反循环取心
关于取心技术了解一下
金刚石钻进取心、复合片钻进取心、硬质合金钻进取心、钢粒钻进取心、冲击回转钻进取心
按提取岩心的方式分类
提钻取心
绳索取心
按冲洗介质循局部反循环钻进取心
无泵钻进取心、喷反钻进取心、阻隔反循环钻进取心
全孔反循环钻进取心
水力反循环钻进取心、气举反循环钻进取心
取心是一门技术
取心技术是指获取地下岩(矿)心样品所使用的机具和钻进工艺方法。由于
不同的岩矿层具有不同的组分物性和结构构造,取心难易程度差异很大,为张
取心质量达到岩心钻探规范及工程技术要求,必须采用不同的取心技术方法。按
照不同的分类方法,取心技术的主要类型见下图
取心技术方法
按取心管层次结构分类
单层若心管取心、双层岩心管取心、三层若心管取心
按取心地层性质分类
松散型地层取心
土层取心、砂矿取心、砂砾石层取心
固结性岩层取芯
完整岩矿层取心、易溶易碎易磨耗地层取心、水泥及混凝土取心
特种地层取心
冻土取心、冰层取心、海底取心、天然气水合物取心、月球表层取心
按取心目的分类
常规取心
地质勘探取心、工程地质勘查取心、油气井取心
特种取心
定向取心、偏斜取心、侧壁取心、密闭取心、保温保压取心
一种空气反循环连续取心冰钻钻头[发明专利]
![一种空气反循环连续取心冰钻钻头[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/e9f5cfce58fb770bf68a55a0.png)
专利名称：一种空气反循环连续取心冰钻钻头专利类型：发明专利
发明人：陈宝义,曹品鲁,陈云望,刘苗苗,龙翔,赵齐申请号：CN201710173924.5
申请日：20170322
公开号：CN106677707A
公开日：
20170517
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种空气反循环连续取心冰钻钻头，其钻头体与双壁接头的双壁接头外管螺纹连接，钻头体的底唇面上通过螺栓固定若干个切削刀头，切削刀头前角向钻头中心通道方向倾斜角度α为5～15°，垫鞋通过螺栓与切削刀头和钻头体连接，承喷管与钻头体通过螺纹连接，冰心卡断器固定在钻头体内部台阶上。
承喷管与双壁接头内管组成环缝间隙。
双壁接头外管和双壁接头内管组成环形空间，两者之间设有支撑块。
导流罩通过螺纹与双壁接头外管螺纹连接，导流罩与钻头体外壁组成环形喷嘴，双壁接头外管上开设有若干进气孔。
本发明提高了钻进效率和冰心采取率，从而大幅缩短极地钻探工程施工周期，降低产生孔内复杂事故的风险。
申请人：吉林大学
地址：130012 吉林省长春市前进大街2699号
国籍：CN
代理机构：长春市四环专利事务所(普通合伙)
代理人：张建成
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11 取芯钻井 core drilling
11 取芯钻井core drilling11.1 取心coring:利用机械设备和取心工具钻取地层中岩石的作业。
11.1.1 岩心core:取心作业时，从井下取出的岩石。
11.1.2 破碎地层fractured formation:构造运动形成的断层破碎带。
包括堆积在断层两侧的岩石碎块、碎屑和断层角砾岩等。
11.1.3 松散地层unconsolidated formation:胶结成岩差，不易成形的地层。
11.1.4 树心core shaping:取心钻头下到井底以轻钻压钻进,使井底地层与钻头形状完全吻合,钻进0.15~0.30m的阶段称为树心。
11.1.5 割心core cutting:取心钻进到适当长度，把岩心柱从钻头底部割断的作业。
11.1.6 中途割心medium-term core breaking:未钻达本筒取心进尺的割心。
11.1.7 套心picking up lost core:采取适当措施，用取心工具把遗留在井底的岩心套入内岩心筒。
11.1.8 密闭取心液core sealing fluid:用于密闭取心作业的一类专门配制的，不会污染岩心的油基或水基流体。
11.2 钻进取心core drilling:利用取心工具钻取岩心的作业。
11.2.1 转盘钻取心rotary drilling coring:用转盘带动取心工具钻取岩心的作业。
11.2.2 井底动力钻取心down-hole motor coring:用井底动力钻具带动取心工具钻取岩心的作业。
它包括螺杆钻、涡轮钻和电动钻取心。
11.2.3 井壁取心side-wall coring:用射孔仪器，向已钻出的井壁发射取心器或微型旋转工具钻取岩样的作业。
11.3 取心方法coring method:根据不同取心目的与要求，采用相应取心工具和工艺技术进行取心作业。
11.3.1 常规取心conventional coring:对岩心无特殊要求的取心。
第四章 特种取芯方法
主要优点：避免重复破碎、减轻岩矿芯磨损、提高采取率
第一节 无泵反循环钻进工艺
Reverse circulation drilling without pump
一、定义 钻进中不用水泵进行冲洗钻孔，而是利用孔内的 静水柱压力和上下提动钻具在孔底形成局部反循环 而实现冲洗孔底的钻进。 二、应用范围
６级以下的松散、怕冲刷的岩矿层 ； 孔深150～200m； 干旱缺水地区。
第二节 喷射式孔底反循环钻进工艺
Bottom hole partial jet reverse circulation drilling 五、钻进规程及操作注意事项
钻进规程见讲义。 操作注意事项： （１）孔内必须保持清洁，防止 混合室 烧钻bit burnt或埋钻drill rod burying 喉管 事故； （２）下钻离孔底一定距离时， 要先开泵冲孔，以防岩粉或残留 出水眼 喷嘴 扩散管 返水眼 岩芯管 钻头 钻杆
二、绳索取芯钻具的结构和工作原理
打捞机构
打捞器 整套绳索取芯钻具
安全脱卡机构 外管总成
单动双层岩芯管
内管总成
二、绳索取芯钻具的结构 和工作原理 外管总成：
弹卡挡头(1)、弹卡室(7)、 稳定接头(23)(上扩孔器)、 外管、下扩孔器、钻头
内管总成：
捞矛头(2)、弹卡定位(6)(7)、 悬挂(21)、到位报信、岩芯堵 塞报警、单动、内管保护、 调节、扶正、内管、岩芯卡取 等机构
二、绳索取芯钻具的结构和工作原理
５、岩芯堵塞报警机构 由滑套(25)、轴(26)、蝶簧(21)等零件组成。 钻进过程中，当发生岩矿芯堵塞 或岩矿芯装满内管时，岩芯对内管产 生的顶推力压缩碟簧，使滑套向上移 动到悬挂接头(38)的台阶处，将通水 孔堵塞，从而造成泵压升高，遂告诫 操作者应停止钻进、捞取岩芯。 滑套 轴 蝶簧
地质钻探工艺
地质钻探工艺
地质钻探工艺主要包括以下几种：
1. 冲击钻进：利用钻具自重对孔底进行冲击而破碎岩（土）体的钻进方法。
人力冲击一般适用于浅孔和地下水位以上的土层钻进。
机械冲击则是采用机械向下冲击，适于各类土层钻进。
2. 回转钻进：在轴心压力作用下，利用筒状钻头用回转研磨方式切削岩石的一种取芯钻进方法，适于各种岩石钻进，通常称为岩芯钻探。
根据钻头研磨材料，可将其分为硬质合金钻进、钻粒钻进和金刚石钻进。
3. 反循环钻探技术：包括空气反循环技术和水力反循环技术。
空气反循环钻探技术是将压缩空气用作循环介质，利用双壁钻杆外管将压缩空气送至孔底，空气的剧烈膨胀会产生冲击力，驱动孔底潜孔锤作用于岩石上，同时空气作用后通过钻杆中心通道重新回到地表，并携带岩屑。
水力反循环钻探技术则是将泥浆或水用作循环介质，其循环方式与空气反循环相同，都是利用钻杆将介质传送到孔底，获取的柱状岩心则通过钻杆携带回地面。
4. 组合钻探工艺：结合了绳索取心技术、反循环取样、取心技术，吸取了各种钻探技术的优点，能依据地质钻探要求和地层情况提高钻探效率，减少额外劳动和成本。
此外，还有一些新工艺和新材料的应用，例如新型节水钻探技术、新型泥浆体系和泥浆材料等。
这些新技术的应用可以提高生产效率、增加钻头使用寿命、提高钻进速度等。
综上所述，地质钻探工艺是一个综合性的工艺系统，不同的工艺适用于不同的地质条件和需求。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的工艺以提高钻探效率和保证工程质量。
浅谈工程地质勘察钻探中的取样问题
在工程地质勘察中,按勘察或工程设计施工技术要求,从钻孔(或从探坑、探井、探槽)内某一深度处采取一定数量的实物样品,这是工程地质勘探的主要任务,是工程地质勘探和水文地质勘探获取地表以下地质资料的主要手段,也是检验建筑物基础等地下工程施工质量的重要方法。
工程钻探所取样品分为扰动土(砂)样、水样、原状样。
扰动样是天然成分和结构受到破坏的土(砂)样,通过室内试验进行颗粒分析确定各粒组含量及获取含水率、液性指数、塑性指数等物理指标。
常见的有容易扰动的各种砂层,流塑状态的淤泥层。
在砂层取样,用右旋上提式活塞封闭取砂器锤击法采取,也可用底部板阀封闭式捞砂筒锤击采取,或进行标贯试验时从标贯器中采取。
在软弱的淤泥质土层或淤泥层用常规取土器采取很易受扰动,再经过包装搬运,有的送到试验室后土样变形,结构破坏,只得作为扰动样进行物理数据试验。
作为扰动样土可用螺旋钻采取。
水样是在有地下水的钻孔内用不同取水器取水,在室内进行阴、阳离子浓度、矿化度、PH值等项目实验,判定是否可饮用,对建筑材料是否有腐蚀性。
常用取水器有玻璃瓶—重锤取水器,用于水位线以下取水；虹吸取水器,用于浅部取水；定深取水器,用于预定深度取水。
原状土(岩)样是天然成分和结构未破坏的不扰动样,通过室内试验获得土层天然结构、渗透系数、含水率、密度、压缩系数、压缩模量、抗剪强度、抗压强度、天然坡角等项目设计所需要的资料,以对岩土体的物理力学性能指标作出定量评价。
原状土的采取要使用专门的取土工具—取土器。
取土器结构一般由接头、余土管、取土衬管、取土管、管靴、封闭装置等部件组成。
取土时管靴切入土体,多余的残土进入余土管,有效土样进入取土管的衬管内。
操作时取土器必须顺利地切入土体,以免对土体结构扰动和预防取土器提升时土样脱落。
取土器的封闭装置是防止土样脱落的结构,有上部和下部封闭装置两类,上部封闭装置起吸附作用,下部封闭装置起承托或卡紧作用,下部封闭装置又分为自由活塞式和固定活塞式取土器,上部封闭装置又分为球阀式、板阀式和活塞式取土器,一般常用的是上部封闭装置的球阀式取土器。
煤矿井下取心钻进技术与装备研究现状及发展趋势
钻杆接头
悬挂总成液压推动机构球座分水接头外筒
液压推动筒
图 1 密闭取心装置
内筒
半滑环球阀去心钻头
1 . 3 技术难点
以 退 出 取 心 器 后 需 要 检 查 取 心 器 密 闭 性 ，密 闭 性 正
针对煤矿井下密闭取心施工的技术难点主要包 常可以进行下一工序，如果密闭失效需要对球阀部
括以下几个方面：
yangdongdong@ cctegxian. com〇
引用格式：杨 冬冬，赵江鹏，王四一. 煤矿井下取心钻进技术与装备研究现状及发展趋势[ J ] . 煤炭工程，2021， 53 (6 ) ：176-181.
176
2021年 第 6 期
煤炭工程
装备技术
取 心 钻 进 技 术 与 装 备 提 出 了 更 高 的 要 求 ，为 此 诸 多 学者开展了大量工作，袁亮等[|°:研制出一种利用粘 液 密 封 取 样 器 来 提 高 瓦 斯 含 量 的 测 定 方 法 ；陈绍 杰["]设计了一种能够提高直接法测定煤层瓦斯含量 准 确 性 的 反 转 密 封 取 样 装 置 ；景 兴 鹏 :|2]研 制了 一种 能够提高煤矿瓦斯含量测定精度的直接式机械密闭 取 心 测 试 装 置 ；龙 威 成 [13]研 制 了 一 种 高 压 水 驱 动 的 密闭取心装置，相较常规取心测值高1 9 % 〜44. 5 % 。
重要意义[2_5];而 岩 层 取 心 钻 进 施 工 的 主 要 目 的 是 查明地层赋存条件、岩 性 特 征 、水文地质条件及地 质异常体发育程度等[M]。
针对煤层取心，目前煤矿井下多采用常规定点 取 心 钻 进 技 术 钻 取 煤 心 ，但 是 由 于 取 心 到 送 检 过 程 中 煤 心 暴 露 时 间 较 长 导 致 瓦 斯 含 量 测 定 值 偏 低 ，无 法 准 确 测 定 煤 层 瓦 斯 初 始 含 量 [ M ] ，因此对煤矿井下
喷射式局部反循环绳索取心钻具
（ ） 过 实 践 证 明 ， 管 长 度 在 １３～２０ｍ ３经 内 ． ． 时， 反循 环作 用较 好 ， 采取 率 高 。 （） ４ 喷嘴 与扩散 管 距离 选择 ５ｍｍ为 宜 ， 嘴直 喷
Ｗ ｉ －ｎ ｏｉｇＤ ｉｉｇＴ ｏ ｉ ｏａ ｅｅｔ ｇＲ ｖｒｅＣｒｕａｉｎ ＬＵ Ｃ ｅｇｃｉ ｔ Ｔ ａ ｆ ｉｇａ Ｐｏ— ｒ ｌ ｅＣ ｒ ｒ ｌ ｏｌ ｔ Ｌ ｃｌ ｊｃｉ ｅｅｓ ｉ ｌｔ ／ ／ ｈｎ — ８ｈ ｅｍ ｏ ｎ ｈｉ ｒｖ ｅｉ ｎ ｌｎ ｗ ｈ Ｒ ｎ ｃ ｏ ａｆ Ｑ ｉｃ ｏ — ｒ ｕ ｅａ Ｇ ｏｅｐ ｒｔ ｎＢ ｒ ｕ Ｘ ｎｎ ｉｇａ ８ ０ １ ，Ｃ ｉａ ｎｅＮ ｎｆ ｒ ｓＭ ｔ ｅ－ｘｌ ａｉ ｅｅ ， ｉｉｇＱｎ ｈｉ １０ ２ ｈｎ ） ｅｏ ｌ ｏ ｏ ａ
１ 概 述
型 绳索 取心 钻具 进行 综合 分析 研究 ， 长 补短 ， 取 在原
钻具 的基 础 上增 加 了 局 部反 循 环 装 置 ， 计 并 加 工 设
小 口径 金刚石 钻进 破碎 地层 常存 在 因堵心 频 繁
而 引起 的 回次长度 短 、 头 寿命 低 以及 取 心 困难 等 钻 问题 ， 直接影 响钻 进效 率 、 孔 质量 和钻探 成本 。从 钻 ２０ ０ １年起 ， 我单位 工勘 公 司承 揽 的 岩 心钻 探 工 程 大 部 分 以金 矿 为 主 ， 由于 地 质 构 造 复 杂 ， 岩浆 活 动 频 繁， 断层裂 隙发育 ， 石 软 硬 不均 且 破 碎 松 散 ， 内 岩 孔 漏失 等 ， 而且大 部分 地层 完整 性差 ， 岩矿 心极 不 易采 取， 岩矿 心采 取率 常常 达 不 到要 求 ， ２０ 在 ０２年 的施 工中， 钻孔 一 级 孔 率 只 达 到 ６ ％ ， 的钻 孔 因 平 均 ０ 有 岩矿 心采 取 率 只 有 ４ ％ 而 报 废 。为 了提 高 破 碎 地 ０ 层钻进 的技 术经 济 效 果 ， 推广 金 刚石 绳 索 取 心 钻 为 进技术 的扫 除 障碍 ，０ ３年 初 ， 过 对 Ｙ ６ Ｙ ７ ２０ 经 Ｓ０、 Ｓ５
空气反循环冰层取心钻具设计与实验研究
空气反循环冰层取心钻具设计与实验研究极地地区是一片神秘的大陆,不论是南极还是北极都是科学探索所需的知识宝库。
冰芯就像是打开宝库的钥匙,对于冰川学、气候学、生物学等具有很高的研究价值。
为了获得冰芯,各国科学家们进行了大量的科学钻探,相继开发了各种冰层取心钻具。
本文对冰层取心钻具研究现状进行调研、分析,结合了反循环钻进技术特点,研究了一套效率高、钻速快、操作方便的新型钻具——空气反循环冰层取心钻具。
钻具设计钻进200m,该钻具的研发和应用,可以为南极区域地质构造研究,深部冰层取心钻探以及科学勘测孔钻进打下基础。
该技术可以在南极冰川钻进,也可以在冰川冻土带进行钻进。
本文以提高反循环钻进效率为目的,通过反循环运移计算和有限元数值模拟方法,确定了反循环钻具的设计参数。
借鉴已有的冰层取心钻具的设计思想,设计并研究了空气反循环试验台,获得空气反循环运移的工艺参数;验证冰层反循环钻具工作的可靠性。
为进一步设计和优化冰层空气反循环钻具结构参数,提高钻进效率,获取更好的冰芯提供重要的参考借鉴。
论文研究主要得到的结论如下:(1)提出空气反循环冰层取心钻具的概念设计,对反循环运输系统进行理论计算,确定反循环效率的影响因素。
钻具的关键技术在于反循环的构成,气体能否携带冰芯、冰屑。
通过流体力学求解法,对气体反循环运输和压力损失等,算出所需最小的流量和速度。
(2)对冰芯的卡断进行力学计算,并通过ABAQUS软件对卡断过程进行数值模拟分析,得到冰芯卡断的数据。
并结合钻具设计,得到卡断机构的尺寸和中心通道的尺寸。
建立冰芯卡断实验台,得到实际冰芯被卡断所需要的位移。
(3)通过对冰芯和冰屑进行反循环运移实验,得出实验数据并进行对比,得出中心通管道的内径对于运移速度的影响。
结合卡断结构的设计,确定内径69mm的中心通道在大流量空压机工作下的冰芯和冰屑的运移速度。
将理论分析得出结果进行对比,发现与实验数据有误差,但也有很大的理论价值和参考意义。
水力反循环连续取心(样)钻探在浅海砂矿勘查中的应用
种矿 产资 源 。然而 ， 水 域 及 浅 海 区 域 如 何 利用 钻 在
探 手段 对这 一特 殊施 工环 境及 复 杂地 层进 行钻 探勘
查 取 （ ） ， 摆 在 钻 探 工 程 师 面 前 的 一 个 新 课 心 样 是
Ｓｒｅ ，Ｇ ａｇｈ ｕＧ ａｇｏｇ５ ０ ７ ，Ｃ ｉａ ｕｖｙ ｕｎｚｏ ｕｎ ｄｎ １０ ５ ｈｎ ）
Ａ ｂｓｒ ｃ ： Ｔ ｅ ｐａ ｒｏ ｔｉ ｓａ ｄ ｓ ｍｍ ａ ｚ ｓ ｔ ｎｉｉｌａ ｌｃ ｔ ｒ ｃ ｓ ｎ ｆｅ ｔｏ ｈ ＲＣ ｒｌｉｇ ａ ｄ ｔ ｘ ｅ — ｔ ａ ｔ ｈ ｐｅ ｕ ｌ ｎｅ ｎ ｕ ｉ ｒ ｅ ｈｅ ｉ ｔａ ｐｐ ｉａｉ ｐ ｏ ｅ ｓａ ｄ ｅ ｃ ｆｔｅ Ｈ ｏｎ ｄ ｌｎ ｎ ｈｅ ｅ ｐ ｒ ｉ ｉ
摘 要 ： 述 了水 力 反 循 环 （ Ｒ － Ｈ ｄａ ｌ ｅｅｓ ｉ ｕａ ｏ ） 续 取 心 钻 探 技 术 首 次 在 我 国 海 南 砂 矿 勘 查 取 心 概 Ｈ Ｃ ｙｒｕｉ Ｒ ｖｒｅＣｒ ｌｔ ｎ 连 ｃ ｃ ｉ
（ ） 探 施 工 过 程 及 取 得 的效 果 ； 结 了海 上 砂 矿 取 心 （ ） 探 施 工 的 经 验 。该 技 术 的成 功 应 用 ， 国 内 外 开 展 样 钻 总 样 钻 为
ｔ ｇｉ ｈ ｌ ｗ ｅ ／ Ｈ ｉ ｎ Ｓ ａｌ Ｓ ａ Ｚ ＡＮＧ Ｙ ｎ — ｎ ｏ ｏ ｇ ，Ｓ ＵＮ ｉｎｈ ａ ，， Ｊａ — ｕ ’ Ｊ ，
Ｋ ｉ（ ． ｈ ｓ ｔｔ ｏ ｘ ｌｒｔ ｎ Ｔ ｃ ｎｑ ｅ ， Ａ Ｓ Ｌ ｎ ｆ ｇＨ ｂ ｉ ６ ０ ０， ｈ ａ ２ Ｇ ａ ｇｈ ｕ Ｍ ｒ ｅＧ ｏ ｇｃｌ ａ １ Ｔ ｅＩ ｔｕｅ ｆ ｐｏａ ｏ ｅ ｈ ｉ ｓ Ｃ Ｇ ， ａ ｇａ ｅ ｅ ０ ５ ０ Ｃ ｉ ； ． ｕ ｎ ｚ ｏ ａｉ ｅ ｌ ｉ ｎ ｉ Ｅ ｉ ｕ ｎ ｎ ｎ ｏ ａ
地质岩心钻探
地质岩心钻探钻探工程质量有六项指标：岩矿心采取率、钻孔弯曲度、简易水文地质观测、孔深误差测量与校正、原始报表填写、钻孔的封闭。
为了保证达到这六项指标的要求，我们就必须采取必要的方法与措施来提高钻探质量。
一、提高岩矿心采取率的措施1. 根据各矿区地质条件、岩矿层的物理机械性质和技术因素，正确地选择取心方法和工具。
2. 取心困难的岩矿层中，应尽可能选用金刚石或硬质合金钻进。
3. 在取心困难的矿层中钻进时，应限制转速、压力和泵量，适当控制回次进尺长度和时间。
4. 钻进时回次进尺不得超过岩心管长度。
5. 在矿层、矿层顶底板和重要标志层中，岩、矿心没有采取上来时，须专程捞取，不应继续钻进，必需钻时不得超过米。
捞取岩、矿心时应尽量采用喷反、无泵或钢丝钻头等有效方法。
6. 退取岩心时要细心，尽可能地避免人为地破碎，并严格防止岩、矿心上、下顺序颠倒。
二、预防钻孔弯曲的措施1. 确保安装质量，保证“天车、回转器、孔口”三点一线。
不准使用旷动的立轴(导管)。
2. 开孔时，应选用锋利的钻头，主动钻杆不得有偏摆，轴心压力要均匀，要随钻孔加深而加长岩心管。
3. 在易斜岩层地区施工，应根据地层、见矿深度等条件合理设计开孔角度和弯曲强度。
要尽量选用金刚石或硬质合金钻进。
4. 深孔钻进时，应尽量采用钻铤加压。
5. 遇到片岩地层、倾斜岩层、破碎带、软硬互层时，应使用锋利的钻头和长、直、重、厚、刚的钻具，有条件时也可试用冲击回转钻进。
6. 扩孔时要带内导正器，换径时要带外导正器。
粗径钻具要用综合式异径接头连结，其中心线必须一致。
换径时导正管要长于4米，第一回次的小径岩心管长度要短于1米。
三、做好简易水文地质观测的措施要及时观测水位及其他应测项目；水位观测的基准点必须一致，读数要准确，测绳不得任意割接。
四、降低孔深误差的措施1. 机场使用的木尺或铁尺必须保持两端平齐，刻度准确、清楚，并注意经常校正。
2. 丈量机上就时应停止立轴回转，基准点必须一致，并应准确丈量，及时记录。
空气反循环取样钻探岩心采取率的计算方法探讨
ｐ ｅ ｒ ｃ ｅ ｎ ｔ
０ 引 言
与孔壁 环状 问隙之 正 循 环通 道 排 渣 的影 响 ， 反 循 环
在 取 心钻 探 中 ， 岩矿 心 采 取率 是评 定 钻 孔质 量 最 重要 的一项 技 术指 标 ， 其 分 值 比重 为 ４ ５ ％（ 采 取 率 满分 为 ４ ５分 ） 。它 的计 算 较 为简 单 ， 只需 丈量 每
９ ５ ％ 以上 ； （ ３ ） 不能 为地 质人 员 所接 受 ， 从 而影 响到 空气 反循 环 取样钻 探技术 的推 广应用 。
２ 相 关概念
回次取 上岩 心 的长度 即可 。而在 空气反循 环取 样钻
探 中， 由于取 上 的是岩样 ， 它 是经 过全 面破碎 了 的样 品， 以粉状 为主 ， 颗粒状 为次 ， 可能 还有少 量 的岩饼 ，
比 ｒ它们 的优 缺点 。建议采用体积采取率作为 Ｒ Ｃ钻孔 的质量考核指标 。
关键词 ： 空气反循环 ； 取样钻探 ； 岩矿心采取率 ； 质量采取 率 ； 体积采取率
中图分类号 ： Ｐ ６ ３ ４ ． ５ ６ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ２— ７ ４ ２ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ９— ０ ０ ０ ６— ０ ３
６
探 矿工 程 （ 岩 土钻 掘工程 ）
取心注意
取心钻进时严禁上提钻具！尽量不停泵、停转，倒泵也不要停转盘
取心注意事项
1、钻进前循环处理钻井液
2、检查好地面设备
3、正常后开始钻进，先造心，钻压2-3
吨，做到轻启动，慢加压，送钻均匀，
取心进尺0.2-0.3米后开始正常钻进。
4、取心钻进时要均匀送钻，严禁溜钻。
5、堵心判断：转盘负荷变轻，悬重只降
不回升，钻时猛增，发生此情况可能
堵心，应及时汇报
6、割心
钻进完后，刹住刹把原钻压磨心
10-12min，将根部磨细，然后慢慢上
起钻具
6、拔心时注意指重表，通常有三种情况：（1）正常拔心显示：指重超过悬重5-10吨后又立即恢复，表示岩心被割断
（2）指针没有拔心显示，说明岩心很碎或已被折断
（3）悬重上升10t以上仍不下降，说明岩心未断7、起钻和出心：起钻操作要平稳，防止岩心掉井。
反循环钻孔桩施工工艺流程
反循环钻孔桩施工工艺流程反循环钻孔桩是一种常用于建筑和土木工程中的桩基施工方法。
它以循环钻机为主要设备，通过一系列的施工操作来完成桩基的钻孔、清孔和灌注。
本文将详细介绍反循环钻孔桩施工的工艺流程，包括准备工作、钻孔过程、桩身清理与加固、灌注与收尾等各个环节。
一、准备工作1.设计方案确定：根据工程要求和设计方案，确定反循环钻孔桩的规格、数量和布置。
2.地质勘察：进行详细地质勘察，获取施工地点的地质信息，包括地质层次、土壤类型、地下水位等。
3.场地布置：根据设计方案，在施工现场进行场地布置，包括设置施工防护设施、搭建临时施工平台等。
二、钻孔过程1.选择循环钻机：根据设计要求和施工地点条件，选择合适的循环钻机设备，并进行调试和检测。
2.孔位标定：根据设计方案和地质勘察结果，在施工现场进行钻孔孔位标定，确定每个钻孔的坐标和孔径。
3.钻孔施工：根据孔位坐标和孔径，在地面上或者平台上安装循环钻机并进行钻孔操作，逐步推进到设计要求的孔深。
4.取心取样：根据需要，在关键位置进行取心取样，分析土壤性质和地层情况。
三、桩身清理与加固1.清除孔内杂物：使用风管或水管进行孔内杂物的清除，包括泥沙、石块等。
2.检查孔底：检查孔底的质量状态，如需要可以进行辅助处理，如刮平、回填细石等。
3.施加加固措施：根据孔壁情况和设计要求，进行桩壁加固，可以采用沉降法、搅拌桩等方式进行加固。
四、灌注与收尾1.配置灌浆料：根据设计要求和实际情况，配置适合的灌浆料，包括水泥、砂浆等。
2.灌注操作：使用灌浆车对钻孔进行灌注，逐渐将灌浆料注入孔内，直至桩身顶部。
3.桩身处理：根据设计要求和标准，对桩身进行修整，如削平桩顶、打磨桩面等。
4.质量检验：对灌浆后的桩体进行质量检验，包括钻孔直径、灌浆浓度、桩身垂直度等方面。
5.护坡及清场：对施工现场进行清场，并进行护坡和环境保护工作。
反循环钻孔桩施工工艺流程的主要步骤包括准备工作、钻孔过程、桩身清理与加固、灌注与收尾。
白乃庙铜矿钻探综合治理技术措施
第32卷第4期集宁师专学报Vol.32，No.42010年12月Journal of JiningTeachers College Dec.2010收稿日期：作者简介：杨金城(6—)，男，汉族，内蒙古赤峰人，探矿工程师师，研究方向：探矿综合治理。
白乃庙铜矿钻探综合治理技术措施杨金城(内蒙古第四地勘院统计科，内蒙古呼和浩特012000)摘要：介绍了在难以取芯和护壁的白乃庙铜矿钻探施工中的综合治理技术措施，在复杂地层施工保证了钻探质量、提高了工作效率。
关键词：复杂地层;综合治理；优质泥浆；钻头外径；反循环取芯中图分类号：TD 9文献标识码：B 文章编号：1009-7171(2010)04-0095-021工程概况白乃庙铜矿位于内蒙古乌兰察布市四子王旗白音朝克图镇，是储量超50万吨的大型铜金钼多金属矿床。
2008年，根据国家危机矿山攻深找盲的要求，我院承担了白乃庙矿区深部外围找矿勘查工作。
该工程钻探工作量20000米，钻孔28个；设计孔深450米~1000米，直孔定向钻进，要求钻孔弯曲度沿左右勘探线，沿矿体靶点上下在10～20米范围之内。
钻孔开孔直径110㎜，终孔75㎜.2矿区地层对钻探工作的影响2.1地层情况矿区地层为中晚元古界青白口系白乃庙组。
地层构造节理发育，岩石蚀变性强，裂隙节理发育，破碎，软硬不均。
主要岩石为绿泥片岩，围岩有花岗闪长岩、石英闪长岩、含矿岩为绿泥片岩，可钻性为Ⅶ～Ⅷ级。
2.2地层对钻探施工的影响由于矿区地层不稳、水敏、且破碎，钻探施工取芯难、护壁难，施工中常常因孔壁不稳、坍塌、造成卡钻、埋钻等恶性孔内事故。
在以前的普查勘探阶段，常常因护壁不好而报废钻孔，甚至报废钻具。
共计报废进尺千余米，报废钻杆千余米。
造成了极大的经济损失，也影响了工作任务的顺利完成。
3钻探施工技术方法3.1钻孔结构钻孔结构为开孔使用110㎜合金钻头钻进10～20ｍ，穿过覆盖层下入108㎜套管；然后改用76㎜外加厚金刚石绳索取心钻具钻进至终孔。
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钻进中，周期性地串动钻具，并且慢提快落，以增强反循
环效果。 孔内的静止水位必须超过粗径钻具，以保证反循环的形成。
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第一节 冲洗液孔底反循环钻进取心
(二)喷射式反循环钻具
1、喷射式反循环钻具的结构 右图是一种喷射反循环钻具，它是在
然后开车缓慢扫孔，以防岩粉或残留岩心堵塞。钻进中不得
停泵，否则岩粉沉淀造成自卡或堵塞进水通道。使用泥浆时 ，粘度应控制在18～23s左右，以免影响喷射器工作性能。
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第一节 冲洗液孔底反循环钻进取心
3、喷反元件的作用及其尺寸的选择
工程钻探与取样技术
喷射反循环的效果与喷射元件的结构和几何尺寸有密切的 关系。喷反元件主要包括喷嘴、混合室、喉管、扩散室等。 每—个元件根据它的作用都有一个合理的几何形状和尺寸，
喷嘴直径d0 ，喷嘴的锥度β，喷嘴大口直径D ，喷嘴长度L0。
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第一节 冲洗液孔底反循环钻进取心
喷嘴尺寸的选择： 喷嘴直径d0可按公式计算：
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喷嘴直径d0与流量与流速有关。当液流Q一定时，d0越小流速 越大，流速越大在一定的范围内负压越高，喷反性能越好。 d0太 小，特别是泥浆洗井时，易被岩屑堵塞，但d0太大，受孔径和水泵 能力的限制，给水量增加到一定值后，负压的增长趋于稳定，返水 效率下降。因此，喷嘴直径常用5、6、7，8、9，10毫米几种规格。
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双动双管的基础上增加了喷射器，造成孔
底冲洗液的局部反循环。双管也可以制成 单动的形式，以提高减振的性能。
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2、喷射式反循环钻进工艺参数
工程钻探与取样技术
钻探常用的喷射式反循环钻具直径一般为59—91mm。启 动喷射器的冲洗液量为80—100 L／Min。回次进尺一般不超 过1.5m。转速不超过400—500r／min(金刚石钻进)，180— 200r／min (硬合金钻进)。 喷射钻具钻进时，孔内必须干净。若孔底岩粉过多，要专 门捞取，否则易造成烧钻事故。下钻到底前应先开泵冲孔，
第七章 反循环钻进取心
工程钻探与取样技术
本章主要内容:
反循环钻进及其优点 反循环取心钻进的类型、原理及 钻进工艺: 冲洗液孔底反循环钻进取心 冲洗液全孔反循环钻进取心
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第七章 反循环钻进取心
工程钻探与取样技术
定义:凡是冲洗介质循环方式与传统的正循环方式相反的 钻进方法皆可称为反循环钻进。
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器作用，双层岩心管结构。厚壁钻头1阻止冲洗
液流向岩心管与孔壁之间的空隙，把绝大部分 的液流引导到岩心管5的内腔，并经过滤网4和 返水孔3流到钻杆与孔壁的间隙返回到地表，而 岩粉和岩心则滞留于岩心管内。
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第一节 冲洗液孔底反循环钻进取心
4、空气升液式孔底反循环钻进 空气升液的原理是把由进气管2放入钻杆柱中一 定的深度，送入压缩空气。钻杆柱内形成气水混合 物，其密度低于钻杆与孔壁间隙中水的密度，在压 力作用下，钻杆与孔壁间隙中的水经过钻头，携带 岩粉和岩心进入岩心管内腔。与其他孔底反循环钻 具一样，岩心钻具上部往往接有闭口式岩粉收集器， 使上返冲洗液中重量较轻的岩粉汇集于收集器中。 该方法适用于钻进易溶岩矿层(如岩盐)以及在裂 隙发育冲洗液强烈漏失的条件下取样钻进。
分为孔底局部反循环和全孔反循环两种。
与孔底正循环相比有如下的优点：
（1）冲洗液反向循环，与岩心进入岩心管的方向一致，避 免了冲洗液对岩心的正面冲刷和液柱压力对岩心造成的挤夹
和磨损，有利于岩心进入岩心管，减少流失和重复破碎；
（2）岩心在岩心管呈悬浮状态，减轻相互研磨和选择性磨 损，因此能够提高裂隙发育、破碎、性脆、软硬不均的岩矿
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第一节 冲洗液孔底反循环钻进取心
二、几种有代表性的冲洗液孔底反循环钻具
（一）无泵式反循环钻具 1、无泵钻具的结构形式: 有开口式和闭口式两种形式 （1）开口式无泵钻具
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特点:结构简单，收集岩粉能
力强，取出岩粉容易，但钻具强度 较低，一般仅宜于150米以内的浅
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(3) 喉 管
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喉管的作用：喉管是混合室与扩散管之间的一段直管， 是混合液流必经的通路。其作用是使混合室流出的混合液流 动均匀，形成较稳定的流动状态，以减少能量损失。为此，
其几何形状一般采用圆柱形。
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混合室尺寸的选择：
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混合室收敛角δ： 为了减少两股流速相差很大的液流在混合时 产生的涡流现象和能量损失，混合室的形状应选用收敛形的。一般 选取的收敛角为δ=200～300。 混合室直径d1 ：按经验一般取：d1 =（1.5~2）d2 混合室长度L1 ：按经验公式： L1 =4.75（d1-d2）
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2、喷射式反循环钻进
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喷射式钻具可配备硬质合金钻头或金刚石钻头。可用于单管钻具 钻进，也可用于双管钻具，在双层钻具中，承喷器出口的液流被引 导到内管与外管的间隙，这样能够增大返水量，提高返水效率(返 水量与给水量之比)。 与无泵钻具相比，具有操作方便，劳动强度小，钻进效率高，孔 底比较干净，埋钻事故少等优点，在硬、脆、碎地层中使用较多。 但是其缺点是反循环液流速度与被携带的岩粉量成反比。随着冲洗 液中岩粉的饱和，喷射装置的工作效率降低。超过临界值时，喷射 装置就停止工作。此时冲洗液完全向上流送，可能导致烧钻。因此，
洗液经过钻头水口，携带岩粉并推动岩心进入 岩心管内。在岩心管自由空间内液流运动速度 降低，岩粉和岩心颗粒沉淀下来，而冲洗液则 通过滤网和出水孔道进入钻杆与孔壁的间隙，返回地表。
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（2）孔底阻隔式：钻进含粘土夹层和松散
沉积物的软弱岩矿层时，采用另一种封隔式钻 具。此种钻具利用专门厚壁硬合金钻头起封隔
才能得到最好的喷反性能。
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(1) 喷 嘴
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作用：将高压液流的压力能转变成动能。高能量的液体通过它 以后，应产生最大的动能以便在喷射器周围形成负压区，形成孔底 的反循环。对喷嘴的结构要求：一是阻力小，二是流速和流量大。 喷嘴尺寸的选择：
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(2) 混合室
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混合室的作用：混合室是高速液流Q1和被吸入液流Q2混合的地 方，并在这里进行能量传递或交换，而后一起通过喉管。所谓能量 传递或交换，就是在两股液流存在压力差的情况下，高速液流Q1失 去能量，低速液流Q2得到能量，最后二者达到相近的流速并一起进 入喉管。
层取心质量。
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冲洗液孔底反循环钻进取心是指在钻进中借助于一些特殊 的器具，在孔内钻具总成的下部（孔底部分）形成反循环方 式，而在在钻具总成的上部仍是正循环或无冲洗液循环，相 对于全孔反循环，孔底反循环钻进取心具有钻具结构简单，
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(4) 扩散管 作用：降低混合液流的速度，使动能转变为压力能。 扩散管尺寸的选择： 扩散管的扩散角γ :为使动能变为压力能时尽量减少压力损失， 扩散管内径应具有锥度，扩散角为γ=60～120。 扩散管的大径d3 ：按经验一般选取：d3 =（2.5~4）d2 扩散管长度L3：按经验公式取 L3 =7.1（d3-d2）
一般不需要特殊的辅助设备，机具轻便，成本低廉。 .
一、建立冲洗液孔底反循环的方法 无泵钻进
喷射式反循环钻进
封隔式孔底反循环钻进 空气升液式孔底反循环钻进
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第一节 冲洗液孔底反循环钻进取心
1、无泵钻进方案 不需要地表水泵供给冲洗液在孔内循环，
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第一节 冲洗液孔底反循环钻进取心
喉管尺寸的选择： 喉管直径d2
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喉管直径d2必须大于喷嘴直径d0， d2越大，返水性能越好。 但受孔径和射流能量的限制，不能太大。d2 =(1.5～3)d0。
喉管长度L2：根据经验一般选取：L2=（1.2~1.7）d2
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喷嘴大口直径D：喷嘴d0与β确定以后，为使喷嘴中的流速收 缩不致过急而影响流量系数，喷嘴出口d0与上端进口D，必须保持 一定的比例关系，一般两直径的比值不得小于1／4. 喷嘴长度L0：按水力学介绍，当喷嘴收敛角β=13度～15度时， 最好的喷嘴长度为：L0=2.2（D- d0）+ d0
钻进产生大量岩粉的软的和中硬的岩矿层时，不用喷射式钻具。