頭磨損輕微；而在臨界規(guī)程下，鉆頭胎體溫升將急劇上升，功率消耗劇增，鉆頭磨損嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)燒鉆。（1）胎體溫度與鉆壓P和轉(zhuǎn)速n的關(guān)系用人造金剛石（粒度200～400μm）孕鑲鉆頭鉆進(jìn)花崗巖時(shí)，測(cè)得的胎體溫度和P、n之間的關(guān)系如表5-6所列。當(dāng)鉆壓P和轉(zhuǎn)速n達(dá)某一值時(shí)，胎體溫度由100～200℃急劇升至600～700℃的高溫。這時(shí)的鉆進(jìn)規(guī)程已由正常規(guī)程轉(zhuǎn)入了臨界規(guī)程。對(duì)于具體的巖石而言P·n的臨界值基本上是個(gè)常量。表5-6中的紅線劃出了正常規(guī)程與臨界規(guī)程的分界線。胎體溫度和功率消耗與P·n值的關(guān)系如圖5-8所示，圖中斜線部分為P·n臨界值的范圍。

表5-6鉆頭胎體溫度（℃）與軸向壓力P和轉(zhuǎn)速n的關(guān)系轉(zhuǎn)速nr/min軸向壓力P（kg）1002003004005006007008009001000600601601901905607501007010059095070808062065067011809012064015005070120550圖5-8胎體溫度和功耗與P·n值的關(guān)系

1-胎體溫度；2-功率消耗（2）功率消耗、機(jī)械鉆速與鉆進(jìn)規(guī)程的關(guān)系試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鉆進(jìn)時(shí)功率消耗的規(guī)律與胎體溫度升高的趨勢(shì)完全一致，即當(dāng)胎體溫度急劇升高時(shí)，功率消耗也突然增加，即功率消耗與胎體溫升同步進(jìn)入臨界狀態(tài)。表5－7鉆進(jìn)功率消耗(kw)與軸向壓力和轉(zhuǎn)速的關(guān)系轉(zhuǎn)速nr/min軸向壓力P（kg）10020030040050060070080090010006001.711.861.922.325.347501.801.862.045.679501.952.312.795.376.566.9111802.162.645.5215000.481.442.165.56（3）胎體溫度與沖洗液的關(guān)系試驗(yàn)表明，當(dāng)鉆進(jìn)過程進(jìn)入臨界狀態(tài)后，沖洗液的冷卻效果也是有限度的。由表5-8可知，當(dāng)泵量由15L/min增至30L/min時(shí)，胎體溫度和功率消耗雖有某種程度的降低，但泵量增大一倍并不能使鉆進(jìn)過程從臨界狀態(tài)轉(zhuǎn)化為正常規(guī)程。也就是說(shuō)，若P·n已達(dá)臨界值，想單純依靠增大泵量來(lái)解決防止燒鉆的問題，是不可能的。指標(biāo)沖洗液泵量（L/min）152030胎體溫度℃725640550鉆進(jìn)功率消耗kw5.675.225.13表5－8沖洗液泵量對(duì)胎體溫度和功率消耗的影響（4）鉆頭磨損與鉆進(jìn)規(guī)程的關(guān)系圖5-9示出了鉆頭胎體相對(duì)磨損量（量綱為單位破碎功的體積磨耗）與鉆進(jìn)規(guī)程（鉆頭軸壓與回轉(zhuǎn)線速度的乘積）間的關(guān)系。圖中a線為正常規(guī)程，b線為臨界規(guī)程。無(wú)論在實(shí)驗(yàn)室還是在生產(chǎn)條件下，當(dāng)由正常規(guī)程轉(zhuǎn)入臨界規(guī)程時(shí)，鉆頭磨耗都是突然急劇增大。圖5-9鉆頭磨耗與鉆壓及線速度乘積的關(guān)系

Ⅰ-實(shí)驗(yàn)室條件下；Ⅱ-生產(chǎn)條件下

綜上所述可以得出兩點(diǎn)結(jié)論：

(1)對(duì)于金剛石鉆進(jìn)而言，每種巖石都存在著臨界規(guī)程，其P·n值基本是個(gè)常數(shù)，可以通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得。也就是說(shuō)，鉆壓P和轉(zhuǎn)速n兩個(gè)參數(shù)之間存在著明顯的交互影響，必須同時(shí)考慮它們的取值。進(jìn)入臨界規(guī)程的主要表現(xiàn)是胎體溫度急劇升高，鉆頭嚴(yán)重磨耗，雖然此時(shí)鉆速也很高，但可能導(dǎo)致燒鉆事故。因此，必須保證鉆進(jìn)生產(chǎn)工藝處在小于臨界規(guī)程的狀態(tài)下。

(2)鉆進(jìn)過程中的胎體溫度和鉆頭非正常磨耗是重要的孔內(nèi)工況指標(biāo)，但不便于測(cè)量。而功率消耗便于在地表檢測(cè)，又與上述二指標(biāo)同步進(jìn)入臨界規(guī)程，因此可通過測(cè)量鉆進(jìn)功率來(lái)判斷鉆進(jìn)過程正常與否。一旦出現(xiàn)功耗突變，便可發(fā)出進(jìn)入臨界規(guī)程的報(bào)警。這是由憑經(jīng)驗(yàn)打鉆走向科學(xué)鉆進(jìn)的一個(gè)重大進(jìn)步。第四節(jié)鋼粒鉆進(jìn)工藝鋼粒鉆進(jìn)規(guī)程包括：投砂方法及投砂量、鉆壓、轉(zhuǎn)速和沖洗液量。一、投砂方法及投砂量1、一次投砂法：在鉆進(jìn)開始前，把一個(gè)回次所需的鋼粒一次投入孔內(nèi)。投砂量取決于巖石性質(zhì)和回次進(jìn)尺的長(zhǎng)短。投砂量不足將造成鉆速低、鉆孔縮徑，甚至發(fā)生擠卡鉆具的事故；但投砂過多，不利于排粉和孔底的鋼粒分選，也影響鉆速和取心質(zhì)量。一次投砂法比較簡(jiǎn)便，所以使用較廣。2、結(jié)合投砂法：又稱分批投砂法。是在回次開始前先投入所需鋼粒的50%～60%，待到確認(rèn)孔底鋼粒已消耗得差不多時(shí)，再?gòu)你@桿中分1～2次補(bǔ)投其余的鋼粒。結(jié)合投砂法可適當(dāng)延長(zhǎng)回次純鉆進(jìn)時(shí)間，主要用于鋼粒消耗量大的Ⅺ、Ⅻ級(jí)堅(jiān)硬或強(qiáng)研磨性巖石。但中途停鉆補(bǔ)砂，費(fèi)時(shí)、麻煩，其至可能引起巖芯堵塞或巖芯脫出。3、連續(xù)投砂法：目前無(wú)理想的連續(xù)投砂器，很少采用。鋼粒鉆頭上鉆壓的大小決定著孔底的破巖方式。一般按下式計(jì)算總的鉆壓值P：二、鉆壓（N）式中：k－考慮水口使鉆頭唇面面積減少的系數(shù)，k=0.7～0.8；p－鉆頭唇面的單位壓力，Pa；D、d--鉆頭外徑和內(nèi)徑，m。實(shí)踐表明，隨p增大，機(jī)械鉆速幾乎呈直線上升，但當(dāng)p達(dá)一定值（Pmax）后，這一線性關(guān)系不復(fù)存在。這時(shí)，鋼?？赡鼙粔核榛?嵌入"鉆頭唇面，故造成鉆速明顯下降。影響Pmax大小的因素有：鋼粒鉆頭的唇面硬度、鋼粒的強(qiáng)度、巖石的可鉆性和鉆頭的轉(zhuǎn)速。巖石愈硬，鋼粒的相對(duì)強(qiáng)度和耐磨能力愈低，則所需的Pmax壓力也較低；在鋼粒鉆進(jìn)中，隨轉(zhuǎn)速加快鋼粒在孔底翻滾的脈動(dòng)頻率升高，對(duì)提高鉆速有利，所以，當(dāng)轉(zhuǎn)速較快時(shí)Pmax值下降。生產(chǎn)中常用的壓力見下表所列：巖石級(jí)別7-88-9>10單位壓力（kg/cm2）30-3535-4040-45鋼粒性能直徑3mm，抗壓強(qiáng)度1200kg/粒，硬度HRC50三、轉(zhuǎn)速的選擇由于鋼粒在孔底的翻滾受到孔壁和巖心的限制，故其運(yùn)動(dòng)的速度滯后于鉆頭的線速度。加之鋼粒鉆進(jìn)主要用于脆性巖石，巖石破碎的時(shí)間效應(yīng)不明顯。同時(shí)鋼?？稍诳椎鬃詣?dòng)分選與補(bǔ)給。所以，鋼粒鉆進(jìn)可以采用較高的轉(zhuǎn)速。過去人們?cè)鴵?dān)心“高轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的離心力會(huì)把鋼粒甩出鉆頭唇面”，實(shí)踐證明，只要在鉆頭外環(huán)狀空間里鋼粒柱的高度不小于水口高度，水口形狀又能保證及時(shí)導(dǎo)砂，則適當(dāng)提高轉(zhuǎn)速不會(huì)出現(xiàn)這種情況。