非開(kāi)挖鉆進(jìn)方法及工藝參數(shù)

目前在石油天然氣、地質(zhì)礦產(chǎn)、水文水井、基礎(chǔ)工程勘察和施工、環(huán)境治理工程和科學(xué)鉆探等領(lǐng)域所使用的鉆進(jìn)方法很多。例如硬質(zhì)合金鉆進(jìn)、金剛石鉆進(jìn)、牙輪鉆進(jìn)、繩索取心鉆進(jìn)、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、定向鉆進(jìn)等等。

鉆進(jìn)工藝參數(shù)主要是指鉆壓、轉(zhuǎn)速和沖洗液流量等，而鉆速、扭矩、泵壓等也是非常重要的技術(shù)指標(biāo)。

鉆進(jìn)方法和鉆進(jìn)工藝參數(shù)一、硬質(zhì)合金鉆進(jìn)在鉆頭體上鑲焊硬質(zhì)合金切削刃作為破碎巖石的工具，主要適用于土層和軟-中硬巖層中鉆進(jìn)。

鉆頭出刃大，碎巖機(jī)理以壓入和切削過(guò)程為主，切削刃的磨損會(huì)影響鉆進(jìn)效率，應(yīng)及時(shí)修復(fù)或更換鉆頭。

1、鉆壓的確定

鉆壓是保證鉆頭有效碎巖的必要條件。鉆壓的大小直接影響碎巖方式和鉆進(jìn)效率。鉆速隨鉆壓的增大而不斷增大，可以分為三個(gè)不同的階段。

I表面破碎階段；II疲勞破碎階段；III體積破碎階段。

階段I：表面破碎階段。鉆壓太小，切削刃作用在巖石上的壓力小于巖石的壓入硬度，只在巖石表面通過(guò)摩擦方式破碎巖石，碎巖效率極低，而鉆頭的磨損卻會(huì)不斷發(fā)生。該階段的鉆壓太小，是不合理的。階段II：疲勞破碎階段。鉆壓較小，切削刃作用在巖石上的壓力接近于巖石的壓入硬度，在巖石中產(chǎn)生很多疲勞裂紋；當(dāng)鉆頭回轉(zhuǎn)時(shí)，經(jīng)過(guò)切削刃的反復(fù)作用，會(huì)產(chǎn)生一定量的體積破碎，碎巖效率得到提高。該階段的鉆壓偏小，也是不合理的。

階段III：體積破碎階段。鉆壓合理，切削刃作用在巖石上的壓力超過(guò)了巖石的壓入硬度，切削刃發(fā)揮切削作用，碎巖效率最高。

鉆壓可由下式確定：式中：W-鉆壓，m-鉆頭上切削刃數(shù)量，s-切削刃與巖石的接觸面積，σ-巖石的壓入硬度。

鉆壓也不能過(guò)高，過(guò)高后可能造成下述情況：*在軟巖中可能會(huì)堵塞鉆頭水口，造成糊鉆；*在硬巖中可能會(huì)造成鉆頭切削刃被壓碎；*鉆桿柱受壓變形，易造成回轉(zhuǎn)阻力增加，鉆孔偏斜。（如右圖）一般情況下，片狀硬質(zhì)合金鉆頭適合1-3級(jí)巖層，每片切削刃上壓力400~600N為宜；柱狀硬質(zhì)合金鉆頭適合4-8級(jí)巖層，每片切削刃上壓力800~1600N為宜。

W2、轉(zhuǎn)速的確定

1）在軟巖中鉆進(jìn)時(shí)由于巖石的壓入硬度小、塑性大、研磨性小，可以認(rèn)為切削具切削下來(lái)的巖石厚度等于切削具的壓入深度，并且切削具在鉆進(jìn)中磨損很小。可以近似地得出鉆速v=h0mnv-鉆速，h0-切削具的切入深度，m-鉆頭上一個(gè)切槽寬度上切削具的數(shù)目，n-鉆頭轉(zhuǎn)速。既在容許范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速越高，鉆速也越高。

2）在中硬地層中鉆進(jìn)時(shí)巖石壓入硬度和研磨性都較高，切削具壓入巖石阻力較大，并被不斷磨損而造成壓入更加困難。轉(zhuǎn)速過(guò)高會(huì)使巖石破碎不充分。在該類(lèi)巖石中鉆進(jìn)切削具切削下來(lái)的巖石厚度小于切削具的壓入深度，即h=h0-μn，式中μ為衰減系數(shù)，取決于巖石的彈性及塑性；h0為切削具的靜壓入深度。因此，鉆速為v=(h0-μn)mn可見(jiàn)轉(zhuǎn)速有一個(gè)最優(yōu)值n0。m-鉆頭上一個(gè)切槽寬度上切削具的數(shù)目，n-鉆頭轉(zhuǎn)速地層性質(zhì)、設(shè)備能力、鉆柱振動(dòng)、孔壁穩(wěn)定性以及泥漿的潤(rùn)滑減阻條件等。3）與轉(zhuǎn)速的確定有關(guān)的因素確定原則：在設(shè)備能力和鉆桿質(zhì)量等完全能滿(mǎn)足安全的條件下，小直徑鉆孔可以開(kāi)較高轉(zhuǎn)速；淺鉆孔可以開(kāi)較高轉(zhuǎn)速；孔壁穩(wěn)定性好可以開(kāi)較高轉(zhuǎn)速；直孔可以開(kāi)較高轉(zhuǎn)速。否則應(yīng)適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速。

在普通的硬質(zhì)合金鉆進(jìn)中，采用的轉(zhuǎn)速一般為100-350r/min；在水平鉆孔中轉(zhuǎn)速一般不會(huì)超過(guò)150r/min。

3、沖洗液量的確定

沖洗液的作用主要是清除孔底巖屑、冷卻鉆頭、保護(hù)孔壁和潤(rùn)滑減阻等。沖洗液量的確定首先應(yīng)以能充分清除孔底巖粉為主要依據(jù)。（如果巖粉清除不干凈，會(huì)產(chǎn)生二次破碎，影響切削刃有效破碎地層。）從確保排出巖粉出發(fā)，沖洗液量的確定可用下式計(jì)算：

式中：Q-沖洗液量m3/s；β-上返速度不均勻系數(shù)（取1.1~1.3）；D-鉆孔直徑或最大套管內(nèi)徑m；d-鉆桿外徑m；v-沖洗液上返流速m/s。沖洗液上返速度必須大于質(zhì)量最大的巖屑在沖洗液中的沉降速度，即：v=v0+u式中：v0=沖洗液使巖屑處于懸浮狀態(tài)的臨界速度，或巖屑在沖洗液中的等速沉降速度；u-巖屑的上升速度，可取u=(0.1~0.3)v0，鉆孔越深，鉆進(jìn)速度越高，u值越大。

在一些松軟地層中，如果在鉆頭上合理地設(shè)計(jì)噴嘴，高壓沖洗液通過(guò)噴嘴產(chǎn)生高速射流（50~100m/s），可以實(shí)現(xiàn)輔助碎巖或造斜的目的。在石油鉆井和非開(kāi)挖施工中都采用了射流原理。為了提高射流的碎巖能力，需要較大的沖洗液流量。

沖洗液流量增加的不利影響：造成沿程流動(dòng)阻力損失加大，泵壓升高，對(duì)泥漿泵和鉆桿等輸液管線的質(zhì)量和密封有較高的要求。流量的增加使環(huán)狀間隙的流速加快，會(huì)對(duì)孔壁造成沖刷破壞，引起不穩(wěn)定孔壁的垮塌。

二、餃金剛綠石鉆輔進(jìn)主要蔥針對(duì)裝在我棗國(guó)應(yīng)確用比蝴較普喝遍、效價(jià)格毛比較盜合理輛的孕熔鑲金序剛石予鉆頭茄的鉆噸進(jìn)原寫(xiě)理進(jìn)察行簡(jiǎn)遷單介塘紹孕鑲泳金剛母石鉆夢(mèng)頭所辯用的槐金剛稅石粒沾度小妹，且輛埋藏董在胎焰體之壺中，奔在鉆堤進(jìn)過(guò)個(gè)程中博金剛鼻石逐次漸被探磨鈍格，同破時(shí)胎病體也呼會(huì)被界磨耗??；磨橫鈍的析金剛煩石將啊從胎豎體上閉脫落混或被矩壓碎森，而閣新的稅比較篩鋒利肉的金完剛石漸不斷圣出露蜘，始策終能悠保持幣鉆頭回的鉆健進(jìn)碎靜巖能況力。鉆進(jìn)終規(guī)程聚參數(shù)虜在孕撞鑲金母剛石棋鉆進(jìn)炕中非檔常重方要。肢規(guī)程遠(yuǎn)參數(shù)臭對(duì)鉆電頭的籠唇面懶狀態(tài)掌、鉆倆進(jìn)效師率以固及鉆曠頭的狠磨損娛等都皮有很珠大的時(shí)影響疤。1.愛(ài)鉆壓用的確述定在孕顧鑲金虜剛石譽(yù)鉆進(jìn)蘿中，咽由于闖鉆壓服的變爹化同樂(lè)樣存賣(mài)在表饒面破置碎、螞疲勞蠟破碎路和體妥積破感碎三堂個(gè)階研段。沃為了毀提高星鉆進(jìn)族效率百，當(dāng)鴿然應(yīng)祝該使君鉆壓宴達(dá)到母體積姑破碎動(dòng)階段丑。鉆壓跟選擇蘭太低鉆進(jìn)西效率蕉低被磨過(guò)鈍的鵲金剛蕉石，膀難于慕脫落殿或破磨碎，呆新的廊金剛剝石難映于出般露最終故使鉆龜頭拋搏光失書(shū)去繼潑續(xù)鉆鳴進(jìn)能炭力鉆壓返選擇顆太大造成嫩鉆頭頓過(guò)度嘗磨損街，縮就短鉆麻頭壽抹命；鉆進(jìn)單扭矩鴨加大惹，使列鉆桿毛承受溪過(guò)大達(dá)負(fù)荷茶；嚴(yán)重射時(shí)造巾成斷亡鉆事堪故等床。一般嬌推薦寨采用壤鉆頭纖唇面壘上的昌比壓餡值（荒單位狼有效病面積間上的弓鉆壓泳），磁對(duì)于怎中硬寶巖石韻，比掃壓值教為40符0~多50計(jì)0N剩/c協(xié)m2，對(duì)腔于堅(jiān)賴(lài)硬巖仇石比奇壓為60漢0~駛70氏0N傷/c突m2。2.穗轉(zhuǎn)速節(jié)的確幟定孕鑲置金剛咬石鉆桐頭是燒靠微荷切削慕實(shí)現(xiàn)革碎巖曉，鉆副頭每明轉(zhuǎn)一共圈破言碎巖若石深流度很挨小。騾因此書(shū)，在退一定亞范圍霞內(nèi)加哥大鉆索頭轉(zhuǎn)莖速可登以提徒高鉆虛速。炊如果蕉條件山允許扎的話按，應(yīng)至盡可挺能開(kāi)遵高轉(zhuǎn)斯速。孕鑲衛(wèi)金剛慮石鉆扣頭回若轉(zhuǎn)線則速度軌為1.偏5~欄3m孫/s表鑲江金剛貓石鉆壺頭回歸轉(zhuǎn)線雁速度浪為1~該2m嶄/s推薦孕鑲肅金剛長(zhǎng)石鉆兩頭所喊用的某金剛晉石粒洲度小爽（0蝦.2稿mm吼左右裁），縱出刃更微小特，主埋要靠斗高轉(zhuǎn)乎速獲夕取鉆徹進(jìn)效杜率。循表鑲拋則不飼然。3.窗沖洗去液量潑的確封定沖洗程液流溉量必虛須滿(mǎn)澇足充避分冷筆卻鉆粥頭和餃清除忘巖粉原。由劫于鉆菊頭高鉤速回頃轉(zhuǎn)，谷可能葡產(chǎn)生誦大量除熱量邊，而椒且金圣剛石秋在高黑溫下村會(huì)很屋快發(fā)類(lèi)生碳震化失或去切休削能搬力。推薦燃的沖辦洗液堅(jiān)流量控，供綱參考尚。鉆頭直徑,mm3646597591流量，l/min20~3025~4030~4540~6050~704.嘗定切搶入量度鉆進(jìn)定切喂入量混鉆進(jìn)添就是射在鉆拉進(jìn)過(guò)月程中筋保持作鉆頭訓(xùn)每轉(zhuǎn)跪切入唉巖石愧的深曾度不且變。迷通過(guò)獄調(diào)節(jié)窩鉆壓得和轉(zhuǎn)雞速可層以使丘鉆頭特每轉(zhuǎn)冶切入收巖石省的深糖度不賓變，父實(shí)現(xiàn)目定切糞入量曲鉆進(jìn)申。定切腳入量叮鉆進(jìn)觸可以頸有效扎地防凳止鉆青頭拋文光，盆達(dá)到謀較高勿的鉆仗速，著減小軋鉆頭充磨損擋。是登比較趟合理屆的鉆猾進(jìn)方紗法。在硬~堅(jiān)硬臉巖石畢中，差推薦構(gòu)的每銀轉(zhuǎn)切羊入量谷和鉆格頭直較徑有囑關(guān)，叫可以斃根據(jù)舒下式解來(lái)確鑼定。h=徒(0怕.0挺01付~0診.0戀03縱)D式中幅：h-鉆頭也每轉(zhuǎn)錫切入費(fèi)深度凈（mm）D-鉆頭鴉直徑(m澡m)三、昌孔底兇動(dòng)力誦鉆具林（泥史漿馬宮達(dá)）呆鉆進(jìn)適用他范圍毫：1、皆在穿而越類(lèi)敵似河沸流等題長(zhǎng)距虹離的音鉆孔襲；2、猶在堅(jiān)牌硬巖皇石中落施工碼定向甘鉆孔爹。彎接頭泥漿馬達(dá)鉆頭鉆桿MWD鉆孔延伸方向特點(diǎn)啟：緊靠掀鉆頭悅上部井