第四讲钻探设备及工艺

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三、钻探施工过程
2、钻探施工的主要工序
钻进现场布置图见图2.1所示。 钻进按下列工序进行： 用升降机把钻具下入孔内； 连接好所有接头，开泵； 给钻具加压，并带动其回转，破碎岩石； 提钻取心或更换钻具； 下钻继续钻进； 钻进一段时间后及时测斜； 提出全套钻具，停钻； 封孔。
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三、钻探施工过程
1、钻孔的概念
钻孔是从地表(或坑道中)向岩石中开凿的圆形断 面的空间，一般具有较小的直径和较大的深度。直径 在25～500mm之间，称为钻孔。钻孔的深度从数厘米 到数千米，目前的钻孔深度已超过10000m。
钻孔包括孔口、孔底、孔壁。
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二、钻机的类型
用于岩心钻探的钻机分为：机械式钻机(包括立轴式钻 机和转盘钻机)、全液压钻机。
当然还有旋挖钻机、车装钻机、履带式钻机。
(二)钻探方法的分类
6、根据破岩形式分类 (1)物理方法破岩：①高温（1400℃～3500℃）、高压
（200~250MPａ）破岩；②用超声波和低声波破岩； ③用爆破、高压水射流等方法破岩。 (2)化学方法破岩：此法使用较少，如溶解、软化岩石 等。 (3)机械方法破岩：使用最为广泛，其分类如图2.5所示。
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2.2 钻探设备
2.2.1 钻 机 2.2.2 泥 浆 泵 2.2.3 动 力 机 2.2.4 钻塔及其附属设备 2.2.5 其它设备
2.2.1 钻 机
一、钻探工艺对钻机功能的基本要求
1、提供使钻杆柱及碎岩钻具(钻头)破岩所需的回转动力； 2、提供钻具克入岩石的压力，并能调节； 3、具有起下钻具的能力。
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(二)钻探方法的分类 8、根据冲洗液循环方式分类
冲洗液正 循环钻进
全孔反循 冲洗液反 环钻进 循环钻进 孔底局部反
循环钻进
钻孔冲洗液的循环方式
示意图如图2.6所示。
图2.6 钻孔冲洗液的循环方式
a-全孔正循环；b-全孔反循环；c-孔底局部反 循环.1-来自泵；2-往冲洗液沉淀系统
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冲击钻进
手动冲击钻进
机械冲击钻进 手动回转钻进
冲击器钻进 钻机钻进
液动冲击器钻进 风动冲击器钻进
硬质合金钻进
回转钻进 机械回转钻进 钻粒钻进 金刚石钻进
转盘钻进 深井回转钻进
涡轮钻进
螺旋钻进 其它 震动钻进
井底发动机钻进 螺杆钻进 电钻进
冲击回转钻进
图2.5 机械破碎岩石的钻探方法分类
第二章 钻探设备与工艺
2.1 钻探方法的选择 2.2 钻探设备 2.3 钻探工艺
2.1 钻探方法的选择
一、钻探工程的定义
钻探工程是用一定的工具，在地壳内按着 一定的工艺破碎岩土体并取岩土试样的整个过 程，这项工程的结果即地壳内的钻孔。
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二、钻探工程的发展简史
1、中国古代盐井钻凿技术发展时期
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四、钻探工程的应用范围和分类
(一)应用范围
1、地质勘探：普查找矿钻探；矿产勘探钻探；水文地质钻探； 工程地质钻探。
2、开采矿产资源钻探：打水井；石油(天然气)钻探；盐井钻 探。
3、煤矿井下钻探：地质勘探钻探；瓦斯抽放钻探；排放水钻 探；锚杆锚索钻探；救援钻探。
4、工业钻探：加固建筑物的基桩孔；建大桥的大直径(桥墩施 工用空间)钻孔；以测量地面沉降精确变比资料的标孔；加 固水坝、防漏水的防渗漏墙；利用钻孔灌注水泥防治地质灾 害(地面锚索、杆孔)；铺设管道、电缆的技术孔；矿山的竖 井、通风井及多种辅助井；代替开挖隧道打大断面的地下坑 道；用于军事，如导弹的发射井。
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(二)钻探方法的分类 7、根据钻进使用的冲洗液分类 清水钻进； 乳化液钻进； 泥浆钻进(含加重泥浆)； 饱和盐溶液钻进(钻盐井，以防溶解岩心和孔壁)； 空气钻进； 泡沫钻进； 雾化钻进； 充气泥浆钻进(降低泥浆比重，以防漏失)。
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③第三阶段——小口径深井钻凿工艺的完善和提高时 期(明清)。
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2、近代与现代钻探发展过程
①钻探工程用途越来越广，钻探工程量逐年上升(局 部时期徘徊或下降)；
②钻探设备种类越来越多，功能更多，性能更佳； ③钻头等钻具品种种类越来越全，性能越来越优； ④钻进方法越来越多，越来越先进； ⑤中国与发达国家在钻探领域的技术差距较大。
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四、钻探工程的应用范围和分类
(二)钻探方法的分类
5、根据钻孔布置方法分类——丛状钻探 (图2.2)、多井 筒钻探(图2.3)、多孔底钻探 (图2.4)。
图2.2 丛状布孔
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图2.3 多井筒布孔 图2.4 多孔底布孔
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四、钻探工程的应用范围和分类
①第一阶段——大口径浅井时期：从公元前255年至 公元1040年(自秦至宋初)。
李冰任蜀郡太守后，率领人民兴修都江堰工程的过程 中，发现了多处盐泉，通过认真考察，初步掌握了水文地 质条件，并创造性地运用大口径水井开凿方法，成为了开 凿我国第一口盐井的开拓者。
②第二阶段——小口径深井发明与推广时期：公元 1041－1048年(北宋庆历年间)。
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图2.1 钻探现场布置全貌图
1-钻头；2-岩心；3-岩心管；4-异径接头；5-钻杆柱；6-固定空口管；7-钻机；8-回转器； 9-卡盘；10-提引水龙头；11-游动滑车；12-游动钢绳；13-天车；14-钻塔；15-钻机房；
16-升降机；17-高压胶管；18-泵；19-电动机；20-循环槽；21-沉淀池；22-泥浆池； 23-吸水管；24-拉力表；25-出水管
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(二)钻探方法的分类
1、根据钻进时取心的特点分类——岩心钻探和不取心 (无岩心、无心、全面)钻探。
2、根据钻孔用途分类——按钻探的应用范围分出相应 类型。
3、根据钻孔中心线的倾角和方位角分类——垂直孔(上、 下垂)、下斜孔、上仰孔、水平孔。
4、根据钻孔位置的分类——地表钻探、水上(河、湖、 海)钻探、地下坑道钻探。