【文章內(nèi)容簡介】 磨性較大的巖層時 ， 鉆壓應(yīng)適當(dāng)加大一些 ， 以免鉆壓不足而造成鉆頭過早磨鈍；鉆進裂隙性巖層時 ， 則鉆壓應(yīng)適當(dāng)降低一些 ， 以免崩刃 。 初始鉆壓與鉆進的關(guān)系 這是一個用 Φ92 m m 的小切削具硬合金鉆頭 ， 在轉(zhuǎn)速100r／ min 下 ， 鉆進玄武巖的試驗結(jié)果 試驗結(jié)果表明：以 鉆壓開始的 ， 其平均鉆速約 2倍于以 開始而逐漸增至 鉆壓時的平均鉆速 。因此 ， 一開始就以允許的大鉆壓鉆進是有利的 。 其原因是它充分發(fā)揮了切削具刃具鋒利的優(yōu)勢 。 當(dāng)然 ， 開始的大鉆壓應(yīng)理解為合理的最大值 ， 不應(yīng)視為初始鉆壓愈大愈好 。 確定合理鉆壓的原則 在磨銳式硬合金鉆頭鉆進中 ， 鉆壓是一個重要的鉆進參數(shù) 。 鉆壓必須保證切削具切入巖石 ， 以體積碎巖方式進行鉆進 。 然后 ， 依不同巖石性質(zhì) （ 其中主要是巖石的壓入硬度研磨性和抗剪強度 ） ， 并考慮到鉆進過程中工作刃的磨鈍狀況 ， 充分發(fā)揮鋒利刃的作用 ，力求達(dá)到最高的平均機械鉆速 （ 純鉆進效率 ） 和最大的鉆頭進尺來確定鉆壓值 。 確定合理鉆壓的原則 另一方面 ， 必須充分考慮到實現(xiàn)所要求鉆壓的可能性 。 最大鉆壓除了受切削具本身和鉆頭本身的強度限制外 ， 還受到鉆桿柱和孔底鉆具組成的強度以及地面機械設(shè)備能力的限制 。 在實際生產(chǎn)中 ， 首先確定每顆硬合金切削具上應(yīng)該施加的壓力 ， 然后 ， 再根據(jù)一個鉆頭上鑲焊切削具的數(shù)目 ， 計算出總鉆壓 P 。 即： P ＝ pm 式中： P — 鉆頭上的總壓力； p — 每顆切削具上應(yīng)加的壓力 （ 單顆鉆壓 ） ； m — 鉆頭上切削具的顆數(shù) 。 硬合金鉆進不同巖層時 轉(zhuǎn)速對機械鉆速的影響 中硬以上巖層中鉆進時 機械鉆速與轉(zhuǎn)速的關(guān)系 h— 轉(zhuǎn)速 n時 ， 切削具實際的碎巖深度； h0— 當(dāng) n＝ 0 時的切入深度； μ — 取決于巖石的彈性及塑性的衰減系數(shù) 。 V＝（ h0 － μ n） mn 硬質(zhì)合金鉆進的推薦鉆速 對于目前硬合金鉆進所用的口徑一般在91 ～ 151mm之間 ， 鉆頭的圓周速度應(yīng)在 ～ 2 m ／s 的范圍內(nèi) ， 轉(zhuǎn)速則一般為 100 ～ 350r／ min 。 鉆進可鉆性 2 ～ 4 級的軟巖 ， 鉆頭的轉(zhuǎn)速可按圓周速度不超過 ～ m ／ s 來選擇 ， 這樣不同直徑的鉆頭 ， 其極限轉(zhuǎn)速不應(yīng)超過下列值： 鉆頭外徑 mm 93 112 132 151 極限轉(zhuǎn)速 （ ≯ ） r／ min 500 400 350 300 當(dāng)鉆進含有夾層或包裹有礫石或漂礫的軟巖時 ， 上述數(shù)值應(yīng)減小 。 泵 量 送入孔內(nèi)的沖洗液量 、 主要是用于清除孔底產(chǎn)生的巖粉和冷卻鉆頭 。 隨著沖洗液量的增加 ， 對孔底清除巖粉和冷卻鉆頭的能力也增強 。 孔底的清潔狀態(tài)對鉆進影響很大 。 把孔底破碎下來的巖屑及時沖離孔底 ，就為連續(xù)破碎巖石新鮮面創(chuàng)造了條件 ， 從而避免重復(fù)破碎巖屑和無益地消耗功能 。 同時 ， 孔底清潔也減少了鉆具的磨損和防止某些孔內(nèi)事故的發(fā)生 。 在某些比較松軟的巖層 ， 沖洗液流可起到噴射碎巖作用 （ 如石油鉆井中的噴射鉆井 ） ， 因此 ， 在硬合金鉆進中 ， 盡可能采用較大的泵量是有益的 。 泵 量 但是過大的泵量 ， 使其循環(huán)流動阻力也相應(yīng)地增大 ， 即工作泵壓增大 。 由于流動阻力是流量的平方成正比 ， 所以流動阻力的增長率大大超過泵量的增長率 。 流動阻力的增大 ， 一大面直接增加了沖洗泵的負(fù)荷；另一方面 ， 過大的泵量還會帶來在軟地層沖毀巖心和孔壁的問題 ，并且在巖心頂端造成很大的壓力 ， 使巖心劈裂而發(fā)生巖心堵塞 ， 降低巖心采取率 。 因此泵量應(yīng)有一個合理的值 。 泵 量 一般說來 ， 巖石可鉆性級別越低 ， 轉(zhuǎn)速越大 ， 機械鉆速越高 ， 則所用的泵量應(yīng)越大；孔徑越大 ， 所用的泵量也越大 。 沖洗液量應(yīng)保證把巖屑顆粒帶出地表 。 巖屑顆粒向上攜帶主要決定于上升流速 （ 其次也與沖洗液的性能參數(shù)有關(guān) ） ， 而上升速度又與巖屑顆粒尺寸和其密度有關(guān) 。 清水沖洗時 ， 上方流速不應(yīng)小于 m／ s ， 而采用泥漿作沖洗液時 ， 上升液流速度不應(yīng)小于 m／ s 。 依此 ， 流量可按下式來計算 。 Q ＝ Fv Q — 泵量 ， m 3／ s ； F — 管外環(huán)狀空間的面積 ， m 2 ； v— 上升液流速度 ， m ／ s 。 反循環(huán)鉆進 概 述 隨著生產(chǎn) 、 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 ， 人們對鉆孔直徑的要求越來越大 ， 如何解決鉆進中 ， 取心和排除孔內(nèi)大量巖粉就成為突出的問題 。 五十年代初期 ， 國外最早采用泵吸反循環(huán)鉆進方法 ， 使鉆進效率提高 2 — 15 倍 ， 鉆進成本大幅度降低 。這一成果發(fā)表后 ， 引起世界各國的重視 ， 目前反循環(huán)鉆進方法已為世界許多國家所采用 ， 并取得顯著經(jīng)濟效益 。 我國七十年代初期開始研試大口徑反循環(huán)鉆進 ， 并取得鉆速高 、 成本低 、 搬遷操作方便等較好的效果 。 反循環(huán)鉆進與傳統(tǒng)的正循環(huán)鉆進相反 ， 沖洗液自供水池 ，經(jīng)過井口和鉆桿與孔壁環(huán)狀間隙 ， 以自流方式流到孔底 ， 然后攜帶巖粉通過鉆桿內(nèi)孔返回井口 ， 并經(jīng)過水接頭和排渣管排到供水池 ， 經(jīng)沉淀澄清后重新流入孔內(nèi) 。 反循環(huán)鉆進的特點 1. 反循環(huán)鉆進鉆桿內(nèi)，孔截面比鉆桿與孔壁間的環(huán)狀截面小得多，因此，鉆進中沖洗液上升速度很高。據(jù)計算當(dāng)鉆孔直徑為 500 m m 時采用反循環(huán)鉆進，鉆桿內(nèi)沖洗液上升速度很容易達(dá)到 2 m／ s ，而采用正循環(huán)鉆進時，使用 B W — 600／ 30 型泥漿泵，其沖洗液上返速度僅有 0． 053 m／ s 。由于沖洗液上升速度高， 鉆進時排粉能力強，孔底干凈，避免重復(fù)破碎，因而提高了鉆進效率，降低成本，特別是當(dāng)鉆孔直徑增大時，鉆進費用增加得很少。 2. 反循環(huán)鉆進時，孔內(nèi)經(jīng)常保持較高的水位，故可利用高水位的靜壓力與地層壓力平衡，保持井壁穩(wěn)定。因此，采用反循環(huán)鉆進在一般地層中均可采用清水鉆進，從而降低成本，提高鉆孔質(zhì)量。 3. 反循環(huán)鉆進，巖心和鉆下的巖粉，由鉆桿內(nèi)孔返回地面，因此要求鉆桿內(nèi)孔較大，一般多采用內(nèi)徑 150 — 200 m m 的鉆桿，以通過較大的卵礫石。當(dāng)?shù)貙又杏写舐训[石時，必須采取措施以防循環(huán)回路堵塞，使鉆進中斷。 4. 反循環(huán)鉆進是一種連續(xù)取心的鉆進方法，鉆頭使用壽命長，起下鉆次數(shù)少，與正循環(huán)鉆進相比，減少了輔助時間，降低了勞動強度。 5. 反循環(huán)鉆進孔內(nèi)水位高、靜壓力大，在鉆進中沖洗液有一定的漏失，因此鉆進時要不斷向孔內(nèi)注水，鉆進用水量大，必須備有充分的水流和專門的供水措施，以保證鉆進工作順利進行。 反循環(huán)鉆進的分類 反循環(huán)鉆進按照產(chǎn)生沖洗液上升流動的方式不同 ， 可分為地表噴射反循環(huán) ， 泵吸反循環(huán)和氣舉反循環(huán)三種方式 。 不同反循環(huán)鉆進方式 ， 隨著鉆孔深度的變化 ， 鉆進效率也有所不同 ， 圖 1 － 27 所示為三種反循環(huán)鉆進方式在不同孔深時的效率曲線 ， 從曲線變化情況可以看出 ， 地表噴射反循環(huán)鉆進效率 ， 在淺孔段效率較高 ， 氣舉反循環(huán)鉆進效率在 50 m 以后較高 。 在選擇反循環(huán)鉆進方式時 ， 應(yīng)根據(jù)孔深 、 水位等情況進行合理的選擇 ， 為了提高鉆進效率 ， 有時也采用兩種方式相結(jié)合的復(fù)合式反循環(huán)鉆進 。 三種反循環(huán)鉆進效率曲線圖 地表噴射反循環(huán)鉆進 其鉆進原理是利用水泵或壓氣機所產(chǎn)生的高速液流或氣流 ， 注入噴射腔內(nèi)的噴咀 ， 產(chǎn)生高速射流 ，使噴咀外圍形成負(fù)壓 ， 其壓值可達(dá)8 104 — 9 104Pa 。 由于壓差作用 ， 使噴咀產(chǎn)生抽吸作用 。 噴射器通過接頭與特制水龍頭連接 ， 從而抽吸鉆桿內(nèi)的液體 ， 使鉆桿內(nèi)水位提高 ， 最后在噴射腔內(nèi)與高壓噴射流混合后返回地表水源池內(nèi) 。 在鉆進中鉆桿內(nèi)這種高速上升的沖洗液攜帶巖樣和巖屑連續(xù)返回地表 ，故也稱為反循環(huán)連續(xù)取樣鉆進 。 地表噴射反循環(huán) 1 －水龍頭； 2 －鉆機； 3 －孔口管； 4 －鉆桿； 5 －鉆鋌； 6 －鉆頭； 7 －噴射腔； 8 －離心泵或空壓機； 9 －電機；10 －水源池 地表噴射反循環(huán)鉆進 射流反循環(huán)管路中射流泵布置形式有三種：一種是把射流泵潛入孔內(nèi) ， 放置在鉆頭上部 ， 如圖 a所示；一種是將射流泵放在地表 ， 如圖 b所示；另一種是把射流泵裝在水龍頭的下方 ， 如圖 c所示 。 從圖中三種不同安裝位置來看 ， b、c管路簡單 、 射流泵不運動 。 但它是利用射流泵真空度來驅(qū)動循環(huán)的 ， 因此 ， 這種方式適用于淺孔使用 。 裝置 a是利用射流泵的揚程進行