对回转破碎比功岩石可钻性分级的初步研究

用破碎单位体积岩石所需能量——比功来衡量岩石抵抗钻进的能力,一直是一些岩石可钻性研究者所追求的。由于用单位体积破碎功确定岩石可钻性存在“输入功率用于其它方面和用于切削岩层或总体积破碎功的比值对每种岩石来说都是不同的,并很难测量”,而且钻进过程中输入能量的70~90%都转变为热能被冲洗液带走,而不同钻进方法、不同钻头形式、不同钻进参数下变为热能所消耗的能量是不同的。这些问题至今均未能得到解决,因此用比功进行回转钻进的可钻性分级未能实现。为了寻找更全面地反映岩石抵抗破碎能力的参量,使岩石可钻性分级更准确,我们     

关于热熔钻进工艺的试验研究

热熔钻进工艺是一种通过熔化岩石来破碎岩石的新的钻进方法.在圣彼得堡矿业学院钻探实验室对这种新型钻进方法进行了试验研究.介绍了所用的钻进试验台、热熔钻头、所钻的岩石和钻进工艺.试验表明,钻头电热功率和钻头轴载是决定钻进效果的2个主要工艺参数.对于同一种岩石,钻进速度随钻头电热功率的增大而增大;当钻头电热功率不变时,根据所钻岩石岩性的不同,钻进速度随钻头轴载的增大而不同程度地增大,增加钻头轴载有利于提高玻璃状孔壁的质量,但不宜过大.热熔钻进工艺在无套管固井和工程施工中有很好的应用前景.     

关于硬合金钻进功率消耗和破碎单位体积岩石能耗量的试验研究

钻进工怍中钻进功率消耗和破碎单位体积岩石能耗量都是较为重要的技术经济指标。本文拟就硬合金钻进功率消耗以及破碎单位体积岩石能耗量所做的试验作一分析与探讨。     

各向异性岩石破碎过程分析及其钻进用钻头设计研究

钻探工程施工中经常遇到各向异性岩石。钻进各向异性岩石时,不同方向上的岩石强度是不同的。在垂直地层方向上的岩石最容易钻进破碎,其他方向破碎阻力较大,因此岩石压挤核成椭圆形。轴载用于克服岩石的内摩擦阻力和克服来自岩石破碎时产生的反力。在岩石反力垂直分力的作用下,对钻头产生翻转力矩。在此翻转力矩的作用下,钻头偏斜,钻孔弯曲,直接影响钻进效率和钻孔质量。因此,要采取措施解决这个翻转力矩问题。俄罗斯博士Скоромных В. В.教授等对此进行多年研究,提出了宜用钻头设计的新思路。     

钻速与岩石破碎程度的关系

在钻进过程中,岩石破碎后形成的颗粒大小会影响钻进效果,过大或过小都不利于钻进。破碎物粒度愈细则破碎愈强烈,破碎功消耗愈大,因而破碎效率愈低。      

空气潜孔锤钻进是提高钻进效率的有效途径

空气潜孔锤冲击钻进与常规回转钻进技术相比,是以动载钻头冲击破碎岩石方式取代静载切削岩石的方式;岩石的体积破碎代替了研磨剪切破碎;是目前提高钻进效率的最佳钻进技术之一。在同井同钻机钻进时,其钻效可较常规钻进提高11-18倍;在邻井相同地层、相同技术要求时,其钻效可提高13倍左右;在同一勘探区、相同技术要求时,其钻效可提高9倍左右。通过反复对比论证,认为空气潜孔锤钻进能有效提高钻进效率,较好的体现出其潜在的经济与环保价值。     

金刚石冲击回转钻进试验的若干技术问题

金刚石冲击回转钻进就是在普通金刚石回转钻进的基础上,利用一个液动冲击器通过岩心管对金刚石钻头实行高频冲击,使钻头在回转切削岩石的同时也对岩石实行冲击破碎的一种钻进方法。由于冲击回转钻进可以在脆性岩石中提高钻进效率,尤其是对金刚石钻进致密坚硬岩石中能大幅度地提高生产效率,所以国内外都在积极发展和推广。在苏联冲击回转钻     

金刚石钻进时的圆周线速度

金刚石钻进由于采用金刚石作磨料，尤其是孕镶式钻头，采用细粒磨料级金刚石（其粒度为30目至100目，相当于0.63～0.125毫米），在钻进时类似砂轮磨削原理破碎岩石。因此，金刚石钻进时很重要的一个钻进技术参数，就是钻头的圆周线速度，也就是钻头上金刚石在钻进时的单位时间内在岩石面上克取岩石所经过的距离。计算圆周线速度的公式：     

基于破碎单位体积岩石能耗量设计坚硬研磨性岩石用钻头方法的研究

深孔钻进时常常遇到坚硬岩石和研磨性岩石,在这种岩石中钻进时钻探技术指标不甚理想。建议以破碎单位体积岩石能耗低的标准来设计和研制孕镶金刚石钻头。按此标准设计的胎体扇形块上带有凸出和低洼切削齿的梳状金刚石钻头,在实验台上进行的试验,试验结果表明,与常规平底胎体金刚石钻头比较,破碎单位体积岩石能耗量降低了,机械钻速提高了,胎体单位进尺磨损量降低了。建议对这种新型钻头给以充分注意并进行进一步研究。     

超声波辅助PDC切削齿振动破岩仿真分析

PDC钻头在软至中硬地层钻进时具有钻速高、使用寿命长、设计灵活等显著优点,在钻井领域中的需求量逐年增加。而超声波钻进作为一种新型碎岩技术,由于在钻进过程中具有穿透能力强、钻进效率高等优点而获得了广泛关注。以超声波振动辅助PDC钻头破岩有望取得良好的钻进效果。为此,基于线型Drucker-Prager模型,利用ABAQUS软件建立了超声波辅助PDC钻进振动切削岩石的二维有限元模型,分析了不同超声波振动频率下PDC钻进破岩比功和切削力的变化规律,比较了超声波振动切削与常规切削岩屑形成过程的差异。研究结果表明,当激励频率从20 kHz至40 kHz增长的过程中,破岩比功与平均切削力都呈现先减少后增加的变化趋势,即存在一个最优频率位于25~30 kHz间,使破岩比功最小,钻进效率最高;超声波辅助振动切削的破岩方式与常规切削的塑性破坏不同,主要以脆性破坏为主,其切屑形成过程共分为4个阶段,且切削力保持为零的阶段较常规切削更为明显;当激励频率接近岩石固有频率时,超声波振动切削的平均切削力较常规切削小20.5%,并更易产生大块岩屑,使岩石产生更多体积破碎,从而提高破岩效率。     

金刚石钻进岩石可钻性分级的试验研究

目前钻探工作中采用的破碎岩石的方法,主要是机械方法.金刚石钻进、硬质合金钻进和冲击回转钻进,都是采用机械方法破碎岩石.岩石的主要机械物理性质,如压入硬度、弹塑性、研磨性等,对机械破碎方式有直接的影响,而这些影响又有其共性,因此,长期以来人们就企图把岩石的物理性质与其可钻性联系起来考虑. 以机械方式破碎中硬以上岩石,发现有这样一个基本规律,即凡是硬质合金难以钻进的岩石,用金刚石或冲击回转同样难以钻进,只是绝对单位进尺率不同而已.这说明用机械方式破碎时,岩石的抗破碎阻力是有某些共性的.当然,也有其差异的一面,例如,岩石的单位进尺率即与所     

组合切削具产生的预破碎区对钻进效果的影响

从组合切削具将在岩石中产生预破碎区的论点出发,通过实验定量研究了预破碎区深度与掏槽刃切入深度的关系,得出了预破碎区有利于降低岩石强度及岩石破碎能耗的结论,并用生产试验结果进行了验证。提出了孕镶金刚石钻头钻进Ⅶ～Ⅷ级硬岩时仍存在预破碎区和切削、微切削破岩方式,以及预破碎区并非越大越好的学术观点。     

液动冲击回转钻进技术问答(续三)

二十三、液动冲击回转钴进是怎样破碎岩石的？答：冲击回转钻进时，钻头上的硬质合金切削具同时作用着两个力：一个是回转方向的回转力；另一个是轴向的冲击力。因此，它具有回转钻进破碎岩石和冲击钻进破碎岩石的两种特性。目前在分析冲击回转钻进岩石破碎机理问题上，存在着两种不同的观点：一种观点认为，岩石的破碎主要是由冲击载荷引起的，钻具的回转只是移动切削具的位置，以便将破碎了的岩石切剪掉；另一种观点则认为，岩石的破碎仍然是以回转作用为主的，冲击     

对摆球硬度仪测定岩石物理力学性质几个问题的探讨

地质部勘探技术研究所创制的摆球硬度仪,是我国研究岩石物理力学性质方面的重要成果之一。仪器根据的基本原理——动力法,接近目前所有机械破碎岩石方法(冲击钻进法、切削钻进法或兼而有之的钻进法)的工作实质,基本上能反映出钻进过程中岩石破碎的难易程度;同时,仪器结构简单,操作方便,野外队可配备使用。     

关于钻头回转速度、切削具的剥层厚度和岩石破碎过程动力容量间的相互关系

切削式钻头钻进时,岩石破碎过程的动力容量在颇大程度上影响到钻探成本和钻机用发动机的选择。为查明切削式钻头在各种工作规程下的钻进过程动力容量,我们分析了实验钻进片麻岩[1]和较软铁矿（按М.М.普洛吉雅柯诺夫分级标准,硬度系数f=4—6）时所获得的资料。     

基于钻进能量理论的隧道凝灰岩地层界面识别及围岩分级方法

钻机钻进过程中钻头旋转产生的扭矩以及作用于钻头的轴推进力是破碎岩石的能量来源,当钻进条件确定时,可用破碎单位体积岩石的实际能耗来反映岩石的物理力学性质。基于此原理在青岛胶州湾海底隧道FK4+375.5的上断面进行了超前地质探孔作业,得到凝灰岩地层中的钻进参数及钻进能量随钻头位移的变化曲线,并利用能量理论对钻进过程中监测的钻机参数进行分析,研究发现：在凝灰岩中,数字钻机参数与围岩岩性响应程度较高,围岩完整、坚硬、无裂隙水时,整体钻进参数值较高;围岩裂隙发育、含水或有断层、夹泥层时,钻进速度、推进力、转速、扭矩、打击能等数据会突变,其值变小。分析所得结果与钻孔取芯、TSP超前预报等物探手段得到的结果基本一致。并采用能量法对围岩进行分析,利用钻进比能划分相应的岩体区段,判断出围岩等级。通过对能量曲线的分析发现,在凝灰岩地层中,当钻进能量小于0.95 kJ时会出现断层或较大的节理裂隙区。     

表镶式金刚石钻头轴心压力与寿命关系的探讨

表镶式金刚石钻头钻进中硬岩层是借钻具的轴心压力，以其胎体唇面镶焊的金刚石之棱角切进岩石一定深度，并随钻具的迴转连续对岩石进行切削和剪切的作用来破碎岩石的。所以，钻头的质量，金刚石的品级，钻进工艺规程等，都直接影响钻头的使用寿命。在钻进工艺规程中，正确选择轴心压力对延长钻头的使用寿命，提高钻进效率，减少金刚石的磨损都是极为重要的。因此，必须分析轴心压力与寿命的关系。     

基于冲击载荷的硬质合金球齿碎岩机理研究

在滑坡防治大直径桩孔施工过程中,快速钻进是治理成功的关键。因此选用合适的钻进机具与工艺极其重要,而气动潜孔锤因钻进效率高被广泛应用。气动潜孔锤钻进过程中,通过钻头底部球齿对岩石进行切削,达到高效碎岩目的,但球齿在破碎岩石过程中若冲击功选用不恰当,会导致能量损耗增大、球齿磨损较快、钻进效率低等问题,因此选用合适的冲击功进行碎岩具有重要意义。本文采用ABAQUS软件对单个球齿冲击岩石的过程进行了数值模拟,并进行了冲锤自由落体冲击实验,分析?19 mm的球齿在不同冲击功条件下的碎岩机理、破碎面积的变化规律。结果表明球齿碎岩机理分为3个阶段：弹性变形、压裂、体积破碎,且当球齿以30 J冲击功钻进花岗岩时,可有效降低能量损耗与提高碎岩效率。     

地质岩心钻探用的新型钻头

钻进过程中,钻头是直接破碎岩石的工具.因次,钻进效率在很大程度上取决于钻头的性能.以下介绍几种新型钻头.     

提高勘探钻孔钻进速度的方法

现在,采用迴转、冲击和冲击迴转钻进法钻凿岩石。迴转钻进时岩石破碎是由两个静力作用而发生：迴转钻头的圆周力和使钻头切削具吃入岩石的轴心压力。