钻探工程施工技术设计

钻探工程施工技术设计钻探工程施工技术设计钻探工程钻探工程：利用钻探设备和器具，按照一定的目的、要求，由地表、坑道或湖海向地壳深部，钻出一个直径小而深度大的柱状圆孔，取出岩矿样品以了解地下地质情况；或作为某种用途而进行的通道，以满足其它工程的需要，其所进行的全部施工工作，称为钻探工程，简称钻探。地质勘探中以采取岩矿心为目的的机械取心钻探工作，简称岩心钻探。岩心钻探岩心钻探是由动力机带动钻机，钻机带动由钻杆、岩心管和钻头组成的钻具，在一定的轴心压力作用下破碎岩石，通过泥浆泵向孔底输送冲洗液冷却钻头并携带岩粉和保护孔壁，冲洗液通过钻具和孔壁环状间隙返回地表进入净化系统，同时岩心进入岩心管，通过各种取心钻具，将岩心从几米至几千米的孔底取出，从而达到了解深部地质情况的目的。钻探施工技术设计提纲钻探施工技术设计提纲前言：矿区地理、交通位置、矿产种类及钻探施工技术条件。第一章施工矿区岩石的主要物理机械特性及可钻性第一章施工矿区岩石的主要物理机械特性及可钻性第一节 钻孔所遇岩石的主要物理机械特性本节应着重阐明影响钻探施工的主要地质因素，岩石的主要矿物成分及结构、岩层倾角、软硬程度、可钻性、研磨性、节理裂隙发育程度、破碎程度及含水、透水性、涌水、漏水等。研磨性研磨性是指岩石磨损与之接触的工具的能力，分弱、中、强。岩石的硬度是指抵抗工具压入的阻力；岩石的强度是指岩石在各种不同外力作用下抵抗破坏的能力；硬度与强度的区别在于：硬度是指岩石表面局部抵抗工具压入时的阻力，而强度是指岩石抵抗整体破坏时的阻力，对于机械破碎岩石而言岩石的硬度比岩石的强度 （单向抗压强度） 更有意义，因多数情况下钻进时岩石的破碎方式是局部破碎。岩石的这些力学性质是影响破碎岩石难易程度的主要因素，它直接关系到破碎岩石的速度和破碎岩石工具的寿命。掌握和了解所在矿区的岩石力学性质与结构、构造情况，是我们设计当中在钻进方法、钻具和钻头的选择使用以及规程参数和护壁堵漏措施等确定时的重要设计依据。第二节第二节 矿区岩层按可钻性分类矿区岩层按可钻性分类岩石可钻性岩石可钻性是岩石在钻进过程中抗破碎的能力,它代表钻进的难易程度。它是合理选择钻进方法及相应的钻进工具和规程参数的依据；是制订钻探生产定额和编制钻探生产计划的依据；同时也是对生产机台评定的客观依据。我国将岩心钻探岩石分为十二级。在本节里主要是根据地质提供的矿区岩性和钻孔剖面，将钻进中遇到的岩层进行可钻性的分类并统计好各工作量供下一章内容中使用。第二章钻孔及钻探工作量第二章钻孔及钻探工作量第一节钻孔布置情况及施工顺序按勘探线及矿段分别说明。第二节 钻探工作量按钻孔性质（勘探孔、普查孔、水文孔）、钻孔深度、设计开孔角度分类；列表说明各类钻孔数及工作量。见附表 1。钻孔角度钻孔个数设计孔深650700750800850900水文孔备注0100101300工作量（米）第三节 岩石可钻性等级及分类工作量按岩石可钻性等级，将矿区岩石分类，注明各类岩石工作量各有多少，见附表 2各类岩石进尺表附表 2岩石名称岩石可钻性1346791012工作量（米）第四节水文钻孔的抽水、止水层数及地质要求。如果没有这类孔时可删除此节。第五节 按钻进方法及钻孔口径分类列出其工作量（米）。钻孔直径钻进方法130110917659合金钻进金刚石钻进合计（m）第三章第三章设备选择及施工安排设备选择及施工安排第一节第一节主要钻探设备及附属设备的选择主要钻探设备及附属设备的选择本节主要是根据地层条件、钻孔深度、终孔直径、钻进方法确定钻探设备类型，包括钻机、水泵、动力机、钻塔及拧管机、搅拌机、照明发电机的规格及数量。钻机的选择无论孔深如何，均应考虑具体的地质技术条件、终孔直径、钻进方法，以获得最高的技术经济指标。钻探设备在各种不同的地质技术条件下工作，在使用过程中承受着不同的载荷，因此，钻机、水泵、动力机、钻塔及其附属设备对具体钻进条件是否合适，均应进行校核计算加以评定。而目前我们施工的钻孔均是浅孔，选择使用的主要设备均可满足要求，因此在浅孔设计中可不对此校核计算加以要求，但如果是采用自制的钻塔时，应对钻塔进行强度校核计算。第二节第二节 矿区主要技术经济指标的确定矿区主要技术经济指标的确定根据岩石可钻性 （或定额） 、 钻进方法及岩层复杂程度合理地计算、确定全年平均台月效率、季度台月效率、钻机开动数等。这一节的内容很重要，殷总已经讲了我不再重复。第三节 矿区生产进度安排与有关管理制度根据平均钻机开动数及设计工作量，按矿区实际施工时间的长短，分季度安排全年钻探施工进度，见附表 3。钻探任务安排表附表 3矿区时间 （季）工作量（米）开动台月数平均台效开动钻机数备注一季度二季度三季度四季度全年同时还应将作业机台人员编制和相应的几班轮流作业制加以明确。本节还应制定一些必要的生产管理制度， 如岗位责任制、 交接班制、生产会议制等，钻探生产效率能否提高与生产管理关系密切，松散的管理会严重影响到整个生产进度和工程质量。第四节第四节矿区生产生活供水设计矿区生产生活供水设计本节应根据矿区的水源分布，流量变化等情况，确定供水方法及所需供水设备类型，水管规格、数量等。第五章第五章 工程质量要求工程质量要求分别说明钻孔六项质量指标的具体要求。质量标准以岩心钻探规程或合同中的规定为准，原则上不要超过现行的标准作特殊的要求。但如果确实在某一项上需要比现行标准要高才能满足要求时，可通过协商制定有效的措施及验收标准，同时也应该在单价上相应地提高。第六章六章钻探技术设计钻探技术设计第一节第一节 确定矿区的钻孔结构确定矿区的钻孔结构本节主要阐明选择钻孔结构的具体依据本节主要阐明选择钻孔结构的具体依据。根据不同的施工条件根据不同的施工条件、地地质设计，绘制典型钻孔结构图。质设计，绘制典型钻孔结构图。一、概念钻孔结构是指开孔至终孔孔身口径的变化。换径次数愈多，钻孔结构越复杂， 反之越简单。 钻孔结构的选择， 要充分考虑矿区的岩石性质、水文地质条件、终孔口径、钻孔深度、钻进方法、钻孔用途等因素。二、确定钻孔结构总的原则以终孔直径做为拟定钻孔结构的标准，对照理想岩层剖面自下而上拟定各段的口径和开孔直径。在保证钻孔质量和安全钻进的前提下，尽可能地采用泥浆护孔从而减少或不下套管和少换径，最大限度地简化钻孔结构。三、钻孔结构选择依据1、终孔直径终孔直径是设计钻孔结构的先决条件，以此为依据根据地层的复杂程度等因素，从下向上推算。影响终孔直径选择的因素是多样的，比如钻头型式、钻进方法、地质要求、钻孔用途、孔内测井仪器和装置的规格、钻机动力容量等。通常情况下，在满足钻进至给定深度和取样的要求下，钻孔直径尽可能小；但在新区上钻或地层复杂的地方上钻，终孔直径宜选大些，以便于在可能发生事故时留有备用口径。2、换径次数：是否换径应由以下几个方面决定：用套管固壁问题：取决于对钻孔地质情况的了解程度和钻孔复杂情况。当钻进松散的砂砾岩、流砂层、受地下水影响，用泥浆护孔无效时；穿过较厚的节理、裂隙发育的破碎带、坍塌、掉块极为严重，采用泥浆、水泥浆或其它方法护孔无效时；钻孔遇到含水构造或与大裂隙贯通，严重漏水，用其它方法止水无效时。上述三种情况下应考虑下入套管换径钻进，应根据可能遇到的情况确定好所下套管的层数。钻机能力问题：钻机动力是一定的，不同口径到达一定的深度后就要及时改换以便继续钻进。钻具级配问题：尽可能选择钻杆直径与钻头直径相接近，利于孔壁稳定。钻进效率问题：口径越大，效率相应会低些，因此在满足取样要求的情况下尽可能用较小的口径。三、钻孔结构选择示例钻孔结构选择示例勘探某金属矿床时，设计孔深 700 米，采用金刚石钻进，地质剖面包括以下110 或9120m108 或8976180m73层位：（1）表土层 0 至 15 米；（2）18 至 160 米为可钻性 7 至 8 级的岩石，该段全漏水不循环；（3）160 至 700 米为可钻性 9 至 10 级的稳定岩石；（4）地质取样要求以 59mm 终孔。试确定该钻孔结构。 分析分析 从已知条件，自 160 米至终孔适于一径到底，不下套管；分析地质剖面，该钻孔下孔口管和一层套管即可；为封闭漏失层，套管下放深度为 170 至 180 米，管鞋伸进稳定层10 至 20 米，套管直径为 73mm，因此该孔段须用 76mm 钻进；孔口管长 18 至 20 米。直径 89mm，因此开孔取 91 或 110mm。据此可作出如上图的钻孔结构图。在矿区钻探技术设计书中，值得注意的是应该将矿区的钻孔结构划分为简单钻孔结构和复杂钻孔结构二种类型加以作图说明，同时作图时应将各要素如直径、换径深度等标明。第二节第二节冲洗液与护壁堵漏冲洗液与护壁堵漏一、冲洗液的功用、种类一、冲洗液的功用、种类1 1、功用：、功用：岩心钻探中，要保证优质快速安全钻进，正确地选择、使用冲洗液起着十分重要的作用。它主要起的作用是：清洗孔底，悬浮和携带岩粉。借循环着的冲洗液将钻头破碎的岩粉、岩屑及时携带至地表，以保持孔底清洁；而当冲洗液中断时，利用其本身的触变性，将岩粉悬浮起来，防止岩粉迅速沉淀造成埋钻事故。冷却钻头，提高钻头的使用寿命。钻进过程中，孔底产生很高的温度（二百至三百度），因此，借冲洗液的循环将热量带走，从而达到冷却钻头延长钻头使用寿命的目的。润滑钻头和钻具，减弱钻具振动。使用加润滑剂的乳化冲洗液可减小钻头与孔底岩石、钻具与孔壁间的摩擦阻力和有效地减弱钻具高速回转时振动及减轻钻机动力机等的负荷，使钻头工作平稳。形成泥皮，保护孔壁。利用冲洗液本身性能，在孔壁上形成薄而坚韧、致密的泥皮，从而防止孔壁坍塌、掉块；调节冲洗液的比重，可防止涌水、漏失、井喷等事故等。输送岩心。反循环连续取心钻进时，利用冲洗液作介质，通过钻杆柱连续向地面输送岩心， 这种方法取得的岩心， 代表性好， 层位准确。传递动力。如涡轮钻、螺杆钻、冲击回转钻等，采用它作动力的传递。2 2、种类：、种类：泥浆（水基泥浆、低固相泥浆、混油泥浆、油基泥浆、充气泥浆、泡沫泥浆）、乳状液、清水、空气等几种类型。二、钻孔冲洗方式二、钻孔冲洗方式主要有全孔循环和孔底局部反循环二种方式。全孔循环又分正循环与反循环两种。正循环是用水泵压送冲洗液由钻杆柱中心进入孔底并经钻头水口返出，经钻杆与孔壁环状间隙上返至孔口，通过地面循环槽流入泥浆池，不需要孔口密封器等附加装置，适用于各种钻进方法。孔底局部反循环实际上是一种正反循环结合的循环方式，它是用于提高岩心采取率的一种方法， 常用的是喷射式反循环 （冲洗液由钻杆柱中心下去，从喷反接头处流出，在管内形成负压抽吸力，从而形成孔底局部反循环）。三、冲洗液的选择三、冲洗液的选择主要根据钻进地层情况来选用，基本原则是：致密、稳定地层，选用清水；松散、掉块、裂隙或遇水膨胀地层，首选不分散低固相泥浆，也可选淡水泥浆或钙处理泥浆；易溶解的矿层（如岩盐等），为保护矿心，防止冲蚀孔壁，应选用盐水泥浆（含盐大于 1%，PH7-9.5）金刚石钻进，应选用聚丙烯酰胺不分散低固相泥浆、乳化泥浆作冲洗液。实际工作当中，大多情况下用清水与不分散低固相泥浆，因此，在此着重讲这二种的应用。四、泥浆的性能指标四、泥浆的性能指标主要用粘度、比重、含砂量、失水量、泥皮、PH 值、胶体率和稳定性这几种指标来衡量泥浆的好坏。五、当地粘土是否适合造浆的野外鉴定五、当地粘土是否适合造浆的野外鉴定一般情况下，用造浆率（一吨粘土能造出多少立方米表观粘度 15厘泊的泥浆）来确定粘土的好坏。粘土造浆能力分为四级，如下表：常用粘土名称等级造浆率（m3/t）膨润土甲20次膨润土乙9.5白土、高岭土、陶土等丙3.5-8黄土、红土、胶泥、干子土丁1-3.5现场鉴定时，先取少量粘土配制少量泥浆，按比例先加一些纯碱，然后加入降失水剂（如羧钠甲基纤维素），接着用滤滴定法（任意滴一滴泥浆在滤纸上，开始数数，如数到 5 以上约 4 秒才渗出水，即可断定这种粘土可用；如果立即出水印的泥浆则说明该造浆粘土须处理后才能使用）测定泥浆的失水量，即可辨别粘土是否可用。确定能用后再通过配比试验确定合理的配方（主要是处理剂的加量与性能合乎地层钻进要求）。六、几种常用泥浆六、几种常用泥浆1 1、细分散泥浆、细分散泥浆由淡水、粘土和一般处理剂（主要为分散及降失水）配制而成的普通泥浆。一般是利用当地粘土和水配制原浆，用加量为粘土量 0.52%的纯碱进行处理，加纯碱目的是除粘土中的部分钙离子从而把钙土变成钠土。加入纯碱后泥浆粘度大，失水量小、胶体体率高、稳定性强；但值得注意的是，纯碱加入过量时，则失水量增大；同时有些粘土还需要加入少量烧碱才能将钙土变成钠土。2 2、低固相泥浆与不分散低固相泥浆、低固相泥浆与不分散低固相泥浆泥浆中固相含量小于 10%的泥浆，称之为低固相泥浆，其特点是比重低，可减少钻具回转摩阻、泵压损失、漏失和提高钻速。钻进中会不断产生岩屑，因此常用水解聚丙烯酰胺（水解度 30%左右的 PHP）等选择性絮凝剂配合机械净化法除去岩屑，不让它们分散于泥浆中，从而保持较低的固相含量(小于 4%，比重 1.06 以下、失水量低于 10ml、泥皮厚小于 0.5mm、PH 值 78.5 间)，称不分散低固相泥浆。3 3、无固相冲洗液、无固相冲洗液冲洗液中没有粘土固相，即配制泥浆时不加入粘土。其优点是不用粘土，比重低而有利于提高钻速，在注水泥时因无泥皮也有利于水泥与孔壁的联结，而当提高钙量后，也有利于抑制粘土质岩层的水化膨胀。岩心钻探常用聚丙烯酰胺冲洗液和水解聚丙烯酰胺水玻璃配制成的无固相冲洗液。常用配方是：往水中加水解聚丙烯酰胺（水解度 2030%，分子量 200500 万）200PPm，水玻璃 8%，皂化油 0.3%，所得冲洗液的性能为：粘度 16s、比重 1.02、PH 值 1010.5。最基本的配方是：清水中（1 立方）加入水解度 30%的 PHP5002000ppm 即可。采用无固相冲洗液时井口要配有性能良好的除泥除砂装置配合。七、不同地层选用的泥浆类型及性能；七、不同地层选用的泥浆类型及性能；1 1、复杂地层分类及护孔措施、复杂地层分类及护孔措施复杂地层分类常分为：漏失地层与不稳定地层二大类，其中漏失地层又分为孔隙类地层、 裂隙类地层、 洞穴类地层； 不稳定地层包括力学不稳定地层 （松散地层、破碎带、承压水、油、气地层）和物理化学不稳定地层（水敏性地层、易溶地层）。复杂地层的护壁措施复杂地层的护壁措施孔隙类地层：中小型裂隙采用高粘、高切泥浆钻进；大容量型还可考虑惰性材料充填、化学浆液堵漏和套管隔离；大厚度型用泡沫泥浆钻进、化学快速注浆堵漏和孔底局部反循环钻进。裂隙类地层：以水泥注浆堵漏和套管隔离为主。洞穴类地层：中小型用惰性材料充填和套管隔离；大容量型可采用惰性材料充填后注浆或人工造壁后堵漏；大厚度型采用孔底局部反循环钻进和套管隔离。松散地层（如流砂层、破碎带等）：其表现为岩石结构松散，孔壁极不稳定，孔壁受钻杆柱震动冲打，液柱压力小于地层压力时掉块、坍塌，冲洗液渗漏，起下钻受阻。对这类地层主要采用优质泥浆钻进，以防漏、防塌为主，必要时泥浆做增粘、加重处理，同时要保证孔内液柱压力，另外也可在钻穿后用套管隔离的办法。在承压水、气、油地层，地下承压层压力大于液柱压力，从钻孔内涌出，引起孔壁坍塌，可采用加重泥浆并保持孔内液柱，钻穿后用套管隔离的办法。水敏地层：地层因吸水而引起膨胀或松散，进而造成缩径或超径，严重时导致孔内各类事故发生，这类地层用优质泥浆护壁，以降失水为主。2 2、各类地层使用的泥浆性能参考指标、各类地层使用的泥浆性能参考指标地层情况比重粘度(s)失水量ml/30min泥皮厚度(mm)静切力(mg/cm2)1 分钟10 分钟一般地层1.11.15182025 以下4 以下0101525吸水膨胀地层1.11.2182010 以下2 以下0101525坍塌掉块地层1.2 以上253015 以下2 以下15253050渗漏地层1.1 以下253015 以下3 以下30505080以上承压油气地层1.31.5以上25 以上15 以下3 以下5151020涌水地层1.31.5以上253015 以下3 以下5151020八、泥浆的配制、性能调整的方法，处理剂的使用八、泥浆的配制、性能调整的方法，处理剂的使用。1 1、泥浆的配制、泥浆的配制可用分散或集中配制两种方式。由于钻机分散施工，一般在机场使用 0.4m3卧式搅拌机或 0.51m3的立式搅拌机单独搅拌泥浆。为保证泥浆质量，配制前应根据地层岩性进行试验，确定出最优的配方；配浆如果用膨润土时要预水化； 采用低硬度的水配浆； 加絮凝剂时 （PHP）要在孔口或泥浆槽中慢慢滴入且不能过量。2 2、泥浆性能的调整及处理剂、泥浆性能的调整及处理剂调整泥浆性能主要包括：降低泥浆失水量、增加或降低泥浆粘度和切力、增加或降低泥浆比重和调节 PH 值等。钻进中，泥浆的性能会因地层条件的变化而不断变化，要事先估计好钻穿地层、岩性、水质等对泥浆性能的影响，预先进行泥浆性能调整或根据孔内泥浆性能变化情况及时加以调整。 当孔壁坍塌或有轻微漏失时，可通过增加泥浆中粘土含量、新配制的泥浆中加适量纯碱或加有机高分子增稠剂（如 CMC）的办法来提高泥浆的粘度和切力；而钻进粘土层或泥质页岩层等时，则需要降低泥浆粘度和切力，可通过加稀释剂来解决；钻进遇水膨胀地层、渗漏和坍塌地层时，则需要降低泥浆失水量和控制泥皮厚度， 最常用的方法是增加粘土含量与使用有机高分子降失水剂（CMC）；钻进高压含水层或油气层及某些坍塌地层时，需要提高泥浆比重以平衡地层压力，其方法是在泥浆中加入加重剂（如重晶石粉等），值得注意的是使用加重泥浆时需做好泥浆地表净化工作，防止加重剂和岩粉沉淀卡钻；而这些方法中的加量无法在此给大家，因为每个矿区使用的泥浆性能是不一样的。因此，实际工作中应结合所采用的泥浆类型与性能在原浆基础上试验后再确定合适的加量。3 3、泥浆的维护、泥浆的维护钻进中岩粉不断进入泥浆从而使泥浆性能发生变化， 必须及时清除，否则会加速水泵的磨损甚至会导致孔内事故。最简单的净化装置是泥浆循环槽、沉淀箱和水源箱，泥浆槽一般长 15m（宽 0.3m，高 0.2m，坡度 1/1001/80）且每隔 1.5 至 2 米安设挡板（形成局部涡流有利于岩粉沉淀），有条件时应该配旋流除砂器（除较细岩粉）。机台应配备泥浆性能测量仪器（野外泥浆性能测试箱，含有比重计、ZNS 型泥浆失水仪或 1009 型泥浆失水仪、 泥浆含砂量杯和 pH 试纸等） ；每班设专人负责管理泥浆，负责泥浆的配制、处理、净化除砂和泥浆性能的测定， 随时掌握泥浆性能的变化情况及孔内情况适当调整性能参数；泥浆的使用也要认真填入班报表中而且要准确齐全。4 4、聚丙烯酰胺（、聚丙烯酰胺（PAMPAM）的水解方法）的水解方法PAM 产品浓度 78%，分子量最低 5 万最高 800 万，它是一种机台最常用的泥浆处理剂，水解后对泥浆有选择性絮凝作用，加在泥浆将岩屑和劣质粘土絮凝沉淀，以水解度 30%时絮凝效果最好。因此机台上常使用 30%水解度的 PHP 作处理剂。水解是将酰胺基（CONH2）转变成羧钠基（COONa），转变成羧钠基的百分数叫水解度。依烧碱加量的不同，得到不同水解度的聚丙烯酰胺，水解可用加温搅拌法或常温法。加温搅拌法：将聚丙烯酰胺、烧碱和水按一定比例混合，加温至90 或 100 度，搅拌 3 至 4 小时左右即可获得不同水解度的水解聚丙烯酰胺（HPAM 或 PHP）。这种方法水解后产品中的游离碱量少，水解度比较准确。 烧碱和水的加量可通过计算或用相对比例关系式来确定（浓度 7%的聚丙烯酰胺：烧碱：水=1：1.2%：6）。加烧碱量（kg）=4071聚丙烯酰胺量（kg）聚丙烯酰胺含量（%） 要求的水解度。加水量则可按高聚物浓度为 1%的溶液为准，如浓度为 7%的聚丙烯酰胺 1kg 则需加水 6kg 即成浓度 1%的溶液。值得注意的是，水解后的聚丙烯酰胺溶液浓度为 1%。常温法：浓度 7%PAM：烧碱：水10:1:60，搅拌均匀后放置 2至 3 天即可获得浓度 1%水解度 30%左右的 PHP。常温法水解后的产品游离碱较多容易使泥浆增稠， 同时水解度也不是很确切而影响絮凝效果。九、仪器配备计划及粘土、处理剂的用量计划。九、仪器配备计划及粘土、处理剂的用量计划。根据矿区开动的钻机台数确定野外泥浆性能测试仪器的数量， 根据所选定的造浆粘土类型和工作量以及造浆率、 泥浆配方来计算出粘土和各类处理剂的需要量并列好表格，作好物资采购计划。十、复杂地层护孔方法十、复杂地层护孔方法根据矿区钻进地层的分类特点，制定出各层位的护壁堵漏措施，在需要套管时应根据矿区可能开动的钻机台数和钻孔套管下入的深度以及规格等，做出比较准确的备料计划供生产中使用。这里主要介绍一下采用水泥护孔时的有关要求：1 1、水泥浆的可泵性和可泵期、水泥浆的可泵性和可泵期可泵性：水泥与水拌合并加入适量的水泥附加剂（如早强剂、减水剂等）的情况下，具有良好的流动性，便于泵送达预灌部位。实践证明，只有流动度达 15cm 以上，水泵才能顺利实现泵送。可泵期，就是指水泥浆能用水泵抽送的时间期限。一般情况下，水泥浆的可泵期应 4060 分钟内保持流动度在 15cm 以上。因此，实际工作中，在采用水泥护壁堵漏时， 在目前的操作熟悉程度不是很高的情况下宜用较大的可泵期。各施工单位可根据自己的施工经验而定。2 2、水泥的种类、水泥的种类常用的有普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、硫铝酸盐型水泥等。一般情况下，野外常用的是 425 标号以上的普通硅酸盐水泥进行护壁堵漏。3 3、水泥石的早期强度、水泥石的早期强度护壁堵漏使用水泥属于临时工程，普遍要求有较短的候凝时间，便于恢复正常钻进，因此要求水泥石早期强度增长速度要快。试验结果资料表明：水泥石抗压强度达 80kgf/cm2时就可从孔内取出较完整的岩心。以此为准，要求水泥浆灌入孔内后 5 至 6 小时或更短时间内达到这个标准。4 4、水泥浆的比重、水泥浆的比重干水泥的比重在 3.053.2 间， 水灰比 0.450.5 的水泥浆比重在 2.0 左右。在现场使用时，应根据护壁堵漏的实际需要，选用或调整水泥浆的比重， 其原则是： 当封堵较大的裂隙时， 为避免较大漏失，应用较小的比重；而封堵涌水或坍塌层时，则要求较大的比重。5 5、水泥常用外掺剂、水泥常用外掺剂减水剂、促凝早强剂、速凝剂，生产中常根据各种需要而在用水泥进行护孔或堵漏作业时有选择地添加它们。5.1 减水剂：凡能使水泥浆或混凝土显著地降低拌和用水量的外加剂，称之。岩心钻探常用的减水剂 NNO 减水剂和木质素磺酸钙。NNO 化学名称为亚甲基二萘磺酸钠，普通水泥中合适掺量为 0.51%，在保持相同流动度条件下，可减少单位用水量 2025%，同时水泥强度早期增长快，三天强度可提高 60%，密实性、抗渗性都相应提高，但对凝结时间没有影响，还可节约水泥 15%以上。生产中，常将 NNO与 CaCl2复合应用于普通水泥，不仅流动性好，还可缩短凝结时间。5.1.2 木质素磺酸钙：为阴离子型表面活性剂。可减少单位用水量 1015%，节约水泥用量 10%左右，合适加量 0.20.3%，这类减水剂有缓凝作用， 加量 0.25%时， 水泥的凝结时间可延缓 1 至 2 小时。5.2 促凝早强剂：能促进水泥凝结，加速水泥浆的硬化过程并提高水泥早期强度的外掺剂。常用的有氯化钙、氯化钠和三乙醇胺。5.2.1 氯化钙 （CaCl2） ： 这是国内外普遍采用的一种促凝早强剂，对水泥既有早强作用，又能改善水泥浆的流动性。加量一般为水泥重量的 13%，当加量达 3%时可使水泥凝固时间缩短一半以上，2 至 3天的强度提高 40100%。野外使用时宜用温水溶解。对于普通水泥，为达到促凝早强并改善流动性，可采用氯化钙与减水剂复合使用，如某单位用 525 标号水泥+NNO（0.7%）+ CaCl2（1.51.8%）进行堵漏，效果非常地好。5.2.2 氯化钠（NaCl）：俗称食盐，其使用效果比氯化钙要差，但也常用。其加量一般为 13%，例如用 425 标号硅酸盐水泥处理坍塌严重的地层时，配方为：水泥：NaCl：水=100：3：40，可收到很好的效果。5.2.3 三乙醇胺：它是一种无色或淡黄色油状液体，呈碱性，溶于水。是一种表面活性剂，容易吸附在水泥颗粒表面，溶于水时能降低溶液的表面张力。加量一般为万分之 3 至 5。5.3 速凝剂：是一种加速水泥浆的凝结的化学处理剂，常用的是水玻璃。在水泥浆中加入 23%的水玻璃，凝结时间可缩短 3040%，而当加量少于 2%时则有延长初凝时间的作用。6 6、配制水泥浆的有关计算、配制水泥浆的有关计算6.1 水泥浆量计算：V = 0.785KD2h式中：V水泥浆体积，升；K附加系数（包括地面损耗、钻孔超径、渗透和漏失、孔内稀释等），一般取 1.21.4D钻孔直径，毫米；h灌浆孔段长度，米。6.2 干水泥用量和用水量计算干水泥用量Q = gVQ1= mQ式中：配制 V 升水泥浆所需干水泥量，kg；V水泥浆的体积，升（l）；g 配制 1 公升水泥浆干水泥的重量，kg；g =12/（2+m1）1水泥的比重，一般为 3.053.2；2水的比重；m水灰比；Q1配制 V 升水泥浆所需水量，升或公斤。6.36.3 替水量的计算替水量的计算灌浆完毕后， 应通过较准确的替水量泵入清洗灌注管路中的水泥浆。过大会稀释孔内水泥浆使其强度受到影响，过少则会导致水泥浆留在管路内凝固而造成堵塞。一般采用经验公式进行计算：Q = K（L-l）q +Q地式中：Q替水量，公升；L钻杆柱长度，米；q每米钻杆内容积，公升/米；如 50 钻杆为 1.2 公升/米，42 钻杆为 0.8 公升/米。l孔内静水位离孔口的高度，米；K压水系数，浅孔取 0.9，深孔取 0.95。Q地地面管线及水泵内容积，大口径取 5065 公升，小口径取 4050 公升。6.46.4 水泥浆灌注方法水泥浆灌注方法泥浆泵钻杆注入法、直接灌入法和输送器注入法等。最常用的是泥浆泵钻杆注入法，因此在此只介绍一下这种方法。泥浆泵钻杆注入法是通过钻杆， 用泥浆泵将水泥浆压入孔内所需灌注的孔段，以达到护壁堵漏的目的。这种方法在水泥浆流动性好的情况下不受孔深限制，适用于灌注量大的施工作业。堵漏时：将钻具下到预定位置以下 0.30.5 米，先泵入清水确认管路畅通无阻后即可泵入配制好的水泥浆。护壁时：先用小一级钻具扫孔到底，一停泵立即将配制好的泥浆泵入。一些注意事项：无论是护壁或是堵漏，刚开泵时均应先打开回水管将泥浆泵及吸水管内的清水排除；全部浆量应一次灌完；护壁作业可适当开车慢转以防止卡钻，也有利于沉渣与水泥浆混合；灌注时应有人专门看管泥浆泵莲蓬头以防止堵塞， 水泥浆全部吸完后立即进行替浆作业并清洗管路和泥浆泵。另外，为保持孔内压力平衡，防止造成真空抽吸作用，提钻时速度要慢，还应回灌冲洗液。第三节第三节 钻进方法钻进方法目前岩心钻探工作中，一般根据各矿区地层岩石力学特性、结构与构造，结合钻探设备与护壁堵漏措施等因素，常采用合金与金刚石分层钻进的方法。一般地，开孔采用合金钻进至完整岩面 3 至 5 米，然后扩孔下孔口管隔离上部松散层、覆盖层等不稳定地层，然后改用金刚石钻进至终孔。因此，在此只介绍这二种钻进方法。一、硬质合金钻进一、硬质合金钻进1 概念将具有一定强度和形状的硬质合金，按钻进要求固定于钻头上，在一定的技术条件下，作为切削具破碎岩石的一种钻进方法。2 钻探对硬质合金的要求合金钻进是靠固定在钻头体上的硬质合金来破碎岩石的， 而各种岩石都具有一定的强度和研磨性， 钻进时钻头上受力也很复杂， 因此，所使用的硬质合金应具有如下性能：硬度大且耐磨性强。便于钻头能有效地切入或压入岩石，并能抵抗岩石对硬质合金的磨蚀作用。抗弯强度大且韧性好。 便于能承受破碎岩石过程中各种变化的负荷而不至于崩刃和碎裂。热硬性好而导热性高。钻进中孔底会产生很高的温度，因此要求较高的热硬性，而且在冲洗液中易于释放热量。成型性好，容易镶焊在钻头体上。地质勘探用的硬质合金主要是钨钴合金， 这类合金其性能满足上述要求。3 3 硬质合金钻头硬质合金钻头钻探用的硬质合金钻头的结构合理与否直接影响到钻进效率、 钻头寿命、钻孔质量以及材料成本，因此要认真对待合金钻头的结构要素的研究与选择。它一般分为二大类：取心钻头和全面钻头。地质勘探中一般都只采用取心钻头。钻头体：它是镶嵌切削具的基体，用 D35 或 D45 号无缝钢管制成，针状合金钻头的内外出刃应与相应的金刚石钻头一致，钻头体长度不得短于 95mm，其中丝扣部分长度 40mm，钻头钢体壁厚 7 至 9mm，过厚克取岩石面积大，消耗功率多，过薄影响强度而容易变形。壁厚在保证足够强度与刚度的条件下力求减小， 以使克取面积减少以提高钻进效率。合金镶焊数目和排列形式：应根据岩石性质、钻头直径、合金质量、钻具强度和设备功率等因素来确定。钻头直径大、孔较深、岩石硬度大和研磨性较高时，合金数量要适当增加。地质勘探中常用的数量如下表所示。钻头规格（mm）合金数量（个）岩石性质3646597691110130150研磨性较强的岩层3-43-44-666-88-1010-1412-14弱研磨性岩层3-43-444-666-8810在排列形式上一般采用均匀单环排列。切削具的出刃：主要是底、内、外三种出刃。其中底出刃起切入并破碎岩石的任务，大出刃利于破碎岩石和冲洗液流通，但过大容易造成崩刃与折断；内外出刃主要是形成环状间隙，以保证冲洗液流通，较大的内外出刃会导致钻头回转阻力增大，容易崩刃折断，但有利于排粉和减少岩心堵塞的机会， 太小了则容易造成岩心堵塞和影响排粉效果甚至会造成糊钻等不良现象。因此，出刃的大小应根据岩石性质来考虑，实际工作中可参考下表进行选择。岩石性质内刃（mm）外刃（mm）底刃（mm）松软、 弱至中等研磨性岩石1.5-2.52.5-32-3中硬、 强研磨性岩石1-21-21.5-2.5镶焊角：合金颗粒与钻头唇面的夹角，一般采用正前角镶焊，这种镶焊切削具有自磨作用也有利于排粉， 但所需轴向压力要较其他方法大些。水口及水槽：起到冲洗液流通冷却钻头和携带岩粉的作用，其形状与大小应根据岩层性质、钻头结构形式、冲洗液种类的不同而考虑。一般地，水口面积的总和要大于钻头与岩心之间或钻头与孔壁之间的环状面积，以减少循环阻力。4 4 合金钻进技术参数合金钻进技术参数合金钻进的技术参数主要包括钻压、转速和冲洗液量。它们对钻进效率、钻孔质量、磨料消耗、施工安全等直接有关系。在操作过程中，应根据岩石的物理机械性质、钻头结构、钻探设备和钻具的可能性以及钻孔质量要求等条件来合理掌握，并通过实践当中进行修正、总结出适合矿区的最优钻进技术参数。钻压： 合理的钻压应该既保证钻头耐久性又获得最大的平均机械钻速。在其它条件不变的情况下，在一定范围内，钻速随着钻压的增加而成比例地增加。实践证明：钻速的提高主要是依靠钻头压力的增加来实现。但压力过大会导致崩刃、钻具折断、钻孔弯曲、软岩层中容易烧钻等事故。钻压可通过下式进行计算：钻头总压力 = 每颗切削具上应加的压力（如柱状合金 70-120kgf/颗） X 钻头上切削具的颗数实际工作中应该根据所钻的岩层性质而选择的合金切削具型式和钻头的排列与数目进行初步计算， 同时在施工中不断总结出最优的钻压。转速： 钻具转速有二种表示方法， 一是钻头每分钟的回转数 （转/分），另一个是用钻头的圆周速度 V（米/秒）来表示。V = （D + D1）n /（2X60）生产实践表明：在一定条件下，提高钻头转速可增大钻速，但超过最优值后反而随转速的增高而使钻速降低。一般情况下，在软至中硬岩中钻进时，可采用较高的转速；在坚硬和强研磨性岩石或非均质和裂隙发育的岩石中钻进，则应降低转速；深孔或大口径钻进也应降低转速。冲洗液量： 冲洗液量的大小应根据岩石性质和钻孔直径等因素而定。一般地，在软岩层中钻进因进尺快所产生的岩粉多而选择较大的冲洗液量；在岩石颗粒粗比重大的岩层钻进也应相应加大冲洗液量； 在大直径孔、 深孔钻进时， 钻杆和孔壁渗漏多也应加大冲洗液量；而在松散、破碎地层钻进，为防止冲蚀岩心和冲垮孔壁，应选择较小的冲洗液量。冲洗液量 Q 的大小一般用经验公式进行计算：Q = KDK经验系数（615l/cm.min）D钻头直径（cm）实际钻进工作当中，各参数之间有着密切的联系，要达到合理的配合，其配合关系大致如下：岩石钻压转速冲洗液量研磨性大的硬岩石大小小裂隙岩层小小相应地小软岩小大相应地大设计中可根据下面的技术参数表的数据范围内根据矿区地层岩性特点加以选择， 同时应在实际工作中摸索出适合矿区地层的最优技术参数。不同岩层钻进技术参数范围表岩石级别钻进技术参数钻头压力转速(rpmmin)泵量(Lmin)取心钻头（kg粒）刮刀钻头（kgcm）14 级50601001202003508056 部分 7 级8012012015015025080注：（1）针状硬质合金块每块能承受的压力为 150200kg；（2）100 型钻机的泵量，以水泵最大有效排水量送给。（3）刮刀钻头单位压力（kgcm）中的 cm，系指钻头直径。5 5 合金钻进注意事项合金钻进注意事项采用合金钻进，除了合理选用钻头结构和钻进技术参数外，还必须有正确的操作方法，才能达到提高钻进效率和钻头使用寿命的目标。因此，应注意以下几方面：新钻头入孔内，应离孔底 0.5 米以上并轻压慢转扫至孔底，以防止新钻头被挤夹住。扫孔时速度要慢，以防止合金崩刃或因孔底有残留岩心而堵塞。要经常保持孔底清洁。孔内的岩粉、崩落的合金须及时捞取，孔内有残留岩心在 0.5 米以上或有脱落岩心时不得下入新钻头。为保持孔径一致， 钻头应排队使用。 原则是先用外径大内径小，后用外径小内径大的。正常钻进压力要均匀，不得无故提动钻具，并随着合金的磨钝逐步加大压力。发现岩心堵塞时要及时处理，无效时立即提钻以防止孔内事故。合理掌握好回次进尺时间。 合金钻进时因磨料逐渐磨钝而出现钻孔缩径和钻速逐步下降，因此，为避免下一回次的扩孔、起下钻时间和提高回次效率，应当确定合理的回次进尺时间，这是提高钻速的有效措施之一。可通过计算法或作图法进行现场确定，各矿区地层情况不一，在此无法具体给出数据。回次钻速= （回次累计进尺）/（钻进时间累计 + 起下钻时间）二、金刚石钻进二、金刚石钻进1 金刚石钻进的优点：与其它方法相比具有如下优点：钻进效率高；钻孔质量好（采取率可达 90%以上，岩矿心代表性好，岩矿心光滑完整、无选择性磨损和富矿流失、污染等现象，钻孔弯曲小）；事故少；劳动强度低；成本低；应用范围广。因此，目前大多数固体矿产勘探、水文工程地质勘探以及石油天然气勘探中广泛应用金刚石钻进技术。2 2 金刚石钻头金刚石钻头在这里我们要了解和掌握金刚石钻头的组成、 类型和规格及其结构等知识， 才能在进行设计或审查设计时对矿区所选择使用的钻头是否合理做出一个评价。钻头的组成：由三个部分组成，即金刚石、胎体、钻头体。金刚石：分底刃、边刃、侧刃金刚石。底刃用于克取岩石，要选择晶形较好的金刚石；边刃主要用于克取岩石并要保内外径。因此要选择质量最好的金刚石；侧刃仅用于保内外径，可选择较次质量的金刚石。胎体：是钻头底部包镶金刚石的一圈假合金，采用粉末冶金法或电镀法制成各种需要的形状， 用来包镶金刚石颗粒并牢固地与钻头体焊接在一起。胎体部分开有水口，供冲洗液流通之用。金刚石钻头胎体硬度一般在 HRC2050 之间，要根据矿区岩性研磨性、破碎程度等因素来合理选择钻头胎体硬度。钻头体：钻头钢体部分，用中碳钢制作，上部车有丝扣，用来与扩孔器连接。3 3、合理选择金刚石钻头与磨料、合理选择金刚石钻头与磨料生产实践证明，金刚石钻头并非能全部顺利钻进各类岩石，在某些岩层中钻进钻速非常低甚至不进尺（如俗称的“打滑地层”）。因此，必须根据岩石的硬度、强度、研磨性、完整度进行合理的选择，做到钻头分层选用“对号入座”，以充分发挥金刚石钻进的优越性。如果选择不当，不但不能发挥其效能，相反会增加金刚石的消耗量使钻探成本增加、事故增多、效率低、质量差，因此必须在设计与实际工作中重视这项工作。3.13.1 分层钻进的选择原则分层钻进的选择原则在软的和部分中硬岩层中采用硬质合金钻进。 这类地层不宜采用金刚石钻进，因为金刚石钻头破碎软的塑性岩石时体积破碎效率低，同时如果冲洗液量不合理时产生的岩粉会粘到钻头唇面上，从而妨碍钻进降低钻速甚至会发生烧钻事故。在部分中硬至硬的岩层可选用针状合金钻头钻进。 针状合金钻头具多刃、自磨出刃、不易崩刃的特点且耐冲击，对破碎岩石有利，在 6 至 8 级岩石中比普通合金钻头效率高 1 至 3 倍， 达到细粒金刚石钻头钻进的水平。同时它还可与金刚石钻头配套使用，从而实现分层钻进。在中硬至坚硬的岩层以及弱、 中研磨性且较完整的岩层可采用不同粒度的表镶或孕镶钻头钻进。在中硬至坚硬岩层以及中、强研磨性岩层、破碎岩层中宜采用孕镶钻头钻进。3.23.2 金刚石钻头选择的基本原则金刚石钻头选择的基本原则3.2.1 钻头型式的选择原则应根据岩石研磨性、完整度和可钻性进行选择。表镶钻头适用于软的、中硬完整岩层钻进；孕镶钻头适用于硬的、坚硬的、破碎的和软硬不均的、裂隙性的岩层钻进。3.2.2 钻头胎体的选择原则：在研磨性强，很破碎、较软、颗粒度粗的岩层钻进所选择的胎体硬度应大； 反之， 研磨性弱、 均质完整、硬度大、颗粒度细的岩层所选用的胎体硬度应偏软；而在研磨性强、硬度特硬的岩层不应选用偏软胎体，而是要选择特硬的胎体，否则胎体很快被岩层磨损使钻头失去工作能力。3.3.3 具体选择条件：根据上述原则，目前常用的人造孕镶金刚石钻头的金刚石浓度、 粒度和胎体硬度的具体设计和使用时可按下表从不同厂家生产的钻头中选择适合矿区地层的钻头。岩石性质坚硬中硬软金刚石粒度细100 目8046 目粗46 目金刚石浓度低50%5075%高100%胎体硬度较软HRC30HRC40较硬HRC40504 4 合理使用金刚石钻头与扩孔器合理使用金刚石钻头与扩孔器目的在于以最小的金刚石消耗量，取得最高的机械钻速和最长的钻头使用寿命，达到降低成本。其原则是：先用外径大的，后用外径小的。同时也应考虑先用内径小的，后用内径大的。这样做的好处在于：4.1 使钻头的外径与孔底部位的孔径尽量吻合，避免扫孔；4.2 使钻头内径与卡簧内径和残留岩心外径尽量吻合，防止扫岩心而造成岩心堵塞或损坏钻头；4.3 防止钻头、扩孔器下不到底被挤卡造成事故；4.4 可防止单个钻头连续进行多回次钻进而形成 “喇叭形 “钻孔，造成长距离扫孔；4.5 可使钻头与扩孔器均匀磨损以延长寿命，降低成本。5 5 钻头与扩孔器、卡簧的配合钻头与扩孔器、卡簧的配合5.1 扩孔器外径与钻头外径的配合扩孔器外径过大，形成“台阶式”钻进，扩孔器易崩刃或过早磨损，导致钻进效率低；而扩孔器外径过小就起不到扩孔的作用导致钻头过早磨损。因此，扩孔器的外径与钻头外径的合理配合尺寸为：扩孔器外径比钻头外径大 0.30.5mm，在坚硬岩层中不得大于 0.3mm。5.2 钻头内径与卡簧自由内径的合理配合卡簧内径是岩心进入内管的第一道“关口”，若卡簧内径过大，则取不上或卡不住岩心而造成岩心脱落或残留孔底过长； 而卡簧内径过小，则会造成岩心堵塞或岩心顶死卡簧被迫提钻。因此，它们间的配合尺寸是：卡簧自由内径比钻头内径小 0.30.4mm。现场机台使用时应有 2 至 3 种规格的卡簧供机台选择， 在使用时先用内径小的后用大的。值得注意的是短节与卡簧座为过渡配合，卡簧座的下端与钻头内台阶应有 45mm 的间隙（防止岩心堵塞）。6 6 金刚石钻进常见事故的预防措施金刚石钻进常见事故的预防措施6.1 如何防止岩心堵塞实际钻进中，当岩层节理发育、岩石破碎或因工艺规程不合理及操作不当，钻具配合不好等因素存在时，将容易导致岩心堵塞。采取单动双管钻具钻进或专门的取心工具来进行预防。 单动双管的内管有扶正岩心、减少钻具旷动和容纳岩心的作用，同时卡簧座与钻头内台阶必须有 3 至 4mm 的间隙，以保证内管自由扶正岩心从而防止堵塞；而在节理发育、 破碎倾角大的岩矿层中应设计带容纳管的或活塞式的等专门取心工具。另外要保证岩心顺利进入内管，主要的措施有：内管光滑平直；双管内设减振机构或加半合管；良好的卡簧自由内径和钻头内径的配合；精心操作，技术参数稳定，不无故提动钻具等。6.26.2 如何防止烧钻事故如何防止烧钻事故当井底钻头得不到充分冷却时将会发生烧钻， 烧钻事故严重时会伴随恶性卡钻和断钻杆等孔内事故，因此应该做好预防工作。烧钻事故主要原因：钻杆中途渗漏，到达孔底冲洗液量不足；水泵工作不正常；岩心堵塞不及时提钻；孔底岩层漏水；钻速过快岩粉没及时排清等方面的原因都会引起烧钻事故。事故征兆：泵压突然增高，返水变小；回转阻力增加，进尺变慢或不进尺；机械运转不正常；柴油机声音异常或电动机电流表值增高等均是发生烧钻事故的征兆。预防措施：要防止冲洗液从钻杆漏失。可在提钻时认真检查钻杆磨损情况， 不合格都及时更换； 下钻时钻杆接头丝扣缠棉纱等措施。要防止泵量不足。可通过经常检查水泵、使用变量泵和抗震性能好的抗震压力表和随时检查水眼、水路是否畅通来实现；较软地层控制钻速， 不得盲目加压追求进尺。 地层由硬变软时，压力要随之改小。经常修磨水口、水槽。要求水口高度不小于 3mm，水槽深不小于 1.5mm。精心操作。操作者随时观察泵压表、孔底压力表、电流表（使用电动机时），孔内返水情况，观察进尺速度和动力机的负荷变化，发现异常立即提钻。下钻不能一次到孔底，必须离孔底 0.5m 以上开泵送水待循环畅通后再慢速回转下放钻具到孔底。发现岩心堵塞或蹩泵时，应立即提钻。不得用加大压力或加快转速的办法来处理。保持孔内清洁，残留孔底岩粉不得超过 0.3m。同时也要经常清除清除冲洗液净化系统内的杂物异物和沉渣。7 7“打滑层打滑层”钻进工艺钻进工艺7.1 何谓“打滑层”就是常规钻头钻进时出现钻头打滑现象， 钻进效率低甚至根本不进尺的岩层，钻探上称之为“打滑层”。7.2“打滑层”的力学特征岩石压入硬度高，研磨性弱，矿物颗粒间的理论结合强度大。7.3、解决“打滑层”的基本措施主要是在钻头的结构参数上比常规钻头做些调整，基本原则如下， 实际工作中如遇到这类情况可与钻头厂家共同研究制定好而专门生产对付这类地层的钻头。选择胎体硬度为 HRC2530 间，宜用 4 号粘结剂。选择较高品级的金刚石；细目金刚石，粒度在 80100 目；金刚石浓度取 75%为宜；采用较大的技术参数，其中线速度取 22.5m/s改变钻头唇面形状， 主要是给钻头在工作时产生粗颗粒创造条件，适当减少唇部工作面积，如锯齿型、阶梯形等钻头。8 8 金刚石钻进技术参数金刚石钻进技术参数在正确选择金刚石钻头的情况下， 金刚石钻进效率取决于钻进规程参数的合理调节，即钻头轴向载荷、钻头转速和冲洗液量。许多可变因素对规程参数均有直接影响，如岩石物理机械性质、钻头类型、钻孔直径和深度、所用设备与钻具等。金刚石钻进所采用的是以高转速为主体的钻进规程，转速参数的变化影响钻进效果非常明显。评价所选择的钻进规程的合理性，主要是根据钻速、钻头进尺和单位进尺金刚石的消耗量（克拉/米），其中以单位进尺金刚石消耗量和钻头进尺尤为重要。 在实际工作中应结合以下的分别论述根据矿区地层岩性特点和选择的设备、孔径和深度等因素，综合选定出自己所在矿区施工的技术参数范围，而不是盲目在设计中套用规程参数。8.1 钻压钻压是指钻进过程中直接加在钻头上的轴向压力。 合适的钻压可保证金刚石钻头有效地破碎岩石，效率高、进尺多、金刚石消耗量少。钻压低于岩石抗压强度时， 金刚石无法克取岩石而在岩石上滑动并迅速被抛光；钻压过大会造成孔底岩屑聚集而使钻头胎体磨损过快，金刚石消耗量大，导致钻速不高甚至糊钻和烧钻。选择压力时要根据岩石的可钻性、 研磨性、 完整程度、 钻头类型、金刚石的质量、数量和粒度以及钻头克取岩石的环状面积等，笼统地按钻头直径推荐钻压是不够全面的。一般地，从岩石性质的角度在软或弱研磨性岩层中用较小的钻压；在完整、中硬到坚硬或中等研磨性的岩层中适当加大钻压； 在破碎裂隙和非均质的岩层中应视裂隙程度适当减小钻压（减少 2550%）。从钻头类型上看，口径大、壁厚、胎体较硬时，用较大的钻压，反之用较小的钻压，值得注意的是如果用表镶钻头时所采用的钻压要较孕镶钻头大， 以利于金刚石能压入所钻岩石产生体积破碎。 从钻头的成份看， 当所有的钻头金刚石品级高、质量好，量多、粒度大时，钻压应大些，反之应小些。同时，在实际工作中， 确定钻压时也应考虑钻头的新旧程度和估计好钻压在孔底的损失，新钻头在初磨阶段应用较小的钻压（200300kgf）等正常出刃后方可用正常钻进压力；孔底损失主要是受孔深与泵压的影响，随着孔深的增加，钻柱与孔壁间的磨擦及泵压的增大抵消了部分钻压，因此也要相应地加大钻压以保证钻头有效地破碎岩石。设计时，可根据下列公式进行计算：表镶钻头的压力：P = （0.660.76）g m p式中 P表镶钻头总压力（kgf）；g钻头上的金刚石的克拉数；m金刚石粒度（粒/克拉）；p经验单位压力（1.52.5kgf/粒）；0.660.76 是系数，表示实际克取岩石的金刚石数量为钻头总克拉数的 6676%。孕镶钻头压力的计算：P = F p式中：P钻头总压力（kgf）；F钻头环状克取面积（cm2），F=/4 （D2 d2）D钻头外径（cm）d钻头内径（cm）8.28.2 转速转速转速是主要技术参数之一，金刚石钻进破碎岩石时切入深度小（百分之一到千分之一毫米），想获得高的钻速就必须采用较高的转速。生产试验研究表明，在一定范围内，转速越高，钻速也越高。因此， 在实际工作当中， 当岩层比较完整、 管材有足够的强度和稳定性、配有润滑剂、设备能力允许的情况下，应该选用较高的转速。值得注意的是，当转速超过一定的限度时钻速会下降且严重影响钻头寿命，国内长寿命钻头一般均在 800rpm/min 下获得。一般地，孕镶钻头出刃很小，切入岩石的深度更小，为获得较高钻速，要求线速度达到 1.53.0m/s；表镶钻头的出刃较孕镶钻头大，转速过高时容易引起振动而损伤金刚石，因此表镶钻头的线速度要求在 1.02.0m/s。转速的选择应从钻孔深度、设备能力、钻孔结构及岩石性质等方面综合考虑。深孔钻进时，钻具重量大受力情况复杂，钻具回转所消耗的功率也大，受功率和钻具强度的限制以及在泵压和泵量不足时，转速应该降低；浅孔钻进可选用较高的转速；钻孔结构简单，钻具级配合理时，适当采用高转速；反之，钻孔结构复杂，钻杆与孔壁间隙大时，钻具稳定性差，则不宜开高转速。在完整岩层应采用高转速；在岩层破碎、裂隙发育、软硬不均时钻具振动大，容易损坏金刚石，应降低转速。转速的划分为高、中、低三个范围，高转速一般在 700800rpm/min 甚至 1000rpm/min 以上；中转速一般在 400600rpm/min；低转速一般在 200300rpm/min，最低速 100rpm/min 左右。那么在设计和实际工作中，可根据上面的这些选择原则，先确定采用多大的线速度，通过 V = Dn/60 进行换算出转速 n，式中：V 是线速度（m/s）、D 钻头平均直径（m）、n 是钻头转数(rpm/min)。同时根据钻孔深度、设备能力和岩石性质等因素综合考虑后确定合理的转速。8.38.3 冲洗液量冲洗液量一般地说，金刚石钻进要求不大的泵量和较高的泵压，同时也要求泵量均匀连续，有较高的流速。其原因在于孔底与孔壁间隙小加之岩粉颗粒细， 必须要有较高的上返流速和较大的冲洗液压力才能克服流动阻力。 因此， 钻探工作中要求使用变量泵作为冲洗液的输送设备。确定泵量时考虑因素是岩石性质、 钻杆与钻孔的环状间隙、 钻头类型、金刚石粒度、胎体性能等主要因素。泵量的确定原则如下：从岩石性质角度看：钻进坚硬、颗粒细的岩层时，因钻速低、颗粒细岩粉少，可用较小的冲洗液量；软的、中硬、颗粒粗的岩层。因钻速较高，冲洗液早应用大些；在裂隙、轻微漏失的岩层中钻进，为补偿一些漏失应用较大的冲洗液量； 钻进研磨性高的岩层摩擦产生的热量多，用较大的冲洗液量，但注意如果太大会在强烈的液流作用下冲蚀钻头胎体而使金刚石