第二章 硬质合金钻进 硬质合金钻进是把不同几何形状和一定尺寸的硬质合金块,按照一定要求镶嵌在钻头体上,并按一定钻进规程破碎岩石而钻孔的方法。 硬质合金块是一种很硬的、强度很高的合金材料,最初应用于金属切削工具上,二十世纪初开始应用于采矿和石油钻井以及地质勘探钻孔作业中。目前我国和世界各国在石油钻井和地质勘探钻孔中已广泛应用硬质合金。 硬质合金在岩心钻探中占有重要地位,我国每年的钻探工作量,用硬质合金钻进法完成的约占6 0 %;在煤田地质勘探中约占8 0 %。 硬质合金钻进,一般适用于可钻性为1 ~6 级及部分7 ~8级的岩石。钻孔直径为3 5 .5 mm直至2 0 0 0 mm,常用的钻头直径为7 5 、9 1 、1 1 0 、1 3 0 、1 5 0 mm等规格。硬质合金钻进可钻进任何角度的钻孔。其钻具组装如图 2 -1 所示 硬质合金钻进的优点是:在软岩及中硬岩石中钻进效率高,钻进质量好,钻探材料消耗少,成本低,钻进操作简便,钻探方法灵活,应用范围广泛。 一般情况下,影响硬质合金钻进效率的主要因素有:岩石的性质、硬质合金钻头的质量及钻进时的操作技术和钻进规程等。 第一节 硬质合金钻进原理 硬质合金钻进是以坚硬的硬质合金作切削具来破碎(切削)岩石,即在轴向压力和钻具回转力作用下,由硬质合金克取(压入、压碎、切削)破碎岩石。我们研究硬质合金钻进时,应研究以下四个过程; (1 )硬质合金钻头通过轴心压力和钻具的回转作用,克取破碎孔底岩石; (2 )被克取破碎的岩石颗粒由注人孔内的冲洗液排出孔外;同时,冲洗液还起着冷却钻头的作用; (3 )钻进过程中,在岩石被克取破碎的同时,合金本身不断磨钝和磨损.因此必须定时更换钻头; (4 )钻进过程中必须定期采取岩(矿)心。 在上述四个过程中,主要的是第三个过程,即研究硬质合金钻进原理时.应重点研究硬质合金钻进破碎岩石的过程和硬质合金本身的磨损问题。 硬质合金钻进破碎岩石的理论,可分为两类,即塑性岩石破碎过程和脆性岩石破碎过程。前者是将岩石破碎过程看成具有明显的高塑性,因而钻进时岩石的破碎与金属切削的状态相同。研究外载与破碎之间关系时,主要是力学平衡分析;后者考虑到岩石破碎过程中存在着脆性破碎,因而是在孔底碎岩机理的基础上进行分析。 硬质合金钻进的基本情况如图 2 -2 所示。钻进时,合金受到两个力的作用。即轴心压力图 2 -1 硬质合金钻具 1 —合金钻头;2 —岩心管; 3 —异径接头...