第二章 硬質(zhì)合金鉆進(jìn)

第二章硬質(zhì)合金鉆進(jìn)圖2圖2SEQ圖\*ARABIC\s11硬質(zhì)合金鉆具1—合金鉆頭；2—巖心管；3—異徑接頭；4—鉆桿接頭；硬質(zhì)合金塊是一種很硬的、強(qiáng)度很高的合金材料，最初應(yīng)用于金屬切削工具上，二十世紀(jì)初開始應(yīng)用于采礦和石油鉆井以及地質(zhì)勘探鉆孔作業(yè)中。目前我國(guó)和世界各國(guó)在石油鉆井和地質(zhì)勘探鉆孔中已廣泛應(yīng)用硬質(zhì)合金。硬質(zhì)合金在巖心鉆探中占有重要地位，我國(guó)每年的鉆探工作量，用硬質(zhì)合金鉆進(jìn)法完成的約占60%；在煤田地質(zhì)勘探中約占80%。硬質(zhì)合金鉆進(jìn)，一般適用于可鉆性為1～6級(jí)及部分7～8級(jí)的巖石。鉆孔直徑為35.5mm直至2000mm，常用的鉆頭直徑為75、91、110、130、150mm等規(guī)格。硬質(zhì)合金鉆進(jìn)可鉆進(jìn)任何角度的鉆孔。其鉆具組裝如REF_Ref177023857\h圖21硬質(zhì)合金鉆進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)是：在軟巖及中硬巖石中鉆進(jìn)效率高，鉆進(jìn)質(zhì)量好，鉆探材料消耗少，成本低，鉆進(jìn)操作簡(jiǎn)便，鉆探方法靈活，應(yīng)用范圍廣泛。一般情況下，影響硬質(zhì)合金鉆進(jìn)效率的主要因素有：巖石的性質(zhì)、硬質(zhì)合金鉆頭的質(zhì)量及鉆進(jìn)時(shí)的操作技術(shù)和鉆進(jìn)規(guī)程等。第一節(jié)硬質(zhì)合金鉆進(jìn)原理硬質(zhì)合金鉆進(jìn)是以堅(jiān)硬的硬質(zhì)合金作切削具來破碎（切削）巖石，即在軸向壓力和鉆具回轉(zhuǎn)力作用下，由硬質(zhì)合金克取（壓入、壓碎、切削）破碎巖石。我們研究硬質(zhì)合金鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)研究以下四個(gè)過程；(1)硬質(zhì)合金鉆頭通過軸心壓力和鉆具的回轉(zhuǎn)作用，克取破碎孔底巖石；(2)被克取破碎的巖石顆粒由注人孔內(nèi)的沖洗液排出孔外；同時(shí)，沖洗液還起著冷卻鉆頭的作用；(3)鉆進(jìn)過程中，在巖石被克取破碎的同時(shí)，合金本身不斷磨鈍和磨損．因此必須定時(shí)更換鉆頭；(4)鉆進(jìn)過程中必須定期采取巖(礦)心。在上述四個(gè)過程中，主要的是第三個(gè)過程，即研究硬質(zhì)合金鉆進(jìn)原理時(shí)．應(yīng)重點(diǎn)研究硬質(zhì)合金鉆進(jìn)破碎巖石的過程和硬質(zhì)合金本身的磨損問題。硬質(zhì)合金鉆進(jìn)破碎巖石的理論，可分為兩類，即塑性巖石破碎過程和脆性巖石破碎過程。前者是將巖石破碎過程看成具有明顯的高塑性，因而鉆進(jìn)時(shí)巖石的破碎與金屬切削的狀態(tài)相同。研究外載與破碎之間關(guān)系時(shí)，主要是力學(xué)平衡分析；后者考慮到巖石破碎過程中存在著脆性破碎，因而是在孔底碎巖機(jī)理的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析。硬質(zhì)合金鉆進(jìn)的基本情況如REF_Ref179433970\h圖22所示。鉆進(jìn)時(shí)，合金受到兩個(gè)力的作用。即軸心壓力Py和回轉(zhuǎn)力Px。當(dāng)軸心壓力Py達(dá)到一定值后，合金對(duì)巖石的單位壓力超過巖石的抗壓入阻力，合金便切入巖石一定深度h0；與此同時(shí)，在回轉(zhuǎn)力Px的作用下，向前推擠巖石，如巖石較脆，則受力體被剪切推出；若巖石較軟呈塑性體，則合金前部的巖石便被切削去一層，孔底工作面呈螺旋形式而不斷加深。圖2SEQ圖\*ARABIC\s12硬質(zhì)合金鉆進(jìn)的基本情況Py—軸向力；Px—回轉(zhuǎn)力；h0—含金切人深度；b—切削寬度(切削具寬度)圖2SEQ圖\*ARABIC\s13合金切入塑性巖石時(shí)的受力情況Py—軸向力；β—刃尖角；h0—切入深度;γ—刃尖切入角;N1—后面軸正壓力;N2—前面正壓力;φ—摩擦角;tagφ—摩擦系數(shù)鉆進(jìn)塑性巖石時(shí)，只有加在合金上的軸心壓力C0大于與巖石接觸面上的抗壓入強(qiáng)度時(shí)才能切入。即：C0>δS0式中：δ巖石的抗壓入強(qiáng)度；S0合金刃與巖石的接觸面積。鉆進(jìn)時(shí)，機(jī)械鉆速主要取決于合金切入巖石的深度；而切入深度則取決于軸心壓力C0和巖石性質(zhì)，并與鉆頭的轉(zhuǎn)數(shù)、合金數(shù)量及其幾何形狀有關(guān)。鉆頭上的合金(切削具)切入巖石時(shí)的理想受力情況如圖2—2所示，在軸心壓力G(即Py，)的作用下，合金開始切人巖石。由于巖石對(duì)切削刃有阻力，切削具不是沿垂直方向，而是沿著與垂直方向呈交角γ的方向向下移動(dòng)；γ角的值主要取決予巖石對(duì)合金間的摩擦系數(shù)和刃尖角。在合金切人巖石的過程中，合金的后面與前面分別遇到法線阻力N1和N2(見REF_Ref179390827\h圖23)；若將這些力分別投影于z軸和y軸上時(shí)，解之，便可解得切人深度h0。與各種因素的關(guān)系：沿水平方向投影：化簡(jiǎn)后得：(2SEQ公式標(biāo)簽\*ARABIC\s11)沿垂直方向投影：則為：(2SEQ公式標(biāo)簽\*ARABIC\s12)在合金切人巖石時(shí)，當(dāng)巖石的抗壓人強(qiáng)度值為σ，則切削具后刃面上的單位壓力為δn：當(dāng)合金后刃的寬度為b=R-r時(shí)(見)即可得N1，為：式中：R—合金外環(huán)半徑；r—合金內(nèi)環(huán)半徑。將N2與N1代人式(STYLEREF1\s31)中得：若設(shè)：，則有：(2SEQ公式標(biāo)簽\*ARABIC\s13)從上式中可以看出，切人深度h0與軸心壓力C0成正比，而與合金的寬度b、刃尖角β以及巖石的抗壓入強(qiáng)度σ成反比．這在塑性巖石中是符合實(shí)際情況的。當(dāng)合金切人巖石，并作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其水平方向所需的力為：在Px作用下壓迫并切削前面的巖石，使之發(fā)生塑性變形，并不斷向自由面之前滑移切削。鉆進(jìn)時(shí)的切削過程是平穩(wěn)的、連續(xù)的，并且其切削槽寬與刃寬基本上是相等的，如REF_Ref179390902\h圖24所示。知道h0值后，假如合金未被磨鈍(實(shí)際上是逐漸磨鈍的)，且鉆頭上合金數(shù)目為m顆，如鉆具的轉(zhuǎn)數(shù)為n時(shí)，則可計(jì)算在t時(shí)間內(nèi)的，進(jìn)尺數(shù)l為：(2SEQ公式標(biāo)簽\*ARABIC\s14)鉆進(jìn)脆性巖石時(shí)，合金（切削具）以軸心壓力C0向下切入巖石，當(dāng)合金與接觸面的壓強(qiáng)大于巖石的抗壓入強(qiáng)度時(shí)，則巖石發(fā)生脆性剪切，剪切體向自由面崩出而呈現(xiàn)kok′破碎穴，如REF_Ref179390924\h圖25所示。圖2SEQ圖\*ARABIC\s14切削具與切削環(huán)槽1—切削具；r—環(huán)槽內(nèi)經(jīng)；R—環(huán)槽外經(jīng)圖2SEQ圖\*ARABIC\s15合金切入脆性巖石Py—軸向力；h0—切入深度；kok'—崩落巖屑當(dāng)合金切入巖石h0深度后，在水平力Px的作用下，產(chǎn)生水平剪切過程：首先將巖石塊abc（REF_Ref179390959\h圖26）剪切掉，此時(shí)稱為大剪切。當(dāng)合金繼續(xù)前進(jìn)時(shí)，合金刃尖前端不斷產(chǎn)生小體積剪切，崩落出小體積的巖屑；經(jīng)過不斷的小體積剪切后，合金刃前與巖石接觸面逐漸增大，直至又達(dá)到a′b′全面接觸時(shí)，然后又產(chǎn)生一次a′b′c′大剪切。因此，在脆性巖石中回轉(zhuǎn)切削的過程，是由數(shù)個(gè)小剪切和一個(gè)大剪切所組成的不斷循環(huán)的過程。同時(shí)，合金兩側(cè)的切削槽寬也發(fā)生大小不同的變化。當(dāng)發(fā)生小剪切時(shí)，切削糟窄；當(dāng)發(fā)生大剪切時(shí)，槽的寬度增大。從巖面上看，切削槽的寬度基本上是有規(guī)則地變化著。切削糟的底面也是不平整的，隨著大小剪切的交替進(jìn)行，底槽深度也是高低不平，呈起伏狀態(tài)。合金在孔底破碎巖石的同時(shí)也被磨損，因而鉆頭上的合金在鉆進(jìn)開始和終了時(shí)的情況不同。合金隨著進(jìn)尺數(shù)的增加被磨損而變鈍，因而機(jī)械鉆速逐漸下降。鉆進(jìn)時(shí)，我們不但要求有較高的機(jī)械鉆速，而且還要求有較高的回次進(jìn)尺和臺(tái)班效率。因此，必須盡可能地掌握鉆進(jìn)規(guī)律，使鉆頭有較長(zhǎng)的鉆進(jìn)時(shí)間。所以，研究鉆進(jìn)中硬質(zhì)合金的磨損，就成為合金鉆進(jìn)中的一個(gè)重要問題。圖2SEQ圖\*ARABIC\s16脆性巖石的切削過程Py—軸向力；Px—回轉(zhuǎn)力；h0—切入深度；abc—大剪切體；a′b′c′—第二次大剪切體；β—合金側(cè)刃崩落角；B1—大剪切巖石槽寬圖2SEQ圖\*ARABIC\s17切屑刃的磨損Py—軸向力；h0—切入深度；β—合金刃角；y—沿高度的磨損；h—實(shí)際切入深度合金被磨損的強(qiáng)烈程度，取決于所鉆巖石的研磨性、合金性質(zhì)及鉆進(jìn)規(guī)程等。一般情況下。認(rèn)為合金的磨損體積V可以下式表示(見REF_Ref179391570\h圖27)：(2SEQ公式標(biāo)簽\*ARABIC\s15)式中：V—合金的磨損體積；y一合金的磨損高度；β—合金的刃尖角；R-r—合金的寬度。合金的體積磨損還可用下式表示：(2SEQ公式標(biāo)簽\*ARABIC\s16)式中：A——合金與巖石的摩擦功；ω——合金之體積磨損系數(shù)，即合金抗磨性能的系數(shù)，其意義為單位摩擦功所磨損的合金體積。當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)n為r/min，時(shí)間t為min時(shí)，則：(2SEQ公式標(biāo)簽\*ARABIC\s17)式中：f——巖石與合金的摩擦系數(shù)；R+r——鉆頭平均直徑。將上式代入式(2-5)和式(2-6)．可得：圖2圖2SEQ圖\*ARABIC\s18切屑刃的磨損的實(shí)際磨損情況y—切屑刃磨損高度；y內(nèi)—切屑刃內(nèi)側(cè)磨損高度；y外—切屑刃外側(cè)磨損高度；l—刃端磨損高度；l內(nèi)—切屑刃內(nèi)側(cè)磨損寬度；l外—切屑刃外側(cè)磨損寬度；b—環(huán)槽寬度；r—環(huán)槽寬度；R—環(huán)槽寬度；即：(2SEQ公式標(biāo)簽\*ARABIC\s18)當(dāng)鉆進(jìn)t分鐘后，合金的直線磨損為y時(shí)，則：(2SEQ公式標(biāo)簽\*ARABIC\s19)所以：鉆進(jìn)時(shí)，合金磨損至y=h0，則合金鉆頭停止工作，即：(2SEQ公式標(biāo)簽\*ARABIC\s110)解上式，即可得到合金鉆頭在孔底工作的最大時(shí)間為：圖2SEQ圖\*ARABIC\s19合金磨損的理想情況與實(shí)際情況Py圖2SEQ圖\*ARABIC\s19合金磨損的理想情況與實(shí)際情況Py—軸向力；Px—回轉(zhuǎn)力從上式可以看出影響合金磨損和鉆頭在孔底耐久性的各種因素及其相互關(guān)系，但上式仍是理想情況下所得。故必須在合金鉆進(jìn)時(shí)經(jīng)常注意地層情況的變化，掌握合金磨損的特點(diǎn)。實(shí)際上切削刃在孔底的磨損是不均勻的。鉆進(jìn)時(shí)，切削刃沿高度的磨損使內(nèi)外刃的負(fù)擔(dān)加重，所以磨損大于中部，而外刃磨損又大于內(nèi)刃。由于內(nèi)外刃磨損較重，所以內(nèi)外側(cè)刃端磨損的厚度也較大，如REF_Ref177096897\h圖28所示。切削刃的前緣負(fù)擔(dān)較重，因而磨損也較重；同時(shí)，切削刃的后緣在回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中受巖屑和巖面的研磨會(huì)產(chǎn)生"自磨"現(xiàn)象；合金刃尖角和孔底螺旋面傾角愈大，則這種"自磨"現(xiàn)象愈明顯。因此，切削刃端不是平面磨損而是呈圓弧形磨損，如REF_Ref177097262\h圖29所示。也就是說，合金切削刃在孔底有"自銳"的磨損作用，這種磨損作用是對(duì)鉆進(jìn)有利的。在實(shí)際鉆進(jìn)工作中，用沖洗液沖孔時(shí)，對(duì)合金切削刃有一定的潤(rùn)滑作用，可減少合金的磨損。同時(shí)冷卻鉆頭合金，并使孔底保持清潔，對(duì)減少合金磨損會(huì)起重要作用。第二節(jié)鉆探用硬質(zhì)合金一、硬質(zhì)合金的種類和性質(zhì)鉆探用的硬質(zhì)合金，主要是碳化鎢（WC）—鈷（Co）類壓結(jié)式合金。其主要成分是碳化鎢，它以碳化鎢粉為骨架，以鈷粉末做膠結(jié)劑，經(jīng)粉末冶金方法壓制燒結(jié)成各種型式，然后將其鑲焊在鉆頭體上，制成各種型式的鉆頭。這類硬質(zhì)合金統(tǒng)稱為YG類硬質(zhì)合金，亦稱鎢鈷合金。一般情況下，要求硬質(zhì)合金具備以下性能：（一）硬度一般巖心鉆探用的硬質(zhì)合金，其硬度應(yīng)大于HRA50。（二）韌性因鉆進(jìn)用的鉆桿是彈性體，而所鉆巖石又大都是非均質(zhì)的，故鉆進(jìn)時(shí)孔底載荷變化很大，所以要求合金的抗彎強(qiáng)度大于1150MPa。（三）材料應(yīng)成型，以便易于鑲焊在鉆頭上。（四）應(yīng)有一定的熱硬性和導(dǎo)熱性，以減少合金的磨損，延長(zhǎng)鉆頭的壽命。鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)根據(jù)巖石性質(zhì)和使用條件，合理地選用硬質(zhì)合金的牌號(hào)及型式。供地質(zhì)勘探用的YG類硬質(zhì)合金，其物理機(jī)械性質(zhì)及特性見REF_Ref177098745\h表21。表中所列各種牌號(hào)：第一個(gè)字母"Y"表示硬質(zhì)合金；YG表示碳化鎢-鈷類（WC-Co）硬質(zhì)合金；后面的數(shù)字表示其含鈷量；數(shù)字后面的字母"C"表示粗晶粒；"X"表示細(xì)晶粒。"A"表示加有碳化鈮。例如YG6x表示含鈷6％的細(xì)晶粒鎢鈷合金；YG8c表示含鈷8YG類合金中含鈷量越高，韌性和抗彎強(qiáng)度越高，但耐磨性下降；碳化鎢粉末的粒度愈細(xì)，則硬度愈高，而抗彎強(qiáng)度愈低；反之亦然，抗彎強(qiáng)度以YG11c表2SEQ表\*ARABIC\s11YG類硬質(zhì)合金的性能表合金牌號(hào)化學(xué)成分(%)物理機(jī)械性質(zhì)特性及用途W(wǎng)CCo密度(g/cm3)硬度(HRA)抗彎強(qiáng)度(MPa)YG3x97315.0～15.3921050耐磨性最好,沖擊韌性最差,用于金屬切削YG496414.9～15.2901400適用于均質(zhì)和軟硬互層地層中回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)YA691～93614.4～15.0921400加有少量Tac成分,提高了硬度YG694614.6～15.089.51400適用于回轉(zhuǎn)鉆進(jìn),使用效果僅次于YG4YG6x94614.6～15.0911350細(xì)粒合金,強(qiáng)度接近YG6,耐磨性較YG6高YG892814.0～14.8891500地質(zhì)勘探和石油回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用主要品種YG892814.0～14.8881750粗粒合金,沖擊韌性較高適于沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)YG11891114.0～14.4872000耐磨性最差,沖擊韌性最高,適于沖擊回轉(zhuǎn)鑿巖YG15851513.9～14.1872000二、硬質(zhì)合金的型式巖心鉆探用硬質(zhì)合金的型式，應(yīng)具備以下條件：①切削刃尖，接觸面小，便于切入巖石；②有較大的強(qiáng)度和耐磨性，抗崩、抗磨；③具有適當(dāng)?shù)某叽绾托螤睿芘c鉆頭體牢固焊接；④合金磨損后仍具有一定的切削能力（即具有一定的自銳作用）。巖心鉆探用硬質(zhì)合金已有定型產(chǎn)品，其型號(hào)、尺寸及使用條件見REF_Ref177101765\h表22所列。REF_Ref177101765\h表32所列硬質(zhì)合金的定型產(chǎn)品，可分為兩大類，即：磨銳式合金和自磨式合金（見REF_Ref179427450\h圖210）。圖2SEQ圖\*ARABIC\s110地質(zhì)勘探用硬質(zhì)合金S3—矩形薄片；S4—直角薄片；T0—直角薄片；T1—八角柱狀合金；T2—針狀合金；T3—方柱狀合金；T4—菱形薄片；T5—錐片柱狀合金（一）磨銳式硬質(zhì)合金磨銳式硬質(zhì)合金具有刃尖角（或能修磨成刃尖角），鉆進(jìn)時(shí)刃尖角的斷面逐漸增大，其幾何形狀有：（1）薄片形合金：有直角薄片、菱形薄片和矩形薄片三種，如REF_Ref179427450\h圖310所示。常用的T0、T4和S3、S5型。厚度一般小于3～6mm，易切入巖石，但強(qiáng)度和耐磨性較差，多用于1～4級(jí)軟巖或均質(zhì)巖石中鉆進(jìn)。其中S3型多用于刮刀鉆頭，S5型多用于油井鉆進(jìn)的刮刀鉆頭。表2SEQ表\*ARABIC\s12巖心鉆探用硬質(zhì)合金型號(hào)制品號(hào)名稱尺寸/mm重量/g使用條件BLCDHAYG8YG8YG11YG4YG6xK41K411K413K414薄片狀合金矩形薄片3681520201.5461.06.913.81.07.114用于刮刀鉆頭補(bǔ)強(qiáng)直角薄片45681015202020203.646682.35.49.110.719.32.455.28.710.018.7適于鉆進(jìn)Ⅰ～Ⅳ軟巖K51K511K512X513K51557.58.51071081433341.43.052.881.53.152.858.10適于鉆進(jìn)Ⅰ～Ⅳ軟巖K52K521K522菱形片8.512342.88.62.858.702.98.8適于鉆進(jìn)Ⅰ～Ⅲ軟巖K53K531K533K534棱柱狀合金八角柱562.257.214.82.36.915.0適于鉆進(jìn)Ⅳ～Ⅶ中硬巖K57K571K572K573方柱555810132.663.34.22.73.44.3適于鉆進(jìn)Ⅳ～Ⅶ中硬巖錐片柱88816161610121415.118.221.214.617.620.5K56K561K562針狀合金10±115±120±11.81.82.00.10.50.70.60.70.90.50.60.8適于自磨式鉆頭（2）楞柱狀合金：有八角柱（T1型）、方柱（T3型）和錐片柱狀（T5型）三種，如REF_Ref179427450\h圖210所示。鉆進(jìn)時(shí)，柱狀合金與巖石的接觸面較大，其強(qiáng)度和耐磨性都較大，故多用于4-7級(jí)中硬巖層。其中，T1型合金可用于較硬巖層，T5型合金用于液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。一般情況下，八角柱合金比方柱合金具有易于破碎巖石、便于排除巖粉、抗磨能力強(qiáng)和易于焊牢等優(yōu)點(diǎn)。八角柱合金有超前刃，切入巖石阻力小，有掏槽作用，又可使巖粉順切削具兩側(cè)排出，減少磨損；而且具有近圓弧狀切削刃，可使磨損均勻，也就是說，磨損后還成弧面，仍能保持切削能力（如REF_Ref179434164\h圖211所示）。另外，八角柱合金采用鉆圓眼鑲焊法，牢固可靠而方柱合金若采用圓眼鑲焊，則空隙過大，而采用刨槽焊接，在鉆進(jìn)中很易崩落，如REF_Ref179434172\h圖212所示。圖2SEQ圖\*ARABIC\s111八角柱與方拄狀合金切削情況比較圖2SEQ圖\*ARABIC\s112八角柱與方拄狀合金鑲焊情況（二）自磨式硬質(zhì)合金自磨式合金沒有刃尖角，其本身斷面小，所以在軸心壓力下能吃入并破碎巖石。磨損后合金斷面不增加，也就是說，鉆進(jìn)時(shí)合金不被磨鈍。自磨式合金有圓柱狀和片狀兩種，多用于研磨性較大的堅(jiān)硬巖層，常用的自磨式合金為T2型，見REF_Ref179427450\h圖210。第三節(jié)硬質(zhì)合金鉆頭巖心鉆探用的硬質(zhì)合金鉆頭，可分為取心鉆頭和不取心鉆頭兩大類。將一定數(shù)量的硬質(zhì)合金，按特定形式排列在鉆頭上，可構(gòu)成品種繁多的鉆頭類型。決定鉆頭形式類型的因素，稱為硬質(zhì)合金鉆頭的結(jié)構(gòu)要素。合金鉆頭的結(jié)構(gòu)要素有：鉆頭體（空白鉆頭）、合金數(shù)目、合金出刃及排列方式、合金的鑲焊角度、鉆頭水口、水槽的形式和數(shù)目等。為提高鉆進(jìn)效率和質(zhì)量，必須根據(jù)巖石性質(zhì)對(duì)鉆頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，以便合理地選擇和設(shè)計(jì)不同類型的鉆頭。一、合金鉆頭的結(jié)構(gòu)分析（一）鉆頭體（空白鉆頭）鉆頭體是由DZ-40地質(zhì)鉆探用無縫鋼管制成。絲扣為地質(zhì)專用特殊梯形扣，鉆頭上端內(nèi)壁有一定錐度，以便卡取巖心?？瞻足@頭的同心度、各端面與中心的垂直度以及各尺寸間的相互關(guān)系都應(yīng)嚴(yán)格要求；否則會(huì)直接影響鉆進(jìn)效率和質(zhì)量?？瞻足@頭的結(jié)構(gòu)如REF_Ref179434190\h圖213所示，各種鉆頭的規(guī)格尺寸見REF_Ref177292571\h表23。圖2SEQ圖\*ARABIC\s113空白鉆頭的結(jié)構(gòu)表2SEQ表\*ARABIC\s13鉆頭的規(guī)格尺寸aDD1D2dd1d23°25′58.5-0.1245.5+0.348.5+0.152-0.1250.5-0.12503°25′75-0.1261+0.364+0.368-0.1266.5-0.12663°25′91-0.1477+0.680+0.584-0.1482.5-0.14823°25′110-0.1695+0.699+0.5103-0.16101.5-0.161011°47′28?130-0.16116+0.6118+0.6122-0.16120.5-0.161201°47′28?150-0.16135+0.6137+0.6141-0.16139.5-0.16139（二）鉆頭上合金的數(shù)目?影響鉆頭上合金數(shù)目最優(yōu)值的因素很多，目前還不能用理論公式來表示。一般情況下，在確定合金數(shù)目時(shí)，要綜合考慮鉆頭直徑、鉆探設(shè)備能力、鉆進(jìn)規(guī)程、巖粉的排除及合金的冷卻等條件。從理論上分析，只要保證每個(gè)合金在鉆進(jìn)某種巖石時(shí)的軸心壓力值，合金數(shù)目的增加與鉆速應(yīng)成正比。但在生產(chǎn)實(shí)踐中，情況并不如此，合金數(shù)目過多反而會(huì)使鉆速下降。其原因是過密的合金（或合金組）會(huì)使合金之間的距離縮小，使巖石在大剪切時(shí)體積破碎的過程受到限制，而使巖石破碎的體積減小，鉆速下降。在確定或設(shè)計(jì)鉆頭上合金數(shù)目時(shí)，應(yīng)考慮以下因素：（1）在一定的巖性條件下，合金之間的距離應(yīng)有一定值，以保證碎巖時(shí)能產(chǎn)生大剪切體進(jìn)行體積破碎。（2）在保證每個(gè)合金所需壓力的情況下，在一定范圍內(nèi)增加合金數(shù)目就等于增加同時(shí)工作的切削量，可以提高鉆進(jìn)速度。（3）確定合金數(shù)目時(shí)，還應(yīng)考慮鉆頭體上所允許的水口數(shù)目，以保證每個(gè)合金的完全冷卻與沖洗。（4）研磨性大的巖石，要適當(dāng)增加合金數(shù)目，以保證每個(gè)合金的體積磨損量不致過大。（5）由于合金體積的磨損量與合金切削運(yùn)動(dòng)的路程有關(guān)，所以大口徑鉆頭在相同轉(zhuǎn)數(shù)條件下，應(yīng)適當(dāng)增多合金數(shù)目；鉆頭的外沿亦應(yīng)比內(nèi)沿合金數(shù)目多；或增加補(bǔ)強(qiáng)合金以保持鉆頭內(nèi)外沿合金體積磨損量大致相同，以避免鉆孔縮徑。確定鉆頭上合金數(shù)目時(shí)，可參考REF_Ref177292890\h表24。表2SEQ表\*ARABIC\s14鉆頭上合金數(shù)目/只巖石性質(zhì)鉆頭直徑mm58.57591110130150弱研磨性巖石研磨性及高研磨性巖石4～54～54～65～666～86～88～108～1010～1210～1212～14（三）鉆頭上的合金出刃鉆進(jìn)時(shí)，為了使合金能順利地切入巖石，并保持沖洗液暢通，以及減少鉆頭體的磨損，合金必須突出鉆頭體一定高度，此突出部分則稱為出刃。合金出刃有內(nèi)出刃、外出刃和底出刃，如REF_Ref179434219\h圖214所示。外出刃是在鉆頭體的外側(cè)與鉆孔側(cè)壁之間留有一定的通水間隙；內(nèi)出刃是在巖心的外側(cè)與鉆頭體內(nèi)側(cè)壁之間留有一定的通水間隙；底出刃是切入巖石的深度h0和保持水流沖洗的高度h1之和，即底出刃H=h0+h1，如REF_Ref179434236\h圖215所示。鉆頭上內(nèi)、外、底出刃的尺寸，應(yīng)根據(jù)巖石的性質(zhì)來確定：在軟巖中鉆進(jìn)，所需軸心壓力不大，為能使大量巖粉及時(shí)排除孔底，需要加大內(nèi)、外、底出刃；在堅(jiān)硬巖層中鉆進(jìn)，合金切入巖石淺，巖粉少，同時(shí)為減少回轉(zhuǎn)阻力和彎曲力矩，避免合金崩刃，應(yīng)減小內(nèi)、外、底出刃。不同地層鉆進(jìn)時(shí)，硬質(zhì)合金鉆頭的合金出刃量可參考REF_Ref177292977\h表35所列。圖2SEQ圖\*ARABIC\s114合金鉆頭的出刃示意圖圖2SEQ圖\*ARABIC\s115合金底出刃，補(bǔ)強(qiáng)示意圖表STYLEREF1\s3SEQ表\*ARABIC\s15合金鉆頭的合金出刃量巖石性質(zhì)內(nèi)出刃mm外出刃mm底出刃mm松軟、塑性、粘性、弱研磨性中硬、強(qiáng)研磨性2-2.51-1.52.5-31.5-23-52-3（四）鉆頭上合金的排列方式合金在鉆頭上的排列形式，歸納起來可分成以下幾種：1、按階梯破碎方式排列REF_Ref179434260\h圖216所示為多環(huán)階梯式排列底出刃的孔底狀況：圖（a）是二環(huán)階梯排列。內(nèi)環(huán)合金比外環(huán)合金底出刃大，因而形成孔底階梯狀。圖（b）是三環(huán)階梯排列。中環(huán)合金是以超前方式比內(nèi)、外合金的底出刃大，故可起到掏槽作用。圖2SEQ圖\*ARABIC\s116階梯式排列底出刃示意圖圖（c）是四環(huán)多階梯排列。此種鉆頭所鑲合金較小，故稱小切削具鉆頭。圖（d）是肋骨鉆頭的排列形式。肋骨刃與主刃高差較大。階梯破碎方式排列合金的目的，是使孔底增多自由面，以提高破碎效果。在5～6級(jí)以上、研磨性較大的巖石中鉆進(jìn)時(shí)，要注意超前刃的過快磨損或折斷；否則發(fā)揮不出理想的效果。2、按分區(qū)破碎方式排列圖2SEQ圖\*ARABIC\s117合金單環(huán)排列圖2SEQ圖\*ARABIC\s118合金分區(qū)破碎自由面的影響范圍合金在鉆頭底面上的分布，除單環(huán)排列的（REF_Ref179434289\h圖217）外，大都采取了分區(qū)破碎方式排列，如REF_Ref179434335\h圖218所示。分區(qū)破碎方式排列的合金都呈內(nèi)、外、中三環(huán)排列和四環(huán)排列（REF_Ref177959359\h圖219）；合金排列的特點(diǎn)是沿鉆頭徑向?qū)挾纫酝膱A式排列，整個(gè)孔底寬度是按同心圓方式分區(qū)破碎的，每個(gè)合金只破碎一條環(huán)形孔底巖石。采用分區(qū)破碎能保證合金的穩(wěn)定性，減少了合金破碎巖石的寬度，因此減輕了合金所承受的負(fù)荷，增加了合金的壽命和碎巖速度。很多現(xiàn)代高效率的鉆頭，往往是將階梯式破碎和分區(qū)式破碎結(jié)合，組成多樣化鉆頭。3．密集式排列密集式排列主要用于研磨性巖石和較硬巖石的鉆進(jìn)，它以成組的合金比較集中地排列在一起，有堆狀排列（REF_Ref179434510\h圖220）和疏松排列（REF_Ref179434521\h圖221）兩種：前者每組合金堆集在一起，互相補(bǔ)強(qiáng)，前刃掏槽，后刃擴(kuò)槽，如一個(gè)單元合金；后者每組合金成疏松的一組，可完成一個(gè)寬糟的切削量。圖2圖2SEQ圖\*ARABIC\s119合金多環(huán)排列圖2SEQ圖\*ARABIC\s120合金堆狀排列圖2SEQ圖\*ARABIC\s121合金疏松排列圖2圖2SEQ圖\*ARABIC\s122合金的鑲嵌角度Px軸向力;Pz回轉(zhuǎn)力;Φ前角;β刃尖角;α切削角;θ后角（五）硬質(zhì)合金的鑲嵌角度硬質(zhì)合金經(jīng)鑲嵌后所形成的各種角度，如REF_Ref177962877\h圖222所示。合金的刃尖角β（也稱磨銳角）的大小，對(duì)鉆頭耐久性和鉆速有很大影響。其大小應(yīng)根據(jù)所鉆巖性而定。切削角α，也稱鑲嵌角。為便于切入巖石，合金的鑲嵌角也不相同：切削角為900的角叫直鑲；小于900的叫正斜鑲；大于900的叫負(fù)斜鑲，如REF_Ref179437082\h圖223所示。選擇合金在鉆頭上的不同鑲嵌角時(shí)，應(yīng)考慮以下三點(diǎn)：圖2SEQ圖\*ARABIC\s123合金在鉆頭上的各種鑲嵌形式(a)直鑲；(b)正斜鑲；(c)負(fù)斜鑲Px軸向力;Pz回轉(zhuǎn)力;Φ前角;β刃尖角;α切削角;h0–切入深度;Q–刃前阻力（1）合金在切入巖石和回轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)有較小的阻力；（2）鉆進(jìn)過程中隨合金的磨損它與巖石的接觸面不迅速增大；（3）在堅(jiān)硬巖層鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)使合金有較大的抗彎斷面，以防崩刃。在選擇合金鑲嵌角時(shí)，應(yīng)根據(jù)所鉆巖石性質(zhì)和鉆進(jìn)規(guī)程來確定，可參考REF_Ref179445983\h表26所列。表2SEQ表\*ARABIC\s16合金鑲嵌角巖石性質(zhì)鑲嵌角α(切削角)刃尖角1～3均質(zhì)軟巖石70～75°45～50°4～5均質(zhì)中硬巖石75～80°50～60°6～7均質(zhì)中硬巖石80～85°60～70°非均質(zhì)、有裂隙軟巖石90～-10°80～90°（六）鉆頭的水口和水槽鉆頭上的水口、水槽主要作用是使孔底沖洗液暢通，并能及時(shí)冷卻鉆頭和攜帶巖粉離開孔底。水口和水槽開得是否合理，直接影響著鉆進(jìn)效率和合金的磨損。通常每組合金應(yīng)當(dāng)至少開一個(gè)水口，水口的總面積大于鉆頭與巖心之間的環(huán)狀間隙的面積，以免因過水面積太小而引起不必要的水頭損失。水口的大小應(yīng)能滿足沖洗液暢通、很好地排除巖粉和及時(shí)冷卻鉆頭的要求。一般在松軟、膨脹、縮徑等地層鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)加大水口，甚至增加肋骨進(jìn)一步擴(kuò)大孔壁間隙，以保證正常沖孔。水口的位置應(yīng)盡可能地接近合金的前邊，以使沖洗液的流動(dòng)中心靠近合金前棱。目前，各地質(zhì)隊(duì)?wèi)?yīng)用的鉆頭水口形式（如REF_Ref179446084\h圖224所示）。有矩形（a）、梯形（b）、半圓形（c）、偏斜形（d）及弧形（e）等。圖2SEQ圖\*ARABIC\s124鉆頭水口形式鉆頭上的水槽和水口連接，其目的是補(bǔ)充增加鉆頭內(nèi)、外環(huán)形間隙過水?dāng)嗝娴牟蛔?。水槽有直槽和與順鉆頭旋轉(zhuǎn)方向成60-80°的斜槽兩種；水槽一般深1.5～2mm，寬7～10mm。二、硬質(zhì)合金鉆頭的制造硬質(zhì)合金鉆頭的制造工藝，對(duì)鉆頭壽命和鉆進(jìn)速度有很大影響。為此，要提高鉆進(jìn)效率和鉆頭壽命，必須提高鉆頭的鑲焊質(zhì)量。硬質(zhì)合金鉆頭的制造過程是：（1）準(zhǔn)備鉆頭體：將鉆頭體車圓、車絲扣。加工水口、水槽；（2）劃定合金位置：在鉆頭體上將鑲嵌合金的位置劃好線，再用鑿子打出記號(hào)；（3）開鑿合金巢：鑲焊柱狀合金時(shí)用鉆床進(jìn)行鉆眼。然后將剩余的薄壁鑿?fù)ǎㄍ馊袕耐獗阼復(fù)?，?nèi)刃從內(nèi)壁鑿?fù)ǎ驳纳疃葢?yīng)能使合金嵌入后留出底刃的高度。鑲嵌薄片合金時(shí)，可用刨床或銑床加工。（4）鑲嵌合金片：將合金洗凈壓入合金巢，校正規(guī)格。用鑿子使合金周邊的鋼料將合金固定起來。鑲嵌敲打時(shí)，不得用鐵錘直接敲打合金。（5）鑲焊合金：鑲焊工序是鉆頭制造過程中最主要的工序，它直接影響鉆頭的質(zhì)量。最常用的方法是氧焊法（如無氧焊，可用帶鼓風(fēng)的炭爐進(jìn)行加熱），銅焊條的直徑一般為2～6mm。加熱前應(yīng)將鉆頭絲扣用石棉包好，合金則以水浸濕，撒上加熱的硼砂粉末，再將鉆頭加熱到硼砂溶化的溫度（800℃），然后再放上焊料；采用黃銅焊條時(shí)，加熱到900～950℃，用電解銅時(shí)加熱至1100除上述方法外，還可采用銅液浸漬法進(jìn)行鑲焊，其程序?yàn)椋簩⒑辖鹎逑锤蓛羟度脬@頭中，再放在70～80℃的硼砂溶液中洗滌干凈，在浸入銅液之前，應(yīng)使鉆頭預(yù)熱到200～300℃。熔化黃銅應(yīng)使用鐵坩堝或石墨坩堝，溶化時(shí)加10%的食鹽，溶化后再加0.5kg銅液浸漬法是將鑲好的合金鉆頭浸入溶化的銅液中浸焊而成，此方法簡(jiǎn)單，效率高，加熱均勻，不用氧氣，能保證鑲焊質(zhì)量，比較適于在修配廠大批生產(chǎn)中采用。三、典型硬質(zhì)合金鉆頭目前，硬質(zhì)合金鉆頭種類繁多，用途各異，但歸納起來可分為兩大類：一類是取心式硬質(zhì)合金鉆頭，它的特點(diǎn)是鉆頭呈環(huán)狀，鉆進(jìn)后能取出圓柱狀的巖心，所以又稱環(huán)狀巖心合金鉆頭，這是巖心鉆探最常用的一類鉆頭；另一類是不取心式硬質(zhì)合金鉆頭。它的特點(diǎn)是鉆頭底部全面鑲有合金，進(jìn)行全面鉆進(jìn)不取巖心，所以又可稱為全面合金鉆頭，這是鉆進(jìn)覆蓋層、軟巖最常用的一類鉆頭。取心式合金鉆頭又可根據(jù)鉆進(jìn)巖石的性質(zhì)，分為磨銳式鉆頭與自磨式鉆頭兩種，磨銳式硬質(zhì)合金鉆頭鑲嵌有可以修磨的磨銳式合金；這種鉆頭在鉆進(jìn)時(shí)合金會(huì)不斷磨損而變鈍，鉆速也隨之逐漸下降。自磨式硬質(zhì)合金鉆頭鑲嵌有小斷面（薄片或圓柱狀）的自磨式合金；這種鉆頭鉆進(jìn)時(shí)合金不被磨鈍，鉆速基本不變，見REF_Ref179448358\h圖225和REF_Ref179448373\h圖226。圖2SEQ圖\*ARABIC\s125磨銳式合金和自磨式合金圖2SEQ圖\*ARABIC\s126磨銳式合金和自磨式合金鉆進(jìn)曲線Ⅰ—磨銳式合金鉆進(jìn)曲線Ⅱ—自磨式合金鉆進(jìn)曲線在鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)鉆進(jìn)地層的特點(diǎn)和要求及巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，來選擇或設(shè)計(jì)硬質(zhì)合金鉆頭的類型和結(jié)構(gòu)。現(xiàn)將各種不同地層使用的典型硬質(zhì)合金鉆頭介紹如下：（一）螺旋肋骨式鉆頭此型鉆頭采用K572型號(hào)硬質(zhì)合金鑲嵌制成，鉆頭外側(cè)有三塊與鉆頭底唇水平面呈45°角的螺旋肋骨，材料為35號(hào)鋼。其結(jié)構(gòu)如REF_Ref179450303\h圖227所示。圖2SEQ圖\*ARABIC\s127螺旋肋骨式鉆頭1—鉆頭體；2—肋骨；3—合金螺旋肋骨之作用在于能使沖洗液呈螺旋狀上升，這樣就加速了孔底巖粉上升速度，保證孔底清潔，減少孔內(nèi)阻力，從而提高了鉆進(jìn)速度。在使用此型鉆頭時(shí)，為使鉆進(jìn)平穩(wěn)，避免鉆孔彎曲，須采用特制的巖心管。螺旋肋骨鉆頭適用于2～4級(jí)松軟塑性巖層、覆蓋層。粘土層、風(fēng)化砂巖及鋁土頁巖等。這種鉆頭，經(jīng)各隊(duì)使用證明，在2～4級(jí)松軟地層中鉆進(jìn)，能大大提高鉆進(jìn)效率。如某隊(duì)在江西頁巖夾薄層砂巖和結(jié)核巖層中使用，效果比一般肋骨鉆頭鉆進(jìn)效率提高1～1.5倍。當(dāng)一般鉆速達(dá)3.6×10-3m／s時(shí)，純機(jī)械鉆速可達(dá)(0.75～1.2)×10-2m/s，最高達(dá)1.62×10螺旋肋骨鉆頭的規(guī)格尺寸見REF_Ref179448639\h表27。表2SEQ表\*ARABIC\s17螺旋肋骨鉆頭的規(guī)格尺寸鉆頭直徑/mmDD1dL肋骨數(shù)硬質(zhì)合金數(shù)量152/11215013011610415132/9213011096103～411～15112/7311091779.531193/579175618311（二）階梯式肋骨鉆頭此型鉆頭采用K531型號(hào)硬質(zhì)合金鑲嵌而成，其特點(diǎn)是肋骨片較厚，水口寬大，鉆進(jìn)時(shí)的實(shí)際孔徑相當(dāng)于大一級(jí)的鉆頭直徑，孔底為階梯狀。其結(jié)果如REF_Ref182390098\h圖228所示。階梯肋骨鉆頭適用于3～5級(jí)巖層，如頁巖、矽頁巖和膠結(jié)不緊的砂巖等。鉆進(jìn)時(shí)，階梯肋骨進(jìn)行擴(kuò)孔，可保持一定的鉆頭內(nèi)外間隙。使用該鉆頭鉆進(jìn)時(shí)的平均機(jī)械鉆速為（6～9）×10-4m/s，平均回次進(jìn)尺為3～5m，鉆頭進(jìn)尺12～14m。階梯肋骨鉆頭的規(guī)格尺寸見REF_Ref179449654\h表28。圖2SEQ圖\*ARABIC\s128階梯肋骨鉆頭表2SEQ表\*ARABIC\s18階梯肋骨鉆頭的規(guī)格尺寸鉆頭直徑/mmDD1dL肋骨數(shù)硬質(zhì)合金數(shù)量152/11215013011610414132/921301109610414112/7311091779.541293/579175618412（三）普通式（內(nèi)外鑲）硬質(zhì)合金鉆頭普通式硬質(zhì)合金鉆頭又稱5·5·13式硬質(zhì)合金鉆頭，采用K573或K531型合金制成，內(nèi)外出刃為1～2mm，底出刃為1～3mm，合金修磨之刃尖角為50°～60°，可以直鑲也可以斜鑲，切削角為65°～90°。其構(gòu)造如REF_Ref179450343\h圖229所示。以T573型合金鑲制的鉆頭可用于中硬地層；以K531型合金鑲制的鉆頭可用于堅(jiān)硬地層；一般這種鉆頭廣泛用于2～5級(jí)巖石中鉆進(jìn)，如均質(zhì)石灰?guī)r、大理巖、較疏松的砂巖及頁巖等。在5～6級(jí)巖層中鉆進(jìn)，回次進(jìn)尺2.5～6m，單位小時(shí)進(jìn)尺2.5～3.5時(shí)間可達(dá)1～1.5h。如采用5×10的八角柱狀硬質(zhì)合金鉆進(jìn)時(shí)，效果更為顯著。普通式（內(nèi)外鑲）硬質(zhì)合金鉆頭的規(guī)格尺寸見REF_Ref178127445\h表29。表2SEQ表\*ARABIC\s19普通式（內(nèi)外鑲）硬質(zhì)合金鉆頭的規(guī)格尺寸鉆頭直徑/mm152/113132/114112/9493/7577/59D1501301109175d135116967761α0～15°0～15°0～15°0～15°0～15°合金數(shù)量10～121086～86圖2SEQ圖\*ARABIC\s129普通式（內(nèi)外鑲）硬質(zhì)合金鉆頭（四）大八角硬質(zhì)合金鉆頭鉆頭采用K534型硬質(zhì)合金制成，鉆頭壁厚10mm，合金內(nèi)出刃2mm，外出刃1mm，底出刃2.5mm，切削角為7.5～8.5，合金斜鑲也可直鑲。鉆頭結(jié)構(gòu)如REF_Ref179451013\h圖圖2SEQ圖\*ARABIC\s130大八角硬質(zhì)合金鉆頭大八角合金鉆頭適宜于鉆進(jìn)6～7級(jí)及部分8級(jí)不均質(zhì)巖層，以及軟硬不均，含有夾層的巖石，如長(zhǎng)石灰?guī)r，硅化灰?guī)r和凝灰?guī)r等，平均機(jī)械鉆速為（3.9～4.8）×10-4m/s，回次進(jìn)尺2～4m，鉆頭進(jìn)尺可達(dá)5～10m。大八角硬質(zhì)合金鉆頭的規(guī)格尺寸見REF_Ref178127795\h表310。表STYLEREF1\s3SEQ表\*ARABIC\s110大八角硬質(zhì)合金鉆頭的規(guī)格尺寸鉆頭直徑/mm93/7877/5260.5/35.5D917558.5d715538.5合金數(shù)量4～644（五）自磨式針狀硬質(zhì)合金鉆頭在我國(guó)，自磨式針狀硬質(zhì)合金鉆頭，多采用胎塊式針狀硬質(zhì)合金鉆頭，其結(jié)構(gòu)如REF_Ref179451557\h圖231所示。胎塊式預(yù)制品如REF_Ref179451567\h圖332所示，在地質(zhì)隊(duì)可根據(jù)需要把它鑲焊在鉆頭體上。圖2SEQ圖\*ARABIC\s131胎塊式針狀硬質(zhì)合金鉆頭圖2SEQ圖\*ARABIC\s132胎塊式預(yù)制品胎塊式針狀硬質(zhì)合金鉆頭適宜于在6～7級(jí)及部分8級(jí)巖層中鉆進(jìn)，其機(jī)械鉆速高，回次進(jìn)尺大，鉆頭壽命長(zhǎng)，并且鉆孔質(zhì)量好，操作方便，成本也較低。經(jīng)研究和試驗(yàn)，選定胎塊為70%鐵粉與30%銅粉燒結(jié)的假合金具有較好的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性，以及合適的硬度，適用范圍較廣，但耗銅量偏多。有時(shí)也采用80%鐵粉與20%銅粉燒結(jié)的胎體，但其性能不如前者。在胎塊中主要起碎巖作用的支點(diǎn)——針狀合金對(duì)鉆進(jìn)性能影響很大。試驗(yàn)證明：合金材質(zhì)以YG4C、YG6、YG8三種效果較好，新型合金YA6也是比較理想的一種。針狀合金的直徑以1.8～2mm為宜，直徑過小容易折斷，直徑過大則胎塊包鑲困難。針狀合金在胎塊端面的排布與數(shù)量，直接影響鉆進(jìn)效率與鉆頭壽命。其基本要素是以一定數(shù)量的針狀合金將環(huán)槽寬度（即胎塊厚）的孔底巖石破碎完滿，并對(duì)內(nèi)外邊緣都有所加強(qiáng)。一般硬質(zhì)合金的斷面積占胎塊斷面的12％～22%，如REF_Ref179451567\h圖232所示。對(duì)研磨性大的巖石取上限，對(duì)致密巖石取下限。在針狀合金鉆頭鉆進(jìn)中，突出的問題是外徑磨損嚴(yán)重，因此需增強(qiáng)外徑的抗磨能力。經(jīng)試驗(yàn)，胎塊的規(guī)格以15mm×8.5mm為最好，配合通用的硬質(zhì)合金鉆頭體。在胎塊外側(cè)增加鑄造碳化鎢顆粒，對(duì)保徑最簡(jiǎn)便有效。一般可根據(jù)鉆頭直徑大小，每個(gè)鉆頭體上可鑲焊（六）薄片硬質(zhì)合金自磨式鉆頭薄片硬質(zhì)合金鉆頭又稱單雙粒薄片硬質(zhì)合金自磨式鉆頭，其結(jié)構(gòu)如REF_Ref179452109\h圖233所示。該鉆頭所采用的硬質(zhì)合金片為1mm×5mm×20mm，支持鋼片單粒者為4mm×5mm×20mm，雙粒者為4mm×10mm×20mm，內(nèi)外出刃皆為1.5mm圖2SEQ圖\*ARABIC\s133薄片硬質(zhì)合金自磨式鉆頭這種鉆頭適用于鉆進(jìn)5～7級(jí)研磨性較大的中粒砂巖或其它研磨性大的巖層，一般回次進(jìn)尺提高60％～100%，機(jī)械鉆速提高10%～30％，充分顯示了自磨式鉆頭的優(yōu)越性。第四節(jié)硬質(zhì)合金鉆進(jìn)規(guī)程所謂鉆進(jìn)規(guī)程，指的是鉆壓、轉(zhuǎn)速及沖洗液量三個(gè)在鉆進(jìn)過程中可以控制的參數(shù)值。鉆進(jìn)時(shí)鉆進(jìn)規(guī)程的控制、調(diào)節(jié)，對(duì)鉆頭在孔底的工作情況、鉆進(jìn)速度和鉆進(jìn)質(zhì)量有直接的影響。鉆進(jìn)規(guī)程一般可分為：（1）最優(yōu)鉆進(jìn)規(guī)程：使在一定條件下，能達(dá)到最好鉆探經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的鉆進(jìn)參數(shù)值。鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)控制掌握的鉆進(jìn)規(guī)程和《巖心鉆探操作規(guī)程》中所列的參數(shù)值，即是最優(yōu)的鉆進(jìn)規(guī)程值。（2）強(qiáng)力鉆進(jìn)規(guī)程：是指鉆進(jìn)時(shí)所采用的比一般最優(yōu)鉆進(jìn)規(guī)程值高的鉆進(jìn)規(guī)程值，目的是達(dá)到更高的鉆進(jìn)速度。有時(shí)也稱快速鉆進(jìn)規(guī)程。（3）特殊鉆進(jìn)規(guī)程：是為了某些特殊目的和要求而采取的特殊規(guī)程或受限制的規(guī)程值，故稱為特殊鉆進(jìn)規(guī)程。這種特殊規(guī)程值在特殊目的和要求的情況下也是合理的，但也存在著如何擇優(yōu)的問題。確定鉆進(jìn)規(guī)程值時(shí)，最基本的出發(fā)點(diǎn)是保證最大的平均鉆速和最長(zhǎng)的鉆頭壽命。因此，必須根據(jù)巖石的性質(zhì)、所選鉆頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及鉆孔和設(shè)備條件來掌握調(diào)控鉆進(jìn)規(guī)程的具體參數(shù)值。一、鉆壓鉆壓也稱軸向壓力。硬質(zhì)合金鉆進(jìn)表示鉆壓的方式有：?jiǎn)挝汇@壓或單位壓力（C。）：表示每顆（或每組）合金上應(yīng)加的鉆壓（壓力）；總鉆壓或總壓力（C）：表示整個(gè)鉆頭上應(yīng)加的鉆壓（壓力）。鉆壓的大小對(duì)鉆進(jìn)效率和鉆頭壽命有很大的影響。在一定范圍和一定條件下，鉆速和鉆頭壽命都隨鉆壓的增大而增加。鉆進(jìn)時(shí)，合金的受鉆壓切入巖石而鉆進(jìn)；同時(shí)，因鉆壓造成合金與巖石的摩擦而使合金磨損。所以，在選擇鉆壓時(shí)，必須在保證質(zhì)量的前提下從鉆進(jìn)效率和鉆頭壽命兩個(gè)方面進(jìn)行分析、研究。（一）鉆壓對(duì)鉆進(jìn)速度的影響關(guān)于鉆進(jìn)速度有兩種概念，即：機(jī)械鉆速表示單位時(shí)間內(nèi)的進(jìn)尺數(shù)，即：式中：v—機(jī)—械鉆速；l—鉆孔進(jìn)尺數(shù)；t—鉆進(jìn)時(shí)間?；卮毋@速：表示一個(gè)回次的進(jìn)尺數(shù)，即：v1=l/(t+t1)式中：v1—回次鉆速；t1—輔助時(shí)間。鉆進(jìn)時(shí)除應(yīng)提高機(jī)械鉆速外，更應(yīng)提高回次鉆速。所以，在研究鉆速的同時(shí)，還應(yīng)研究鉆頭合金的磨損問題。一般情況下，在松軟及軟巖石中鉆進(jìn)時(shí)，因所需鉆壓不大，對(duì)鉆速和合金的磨損不是主要問題；而在中硬和硬巖層中鉆進(jìn)時(shí)，鉆壓確定是否合理，對(duì)鉆速和合金磨損影響很大。試驗(yàn)表明，鉆進(jìn)時(shí)鉆壓與鉆速的變化如REF_Ref179473356\h圖234所示?？偟膩砜?，鉆速是隨著鉆壓的增大而增加的。鉆壓對(duì)鉆速變化曲線可劃分為3個(gè)區(qū)段：第一區(qū)段為表面破碎階段——此時(shí)，鉆進(jìn)過程中因鉆壓較低，合金只靠與巖石的磨擦進(jìn)行表面破碎，所以鉆速很低。在此段內(nèi)，鉆速是隨鉆壓的增大而緩慢增大；第二區(qū)段為疲勞破碎階段——此時(shí)隨鉆壓的增大鉆速亦增大；第三段區(qū)為體積破碎階段—此時(shí)，隨鉆壓的增加，合金切入巖石而呈體積破碎狀態(tài)。在此段內(nèi)，隨鉆壓的增加，鉆速大幅度增大。因此，為提高鉆進(jìn)速度，鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)使鉆壓達(dá)到體積破碎階段。此時(shí)的鉆壓值即為最優(yōu)壓力值，即：C0＞бS式中：C0—鉆壓；б—巖石的抗壓強(qiáng)度；S—切入巖石的合金面積。試驗(yàn)還表明：在不同硬度的巖石中鉆進(jìn)時(shí)，當(dāng)鉆壓提高一倍時(shí)，對(duì)不同巖石鉆速的增長(zhǎng)率是不同的，在中硬地層中鉆進(jìn)時(shí)，增大鉆壓對(duì)提高鉆速的效果更為明顯(REF_Ref178132623\h圖235)。圖2SEQ圖\*ARABIC\s134鉆進(jìn)時(shí)鉆壓與鉆速的變化圖2SEQ圖\*ARABIC\s135鉆壓提高一倍時(shí)，不同巖石鉆速的增長(zhǎng)率（二）鉆壓對(duì)合金磨損的影響在硬質(zhì)合金鉆進(jìn)過程中，合金的磨損屬于研磨性磨損，即合金被較硬的巖石礦物顆粒刻劃而磨損。表示合金磨損的概念有以下兩種：1、單位進(jìn)尺合金的磨損體積；2、硬質(zhì)合金鉆頭壽命，即單個(gè)鉆頭的進(jìn)尺數(shù)。鉆進(jìn)過程中，合金的磨損又分為正常磨損（磨鈍）和不正常磨損兩種。鉆進(jìn)中由于操作不當(dāng)，鉆頭鑲焊質(zhì)量低，巖石軟硬變化過大等原因而造成合金崩刃、折斷、壓裂、脫落等情況，都視為非正常磨損。這是應(yīng)該在操作中注意避免的。在正常情況下，鉆進(jìn)試驗(yàn)表明，鉆壓與合金磨損的關(guān)系如REF_Ref182389944\h圖236所示。圖2SEQ圖\*ARABIC\s136鉆壓與合金磨損的關(guān)系v合金的磨損；Py軸向力，可視為圖2SEQ圖\*ARABIC\s136鉆壓與合金磨損的關(guān)系v合金的磨損；Py軸向力，可視為C。σ巖石的抗壓入強(qiáng)度在鉆進(jìn)過程中，合金逐漸磨損變鈍，接觸面逐漸增大，因而巖石破碎方式逐漸過渡到疲勞破碎階段，甚至表面破碎階段，使鉆速下降。所以在合金鉆進(jìn)過程中，應(yīng)隨合金的逐漸磨鈍而逐漸增大鉆壓，以保證以體積破碎方式進(jìn)行鉆進(jìn)，直到不可能或不應(yīng)當(dāng)再增大鉆壓時(shí)為止。（三）鉆壓的確定根據(jù)上述分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明：硬質(zhì)合金鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)根據(jù)巖石性質(zhì)、鉆頭結(jié)構(gòu)、鉆孔深度和設(shè)備條件來合理地選擇最優(yōu)壓力值。在鉆進(jìn)裂隙層或軟硬不均地層時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低鉆壓；鉆進(jìn)軟巖或弱研磨性的巖石可采用中等鉆壓；鉆進(jìn)硬巖石或研磨性大的巖石，則應(yīng)適當(dāng)增大鉆壓。鉆進(jìn)過程中，一般適當(dāng)加大鉆壓（使C0＞σS），可使鉆速增加而合金磨損有所下降。為保證有較高的回次進(jìn)尺效率，還應(yīng)隨合金的磨損而適當(dāng)增加鉆壓。在實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)常采用兩次加壓法。兩次加壓法是在回次初期一個(gè)較短的時(shí)間內(nèi)，以不大的鉆壓鉆進(jìn)，待合金消除鑲焊質(zhì)量造成的出刃誤差而適應(yīng)了孔底的條件后，再加全壓（額定鉆壓）鉆進(jìn)。這種加壓方法，獲得了較好的效果。通常以YG8合金鑲焊的鉆頭，在初期加壓階段可采用額定鉆壓的3/5左右鉆進(jìn)20～30min；對(duì)YG4C合金鉆頭，則初期加壓鉆進(jìn)約40min計(jì)算鉆進(jìn)過程中孔底鉆壓的方法，有理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算兩種。理論計(jì)算法是根據(jù)所鉆巖石的抗壓強(qiáng)度來計(jì)算孔底壓力，可按下式計(jì)算。C=σ·S·m·n式中：C—鉆頭上的總壓力；σ—巖石的抗壓強(qiáng)度；S—切人巖石的合金面積；m—鉆頭唇石上的合金數(shù)；n—加壓系數(shù)（取1.15～1.2）?，F(xiàn)場(chǎng)計(jì)算鉆頭上的總鉆壓，可按下式計(jì)算：C=C0·m式中，C0為鉆頭上每顆合金應(yīng)加的鉆壓值（見REF_Ref178133390\h表211）。表2SEQ表\*ARABIC\s111每顆合金應(yīng)加的鉆壓值巖石性質(zhì)切削具形式加在每顆合金上的壓力/N1～3級(jí)軟塑性巖石片狀合金500～6004～6級(jí)中硬均質(zhì)巖石柱狀合金700～12007～8級(jí)硬的致密巖石柱狀合金900～15007～8級(jí)硬的研磨性巖石針狀合金1500～2000YG8合金的單位壓力推薦值見REF_Ref178133428\h表312。表STYLEREF1\s3SEQ表\*ARABIC\s112YG8合金的單位壓力推薦值巖石性質(zhì)切削具形式單位壓力P/(kN·顆-1)Ⅰ～Ⅳ級(jí)軟–部分中硬巖石片狀0.40～0.70方柱狀0.80～1.20Ⅴ～Ⅵ中硬–部分硬巖石中八角柱狀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當(dāng)硬質(zhì)合金刃尖角變化時(shí)，其壓力值P（即總壓力C也應(yīng)隨之變化，以保證保持鉆速的穩(wěn)定（見REF_Ref178133509\h表213）表2SEQ表\*ARABIC\s113硬質(zhì)合金刃尖角變化時(shí)的壓力值刃尖角20°25°30°35°40°45°鉆壓P1.27P1.55P1.82P2.09P2.36P二、轉(zhuǎn)速鉆頭的轉(zhuǎn)速，即每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，表示方法有兩種：轉(zhuǎn)數(shù)n—鉆頭每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)r/min；轉(zhuǎn)速v—鉆頭回轉(zhuǎn)時(shí)的圓周速度m/s。在一定條件下和一定范圍內(nèi)，鉆頭的轉(zhuǎn)速直接代表了合金在孔底破碎巖石的次數(shù)。鉆速將隨轉(zhuǎn)數(shù)的增高而增加。所以，硬質(zhì)合金鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，掌握合理的轉(zhuǎn)速，對(duì)鉆速有著很大的影響。（一）轉(zhuǎn)速對(duì)鉆進(jìn)的影響從理論上看，鉆速隨轉(zhuǎn)速的增加而成正比地增加。但實(shí)際上鉆速并不隨轉(zhuǎn)數(shù)的增加而呈正比增加，轉(zhuǎn)速的增加有其極限值（最優(yōu)值）。超過此值后，鉆速反而會(huì)下降，如REF_Ref179473321\h圖237、REF_Ref178133918\h圖238所示。其主要原因一是在高轉(zhuǎn)數(shù)的情況下，合金在巖石表面上的作用時(shí)間太短，從而影響合金的切人深度，導(dǎo)致鉆速下降；另一個(gè)原因是在高轉(zhuǎn)數(shù)的情況下，孔底溫度增高，合金的磨損或磨鈍加快而使鉆速下降。圖2SEQ圖\*ARABIC\s137鉆進(jìn)與轉(zhuǎn)速的關(guān)系1—理論曲線；2—實(shí)際曲線圖2SEQ圖\*ARABIC\s138不同巖石鉆速與轉(zhuǎn)速的關(guān)系試驗(yàn)證明，硬質(zhì)合金鉆頭在不同類型巖石中鉆進(jìn)時(shí)，鉆速隨轉(zhuǎn)數(shù)的變化如REF_Ref179473500\h圖239所示。圖中曲線Ⅰ表示在粘土類巖石中，鉆速幾乎隨轉(zhuǎn)數(shù)成正比增長(zhǎng)；在堅(jiān)硬的、高研磨性的巖石（曲線Ⅲ）中，鉆速隨轉(zhuǎn)數(shù)增加而增長(zhǎng)緩慢；而在中等硬度、研磨性較小的巖石（曲線Ⅱ）中，則介于前兩者之間，這主要是由于合金被磨鈍及破碎巖石的時(shí)間因素導(dǎo)致的結(jié)果。圖2SEQ圖\*ARABIC\s139合金鉆進(jìn)不同巖石時(shí)，轉(zhuǎn)速對(duì)鉆逃的影響圖2SEQ圖\*ARABIC\s140不同巖石當(dāng)轉(zhuǎn)速增大一倍時(shí)鉆速的增長(zhǎng)率由圖可知，在堅(jiān)硬的、高研磨性的巖石中鉆進(jìn)，其極限轉(zhuǎn)速較??；若超過極限轉(zhuǎn)速后繼續(xù)增加轉(zhuǎn)速將導(dǎo)致鉆速的下降，這主要是由于時(shí)間因素影響的結(jié)果。試驗(yàn)表明，對(duì)不同的巖石，轉(zhuǎn)速提高一倍時(shí)，其鉆速的增長(zhǎng)率是不相同的。如REF_Ref178134335\h圖240所示。對(duì)4～5級(jí)的大理巖，轉(zhuǎn)速提高一倍，鉆速增長(zhǎng)93％，而對(duì)9級(jí)角斑巖，轉(zhuǎn)速提高一倍鉆速僅增長(zhǎng)28％。所以，依靠提高轉(zhuǎn)速來提高鉆速，對(duì)較軟的研磨性小的巖石來說是有利的但于硬的研磨性巖石來說，則意義不大。在當(dāng)前使用的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，鉆桿柱在孔內(nèi)產(chǎn)生的軸向彎曲和彈性振動(dòng)，都隨轉(zhuǎn)速的增長(zhǎng)而加?。换剞D(zhuǎn)鉆桿以及克服摩擦所需功率，也隨轉(zhuǎn)速的增加而相應(yīng)增大；因此，提高轉(zhuǎn)速受鉆桿柱在孔內(nèi)工作穩(wěn)定性的限制，也受鉆桿柱的強(qiáng)度、長(zhǎng)度、合金的強(qiáng)度及鉆探設(shè)備的限制。（二）轉(zhuǎn)速的確定轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)數(shù)的關(guān)系如下式表示：n=60v/πD或?qū)懗桑菏街校簄—鉆頭的轉(zhuǎn)數(shù)r·min-1；v—鉆頭的轉(zhuǎn)速（即鉆頭的圓周速度）m/s；D—鉆頭的平均直徑m；D1—鉆頭按合金計(jì)算的外徑m；D2—鉆頭按合金計(jì)算的內(nèi)徑m。為提高鉆進(jìn)效率，在一定鉆壓下，應(yīng)根據(jù)鉆探設(shè)備、巖石性質(zhì)、鉆頭結(jié)構(gòu)，以及孔徑、孔深等條件來和選擇最優(yōu)轉(zhuǎn)速值。實(shí)際上，目前各勘探隊(duì)所采用的轉(zhuǎn)速，遠(yuǎn)沒有達(dá)到最優(yōu)值。所以，在條件允許的情況下，應(yīng)增加轉(zhuǎn)速，以提高鉆進(jìn)效率。在增加轉(zhuǎn)速的同時(shí)，還應(yīng)適當(dāng)增加鉆壓和改善排粉及冷卻鉆頭的條件。一般情況下，在軟巖石或采用小口徑鉆進(jìn)時(shí)，可用高轉(zhuǎn)速；當(dāng)鉆進(jìn)研磨性大的巖石或深孔鉆進(jìn)，以及大口徑鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速。用硬質(zhì)合金鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，轉(zhuǎn)速的選擇可參見REF_Ref178134631\h表214所列。表2SEQ表\*ARABIC\s114硬質(zhì)合金鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速巖石性質(zhì)鉆頭圓周速度/(m·s-1)不同直徑鉆頭的轉(zhuǎn)數(shù)/(r·min-1)1501301109175研磨性小的巖石1.2～1.4150～180180～210210～250250～300300～350稍有研磨性的中硬巖石0.9～1.2100～120120～150150～200200～250250～300研磨性的、硬的裂隙巖石0.6～0.880～100100～120120～160140～160160～180三、沖洗液量沖洗液量是指鉆進(jìn)時(shí)送入孔內(nèi)的沖洗液的量，有時(shí)也稱為送水量或泵量。硬質(zhì)合金鉆進(jìn)時(shí)，衡量沖洗液量的指標(biāo)有：總泵量Q—指送入孔內(nèi)的總流量L/min。單位泵量q—指每單位鉆頭直徑的泵量L/s·m。合金鉆進(jìn)時(shí)泵量的大小，一般由單位時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的巖粉量來確定；同時(shí)，還應(yīng)考慮到?jīng)_洗液的質(zhì)量。這對(duì)鉆進(jìn)效率有很大影響。（一）沖洗液量對(duì)鉆進(jìn)的影響圖2SEQ圖\*ARABIC\s141沖洗液質(zhì)量與鉆速的關(guān)系圖2SEQ圖\*ARABIC\s142沖洗液量與鉆速的關(guān)系圖2SEQ圖\*ARABIC\s143壓差對(duì)鉆壓減少的作用鉆進(jìn)時(shí)，沖洗液的質(zhì)量與數(shù)量對(duì)鉆進(jìn)速度有很大影響。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的資料證明，鉆速隨沖洗液的密度或粘度的增大而下降，如REF_Ref178136236\h圖241所示。從理論上看，增大沖洗液量，對(duì)提高鉆速有一定好處，如REF_Ref178136252\h圖242所示。應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)沖洗液量不足時(shí)，孔底顆粒大的巖粉不能被沖起，從而造成孔底重復(fù)破碎量的增大，使破碎效率下降；同時(shí)，過多的巖粉堆積，也造成合金散熱不好，使溫度增高，耐磨性降低；有時(shí)還易引起堵水、憋泵的現(xiàn)象。但過大的泵量會(huì)沖毀巖心或孔壁，并使鉆壓下降(REF_Ref178136374\h圖243)，使鉆速降低。當(dāng)采用大泵量時(shí)，則必須給予一定的重視。（二）沖洗液量的確定硬質(zhì)合金鉆進(jìn)時(shí)，沖洗液量的調(diào)整幅度比較大。從合理利用沖洗液量的觀點(diǎn)出發(fā)，沖洗液量應(yīng)根據(jù)所鉆巖層的性質(zhì)、所選擇的鉆壓、轉(zhuǎn)速的參數(shù)值來確定。實(shí)踐證明，鉆孔排除巖粉的最佳沖洗液量值，應(yīng)使孔內(nèi)沖洗液流速達(dá)到0.45m／s左右。為保證此流速，按鉆頭直徑給水應(yīng)為8～15L硬質(zhì)合金鉆進(jìn)時(shí)沖洗液量可按下式計(jì)算：用泥漿時(shí)用清水時(shí)式中：Q—所需的總泵量L/s；F—孔內(nèi)鉆桿與孔壁的環(huán)狀間隙dm2；F1—孔底面積dm2；δ—巖粉顆粒cmv—鉆進(jìn)速度dm/s。簡(jiǎn)便的沖洗量計(jì)算，可按下式進(jìn)行：式中：F—鉆具與孔壁間的環(huán)狀間隙dm2；v—鉆桿與孔壁之間的外環(huán)狀空間中的水流速度m/s；此速度一般取0.3～0.45m式中：K—送水系數(shù)，常取1.33～2.5；D—鉆頭直徑mm。采用人工磨銳式合金鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，鉆頭口徑大，且鉆具與孔壁的環(huán)狀間隙大。為保證上升沖洗液流速，一般采用較大的泵量。當(dāng)采用小口徑針狀合金鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，鉆具與孔壁的環(huán)狀間隙較小，所以應(yīng)采用較小的泵量和較大的泵壓。具體沖洗液量可參見REF_Ref178136904\h表215。表2SEQ表\*ARABIC\s115沖洗液量巖石性質(zhì)不同直徑鉆頭所需沖洗液量/(L·min-1)7591110松軟易破碎，怕水沖的巖石小于60小于70小于80塑性無研磨性、均質(zhì)巖石100～120120～150150～180致密均質(zhì)及非均質(zhì)、研磨性巖石80～100100～120120～150四、各鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)間的相互配合在生產(chǎn)過程中，要密切注意變化著的客觀情況，以選擇合理的最優(yōu)鉆進(jìn)參數(shù)值。實(shí)際上，各參數(shù)都有各自的最優(yōu)值，各參數(shù)之間不是孤立的，而是相互有著密切聯(lián)系的。參數(shù)間的相互關(guān)系，大致如REF_Ref178136985\h表216所示。一般情況下，硬質(zhì)合金鉆進(jìn)時(shí)，由于合金的強(qiáng)度和耐磨性的限制，對(duì)于不同的巖石應(yīng)當(dāng)有綜合最優(yōu)鉆進(jìn)參數(shù)。如表2-17所示。在鉆進(jìn)塑性松軟巖層時(shí)，最好采用高轉(zhuǎn)速、小鉆壓、大泵量；在鉆進(jìn)4～5級(jí)中等硬度的巖層時(shí)，可采用較高轉(zhuǎn)速、中等鉆壓、較前稍小的泵量；鉆進(jìn)研磨性大而堅(jiān)硬的巖層，須采用大鉆壓、低轉(zhuǎn)速、中等泵量或大泵量。總之，鉆進(jìn)4～5級(jí)以上巖層時(shí)以采用較高轉(zhuǎn)速為主；鉆進(jìn)6級(jí)以上巖層時(shí)，以采用較大鉆壓為主。表2SEQ表\*ARABIC\s116鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)間的相互配合巖石鉆壓轉(zhuǎn)速?zèng)_洗液量研磨性大而堅(jiān)硬的巖石大小大裂隙巖石大小相應(yīng)地小軟巖大大相應(yīng)地大最優(yōu)回次進(jìn)尺時(shí)間的確定硬質(zhì)合金鉆進(jìn)中硬巖石時(shí)，合理掌握、確定最優(yōu)回次進(jìn)尺時(shí)間是提高鉆進(jìn)效率的重要措施之一。合金鉆進(jìn)時(shí)，因合金不斷被磨鈍，致使機(jī)械鉆速逐漸下降。從機(jī)械鉆速下降來說，早一點(diǎn)結(jié)束這一個(gè)回次而提鉆是有利的，這樣可以得到較高的平均機(jī)械鉆速。但是，在鉆進(jìn)工作中，結(jié)束一個(gè)回次提鉆，就必須進(jìn)行起下鉆具的工作。但假如過早提鉆，必將導(dǎo)致大部分時(shí)間消耗在起下鉆工序上，對(duì)整個(gè)回次進(jìn)尺來說是不利的。因此，最合理的鉆頭工作時(shí)間，須根據(jù)最優(yōu)的回次鉆速而定。常用的確定最優(yōu)回次進(jìn)尺時(shí)間的方法有以下兩種。(一)計(jì)算法計(jì)算法就是每隔一定時(shí)間測(cè)量一次進(jìn)尺數(shù)，并計(jì)算一次回次鉆速填人表內(nèi)，待發(fā)現(xiàn)回次鉆速下降時(shí)(或巖心堵塞及其它異樣情況)，應(yīng)及時(shí)提鉆。其計(jì)算公式為：表2SEQ表\*ARABIC\s117回次進(jìn)尺記錄的格式純鉆時(shí)間純鉆時(shí)間內(nèi)進(jìn)尺累計(jì)進(jìn)尺鉆進(jìn)時(shí)間+輔助時(shí)間回次鉆速minmmminm/h100.700.70130①0.323200.401.111400.472300.441.541500.616400.441.901600.714500.352.251700.795600.402.621800.885700.553.101900.978800.603.702001.110900.203.902101.115②1000.104.002201.0901100.054.052301.0601200.044.092401.0201300.044.13250③0.983注：①為輔助時(shí)間；②為最高回次進(jìn)尺；③為提鉆時(shí)間式中：S—回次鉆速，m·h-1；L—累計(jì)回次進(jìn)尺，/m；t—累計(jì)鉆進(jìn)時(shí)間(即純鉆進(jìn)時(shí)間)，h；T—起下鉆具和其它輔助時(shí)間，h。回次進(jìn)尺記錄的格式見REF_Ref179519669\h表217。(二)圖表法圖表法是利用回次進(jìn)尺曲線的相應(yīng)切點(diǎn)來確定t0，如REF_Ref182389983\h圖244所示。圖中橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為累計(jì)進(jìn)尺數(shù)，O點(diǎn)右側(cè)為鉆進(jìn)時(shí)間，左側(cè)為起下鉆具時(shí)間。根據(jù)起下鉆具所需時(shí)間T，在橫坐標(biāo)O點(diǎn)左邊確定A，使OA=T。由于S=L/(t+T)=tanθ，當(dāng)直線AB與H—t曲線相切時(shí)，則tanθ為最大值，也即S為最大值，與該切點(diǎn)B相對(duì)應(yīng)的時(shí)間則為t0。在鉆探現(xiàn)場(chǎng)，當(dāng)A點(diǎn)確定后，以A點(diǎn)為中心，用直尺的邊代替直線AB；隨著鉆進(jìn)不斷繪出H—t曲線。當(dāng)直尺與曲線相切時(shí)，則可結(jié)束鉆程而起鉆。圖2SEQ圖\*ARABIC\s144用相切作圈法確定最優(yōu)鉆進(jìn)時(shí)問實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于巖層軟硬的變化和鉆進(jìn)參數(shù)的變化，使一個(gè)鉆程中鉆速也發(fā)生變化。所以，應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際情況，按照孔深的不同，制定出通用的最優(yōu)起鉆時(shí)間，以便各機(jī)臺(tái)根據(jù)實(shí)際情況的變化而靈活掌握。自磨式合金鉆頭的鉆進(jìn)規(guī)程由于自磨式合金鉆頭的鉆進(jìn)特點(diǎn)與磨銳式合金鉆頭不同，因而確定鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)的依據(jù)也就不同。一般自磨式合金鉆頭僅適于鉆進(jìn)6～8級(jí)中硬以上巖層，因此其鉆進(jìn)參數(shù)也應(yīng)以適宜鉆進(jìn)的巖層為限。（一）鉆壓的確定在自磨式合金鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，因合金總面積比較大，合金與巖石的接觸面不變，所以需要增加一定的壓力，使其鉆速保持穩(wěn)定，并能延長(zhǎng)回次進(jìn)尺時(shí)間。實(shí)踐證明，自磨式合金鉆頭比普通硬質(zhì)合金鉆頭需要更大的鉆壓，因?yàn)樽阅ナ姐@頭胎塊中所含硬合金的總截面大約相當(dāng)于同直徑普通合金鉆頭合金磨去三分之一高度時(shí)的總面積；同時(shí)，還有一部分鉆壓要消耗在胎塊的磨蝕上面，所以必須采用較大的鉆壓鉆進(jìn)。一般情況下，胎塊式針狀合金鉆頭的鉆壓，比磨銳式普通鉆頭的鉆壓約大20%；對(duì)每塊胎塊鉆壓1500～2000N為宜。自磨式硬質(zhì)合金鉆進(jìn)，應(yīng)根據(jù)巖石性質(zhì)、鉆頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等條件來選擇鉆壓、當(dāng)鉆進(jìn)致密而堅(jiān)硬巖層時(shí)，鉆壓應(yīng)大一些；鉆進(jìn)顆粒粗而破碎的巖層時(shí)，鉆壓要小些；當(dāng)鉆頭硬支點(diǎn)多、底唇面積大而轉(zhuǎn)速快時(shí)，鉆壓要大些；在磨合之后的正常鉆進(jìn)初期，鉆壓應(yīng)取大些；在鉆進(jìn)的后期，鉆壓應(yīng)小一些。（二）轉(zhuǎn)速的確定自磨式硬質(zhì)合金鉆頭是依靠胎體內(nèi)的針狀或片狀合金來切削并研磨、破碎巖石鉆進(jìn)的，所以增大轉(zhuǎn)速是提高鉆進(jìn)效率的重要因素。試驗(yàn)表明，胎塊式針狀合金鉆頭鉆進(jìn)，采用300r/min可獲得比較高的鉆速，同時(shí)鉆頭的磨耗也不大。云南九隊(duì)及山東一隊(duì)的試驗(yàn)結(jié)果（見REF_Ref178137145\h表218）表明，在現(xiàn)有轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，增加轉(zhuǎn)速能較顯著地提高鉆進(jìn)效率。表2SEQ表\*ARABIC\s118自磨式合金鉆頭鉆進(jìn)的試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)地點(diǎn)所鉆巖石巖石級(jí)別鉆孔直徑鉆壓轉(zhuǎn)數(shù)鉆速mmNr/min3×10-4m云南九隊(duì)中粗粒輝綠輝長(zhǎng)巖7～8567000～75001500.9角閃熔巖、鈉長(zhǎng)巖3001.8山東一隊(duì)細(xì)粒閃長(zhǎng)巖7～89115000～160001530.292770.74（三）沖洗液量的確定自磨式合金鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，巖粉的顆粒比較細(xì)，所以選用的沖洗液量比一般合金鉆進(jìn)要小些；但在鉆孔條件允許的情況下，為了更好地冷卻鉆頭、清除孔底巖粉，以獲得較高的鉆進(jìn)效率，在不發(fā)生憋泵的前提下，可盡量采用較大的沖洗液量。一般對(duì)小口徑鉆進(jìn)，沖洗液量采用（0.68～1）L／s為宜；對(duì)大口徑鉆進(jìn)，沖洗液量采用