《刚粒钻进》PPT课件

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1、工程钻探主讲人：杜振川工程钻探学课件第三章回转钻进钻头与工艺第四节刚粒钻进钢粒钻进与硬质合金钻进、金刚石钻进相比，最主要的特点是：作为碎岩磨料的钢粒，不被固定在钻头上面，而是在周围岩石的限制下，靠钻头的底唇把钢粒压在其下，随着钻头的转动，带动钢粒在岩石上面不断滚动，达到破碎岩石的目的。这种钻进方法主要用于中等硬度以上的坚硬岩层。但由于其钻进速度较慢，在地质钻探中有被取代的趋势。但在大口径坚硬岩层中钢粒钻进较为经济，故仍被采用。工程钻探学课件第四节刚粒钻进钢粒钻进如图所示。在岩心管的下端接有钢粒钻头，在孔底投一定量的“自由”钢粒，钢粒钻头

2、压在这些钢粒上。钻进中，钻头向下施加一定的轴向压力、并作回转运动，同时冲洗液由钻头内壁与岩心的间隙流经孔底，再由钻头外表与孔壁形成的间隙向上流出，携带岩粉至地表。一、概述1、钢粒钻进的井底工作过程1-孔壁；2-岩心；3-岩心管；4-钻头；5-水口；6-钢粒；7-冲洗夜流工程钻探学课件在钻进过程中，当钢粒消耗后可以继续补给，或一开始就投入较多的钢粒储存于钻孔底部，这样就可在不停钻、提钻的情况下，获得较长的钻程，这对于钻进坚硬的、研磨性大的岩层来说是有利的。孔底钻头唇面下的钢粒，靠其弹塑性变形及磨擦力带动钢粒使其翻转滚动来破碎岩石，因此，孔

3、底的岩石主要是靠钢粒的重复碾压作用而破碎的。同时，在钻头转动中，由于钢粒的大小和形状不同、孔底高低不平等原因而产生纵向脉动冲击，也有助于破碎岩石。在这种情况下，它可以破碎比钢粒本身硬度还大的岩石，可钻7级以上的坚硬致密的或研磨性很大的岩层。一、概述工程钻探学课件由于在钢粒钻进中钻粒并不固定在钻头上这一特点，给这种钻进方法带来了某些有利的和不利的因素，也为其钻进工艺带来了一些特殊性和复杂性。一、概述2、钢拉钻进的特点及应用（1）在钻进中，一部分钢粒在钻头唇面下破碎孔底岩石，还有一部分钢粒被挤在钻头内、外环状间隙中，研磨岩心及孔壁，这不仅增

4、加了钢粒、钻头及动力的消耗，并且还磨细岩心和扩大孔壁，影响岩心采取率和容易发生孔斜。同时，钻头转动时，作用在钢粒上的离心力与转动半径成反比，也就是说，孔径越小，钻头越不容易压砂，钢粒被抛离钻头底唇从而影响钻进效率。因此，钢粒钻进不适宜用小口径钻进。在地质勘探钻进中，钢粒钻进用的最小口径为75mm，常用口径为91mm及110mm。钢粒钻进的缺点和使用上的局限性：工程钻探学课件第四节刚粒钻进一、概述2、钢拉钻进的特点及应用(2)钢粒钻进不能用于钻进小倾角的、接近于水平的钻孔，只适用于钻进倾角75°~90°的钻孔。(3)钢粒钻进不能钻进大裂隙

5、、空洞或涌水量大的地层。在这些地层中，钢粒会漏失或被冲走。(4）对冲洗液量的调节和掌握，必须适应孔底钢粒分布及分选的要求，且需随着孔底情况的变化而改变。钢粒钻进的缺点和使用上的局限性：工程钻探学课件第四节刚粒钻进一、概述3、钢粒钻进的碎岩方式1）压碎碎岩当钢粒转到以较小的面积与孔底岩石接触，或钻头给予钢粒的轴向压力比较集中，而使钢粒与岩石的接触面上的压强达到岩石的压入硬度时，则在接触的地方，发生压碎式碎岩的情况。此时，钢粒压入岩石，岩石呈体积破碎方式破裂。工程钻探学课件第四节刚粒钻进一、概述3、钢粒钻进的碎岩方式1）压碎碎岩图(a)表示

6、圆柱状切制的钢粒，在钻进开始时，尚成圆柱状，以其边棱压碎岩石的情况；图(b)表示被磨成球形的钢粒在钻头压力集中作用下，接触面上的压强达到了压入硬度值，发生压入压碎岩石的情况。工程钻探学课件第四节刚粒钻进一、概述3、钢粒钻进的碎岩方式2）压裂碎岩压裂碎岩是由钢粒的碾压作用而产生的疲劳碎岩方式。钢粒在钻头轴向压力下，由于钢粒的变形和与岩石的磨擦力，在滚动过程中将岩石撕成许多裂纹，称之为碾压作用。虽然钢粒与岩石接触处的压强尚未达到岩石的压入硬度，也未发生体积破碎，但这些表面裂纹已经使岩石破裂到一定深度，并且在钢粒的不断重复碾压作用下和冲洗液的

7、侵蚀下，裂纹很快加密加深，使岩屑不断地从岩面上剥离下来而达到碎岩的目的。工程钻探学课件第四节刚粒钻进一、概述3、钢粒钻进的碎岩方式3）井底脉动冲击作用钢粒钻头在钻杆柱传来的轴向压力作用下压在井底钢粒层上，作回转运动。一方面，在回转钻进时，钻杆柱本身产生纵向、横向和扭转振动，加之钢粒形状和大小不均、井底岩面不平等原因、钻具会产生强烈的弹性脉动并作用于钢粒上面；另一方面，在碎岩过程中，钢粒每次体积破碎也产生激振一次。这种脉动冲击对破碎岩石是有利的。工程钻探学课件第四节刚粒钻进二、钢粒常用的钢粒是用60号、70号钢或Y7、Y8钢的粗拉线材，或

8、者是用废钢丝绳破股成钢丝，在专门的切钢粒机上切制而成的。常用的钢粒直径为2.5~4mm。并按2.5mm、3mm、3.5mm、4mm分成粒度级别。其形状是高度基本上等于直径的圆柱体，其高度与直径之差限制在±0