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1引言钻探指的是用机具钻孔取样，判定地层地质情况、获取地质信息的作业。钻探技术发源于中国四川，其首要作用是找水喝，其次是找盐吃。钻探技术堪称是我国四大发明之后的第五大发明。目的就是取盐。钻探是地质勘探工作中的不可缺少的一项重要技术手段。用机器从地表向地下钻形成圆柱形孔就叫钻孔，用各种方法使钻孔不断向下延伸的过程叫钻进。钻孔的作用：用以鉴别和划分地层。从钻孔中不同深度处取得岩心、矿样、土样进行分析研究；确定岩层、矿物的储量、所处位置、矿物的种类及品质等；用以测定岩石和土层的物理、力学性质和指标，提供设计需要；下入仪器获取地球地层内部信息。钻探工程所用钻机主要分为回转式、冲击式及冲击回转式等几种。钻探工程按钻孔用途可分为：①固体矿产钻探；②石油天然气钻探；③水文地质钻探。④地热钻探。⑤工程地质钻探；⑥科考钻探；以及大口径灌注桩成孔。孔深几百米～几千米。第一章：钻探技术与规程（钻探工艺）第一节、硬质合金钻进利用镶焊在钻头体上的硬质合金切削具作为破岩的工具，这种钻进方法称作硬质合金钻进。（一）、硬质合金钻进特点1、由于切削具固定在钻头体上，它可以钻进任意倾角的钻孔，不受孔内、孔径孔深的限制。所钻出孔壁及岩心其直径比较一致，表面光滑，这对于安全钻进和保证取心是有利的。2、可以根据不同的岩性和要求，合理设计和选择钻头的结构，以便在不同的地层都取得良好的效果和满足工作的要求。3、钻进中，操作简单、规程参数的允变范围大、容易掌握。4、较容易保证钻孔质量、岩心采取率较高、孔斜较小。（二）影响硬质合金钻进的主要因素1、岩层性质：如硬度、研磨性、裂隙性、不均匀性及岩层2的硅化程度。2、钻头的结构：如硬质合金的切削刃的硬度、强度韧性和抗磨性能，硬质合金切削具的形状、规格、切削具在钻头上的排列形式、数量镶焊方法及镶焊的质量等。3、钻进时的操作技术及钻进规程：如钻压、转速、泵量等。（三）硬质合金钻头的选择和使用1、取心硬质合金钻头的规格必须符合《地质钻探钻头图谱》中标准图纸的要求。应根据钻头直径、岩石性质和所钻进岩层的最高的生产指标(机械钻速、回次进尺、钻头进尺)和经济指标(钻头成本、使用次数)选择钻头上切削具的数量、出刃大小、镶焊角度及刃尖角。钻头的内、外、底出刃应对称、平整，镶焊要牢固，不合格者，不准使用。旧钻头经修磨合格后方能再用。2、针状硬质合金钻头体不得短于95毫米。与金刚石钻头交替使用的针状硬质合金钻头，内外出刃应与相应的金刚石钻头一致。3、相邻回次的硬质合金钻头内外径不得相差过大。4、钻头下入钻孔后，应慢速、轻压扫孔到底，再逐渐加足所需压力。钻进硬岩层时严禁在压力不足的情况下单纯加快转速。5、合理掌握回次提钻长度。要根据钻头的磨损情况，改进下一个回次的钻进技术参数。6、孔内残留岩心在0.5米以上或有脱落岩心时，必须用旧钻头处理，不得下入新钻头。7、下钻中途遇阻，不得猛墩，可用钳子扭动钻杆或开车试扫。针状硬质合金钻头下钻遇阻，经采取上述措施无效时，要换普通钻头处理。8、拧卸钻头时，严防钳牙咬伤硬质合金、合金胎块或夹扁钻头。严禁用大锤敲击钻头。3（四）硬质合金钻进技术参数硬质合金钻进技术参数见表1。表1：不同岩层钻进技术参数范围表注：（1）针状硬质合金块每块能承受的压力为150～200公斤；（五）硬质合金钻进注意事项1、钻进中要保持压力均匀，不得无故提动钻具或变更钻进参数。倒杆后开车时，应降低孔底压力。发现孔内有异状，如糊钻、憋水或岩心堵塞时，经处理无效，应立即提钻。2、取心时要选择合适的卡料或卡簧。投入卡粒后应冲孔一段时间，待卡粒到达钻头部位后再开车，采心时，不要频繁提动钻具。3、孔底有硬质合金碎片时，必须设法捞净或磨灭。4、使用肋骨钻头或刮刀钻头钻进时，应及时划眼。第二节、钢粒钻进（一）钢粒钻进的概念用未镶焊切削具的钻头压住钢粒或钢砂并劳动它们在孔底翻滚而破碎岩石的钻进法称作为钢粒钻进。（二）钢粒钻进存在的缺点1、孔底破岩过程本身限制了钻速的继续提高；2、磨料（钢粒）和管材消耗量大；3、钻探质量较差、采心率不高、钻孔弯曲过大。(三)钢粒钻进主要注意事项1、钢粒钻进时必须使用取粉管，长度不小于1.5m，便于岩石级别钻进技术参数钻头压力转速（r/min）泵量（L/min）取心钻头（kg/粒）刮刀钻头（kg/cm2）1～4级50～60100～120200～350﹥805～6级部分7级80～120120～150150～250﹥804钻进时取粉。2、钻进中孔底钱残留岩心不宜超过0.3m。如超过时请及时冲孔取捞，否则影响钻进效率。3、刚下套管不准使用钢粒钻进防止卡钻和跑管事故发生。4、钢粒钻进时水量的大小直接影响到钻进效果，要合理地掌握。第三节、金刚石钻进（一）金刚石的特性1、硬度高：是世界上已发现的矿物中硬度最高的，其莫氏硬度为10级，是合金片的六倍。2、抗压强度大：金刚石具有极大的抗静压强度，但同时具有脆性，受冲击易碎裂。3、耐磨性好：金刚石具有极高的耐磨性，为硬合金40～200倍。4、导热性强：金刚石具有极高的导热性，易吸热也易放热，表现出热稳定性差，因此钻进中应有足够冲洗液冷却钻头。（二）金刚石钻进的优点钻进效率高、钻孔质量好、孔内事故少、钻探成本低、劳动强度小。（三）金刚石钻头的基本结构和种类金刚石钻头是由金刚石、胎体和钻头体三者组成。金刚石镶嵌在胎体的位置分为底刃、内外刃和侧刃，其中内外刃是刻取岩石起到保径作用。1、胎体：胎体是钻头包镶金刚石的一圈假合金，也称作胎环。胎体上有内外棱及水口和不同硬度，供钻不同地层选择使用。2、钻头体：钻头体是钻头的钢体部分，用中碳钢制成，上部有丝扣与扩孔器连接。（四）金刚石钻头种类的选用1、表镶钻头：钻头的底面只有一层金刚石每粒金刚石有1／4到1／3露5在胎体外。（粗粒、中粒、细粒）2、孕镶钻头：将颗粒很小（100粒以上／克拉）的金刚石或者碎粒金刚石均匀地混合在胎体内部而制成的钻头，叫孕镶钻头。3、软质岩层（研磨性弱）一般选用表镶粗、中粒金刚石钻头。硬质岩层（研磨性强）一般选用表镶细粒金刚石或孕镶钻头。（五）、金刚石钻进时的主要操作注意事项1、钻进时必须要有足够的冲洗液冷却钻头，严禁干钻。2、金刚石钻头拆装必须要使用专用工具，严禁敲打。3、钻压要适中，过大压力以防将金刚刚石粒压碎。(一般初压较小，钻进压力较大)4、正常钻进中不得随意提动钻具，以防岩心堵塞。5、提放钻具时应轻拿轻放避免碰撞钻头。第二章金刚石绳索取芯钻进第一节绳索取心钻进的优缺点及应用范围第一单元绳索取心钻进的优缺点及应用范围绳索取心钻进是指在钻进过程中，当岩心充满岩心管后，不需提钻取岩心，而是以钻杆为通道，借助于绳索和专用打捞工具，把钻进过程中贮存于内岩心管中的岩心提升到孔外的取心钻进方法。由于这种方法不需要将钻杆提升到孔外，所以极大地减少了起下钻具的时间。据统计，在金刚石岩心钻进过程中，升降钻具工序约占全部生产时间的30%～40%，而且机械化程度低，劳动强度大。为了增加纯钻进时间，提高钻进效率，采用绳索取心钻进是最有效的途径之一。一、优点1、钻进效率高绳索取心钻头的壁厚比普通取心钻头厚，钻进时的机械钻速略低于普通钻头。但由于减少了辅助作业时间，增大了纯钻进时间，所以总的钻进效率仍比普通钻头高，且这种趋势随孔深6的增大而增大。2、地质效果好绳索取心钻具具有打捞速度快，提升平稳以及岩心堵塞后能即时报警等特点。因此，当岩心堵塞时，便于立即处理，可以减少岩矿心的损耗。所以绳索取心钻进岩心采取率高，完整度和纯洁性好。3、钻头寿命长由于减少了提钻次数，因此钻头在升降过程中的拧卸、碰撞的机会及扫孔时的磨损减少。同时，钻杆与孔壁间隙小，钻头在孔内工作平稳，也可以提高钻头寿命。通常，绳索取心钻头寿命比普通钻头寿命高一倍左右。4、有利于复杂地层钻进、孔内安全和便于测斜工作由于减少了提钻次数，因而缩短了孔壁的裸露时间，也减少了升降钻具时对孔壁的破坏。同时钻杆还可以起到套管的作用，有利于护壁，也使下放测斜仪器更加方便敏捷。5、减轻劳动强度由于起下钻具次数少，因此减轻了劳动强度。孔越深，钻具越长，这个优点越明显。6、降低钻探成本由于绳索取心钻进效率高、钻头管材以及动力消耗比较小，因此，钻进成本可大幅度下降。据有关资料统计，使用绳索取心钻进成本降低30%一40%。二、缺点钻杆的内径大而管壁薄，连接强度要求高。钻头壁较厚，切削孔底岩石的面积较大，因此，钻进时碎岩功率消耗较大。三、应用范围绳索取心钻进方法已广泛应用于地质勘探、水文地质和工程勘察等多种钻进工程中。然而，在一个具体的工程中是否采取绳索取心，还必须考虑地层条件、钻孔深度、钻头寿命以及绳索取心钻具配套设备较多，一次性投资较大等因素，以便综合权衡其使用的合理性。71、地质条件绳索取心钻进可用于钻进各种地层，在6～9级中硬岩层中效果最好。在目前的技术条件下，一般不宜钻进10～12级岩石，尤其是岩石的组织致密、颗粒细小无研磨性的极坚硬岩石，如石英闪长岩、石英砂砾岩、石英磁铁矿等，或研磨性很强的硬、脆、碎岩石。因为，钻进上述岩石时，钻头极易磨损，钻进效率极低，不能充分发挥绳索取心钻进的优越性。然而，绳索取心钻进与液动冲击器相配合，钻进此类地层有良好的前景。2、钻孔深度绳索取心一般可在浅孔(100～300m)和深孔中采用。通常，钻孔越深其经济技术效果越好。然而，绳索取心钻进的最大深度受钻杆强度的制约，应进行校核。3、钻头寿命采用绳索取心钻进，如果钻头寿命短，钻进过程中经常提钻更换钻头，那么便失去了采用绳索取心钻进的意义。第二节绳索取心钻具第一单元绳索取心钻具的技术要求1、当内管总成下到外管总成预定位置时，能即时发出到位信号，且内、外管之间的相对位置能够确定。在钻进过程中内管不上窜、下滑；内、外管之间能保证有良好的通水性。2、钻进过程中岩心充满内管时，能及时向地表发出堵塞信号。3、由于是双管结构，因此应保持内、外管的同心度，以便使岩心顺利进入内管。在提取岩心时能防止内管因受力过大而损坏。4、应保证打捞器顺利下入，并将内管总成安全抓提到地面。二、绳索取心钻具的规格和型号8表2：绳索取心钻具规格系列:单位（mm）第二单元绳索取心钻具的结构和工作原理绳索取心钻具的型式很多，规格各异，但其基本结构大同小异。以我国最常用的S-75型钻具为例，其结构功能如下。整套绳索取心钻具分为单动双层岩心管和打捞器两大部分。双层岩心管部分由外管总成和内管总成组成。外管总成包括弹卡挡头1、弹卡室7、稳定接头23(上扩孔器)、外管46、下扩孔器和钻头52组成；内管总成由捞矛头2、弹卡6、悬挂环21、到位报信、岩心堵塞报警、单动、内管保护、调节、扶正、内管、岩心卡取等机构组成。打捞器一般由打捞机构和安全脱卡机构组成。各机构的工作原理分述如下。S75型绳索取心钻具双管结构见图1：S75型绳索取心打捞器见图2：9图1：S75型绳索取心钻具双管结构配套机构:绞链式矛头机构,弹卡定位机构,悬挂机构,到位报信机构,岩心堵塞报警机构,单动机构,内管保护机构,调节机构,扶正机构,打捞机构,安全脱卡机构图2：S75型绳索取心打捞器1、绞链式矛头机构该机构由捞矛头、定位卡块、捞矛座等组成。由于捞矛头可在其转动平面内转动180o，因在地表吊挂打捞器与内管总成卸岩心可在0～土90o内转动、变换位置，防止捞矛头从打捞器的捞钩中脱出。102、弹卡定位机构它是由弹卡挡头、弹卡板、张簧、弹卡室等零件组成。当内管总成在钻杆柱内下降时，张簧5使弹卡板6向外张开一定角度，并沿钻杆内壁向下滑动。当内管总成到达外管总成中的弹卡室7部位时，弹卡板在张簧的作用下继续向外张开，使两翼贴附在弹卡室的内壁上。由于弹卡室内径较大，而其上端的弹卡挡头内径较小，所以在钻进过程中可防止内管总成上串，达到定位作用。3、悬挂机构此机构由内管总成中的悬挂环21和外管总成中的座环22组成。悬挂环的外径稍大于座环的内径(一般相差0．5～1．Omm)。当内管总成下降到外管总成的弹卡室位置时，悬挂环21座落在座环上，使内管总成下端的卡簧座51与钻头52内台阶保持2-4mm的间隙，以防止损坏卡簧座和钻头，并保证内