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金刚石钻进 第一节 合理选择金刚石钻头金刚石钻头是目前最锐利的钻岩工具，从理论上讲它应该可以顺利地钻进各类地层，但在实践中往往出现一些反常现象：如在某些地层中，钻头金刚石耗量很大而钻头进尺很少；在另一些地层中，钻头的钻速很低，甚至出现钻头打滑不进尺的情况；有时某种钻头在一个矿区钻效很高，而在另一个矿区却效果很差。这些现象归结起来说明一个问题，金刚石钻进中所选用的钻头必须和所钻的岩性相适应，这是提高金刚石钻进技术经济指标的关键环节之一。尤其是孕镶金刚石钻头的结构参数较为复杂，选择时应根据所钻岩层性质综合考虑到金刚石品级、胎体性能（保证钻头自锐）、唇面形状、内外径补强和水路设计等因素。金刚石钻进规程参数评定金刚石钻进规程的主要依据是钻速、钻头总进尺和单位进尺的金刚石耗量三个指标。 图5-7 钻压对钻速和金刚石耗量的影响 1. 钻压钻压与钻速和金刚石耗量的关系曲线如图5-7所示，可分为三个区：Ⅰ区为表面研磨破碎，钻速极低；Ⅱ区为疲劳破碎，依靠多次重复使裂纹扩展才能破碎岩石；Ⅲ区为体积破碎区，钻速随钻压增长很快，但单位进尺的金刚石耗量也增长很快。图中显示，过大的钻压将使金刚石耗量急剧增大，并导致钻速有所下降，因此建议取钻压值在图中的最优区内。1.1 表镶金刚石钻头的钻压PP=Gp (dN) （5-19）式中： G--钻头上的金刚石粒数；p--单粒金刚石上允许的压力，dN/粒。细粒金刚石：p≈1.0～1.5dN/粒；中粒金刚石：p≈1.5～2.0dN/粒；粗粒金刚石：p≈2.0～3.0dN/粒；特优质级金刚石：p≈5.0dN/粒；1.2 孕镶金刚石钻头的钻压W　 W=Fq (dN) （5-20）式中： F--钻头实际工作唇面面积，cm2；q--单位底唇面面积上允许的压力，dN/cm2。中硬岩石：q≈40～50 dN/cm2；坚硬岩石或金刚石质量高者：q≈60～70 dN/cm2。表5--3列出了不同类型金刚石钻头推荐采用的钻压值，可供选择时参考。选择和施加钻压时还应注意以下几点：(1) 岩石性质 钻进软的弱研磨性或破碎、非均质岩层时，宜选下限钻压，反之亦然。 表5-3 各类表镶和孕镶金刚石钻头采用的钻压值 单位：dN 钻头直径(mm) 36 (36) 46 (46) 59 (56) (66) 75 (76) 91 表镶钻头 初始压力 50～100 50～100 100～200 100～200 100～200 250 正常压力 200～400 300～600 400～750 500～850 600～1000 800～1100 孕镶钻头 250～450 400～700 450～850 500～1000 600～1100 800～1500 注：括号内数字为管材旧系列标准。(2) 金刚石 钻头上的金刚石质量好、数量多、粒度大时，宜选用上限钻压，反之亦然。(3) 钻头类型 钻头口径大、壁厚与岩石接触面积大、胎体较软时，宜选用上限钻压。(4) 应注意施加钻压的阶段性 每个新钻头的钻进回次应分为磨合阶段和正常钻进阶段。在磨合阶段应使用低钻压、低转速，让钻头唇面形状与孔底及岩心根部逐渐相吻合。(5) 孔底实际钻压 一般地表测得的钻压值都是钻具自重加上或减去油压的指示值，而由于钻孔弯曲、泵压的脉动和岩性不均质造成钻具振动，使孔底实际的瞬时动载钻压可能是地表仪表指示钻压的0～3倍。因此，对于深孔、斜孔和非均质岩层应取较小的钻压。2. 转速由金刚石钻进的机理可知，转速是影响金刚石钻头钻速的重要因素，在一定的条件下，转速越快，钻速也越高。转速与金刚石磨损的关系比较复杂，若其他条件不变，钻头转速存在着临界值，即在某一转速下金刚石磨损量最小。2.1 表镶金刚石钻头的线速度表镶金刚石钻头所用的金刚石粒度较大，出刃量也较大，允许有较大的切入量，所以转速应低于孕镶钻头。推荐的线速度为1～2m/s。2.2 孕镶金刚石钻头的线速度孕镶金刚石钻头所用的金刚石粒度很小（一般粒径0.2mm左右），出刃量微小，主要靠高转速来获取钻进效率。推荐的线速度为1.5～3m/s。各类表镶和孕镶钻头的适用转速如表5-4所列。 表5-4 表镶和孕镶金刚石钻头适用的转速单位：r/min 钻头直径(mm) 36 (36) 46 (46) 59 (56) (66) 75 (76) 91 表镶钻头 650～1 300 500～1 000 400～800 350～650 300～550 250～500 孕镶钻头 1 000～2 000 750～1 500 600～1 200 500～1 000 400～850 350～700 选择合理的转速时，还应考虑以下几点：(1) 岩石性质 如果岩层较破碎、软硬不均、孔壁不稳时，宜选用下限转速。(2) 钻孔 如果钻孔结构简单、环空间隙