硬质合金钻进工艺

硬质合金钻进工艺前言硬质合金钻进是利用镶焊在钻头体上的硬质合金切削具破碎岩石进行钻探的一种钻进方法。在实际生产中用得最多的是磨锐式硬质合金钻头，而自磨式钻头的钻进规程与磨锐式有共同之处，故本次着重讲述磨锐式钻头的规程选择，对自磨式仅强调其规程参数的特点。一、钻头压力的选择钻压是决定硬质合金钻头机械钻速的最重要参数。实践证明，在一定的钻进条件下，钻压影响钻速的典型关系曲线如图5-1所示。可见，钻压在很大的变化范围内与钻速近似成线性关系。如果在a点钻压的基础上继续增加钻压，其钻速将呈直线增长；当钻压取值在a点之前时，钻压太低，钻速很慢；在b点之后，钻压过大，排屑量过多，甚至切削具完全吃入岩层，使钻进效果变差。一、钻头压力的选择不同岩石钻压增大一倍时钻速增长率是不同的。1.Ⅵ-Ⅶ级岩石最敏感，也就是说，这类岩石增大钻压最有效；2.Ⅳ-Ⅴ级岩石钻压过大时，孔底排粉冷却条件恶化，阻碍钻速成比例上升；3.Ⅷ-Ⅸ级岩石不适用硬质合金钻进，在钻杆强度范围内钻压不能使钻速直线增长。一、钻头压力的选择应充分发挥切削具初刃的切入优势。硬质合金钻进开始时就应以允许的最大初始钻压钻进。等切削具磨钝后，再增大钻压也不可能获得好的钻效。从两个方面分析增加钻压的意义：岩石方面——钻压是产生体积破碎的决定性因素，尤其在中硬岩层中增加钻压对提高钻速更为有效；切削具方面——初始钻压应取合理的最大值，以充分发挥切削具初刃的优势。随着切削具被磨钝，应逐渐补充钻压。但在钻进过程中频繁调整钻压可能导致岩心堵塞及钻孔弯曲。同时，由于孔内钻柱的振动等原因，钻头上的实际瞬时钻压值与地表的测量值有较大差距。一、钻头压力的选择实际生产中首先选择每颗切削具上的压力值p，然后根据钻速的变化情况适时调整。岩石越硬、研磨性越强，p值取上限；粘性软岩取小值；裂隙地层也应取小值。钻头上的总压力为:P总=p×mYG8硬质合金切削具的单位压力推荐值二、钻头转速的选择钻头转速的选择必须考虑岩性和时间因素的影响。由于钻头直径不一，切削具的运动以线速度更为科学，钻软岩提高转速的效果最明显；而另两类岩石由于破岩时间效应影响显著，故钻速随转速而增大的趋势下降。硬质合金切削具的线速度推荐值二、钻头转速的选择时间效应——岩石在切削具作用下，从发生弹性变形-形成剪切体-跳跃式吃入一定深度，需要一短暂时间。切削具要在岩面停留短暂时间Δt，使裂隙发育至自由面形成剪切体。如果转速超过临界值(n＞n0)，切削具作用于岩面时间＜Δt，裂隙尚未发育载荷便移走了，造成表面破碎。三、冲洗液泵量及其性能的选择1.冲洗液的排粉、冷却、润滑和护壁诸多功能中，以排粉所需要的泵量最大，故以此为依据来选择泵量。2.液流的阻力与流速平方成正比，如泵量过大引起的孔底脉动举离力将抵消一部分钻压；造成在岩心管内、外环间隙中流速过高，可能冲毁岩心或孔壁。3.合理的泵量值应在满足排粉前提下兼顾其他工艺因素。可根据下式来确定冲洗液的泵量：三、冲洗液泵量及其性能的选择孔内岩屑颗粒的上返速度主要取决于液流的上返流速、冲洗液的性能、岩屑颗粒尺寸及其密度。清水冲洗时，液流上升速度取0.25～0.6m/s；泥浆冲洗时，液流上升速度取0.20～0.5m/s。为提高钻速，在可能的条件下应尽量选用清水作冲洗液；若用泥浆其粘度和密度值宜小不宜大，并尽量用低固相不分散泥浆。四、P、n、Q参数间的合理配合在实际钻进中P、n、Q都不是单独起作用，存在交互影响。1.软岩研磨性小易切入，应重视及时排粉延长钻头寿命，应取高转速、低钻压、大泵量的参数配合；2.研磨性较强的中硬及部分硬岩，为防止切削具早期磨钝保持较高钻速，应取大钻压、较低转速、中等泵量；3.中等研磨性中软岩，应取两者参数配合的中间状态。定性分析的原则是：钻进Ⅳ-Ⅴ级及以下岩层，以较高转速为主；钻进Ⅴ-Ⅵ级及以上岩层，应以较大的钻压为主。五、最优回次钻程时间的确定用磨锐式钻头钻进时，在规程未改变的条件下，其瞬时钻速随切削具磨钝而递减的。为使钻进效率最高，必须确定一个最佳回次钻程时间，确定最佳回次钻程时间的标准是回次钻速达到最大值。已知钻头在t时间内的累计进尺H为：代入到回次平均钻速计算公式中，用求极大值法可以得到最佳钻程时间t0：010/ktt五、最优回次钻程时间的确定此时最优回次钻速为：代入上式可得此时瞬时钻速：在t0时刻，瞬时钻速与回次钻速正好相等。这便为在现场用绘图法确定最佳钻程时间t0提供了理论依据。1001021tkktvvR1001021ddtkktvtHvm五、最优回次钻程时间的确定作图法确定最优回次钻程时间利用瞬时钻速vm-t和vR-t两曲线的交点来确定t0在钻进中，随时计算vm＝△H/△tvR=H/(t+T)。当两者相等时，此时间即为最优钻程时间t0。五、最优回次钻程时间的确定自动确定最佳钻程时间的方法在有钻参仪的情况下，钻进过程中定期检测进尺量，每7s由微机计算一次瞬时钻速和回次钻速，按不等式vR/vm＜Cm(Cm取值1.1-1.2)判断是否需要终止回次钻程。若不等式能满足，则钻进过程处于图5-6中t0点左边或刚过，可继续钻进。如果不满足，说明已稳定地超过t0点。为了防止偶然因素造成的假象，还需继续观察5min。这时微机系统给一个钻压增量ΔP，观察瞬时钻速vm是否继续增大而重新满足不等式，同时每秒测算一次Cm值，如果不满足不等式的次数达60%，则发出“起钻”的命令。应用该方法曾使回次钻速提高了10%-20%。六、自磨式硬质合金钻头的规程特点自动确定最佳钻程时间的方法自磨式与磨锐式钻头的主要区别：切削具与孔底接触面积恒定，要求切削具能自磨出刃，以磨削和微剪切碎岩为主，钻速比较平稳等。其钻进规程特点是：1.钻压：与岩石的接触面积大，总钻压应大于磨锐式20-25%；2.转速：由破岩机理，必须采用比磨锐式更高的转速，以提高单位时间的破岩次数；3.泵量：可以采用比磨锐式略小的泵量，但为了充分冷却（转速较高）和避免重复破碎，应尽量采用大泵量。随着胎块的磨耗，过水断面减小需及时调小泵量，以防蹩泵。Thankyou