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影响水井钻机施工效率的因素有哪些?

影响水井钻机施工效率的因素很多,其中地层岩土性质、钻具、扭矩、转速、进给压力、冲击器性能、钻井介质等都是影响钻井速度和钻井效果的重要因素。
(1) 地层岩土工程性质
岩土工程是水井钻机的工作对象。岩土的物理力学性质是影响钻孔效果的主要因素。土壤的物理性质在一定程度上决定了其力学性质。土壤的基本物理性质包括粒径、自然密度、干密度、含水量、饱和度、孔隙度和孔隙比。土的力学性质是指土在外力作用下的性质,主要包括在压应力作用下收缩体积的压缩性和在剪应力作用下抵抗剪切破坏的抗剪强度,其次是动载作用下土体的一些性质。
(2) 钻井工具
液压冲击旋挖钻机的钻具模型可与旋挖技术共用。不同孔径选用不同的钻具。
钻头直径和刀具结构影响冲击旋转钻进的速度。钻头直径越大,钻头旋转阻力矩越大,钻头转速随钻头直径的增大而降低。刀具形状对钻削速度也有很大影响,主要与刃口角度有关。当刃口前角较大时,钻头锋利易钻,但刃口易磨损或折断。前角较小时,钻头摩擦损失小,但钻进速度慢。同样,钻头刃口前后角的前角越小,越容易发生破岩钻进,但刃口的坚固性会变差或断裂。
(3) 转矩
在冲击旋转钻井过程中。钻具承受两种扭矩,一种是阻力扭矩,另一种是动力头驱动的旋转扭矩。为了使钻机旋转,扭矩必须大于阻力矩。水井钻机的旋转扭矩必须克服以下阻力:钻头与孔底、孔壁与岩屑之间的摩擦阻力;钻杆与孔壁及循环流体之间的各种旋转阻力。此外,由于瞬时的“过载”阻力,这种“过载”阻力是正常破岩阻力的1.5倍以上。在岩土工程钻探中,岩土层和砂砾石层的抗超载能力相差很大,克服钻机“超载”阻力的问题更为突出。在设计多功能水井钻机的旋转扭矩时,必须考虑这种实际情况。
(4) 进料压力
钻头刃磨时,钻头刃口不能切入岩石,摩擦力形成岩石的表面磨削。此时,穿透率很低,穿透率与进料压力呈线性关系。当进给压力接近岩石抗压强度时,钻头的刃口侵入岩石,在岩石上产生裂缝,在钻具的剧烈夏季作用下,岩石破裂。在该区,钻速与进给压力呈非线性关系,钻速的增长速度与进给压力成正比;当进给压力大于或等于岩石抗压强度时,钻头侵入岩石,造成体积破碎,钻井速度加快。在此区域,ROP与进料压力成正比。
(5) 冲洗介质对钻井速度的影响
冲洗介质对冲击旋转钻井速度的影响是复杂的,主要与冲洗介质的性质、冲洗介质的压力和流量有关。在岩土钻探工程实践中,主要的冲洗介质是清水、空气和泥浆。由于空气潜孔锤在钻井工程中的广泛应用,空气不仅能冷却钻头、稳定孔壁、冲洗岩屑。

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