.342 北京科技大学学报 第30卷 为0.018kJ,显然，在混凝土夹层中，随着动能的增 的变化一致（图4），这与普通风化花岗岩中的结果 大，轴力功也增大，这与普通风化花岗岩地层中轴力 相吻合[101.但是，轴力功在孔深4.500m处出现异 功的变化规律不一致，在普通风化花岗岩地层中， 常增大现象，达到0.011kJ,占总能量的91.57%. 虽然分区不明显，但轴力功随风化程度的变化情况 从录孔资料来看，在此深度位置，地层为次级全风化 往往呈现较强的规律性，一般呈近似线性递减或渐 花岗岩的分界层，岩石变化并不大，究其原因，可能 近线递减的规律性关系山，这可能与钻机的钻进方 是遇到岩层强度变化，钻机产生不稳定从而导致大 式有关，通常，旋转钻进有高轴压一低转速及低轴压 的位移，出现较大的轴力功，可见，轴力功作为岩石 一高转速两种钴进方式，在不同的钻进方式下，轴力 风化程度识别指标存在较大的随机误差， 功和动能是不一样的，因此，只有当钻进方式相同 从图5可知，与其他特征曲线相比，钻进比功变 时，从动能和轴力功的角度对地层进行分析才是有 化曲线更为平滑，这反映了地层变化的渐变性，显 效的 然，钻进比功随钻孔深度的增大而呈现明显的分区 2.3黏滞能与岩石风化程度的相关性 性，随着地层深度的增加，钻进比功在增加，在低比 从图3可知，黏滞能耗总体上随孔深增大而递 功区，其深度范围为0~21.500m,主要为充填土、 减.但在16.000~17.500m深度范围，出现了黏滞 全风化至中等风化的花岗岩，钻进比功为0~ 阻力增高区，最大为0.097kJ,平均为0.0023kJ.在 0.2715kJm-3,平均为0.0249kJm-3.在此区域 17.500~22.000m范围则出现了递减区，平均仅为 内，包含有0.490m的古老混凝土夹层，钻进比功为 0.3×10一3kJ.从图1可知，黏滞能的脉冲特征与钻 0.0023kJm3,其钻进比功值很低，与录孔所揭示 具动能的变化一致，说明黏滞能的变化与岩石风化 的情况一致.过渡区的深度范围比较小，为 程度、强度及硬度有关，而且也与钻进方式有关， 21.500~22.500m,主要为中等风化花岗岩，钻进比 2.4金刚石钻进比功与岩石风化程度的相关性 功为0.2715~0.7833km-3,平均为0.4415km-3. 从能量的分布来看，在钻具系统总能量中，动能 高比能区的深度范围为22.500~31.868m,主要为 平均占95.18%，轴力功和黏滞能分别为4.23%和 微风化花岗岩及花岗岩岩脉，其钻进比功为 0.59%.可见，轴力功与黏滞能所占比重很低，钻具 0.7833~2.4935km-3,平均为1.1062kJm —3 动能在钻具总能量中占主导，总能量的变化与动能 钻进比功与地层深度的变化如表1. 表1金刚石钻进比功随地层深度的变化 Table I Variation in specific energy of diamond drilling with formation depth 深度范围/m 地层岩性 风化程度分级 钻进比功平均值/(kJm一3) 0-3.866 充填土 一 0.0012 3.8665.000 充填土 0.0054 5.0005.600 充填土 0.0919 5.600-6.090 古老混凝土 0.0023 6.090-7.100 充填土 一 0.0063 7.10016.860 全风化花岗岩 V 0.0099 16.86017.870 全风化花岗岩 V 0.0780 17.87019.000 全风化/强风化花岗岩 V/N 0.2715 19.000-21.330 强风化/中等风化花岗岩 W/Ⅲ 0.3051 21.330~21.510 强风化花岗岩 N 0.2613 21.51021.680 花岗岩岩脉 0.3290 21.680-31.868 微风化花岗岩 Ⅱ 1.2230 在不同的地层中，岩石的风化程度不同，岩石强 同风化程度的花岗岩地层中，钻进比功的分布如 度及硬度不同，其抵抗钻具破坏的能力不同，在不 表2. 表2金刚石钻进比功在花岗岩地层中的分布 Table 2 Distribution of specific energy of diamond drilling in granite formation 风化程度分级 充填土 古老混凝土 V V/N N N/Ⅲ 岩脉 I 钻进比功/(Jcm一3 0.0215 0.0264 0.0131 0.10350.11270.2651 0.32901.2230为0∙018kJ．显然‚在混凝土夹层中‚随着动能的增 大‚轴力功也增大‚这与普通风化花岗岩地层中轴力 功的变化规律不一致．在普通风化花岗岩地层中‚ 虽然分区不明显‚但轴力功随风化程度的变化情况 往往呈现较强的规律性‚一般呈近似线性递减或渐 近线递减的规律性关系［11］‚这可能与钻机的钻进方 式有关．通常‚旋转钻进有高轴压－低转速及低轴压 －高转速两种钻进方式‚在不同的钻进方式下‚轴力 功和动能是不一样的．因此‚只有当钻进方式相同 时‚从动能和轴力功的角度对地层进行分析才是有 效的． 2∙3 黏滞能与岩石风化程度的相关性 从图3可知‚黏滞能耗总体上随孔深增大而递 减．但在16∙000～17∙500m 深度范围‚出现了黏滞 阻力增高区‚最大为0∙097kJ‚平均为0∙0023kJ．在 17∙500～22∙000m 范围则出现了递减区‚平均仅为 0∙3×10－3kJ．从图1可知‚黏滞能的脉冲特征与钻 具动能的变化一致‚说明黏滞能的变化与岩石风化 程度、强度及硬度有关‚而且也与钻进方式有关． 2∙4 金刚石钻进比功与岩石风化程度的相关性 从能量的分布来看‚在钻具系统总能量中‚动能 平均占95∙18％‚轴力功和黏滞能分别为4∙23％和 0∙59％．可见‚轴力功与黏滞能所占比重很低‚钻具 动能在钻具总能量中占主导‚总能量的变化与动能 的变化一致（图4）‚这与普通风化花岗岩中的结果 相吻合［10］．但是‚轴力功在孔深4∙500m 处出现异 常增大现象‚达到0∙011kJ‚占总能量的91∙57％． 从录孔资料来看‚在此深度位置‚地层为次级全风化 花岗岩的分界层‚岩石变化并不大．究其原因‚可能 是遇到岩层强度变化‚钻机产生不稳定从而导致大 的位移‚出现较大的轴力功．可见‚轴力功作为岩石 风化程度识别指标存在较大的随机误差． 从图5可知‚与其他特征曲线相比‚钻进比功变 化曲线更为平滑‚这反映了地层变化的渐变性．显 然‚钻进比功随钻孔深度的增大而呈现明显的分区 性‚随着地层深度的增加‚钻进比功在增加．在低比 功区‚其深度范围为0～21∙500m‚主要为充填土、 全风化至中等风化的花岗岩‚钻进比功为 0～ 0∙2715kJ·m －3‚平均为0∙0249kJ·m －3．在此区域 内‚包含有0∙490m 的古老混凝土夹层‚钻进比功为 0∙0023kJ·m －3‚其钻进比功值很低‚与录孔所揭示 的情 况 一 致．过 渡 区 的 深 度 范 围 比 较 小‚为 21∙500～22∙500m‚主要为中等风化花岗岩‚钻进比 功为0∙2715～0∙7833kJ·m －3‚平均为0∙4415kJ·m －3． 高比能区的深度范围为22∙500～31∙868m‚主要为 微风 化 花 岗 岩 及 花 岗 岩 岩 脉‚其 钻 进 比 功 为 0∙7833～2∙4935kJ·m －3‚平均为1∙1062kJ·m －3． 钻进比功与地层深度的变化如表1． 表1 金刚石钻进比功随地层深度的变化 Table1 Variation in specific energy of diamond drilling with formation depth 深度范围／m 地层岩性 风化程度分级 钻进比功平均值／（kJ·m －3） 0～3∙866 充填土 － 0∙0012 3∙866～5∙000 充填土 － 0∙0054 5∙000～5∙600 充填土 － 0∙0919 5∙600～6∙090 古老混凝土 － 0∙0023 6∙090～7∙100 充填土 － 0∙0063 7∙100～16∙860 全风化花岗岩 Ⅴ 0∙0099 16∙860～17∙870 全风化花岗岩 Ⅴ 0∙0780 17∙870～19∙000 全风化／强风化花岗岩 Ⅴ／Ⅳ 0∙2715 19∙000～21∙330 强风化／中等风化花岗岩 Ⅳ／Ⅲ 0∙3051 21∙330～21∙510 强风化花岗岩 Ⅳ 0∙2613 21∙510～21∙680 花岗岩岩脉 － 0∙3290 21∙680～31∙868 微风化花岗岩 Ⅱ 1∙2230 在不同的地层中‚岩石的风化程度不同‚岩石强 度及硬度不同‚其抵抗钻具破坏的能力不同．在不 同风化程度的花岗岩地层中‚钻进比功的分布如 表2． 表2 金刚石钻进比功在花岗岩地层中的分布 Table2 Distribution of specific energy of diamond drilling in granite formation 风化程度分级 充填土 古老混凝土 Ⅴ Ⅴ／Ⅳ Ⅳ Ⅳ／Ⅲ 岩脉 Ⅱ 钻进比功／（kJ·cm －3） 0∙0215 0∙0264 0∙0131 0∙1035 0∙1127 0∙2651 0∙3290 1∙2230 ·342· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷