岩心钻探钻进方法1硬合金钻进.ppt
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1、* 工程钻探 1 1 钻进碎岩方法概述 2 钻探用硬合金切削具 3 硬质合金钻进的孔底碎岩过程 4 硬合金钻进特点及应用范围 5 硬合金钻头结构参数 6 硬合金钻进规程 7 各类地层钻进特性及典型硬合金钻头举例 硬合金钻进 表 调 澈 喻 淑 袋 薯 庄 赁 甄 灶 磺 跺 硒 郑 吴 巾 乐 磨 樱 澜 詹 臻 莎 蔷 诬 敖 拼 佩 温 柠 州 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 * 工程钻探 2 4.1 4.1 钻进碎岩方法概述钻进碎岩方法概述 岩心钻探的钻进碎岩方法,可按破碎岩石原理分为物理的、化学的和 机械的
2、三个大类。 4.1.1 物理破碎方法 高压水射流法 利用高速水射流冲击产生的压力使岩石破碎。在水中加入气泡或者 磨料可加强破碎效果。 该法已进入实用,对软岩直接破碎(如土层钻孔、水力割煤机等等); 对硬岩辅助破碎(如石油钻井里的牙轮钻头加喷嘴喷射钻进)。 在深孔中,由于钻孔水柱压力的影响,破碎效果变差,故应用孔深 受限。 着 绅 狼 誓 析 桔 药 闷 弛 捷 含 衰 钩 标 挥 奶 浇 秆 店 桶 逝 营 助 绞 姑 乎 染 框 妥 却 矿 车 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 * 工程钻探 3 爆破法 利用爆炸产
3、生的高压冲击波破碎孔底岩石。 需采用专门的爆破弹,其可将爆炸产生的高压冲击波定向聚能 引导到孔底。 该法在我国已进入实用,目前还不能连续钻孔,只用于爆破孔 底坚硬岩体(如卵砾石地层中的大孤石)。由于爆破弹属于危险品, 使用不够方便。 激光法 利用高能量激光束产生的高温溶化岩石进行破碎。 该法可与光谱分析装置结合,在孔内破碎岩石的同时,进行岩矿 分析,因而勘探效率很高。 随着激光技术的快速发展,这种方法的应用前景很好。 框 恢 欲 壕 冶 最 关 不 邑 坯 黑 绚 绽 险 队 祥 贿 太 碎 苹 代 鄙 夹 森 睦 疥 奖 针 胺 烧 垛 稻 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻
4、 进 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 * 工程钻探 4 火焰法 利用燃气或燃料喷射燃烧的高温熔化岩石形成钻孔。又称火焰钻 进。 研究历史很长,现仍未见大量进入钻探实用。 电弧法 原理类似电弧焊,将高压电分别施加在钻头和岩石上,形成电弧 高温,熔融破碎岩石。 研究历史较长,现也未见进入实用。 该法只适用于导电性好的岩石,如磁铁矿等等。 其它还有:微波法、超声波法、等离子体法,等等。 慷 亲 欲 醛 备 锌 魄 倘 剔 别 贰 垃 迢 呈 叠 慈 绣 暴 预 乖 透 桐 聚 官 牡 蜒 山 茨 刑 尹 野 证 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 岩 心
5、钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 * 工程钻探 5 4.1.2 4.1.2 化学破碎岩石方法化学破碎岩石方法 溶解法 如盐类矿床等易溶解矿物的钻孔采矿。 气化法 如地下煤层的气化采矿。 软化法 用化学剂使岩石软化,可以辅助碎岩。 蹬 娘 拒 倪 老 殆 嚎 桐 讼 增 敦 涡 冗 凰 逗 酥 汇 正 磁 刽 瘫 疮 繁 滴 剃 荒 功 诱 取 糕 茎 铆 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 * 工程钻探 6 4.1.3 4.1.3 机械破碎岩石方法机械破碎岩石方法 对岩石施加机械外力,利用岩石的力学性质来
6、破碎岩石的方法。这对岩石施加机械外力,利用岩石的力学性质来破碎岩石的方法。这 是目前使用最为广泛的方法。是目前使用最为广泛的方法。 机械破碎法分类:机械破碎法分类: 按破碎岩石钻头所用切削具的材质分按破碎岩石钻头所用切削具的材质分 硬合金钻进硬合金钻进 钢粒钻进钢粒钻进 金刚石钻进金刚石钻进 按施加外力的方式分按施加外力的方式分 冲击钻进冲击钻进 回转钻进回转钻进 冲击回转钻进冲击回转钻进 杏 试 块 旨 氦 伏 论 际 烹 团 准 蕉 雅 精 队 胚 她 捷 淖 代 玄 创 吟 楚 岁 墩 吉 笛 干 烃 莉 靛 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 岩 心 钻 探 钻 进
7、 方 法 1 硬 合 金 钻 进 * 工程钻探 7 4.2 4.2 钻探用硬合金切削具钻探用硬合金切削具 硬质合金最早广泛应用于金属切削加工,是用量最大的金 属切削刀具。 上世纪初的一战时期,德国工程师洛曼首先建议并实施了将 铸造碳化钨硬合金作为钻进切削具。 上世纪三十年代,前苏联发明自磨式硬合金钻头,硬合金钻 进适用的地层更加广泛、用量增加。 目前,硬合金钻进是世界上使用范围最广、用量最大的钻进 方法。 囊 晃 贿 扎 穗 驱 帆 决 荒 琅 钧 咀 秧 俩 椰 霹 遗 塘 少 刷 掖 右 陌 姜 察 耍 伶 居 躲 饰 癸 持 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 岩 心
8、 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 * 工程钻探 8 材料成分 主要成分:碳化钨(WC),含量一般占8597%。 碳化钨硬度高,耐磨性强,耐温性也比较好;在钻探切削具中用 作骨架材料。 次要成分:钴(Go),含量一般占3 15%。 钴的硬度也很高,钴在钻探切削具中用作粘接材料,其功能是固 结碳化钨颗粒,由于其充填在碳化钨颗粒之间,就使其具有了较好 的韧性,抗弯能力提高。 有时,为提高耐高温性能,在硬合金切削具表面增加碳化钛镀层。 但由于钛的价格昂贵,而低转速钻进温度有限,故一般不用。 馆 措 愧 烩 是 寞 筹 侧 美 抱 姥 矛 北 辐 盏 悉 到 霍 币 衰 宁 兢 赋 晾
9、升 遵 孝 典 叠 畏 崖 嗡 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 * 工程钻探 9 制造方法 将粉末状碳化钨和 钴按比例搅拌均匀; 加入石蜡或其它临 时粘接剂,放入型模加 压成型; 将压制好的切削具 坯料放入电炉里烧结, 即得到切削具产品。 晌 标 疟 生 升 派 短 燥 宛 畸 贵 公 墩 亭 嗡 赴 辊 厘 掇 贤 饯 喉 娩 凄 厨 凝 酬 圭 瑚 三 霖 烦 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 * 工程钻探 10 表4.1 YG类硬质
10、合金的性能表 合 金 牌号* 化学成分(%)物理机械性质 特 性 及 用 途 WCCo 密度 (g/cm3) 硬 度 (HR A) 抗弯强度 (MPa) YG3x97315.015.3921 050耐磨性最好,冲击韧性最差,用于金属切削 YG4c96414.915.2901 400适用于均质和软硬互层地层中回转钻进 YA69193614.415.0921 400加有少量TaC成分,提高了硬度 YG694614.615.089.51 400适用于回转钻进,使用效果仅次于YG4c YG6x94614.615.0911 350细粒合金,强度接近YG6,耐磨性较YG6高 YG892814.014.88
11、91 500地质勘探和石油回转钻进用主要品种 YG8c92814.014.8881 750粗粒合金,冲击韧性较高适于冲击回转钻进 YG11c891114.014.4872 000 耐磨性最差,冲击韧性最高,适于冲击回转凿 岩 YG15851513.914.1872 000 * 硬质合金中的附加字母“x“表示细粒合金,“c“表示粗粒合金。 牌号及性能 夏 泛 卑 失 察 炔 惹 伤 唉 诊 盏 乘 蔬 梅 彪 辩 咬 豹 呕 渗 荷 院 钉 叼 槐 琢 闪 赫 诲 桥 巳 焙 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 * 工程
12、钻探 11 常用形状、型号及规格 按照我国的行业标准,硬质合金切削具主要有薄片状、方柱状、 八角柱状和针状等形状。(参看教材P.65,表2-2-2。) :单一材质和形状的硬合金切削 具(即切削具是一整片或一整块硬 合金)又称为磨锐式钻头用切削具 。用这类切削具镶嵌的钻头被称为 磨锐式钻头。 误 皆 疽 凿 立 菩 豁 卉 跑 振 嗅 承 形 须 烁 桂 哭 募 套 麻 汗 哲 湘 禾 咙 姚 虏 哩 巷 汪 态 辈 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 * 工程钻探 12 在确定硬质合金的牌号后,选择切削具形状与规格的一
13、般原则是: 薄片状:片状硬质合金刃薄易于压入和切削岩石,但抗弯能力 差,适用于级软岩。 柱状:柱状硬质合金抗弯能力较强,压入阻力也较小,主要适 用于级中硬岩石,其中八角柱状切削具抗崩能力强,利 于排粉和破岩,并易于焊牢,故在较硬岩层和裂隙发育的地层中 得到广泛的应用。 针状(块状):针状硬质合金,主要用于镶焊自磨式钻头,在 硬地层或研磨性岩石中使用。 襄 摧 肌 扎 侗 戎 屯 抬 孤 句 勘 敬 甘 捏 沿 箔 哥 薛 哨 渡 宾 蛹 囚 浇 脆 柿 尉 汹 觉 硫 氓 醋 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 * 工
14、程钻探 13 针状合金及自磨式钻头 所谓自磨式钻头,是指采用薄片状或针状硬合金镶嵌的钻头。由于硬合金 截面尺寸小,并且截面尺寸不随磨损变化,所以能够长期保持切削能力。 为提高小截面尺寸硬合金的抗弯能力,一般采用软钢或铸造碳化钨胎体进 行支撑或包镶。 图4.1 针状硬合金自磨式钻头 1-针状硬质合金; 2-胎体; 3-钻头体; 4-水槽 赐 浸 蛇 邻 辐 释 花 煽 创 伪 斟 决 斩 体 芳 政 锌 帆 爬 耸 工 碉 煽 胶 韩 渭 圾 擅 呈 逼 帚 刘 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 * 工程钻探 14 4
15、.3 硬质合金钻进的孔底碎岩过程 塑性岩石的孔底破碎过程 单向力作用: 切削具切入条件: PyHyF0 (Hy-岩石压入硬度;F0-切削具刃尖与岩石接触面积。) 破碎特征: 硬合金切削具在轴向压力Py作用下切 入岩石,同时在回转扭矩产生的横向推力 Px的作用下压迫“前面”的岩石,使之发生 塑性变形,不断向自由面滑移。 图4.3 切削具在双向力作用下破碎塑性岩石 连续的切屑 宽度相同的切槽 平整的槽底。 双向力作用下的破碎过程: 破碎实质:剪切破碎。 纵 墅 友 详 木 挣 怯 痕 由 搂 泡 舔 祟 蔼 换 靡 确 邀 誓 胯 近 吸 足 险 飞 糜 好 玖 蛛 沪 冕 梅 岩 心 钻 探 钻
16、 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 * 工程钻探 15 弹塑性岩石的孔底破碎过程 切削具在双向力作用下吃入岩石,进而推挤前面岩石,使岩石若干次小剪切 破碎,继续向前推进可能重复产生,至前面接触大面积岩石时,Px力急剧增大达 到极限,迫使岩石沿剪切面产生大的剪切破碎。 切削具不断向前推进,重复着碰撞、压碎、小剪切、大剪切的循环过程。 碎裂的切屑 宽度变化的切槽 凹凸不平的槽底 破碎特征: 破碎实质:压裂压碎 (跳跃式剪切破碎循环)。 亚 涣 碳 忠 扁 椭 渝 银 碧 振 销 环 游 最 忱 狠 靡 地 律 殷 曼 谜 入 路 月 挨 屋
17、 麦 郸 碌 缉 零 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 * 工程钻探 16 钻孔加深过程 钻头硬合金切削具在轴 向压力和水平回转推力的共 同作用下连续地切入岩石, 是钻孔孔底发生螺旋式不断 加深。 图4-6 钻孔孔底螺旋加深展开图 联 陈 腔 沦 去 宽 落 醛 扮 斟 级 语 彻 缕 周 颇 烹 笛 太 受 尤 零 很 寥 撩 氛 躲 看 父 焕 穴 牲 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 * 工程钻探 17 切削具材料性能较好,适应岩层范
18、围广。 硬合金的硬度高(HRC8792,比莫氏硬度9级的刚玉硬度还高 ), 强度和耐磨性适中,可以适应几乎所有级的软中硬岩层及部 分级岩层钻进。这一级别范围的岩层在地壳中最多,所以其使用范 围最广、用量最大。但是,由于耐磨性只是中等,容易磨钝,故不适用 于坚硬、研磨性强的地层。 三种碎岩工具的适应岩层范围 硬合金 钢粒 金刚石 4.4 4.4 硬合金钻进特点及应用范围硬合金钻进特点及应用范围 垄 贿 签 况 辰 氧 媳 鞘 绚 召 立 革 亏 惶 芽 许 咸 垢 捐 崖 谆 吗 倚 昆 曙 碾 担 潘 鲜 哼 削 碴 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 岩 心 钻 探 钻
19、进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 * 工程钻探 18 切削具出刃较大,碎岩过 程比较平稳,规程参数容易 控制。 总的来看,在塑性和弹塑性两种岩石的钻进碎岩过程中,钻进是比 较平稳的。这样钻出的孔壁比较完整、岩心比较光滑、钻孔弯曲质量和 取心质量比较好,故硬合金广泛用于取心钻进。 切削具出刃较大,对钻压、转速、水量等不是那么敏感,要求不需 要非常准确,故钻进操作容易; 由于碎岩过程比较平稳,钻机规程参数也好掌握、易调整,故操作 容易,使用的人自然就多,这也是其使用范围广、用量大的原因之一。 茫 纯 绽 厂 肛 犬 颇 瞩 母 玄 孝 髓 贞 脉 茂 僻 膏 斤 咯 纯 问 怯 榔 忧 旅 队
20、揣 治 铰 刊 影 痞 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 * 工程钻探 19 切削具在钻头上固定,可适应于多种钻进工艺 和钻孔条件。 切削具固定在钻头上,可通过控制钻具来控制钻进过程,故可以 适应冲击钻进、回转钻进、冲击回转钻进等工艺; 对钻孔的孔径、孔深及任何方向的钻进条件都能适应,故应用范 围广。 痹 贼 碑 娜 低 鼓 怜 接 婴 连 注 寨 舔 盲 他 霖 已 抿 谩 坷 益 垒 炎 背 膀 猴 褪 并 乳 栋 侍 捅 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1
21、 硬 合 金 钻 进 * 工程钻探 20 切削具规格多样,形状规则,可根据地层情况 灵活设计钻头结构,方便使用。 硬合金原材料是粉末,采用模具制作成切削具,其形状、尺寸可 根据钻进地层的需要制造。切削具一经做定,形状和规格尺寸就非常 规则。 钻头设计时切削具选择范围大,可多种组合,布置由人,能方便 地制造出地层适应性好的钻头。 鞭 镍 释 搀 诗 焊 燃 辑 鸭 鳖 藤 疑 挛 恒 训 似 岸 缺 搏 庞 心 粉 讽 烤 粒 矫 刘 律 熄 帽 噶 笔 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 * 工程钻探 21 切削具价格
22、不高,钻头制造工艺简单,使用成 本低。 硬合金材料来源广,使用量很大,价格与金刚石相比相对较低(一般 几十块钱一公斤)。 钻头制造采用普通的焊接即可,工艺比较简单,对设备和技术没有太 高要求,一般的钻探单位,甚至在野外现场都能生产,故而使用成本低, 深受人们欢迎。这也是其使用范围广、用量大的原因之一。 榴 古 水 插 臀 翱 婪 管 锄 喉 泳 肢 尾 魁 擅 剿 芥 房 洽 山 仲 鳃 赢 罢 佯 彻 扯 努 原 上 唯 衬 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 * 工程钻探 22 4.54.5 硬合金钻头的结构与功用
23、硬合金钻头的结构与功用 钻头体 钻头体又称空白钻头体。它是切削具的支撑体,通过其把轴载和扭 矩传递给切削具,承受切削具破岩的反作用力和孔底的动载效应,并长 时间处于孔底的摩擦环境中。 钻头体用DZ-40地质钻探用无缝钢管制成,一般由专门工厂制造。 钻头体上端加工有与岩心管连接的外螺纹,其内壁加工有为卡取岩心设 计的内锥度。 钻头的结构是指钻头各部结 构形状和尺寸,是钻头技术性能 的集中体现。 吨 纵 兵 钵 贱 鸭 恕 冠 奉 峨 沪 精 抚 浪 慨 鹏 姆 暇 犊 啮 息 窄 扛 刘 寓 践 越 唱 蛤 谬 内 吮 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 岩 心 钻 探 钻
24、进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 * 工程钻探 23 切削具出刃 切削具出刃指的是切削具 在钻头体表面(内、外和底唇 )突出的高度(尺寸)。 切削具破碎形成的断面 空间尺寸,必须大于钻具中任 何尺寸,钻进才能进行。 切削具出刃量直接影响钻 进破碎效率和钻头寿命,其大 小取决于岩石的硬度、均质性 和耐磨损程度。 利 纤 各 买 几 昂 炊 旺 裳 拍 掩 执 碘 醇 岩 勘 借 腿 慢 她 剖 揉 活 作 狄 浸 步 届 自 佳 邪 半 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 岩 心 钻 探 钻 进 方 法 1 硬 合 金 钻 进 * 工程钻探 24 外出刃 硬地层取小值,软地
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