5.3 回转钻进

    1  螺旋钻进除适用于粉土、黏性土、砂土地层外，也可用于黏性土夹少量小碎石地层。

5.3.2  硬质合金钻进是岩心钻探中的一种主要钻进方法，在1级～6级岩石中钻进具有钻进效率高、成本低、操作简单，钻孔直径和方向不受限制，钻孔质量容易保证的特点。

    2  硬质合金钻进所用空白钻头体应按标准图纸加工，特殊要求的钻头应自行设计。常用的硬质合金牌号为YG4c、YA6、YG8等，片状合金适用于1级～4级软岩，柱状合金适用于4级～6级中硬岩石，针状合金用于镶嵌自磨式钻头，钻进中硬以上研磨性岩石。

    硬质合金切削具在钻头底面的排列形式有单环均布排列、多环均布排列、堆状密集排列、疏松密集排列四种，单环排列一般用于软岩石，多环和密集式排列用于中硬岩石钻进。硬质合金切削具的镶焊角是指切削具在钻头体上镶焊的前角。

    4  当有硬质合金块落入孔内影响钻进时，应将硬质合金块捞取干净。孔内残留岩心在0.5m以上或有脱落岩心时，不宜下入新钻头，应采用轻压、慢转、控制水量的方法扫孔钻进，待岩心进入岩心管后，再调到正常压力、转速和泵量钻进。硬质合金钻进可采用卡簧、卡料和干钻等方法卡取岩心。采用卡簧取心时，需配好卡簧与卡簧座、卡簧与岩心之间的间隙；采用卡料取心时，选好卡料的材质与尺寸；采用干钻法采取岩心时，在回次进尺终了时停泵干钻1min～2min，使岩心堵塞从而扭断岩心。

5.3.3  金刚石钻进是目前钻探工艺中一种比较先进的钻进方法，具有钻进效率高、钻孔质量好、孔内事故少、钻探成本低、应用范围广等优越性。根据金刚石特性和金刚石碎岩机理，金刚石钻进参数是以高转速为主，配以适当的压力和足够的冲洗液量冷却钻头，冲洗岩粉。金刚石钻进要求钻探设备具有高转速，并配有能够及时反映钻进参数的测控装置。金刚石钻进使用管材已有国家标准。

    1  目前，在岩层进行勘察钻进施工中大量使用孕镶金刚石钻头；在4级～7级岩层中钻进采用聚晶金刚石复合片(PDC)钻头可取得较长的钻头使用寿命；金刚石钻进可用于大于91mm的大直径勘察孔钻进。

    2  表镶金刚石钻头和孕镶金刚石钻头由金刚石、胎体和钻头体三部分构成，其结构参数包括金刚石质量(品级)，金刚石含量(浓度)，金刚石的粒度与出刃、金刚石排列、胎体性能、水道数目和形状、底唇形式等要素。岩层愈硬、研磨性愈强，钻头选用的金刚石质量应愈高。

    金刚石浓度选择应考虑岩石性质和金刚石的质量，浓度一般为45％～125％。岩石坚硬、致密，金刚石的浓度宜适当降低；金刚石质量高、粒度细，浓度取低值。

    金刚石粒度主要根据岩性来选择，岩层坚硬、致密，金刚石粒度应小。根据岩性不同，金刚石粒度宜按表1、表2选取。

表1  表镶钻头用金刚石粒度

表2  孕镶钻头用金刚石粒度

    金刚石钻头底唇面形式取决于岩石性质、钻头用途及制造工艺。多为方形、圆形和半圆形，适用于中硬～坚硬岩层；梯形和锥形唇面具有较好的稳定性和导向性，多用于绳索取心钻进；锯齿形唇面用于硬而致密的打滑地层。

    3  一般聚晶金刚石复合片(PDC)钻头在唇面上按二环排列，重叠系数为0.25～0.3；采用负前角镶焊，镶焊角—5°～—25°，径向角5°～10°。

    4  金刚石钻进技术参数包括钻压、转速和冲洗液量。

        1)影响钻压的因素很多，合适的钻压钻速较高，金刚石消耗量较少，钻头寿命较长。采用控制钻速的办法来控制钻压，原则是：钻头磨损正常，钻速平稳。当岩石坚硬、完整、研磨性弱，或所用钻头的金刚石颗粒大、浓度高、质量好时，钻头压力可适当加大；当岩石破碎、研磨性强时，钻头压力可适当减小。

        2)金刚石钻进在岩层较完整、钻具有足够强度和稳定性、配有良好润滑剂和设备能力的情况下，宜采用高转速。在中硬～硬、中等研磨性的完整岩层中钻进，一般可采用高转速；在坚硬致密的岩层中钻进，主要靠钻压破碎岩石，宜采用较低转速；在复杂地层中钻进，宜采用较低转速；在软岩中钻进效率很高时，为保证冷却和排粉，应降低转速；钻孔加深，转速相应降低；另外，钻杆与孔壁间隙大时，影响钻具稳定，也不宜采用高转速。 

        3)冲洗液量是金刚石钻进的重要参数，影响冲洗液量的因素较多。钻进中应保证冲洗液有足够的冷却和冲洗钻头效果，冲洗液量的确定一般可按下式计算： 

    式中：Q——冲洗液量(1/min)；

              V_r——孔壁环状间隙冲洗液上返流速(m/s)，一般取0.4m/s～0.7m/s；

              S₁——孔壁环状间隙断面(cm²)。 

    具体使用时还应考虑下列因素：

    钻进完整、坚硬、致密岩层，钻速低、岩粉少，颗粒细，宜采用小的冲洗液量； 

    钻进软、中硬的岩层，钻速较高，或易糊钻的岩层，为了快速排粉和冲洗钻头，宜采用大的冲洗液量；

    钻进研磨性强的岩层，由于转速高，摩擦产生的热量较多，宜采用大的冲洗液量；

    采用孕镶钻头钻进，由于金刚石出刃量小，唇面与孔底岩石接触面积大，过水条件差，又多采用高转速钻进，为及时冷却金刚石和胎体，避免金刚石石墨化和重复破碎岩粉，应采用较大冲洗液量。对表镶钻头，金刚石出刃量比孕镶钻头大，排粉和冷却条件较好，冲洗液量可稍小一些。

    5  扩孔器的作用为修整孔径，防止钻头因磨损而导致钻孔直径逐渐缩小，以致新钻头下不到孔底；另外，扩孔器还有导正钻头的功效，减少钻头摆动，有利于钻头的正常工作；所以扩孔器外径应与钻头外径相匹配，一般扩孔器外径应比钻头外径大0.3mm～0.5mm。 

    8  金刚石钻进应经常注意泵压变化，泵压发生小幅度升降，一般表明孔底换层，应注意调整钻进参数。如泵压突然大幅度升高，表明发生岩心堵塞，应立即将钻具提离孔底，防止发生烧钻事故。如泵压突然大幅度下降，多为钻杆折断或脱扣，应马上处理，应严防送水中断和钻具中途泄漏。

    9  孔底有硬质合金碎屑、金刚石钻头胎块碎屑、脱落岩心和掉块等异物时，应立即采取冲、捞、抓、粘、套、磨和吸等方法清除。

5.3.4  金刚石绳索取心钻进： 

    1  金刚石绳索取心钻进是目前较先进的钻探工艺，它可以使起钻间隔时间延长，减少升降作业辅助时间，这种优点在深孔时表现得特别明显，在破碎岩层中绳索取心钻进可以随时捞取岩心，进而提高了取心质量，因此绳索取心钻进具有钻进效率高、钻探质量好、孔内安全、劳动强度和钻探成本低等优点，目前广泛用于钻探生产中。

    2  绳索取心钻头由于壁厚增加，其底唇面积比普通金刚石钻头的底唇面积大，因此钻压相应比普通金刚石钻进规定参数适量增加。

    3  本款说明如下：

        3)当孔内漏水严重、钻孔为干孔时，由于缺少冲洗液的浮力和保护作用，采用自由降落方式投放内管容易损坏钻具，正确做法是采用带脱卡套的打捞器将内管送入孔底，或向钻杆内注满冲洗液后立即投放内管。