第4期 谭卓英等：金刚石钻进能量与花岗岩地层风化程度的关系 .341. 2金刚石钻进能量与岩石风化程度的相 关性 -10 2.1动能与岩石风化程度的相关性 -15 从图1可知，钻进过程中钻具动能随孔深的变 -20 化呈现明显的分区性或阶段性，根据动能值的分 布，可将其分为低动能区、过渡区及高动能区.低动 -305 能区为0~21.500m深度区间，其动能值最低为 -3500.010.010020.020.030.030040.040.050.05 0.001kJ,最高为1.043kJ,平均为0.157kJ,在此区 黏滞能k」 间，旋转破碎岩石的动能消耗比较低，过渡区为 图3钻具粘滞能随钻孔深度的变化曲线 21.500~23.000m,其动能值最低为0.075kJ,最高 Fig-3 Variation in viscous energy with borehole depth 为2.497kJ,平均为0.989kJ,在此区间钻具动能明 显增高；与低动能区相比，平均增长了5.299倍.高 1.4金刚石钻进总能量随孔深的变化 动能区为23.000~31.868m,在此区间，动能值最 钻进总能量为钻具系统用于岩石破碎的能量总 低为0.099kJ,最高为3.678kJ,平均为2.094kJ;与 和，在数值上等于钻具系统的动能与轴力功之和，再 低动能区和过渡区相比，平均增长了12.338倍和 与黏滞能耗之差.钻进总能量随孔深的变化如图4. 1.117倍. 从地质录孔所揭露的地层及风化程度分级来 看，在低动能区，所涵盖的地层为充填土、全风化花 10 低能耗区 岗岩（风化程度为V级）、全风化至强风化花岗岩 -15 过渡区 (V/N)、强风化花岗岩(V)、强风化至中等风化花 -20 岗岩(N/Ⅲ)地层，风化程度比较复杂，但总体上风 25 化程度随孔深的增大而逐渐减弱.其中，0~ 高能耗区 7.100m为上覆充填土地层，在此地层中，5.600~ -35)0.400.801201602002.402.803203604.0 6.090m深度范围为一古老混凝土夹杂，该夹层中 钻进总能量kJ 动能的平均值为0.091kJ:如果不考虑混凝土夹层 对充填土层的影响，其动能的平均值0.085kJ.显 图4钻进总能量随钻孔深度的变化曲线 然，在混凝土夹层中，动能比在纯充填土层中增大了 Fig.4 Variation in total penetrating energy with borehole depth 6.59%.此外，在16.860~17.870m区间，动能变 1.5金刚石钻进比功随孔深的变化 化曲线出现明显的脉冲，其值高达1.043kJ,说明在 旋转钻进比功定义为钻具旋转破碎单位体积原 此区间岩石地层的强度及硬度增高，从录孔数据可 始岩石所消耗的钻进总能量.，钻进比功随孔深的变 知，在7.100~17.870m虽然同属V级全风化花岗 化如图5. 岩地层，但16.860~17.870m区间岩石完整性较 好，属于V级中风化程度较低的地层，可见，钻具动 能对岩石地层总体的风化程度变化敏感，响应性强； 10 低比功 但动能对地层中的细微变化敏感程度并不高，还并 不能完全反映混凝土夹层的变化特征， -5 过渡区 20 2.2轴力功与岩石风化程度的相关性 4 从图2可知，相对于动能变化而言，轴力功随孔 高比功 深变化的分区性不明显.如按动能区间划分，在低 30 动能区，轴力功的平均值为0.006kJ,最小为0.3× -35 00.300.600.901201.501.802102.402.703.00 10-3kJ:在过渡区，平均为0.002k,最小为0.001kJ: 钻进比功kJcm) 在高动能区，轴力功平均为0.007k,最小为0.4× 图5钻进比功随钻孔深度的变化曲线 10一3kJ.可见，轴力功随变化的规律性不强.在上 Fig.5 Variation in penetrating specific energy with borehole depth 述纯充填土中，轴力功为0.008kJ,在混凝土夹层中图3 钻具粘滞能随钻孔深度的变化曲线 Fig．3 Variation in viscous energy with borehole depth 1∙4 金刚石钻进总能量随孔深的变化 钻进总能量为钻具系统用于岩石破碎的能量总 和‚在数值上等于钻具系统的动能与轴力功之和‚再 与黏滞能耗之差．钻进总能量随孔深的变化如图4． 图4 钻进总能量随钻孔深度的变化曲线 Fig．4 Variation in total penetrating energy with borehole depth 图5 钻进比功随钻孔深度的变化曲线 Fig．5 Variation in penetrating specific energy with borehole depth 1∙5 金刚石钻进比功随孔深的变化 旋转钻进比功定义为钻具旋转破碎单位体积原 始岩石所消耗的钻进总能量．钻进比功随孔深的变 化如图5． 2 金刚石钻进能量与岩石风化程度的相 关性 2∙1 动能与岩石风化程度的相关性 从图1可知‚钻进过程中钻具动能随孔深的变 化呈现明显的分区性或阶段性．根据动能值的分 布‚可将其分为低动能区、过渡区及高动能区．低动 能区为0～21∙500m 深度区间‚其动能值最低为 0∙001kJ‚最高为1∙043kJ‚平均为0∙157kJ‚在此区 间‚旋转破碎岩石的动能消耗比较低．过渡区为 21∙500～23∙000m‚其动能值最低为0∙075kJ‚最高 为2∙497kJ‚平均为0∙989kJ‚在此区间钻具动能明 显增高；与低动能区相比‚平均增长了5∙299倍．高 动能区为23∙000～31∙868m‚在此区间‚动能值最 低为0∙099kJ‚最高为3∙678kJ‚平均为2∙094kJ；与 低动能区和过渡区相比‚平均增长了12∙338倍和 1∙117倍． 从地质录孔所揭露的地层及风化程度分级来 看‚在低动能区‚所涵盖的地层为充填土、全风化花 岗岩（风化程度为Ⅴ级）、全风化至强风化花岗岩 （Ⅴ／Ⅳ）、强风化花岗岩（Ⅳ）、强风化至中等风化花 岗岩（Ⅳ／Ⅲ）地层‚风化程度比较复杂‚但总体上风 化程 度 随 孔 深 的 增 大 而 逐 渐 减 弱．其 中‚0～ 7∙100m为上覆充填土地层‚在此地层中‚5∙600～ 6∙090m 深度范围为一古老混凝土夹杂‚该夹层中 动能的平均值为0∙091kJ；如果不考虑混凝土夹层 对充填土层的影响‚其动能的平均值0∙085kJ．显 然‚在混凝土夹层中‚动能比在纯充填土层中增大了 6∙59％．此外‚在16∙860～17∙870m 区间‚动能变 化曲线出现明显的脉冲‚其值高达1∙043kJ‚说明在 此区间岩石地层的强度及硬度增高．从录孔数据可 知‚在7∙100～17∙870m 虽然同属Ⅴ级全风化花岗 岩地层‚但16∙860～17∙870m 区间岩石完整性较 好‚属于Ⅴ级中风化程度较低的地层．可见‚钻具动 能对岩石地层总体的风化程度变化敏感‚响应性强； 但动能对地层中的细微变化敏感程度并不高‚还并 不能完全反映混凝土夹层的变化特征． 2∙2 轴力功与岩石风化程度的相关性 从图2可知‚相对于动能变化而言‚轴力功随孔 深变化的分区性不明显．如按动能区间划分‚在低 动能区‚轴力功的平均值为0∙006kJ‚最小为0∙3× 10－3kJ；在过渡区‚平均为0∙002kJ‚最小为0∙001kJ； 在高动能区‚轴力功平均为0∙007kJ‚最小为0∙4× 10－3 kJ．可见‚轴力功随变化的规律性不强．在上 述纯充填土中‚轴力功为0∙008kJ‚在混凝土夹层中 第4期 谭卓英等： 金刚石钻进能量与花岗岩地层风化程度的关系 ·341·