【正文】 降低。 工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第四節(jié) 鋼粒鉆進(jìn)工藝 （三）鋼粒鉆進(jìn)的轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速存在最優(yōu)值 （ 1）硬巖層中，鋼粒的抗壓強(qiáng)度相應(yīng)變小， 鋼粒容易過(guò)早破損，因此，轉(zhuǎn)速較低；軟巖 層中，則可以在硬度較采用較高的轉(zhuǎn)速。 （ 2）轉(zhuǎn)速受孔深限制。鉆孔較深時(shí)，若轉(zhuǎn) 速較大，由于離心力的作用，使鉆桿柱彎曲 嚴(yán)重，與孔壁的摩擦加劇，回轉(zhuǎn)阻力增加， 鉆壓傳遞與碎巖效果變差； （ 3）轉(zhuǎn)速選擇受鉆桿強(qiáng)度和設(shè)備能力的限制。 工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第四節(jié) 鋼粒鉆進(jìn)工藝 （四）鋼粒鉆進(jìn)的沖洗液量 鋼粒鉆進(jìn)的沖洗液量存在最優(yōu)值 （ 1）鋼粒鉆進(jìn)沖洗液作用： 在鋼粒鉆進(jìn)中，沖洗液流不僅 起著排除巖粉和冷卻鉆具的作用，還起著分選、更新鋼粒和唇 面下合理布砂的作用。 （ 2）沖洗液量不足的危害： 巖粉大量積聚在孔底，鋼粒不 能與巖面接觸，滾動(dòng)阻力也增大，脈動(dòng)力減弱量，碎巖效率降 低。容易造成卡鉆或埋鉆事故。 （ 3）沖洗液量過(guò)大的危害： 鋼粒被沖離孔底。唇面下缺少 或沒(méi)有工作鋼粒，鉆頭直接接觸到巖石，鉆進(jìn)就無(wú)法進(jìn)行。 因此，鋼粒鉆進(jìn)中，沖洗液量存在最優(yōu)值。 工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第四節(jié) 鋼粒鉆進(jìn)工藝 （四）鋼粒鉆進(jìn)的沖洗液量 沖洗液量確定 Q = q0D （ L/ min） 式中： D—— 鋼粒鉆頭直徑 ， cm； q0—— 單位直徑的泵量 ， 清水時(shí) q0=3～ 5L/min˙cm， 泥漿時(shí) q0=～ 3L/min˙cm。 工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第四節(jié) 鋼粒鉆進(jìn)工藝 （四）鋼粒鉆進(jìn)的沖洗液量 影響沖洗液量的因素 鉆進(jìn)中，影響沖洗液量的因素除了沖洗液的類型外，還有： （ 1）巖性： 巖石越硬，鉆速越低，巖粉越少，沖洗液量越小； （ 2）水口： 水口面積越小，液流速度越大，沖洗液量適當(dāng)減小； （ 3）投砂方法： 一次投砂，孔底鋼粒不斷磨耗變少，水口面積 也不斷減小，因此，沖洗液量應(yīng)逐步改小。連續(xù)投砂法，孔底砂 量基本不變，但沖洗液量也應(yīng)隨著鉆頭水口變小而逐漸減小沖洗 液量。 鋼粒鉆進(jìn)的整個(gè)回次鉆程中，沖洗液量分?jǐn)?shù)次、逐步改小過(guò)程， 一般稱為“改水”。 工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第四節(jié) 鋼粒鉆進(jìn)工藝 （四）鋼粒鉆進(jìn)的沖洗液量 影響沖洗液量的因素 （ 4）鉆壓和轉(zhuǎn)速的影響： 如圖 416 所示，隨著鉆壓的提高，沖洗液量增 加；隨著轉(zhuǎn)速的提高，沖洗液量適當(dāng) 減小。 工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第四節(jié) 鋼粒鉆進(jìn)工藝 二、鉆進(jìn)規(guī)程合理性的判斷 根據(jù)鉆頭磨損的情況判斷 （ 1）正常磨損的鉆頭，其底唇呈圓 弧形，麻痕均勻，說(shuō)明投砂量和沖洗 液量恰當(dāng)。 （ 2）鉆頭底唇面光滑明亮、沒(méi)有麻 痕，說(shuō)明鉆頭下面沒(méi)有鋼粒，鉆頭與 巖石直接接觸。 工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第四節(jié) 鋼粒鉆進(jìn)工藝 根據(jù)鉆頭磨損的情況判斷 （ 3）鉆頭底端磨成喇叭口形，且內(nèi) 周沒(méi)有麻痕。說(shuō)明沖洗液量過(guò)大，鉆頭 底面內(nèi)周沒(méi)有鋼粒，直接與巖心摩擦。 （ 4）鉆頭底端外面磨成錐形，且錐 面光滑。說(shuō)明沖洗液量過(guò)小，鉆頭外周 與巖粉和孔壁磨損所至。 （ 5）鉆頭外面麻痕過(guò)高，且超過(guò)水口，說(shuō)明孔底砂量偏多或送 水量過(guò)大。麻痕高度基本上與水口齊平或略低于水口，則為砂量正 常，送水合適。 工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第四節(jié) 鋼粒鉆進(jìn)工藝 二、鉆進(jìn)規(guī)程合理性的判斷 根據(jù)巖心變化情況判斷 （ 1）巖心直徑上下基本一致，說(shuō)明砂量和沖洗液量掌握適當(dāng)； （ 2）巖心直徑過(guò)粗，說(shuō)明沖洗液量過(guò)大或孔底鋼粒偏少； （ 3）巖心直徑過(guò)細(xì)，說(shuō)明沖洗液量過(guò)小，或孔底鋼粒過(guò)多； （ 4）巖心忽粗忽細(xì)，上下直徑不均一，這是沖洗液量時(shí)大時(shí)小 或投砂不均勻所致； （ 5）巖心上細(xì)下粗，直徑相差懸殊，說(shuō)明回次初投砂量太多， 水量偏小，而回次末，水量又偏大。 工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第五節(jié) 牙輪鉆進(jìn)工藝 一、鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù) （一）規(guī)程參數(shù)匹配一般原則 在松軟的高塑性地層中鉆進(jìn)時(shí)，采用較高轉(zhuǎn)速、較大 沖洗液量配以適當(dāng)?shù)你@壓，可以達(dá)到較高的鉆進(jìn)效率。 在中硬 —— 硬地層中鉆進(jìn)時(shí)，主要以增加和保持較大 的鉆壓，配以適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速和沖洗液量，可以提高機(jī)械鉆速。 現(xiàn)行牙輪鉆頭已形成標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格系列，各廠家生產(chǎn)的鉆 頭均有推薦的鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)，實(shí)際使用時(shí)應(yīng)正確確定其適用 范圍。 工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第五節(jié) 牙輪鉆進(jìn)工藝 一、鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù) （二）正確確定規(guī)程參數(shù)的適用范圍 鉆壓和轉(zhuǎn)速適用范圍的確定應(yīng)考慮：鉆速的提高，鉆頭、鉆 具、設(shè)備能力，井身質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 轉(zhuǎn)速對(duì)鉆速的影響 實(shí)際鉆進(jìn)表明：在鑲齒鉆頭常用的 35— 55r／ min轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)， 鉆速和轉(zhuǎn)速接近線性關(guān)系。 鉆壓對(duì)鉆速的影響 當(dāng)比壓在 ~ kN / cm范圍內(nèi)，鉆速與所加鉆壓成正比。 一般常用最佳范圍為 — kN / cm。 工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第五節(jié) 牙輪鉆進(jìn)工藝 （二）正確確定規(guī)程參數(shù)的適用范圍 轉(zhuǎn)速對(duì)軸承壽命的影響 轉(zhuǎn)速越快，牙輪鉆頭內(nèi)滑動(dòng)軸承的線速度就越高，摩擦 發(fā)熱量增大，易產(chǎn)生咬合現(xiàn)象。一般滑動(dòng)軸承鉆頭的轉(zhuǎn)速在 35— 65r／ min范圍內(nèi)（與軸承直徑大小有關(guān)）。 鉆壓對(duì)軸承壽命的影響 銑齒鉆頭最大鉆壓由軸承的承壓能力確定；鑲齒鉆頭軸 承的承壓能力一般比齒部大，實(shí)際使用的鉆壓范圍對(duì)軸承壽 命無(wú)直接影響 。 工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第五節(jié) 牙輪鉆進(jìn)工藝 （二）正確確定規(guī)程參數(shù)的適用范圍 鉆壓和轉(zhuǎn)速對(duì)牙齒壽命的影響 牙輪鉆頭齒的損壞主要表現(xiàn)為 牙齒的磨損 （銑齒鉆頭） 或 折斷 （鑲齒鉆頭），其原因除了巖石的硬度以外，主要是 牙輪鉆進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的脈動(dòng)沖擊，沖擊強(qiáng)度與鉆壓、轉(zhuǎn)速有關(guān)。 鉆進(jìn)中，如果鉆壓改變，則應(yīng)維持 P?n值的恒定，并在允 許的范圍內(nèi)。 工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第五節(jié) 牙輪鉆進(jìn)工藝 （二）正確確定規(guī)程參數(shù)的適用范圍 沖洗液量的確定 沖洗液量的確定應(yīng)保證攜帶巖粉在環(huán)空的最低上返流速 va 和實(shí)現(xiàn)鉆頭處最大的水功率 Na或射流沖擊力 Fa 。 式中： —— 沖洗液密度， g/cm3； Dh—— 孔徑， cm。 最大水功率或最大射流沖擊力是通過(guò)優(yōu)化選擇噴嘴直徑 實(shí)現(xiàn)的。 ha Dv ?? ??工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第五節(jié) 牙輪鉆進(jìn)工藝 二、優(yōu)化鉆進(jìn)參數(shù)鉆井 優(yōu)化參數(shù)鉆井是依據(jù)本地區(qū)已有的鉆井資料，在科學(xué)分析的基礎(chǔ) 上優(yōu)化鉆進(jìn)參數(shù)，以尋求鉆速最快、成本更低。由于理論模型的數(shù) 學(xué)推導(dǎo)比較煩瑣，本節(jié)側(cè)重介紹優(yōu)化鉆井的基本思想和優(yōu)化方法。 （一）牙輪鉆進(jìn)的鉆速方程 依據(jù)石油鉆井應(yīng)用最廣泛的 楊格鉆速模式 ，可以建立牙輪鉆進(jìn) 鉆 速 vm與鉆壓、轉(zhuǎn)速、牙輪磨損、壓差和水力因素之間的綜合關(guān)系式 (m/h) (525) HPm CChCnWPKv211)(????工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第五節(jié) 牙輪鉆進(jìn)工藝 (525) 式中： P—— 鉆壓 ， KN； W—— 門限鉆 ， KN； n—— 轉(zhuǎn)速 ， r/min； K—— 可鉆性系數(shù) ， 與巖性 、 鉆頭類型 、 沖洗液性能等有關(guān)； λ—— 轉(zhuǎn)速指數(shù)； C2—— 牙齒磨損系數(shù) ， 與齒形和巖性有關(guān)； CH—— 孔底水力凈化系數(shù) ， 實(shí)際鉆速與凈化完善的鉆速之比； CP—— 差壓影響系數(shù) ， 實(shí)際鉆速與零差壓時(shí)的鉆速之比； h—— 牙齒的相對(duì)磨損高度 ， 新鉆頭 h=0， 全部磨損時(shí) h=1。 式中的 W、 K、 λ、 C2，在巖性、鉆頭類型、沖洗液和水力參數(shù) 一定時(shí)，是固定不變的常量，可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和鉆頭資料確定。 HPm CChCnWPKv211)(????工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第五節(jié) 牙輪鉆進(jìn)工藝 （ 二）鉆頭磨損方程 在一定的鉆壓和轉(zhuǎn)速條件下 ， 牙輪鉆頭牙齒的磨損方程為： （ 528） 式中： D1和 D2—— 鉆壓影響系數(shù) ， 與鉆頭尺寸有關(guān) ， 可查表獲得 。 Q1和 Q2—— 轉(zhuǎn)速影響系數(shù) ， 與鉆頭類型有關(guān) ， 可查表獲得 。 C1—— 牙齒磨損減慢系數(shù) ， 與鉆頭類型有關(guān) ， 可查表獲得 。 Af—— 地層研磨性系數(shù) ， 待確定 。 ? ?? ? )1(dd112321hCPDDnQnQAth f????工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第五節(jié) 牙輪鉆進(jìn)工藝 （三）鉆進(jìn)方程中有關(guān)參數(shù)的確定 鉆進(jìn)方程中需要確定的參數(shù)有： 可鉆性系數(shù) K、門限鉆壓 W、 轉(zhuǎn)速指數(shù) λ 、牙輪磨損系數(shù) C2和巖石研磨性系數(shù) Af。 這些參數(shù)需 要根據(jù)實(shí)際鉆進(jìn)資料分析確定。 確定各參數(shù)的步驟是： 首先根據(jù)新鉆頭開(kāi)始鉆進(jìn)時(shí)的鉆速試 驗(yàn)資料，求門限鉆壓 W 、轉(zhuǎn)速指數(shù) λ 和地層可鉆性系數(shù) K ；然后 根據(jù)該鉆頭的工作記錄，確定鉆頭所鉆巖層的巖石研磨性系數(shù) Af 、牙齒磨損系數(shù) C2等。 工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第五節(jié) 牙輪鉆進(jìn)工藝 （三）鉆進(jìn)方程中有關(guān)參數(shù)的確定 門限鉆壓 W和轉(zhuǎn)速指數(shù) λ的確定 求門限鉆壓 W和轉(zhuǎn)速指數(shù) λ的 基本方法是五點(diǎn)法鉆速試驗(yàn) ， 試驗(yàn)條件為： （ 1）試驗(yàn)中沖洗液性能不變，水力參數(shù)恒定，且維持在本 地區(qū)通用水平上，以保證試驗(yàn)中 CH 和 CP 不變，避免水力因素 對(duì) W值的影響。 （ 2）在不影響試驗(yàn)精確性的條件下，盡可能使試驗(yàn)孔段短 一些，以使試驗(yàn)開(kāi)始和結(jié)束時(shí)的牙齒磨損量相差很小。 工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第五節(jié) 牙輪鉆進(jìn)工藝 五點(diǎn)法鉆速試驗(yàn)的步驟如下： （ 1）根據(jù)本地區(qū)允許使用的鉆壓和轉(zhuǎn)速范圍，確定試驗(yàn)采 用的最高鉆壓 Pmax、最低鉆壓 Pmin、最高轉(zhuǎn)速 nmax和最低轉(zhuǎn)速 nmin， 同時(shí)，選取近似平均值的鉆壓 P0