工程钻探与取样技术复习重点

工程钻探与取样技术复习重点第一章·绪论①探矿工程概念探矿工程是一门研究如何按照一定目的和要求，运用适当的设备，采取相应的工艺措施，以最优的方式钻出一定孔径和深度的孔（井）的学科。

②钻探工程的应用范围1.地质勘探工作(1)普查找矿钻探：揭露表土，探查基岩性质及产状，了解地层及地质构造，验证物探资料(2)矿产勘探钻：详细查明一个矿区的地质构造，探明矿体的产状、品位，矿产的储量(3)水文地质钻探：查明地下水的赋存状态，水质水量及其运动规律(4)工程地质钻探：查明桥基、坝基、路基或水库、港口及大型设备、高层建筑的地质基础和地基承载能力(5)油、气田钻探：勘探石油及天然气等矿产2.开采矿产资源工作(1)为民用和工农业用的普遍水资源的开采(2)为民用取暖和工农业用的热水资源的开采(3)为开发能源而在陆地和海洋上进行的石油和天然气的开采钻井(4)为开发地热资源的钻井(5)为开发固体矿产进行露天开采的爆破孔3. 工业工程施工工作(1)大型桥墩建筑，“管柱”建墩(2)为了解地面升降情况及其变化规律，进行专门的标（基岩标及分层标）孔钻孔(3)为了加固水坝，增强地基，防止渗漏的连续墙(4)为高层建筑加强地基的大量基桩孔(5)铺设各种管道的技术孔(6)矿山各种辅助设施孔(7)军事工业的导弹发射孔(8)代替开凿隧道的大直径井③钻孔三要素根据钻探的目的、钻探地点的地质条件等因素确定三要素，钻孔直径、钻孔深度和钻孔方向。

④钻孔结构的概念钻孔结构是指钻孔由开孔至终孔，孔身口径的变化。

换径次数越多，钻孔结构越复杂，换径次数越少，则钻孔结构越简单。

第二章·岩石物理力学性质及可钻性①岩石可钻性的概念及其影响因素概念：岩石可钻性是钻进过程中岩石抵抗破碎的强度，表示岩石破碎的难易性。

影响因素：岩石的基本特性，包括岩石的成分、颗粒度、颗粒间的联系方式、岩石的结构和构造，钻进技术条件和钻进工艺参数，包括钻进方法、钻进质量、钻进规程。

②岩石可钻性的测定方法1.机械钻速分级（实钻法）在规定的设备和技术条件下，现场进行实钻所得到的纯钻进速度作为可钻进性分级的指标，需要增加回次长度值作为辅助指标。

2.摆球硬度分级法摆动钢球冲击岩石，由于能量转换与消耗，要回跳一定次数，每次的回弹角逐渐减小，直至为零。

以回弹次数表征岩石的动载硬度。

仪器简单，操作方便，岩样两端抛光工艺复杂。

3.压入硬度分级法模拟了牙轮钻头碎岩方式，在中硬以下地层相关性较好。

4.微钻法用小直径钻头在小型实验台上钻进，取平均钻速为可钻性分级指标。

③岩石可钻性的意义1.为钻孔施工设计提供依据；2.为钻进生产定额提供依据；3.促进新技术的推广。

第三章·岩心钻探钻进方法—硬质合金钻进①硬质合金钻进碎岩过程在硬质合金钻进的过程中，钻头体上所镶嵌的硬质合金切削具主要受到轴向压力和水平回转力两个力的作用，当轴向压力达到一定值后，切削具对岩石的单位压力，超过了岩石的抵抗压入强度，切削具便切入岩石一定深度。

同时，在回转力的作用下，也向前推挤岩石。

如果岩石较脆，则受力体被剪切推出；如果岩石是塑形的，则切削具前部的岩石被削去一层。

切削具在轴向压力和水平回转力的双重作用下，使孔底呈螺旋状不断加深。

②硬质合金钻进的特点及其应用范围特点：(1)钻进时工作平稳，岩心采取率较高，钻探质量易于保证；(2)钻头结构可以根据地层情况灵活改变，钻进效率高；(3)操作简便，钻进规程参数易控制；(4)硬质合金钻头便宜，镶焊工艺简单，修磨方便；(5)应用范围不受孔深、孔径及孔向限制(6)硬质合金硬度有限，强度和耐磨度尚显不足，在坚硬岩层中钻进时效率不高，钻头寿命短。

应用范围：硬质合金钻进主要用于1~7级岩石及部分8级岩石。

③硬质合金切削具的形状、规格1.片状有短片状、直角片状、菱形片状。

片状切削具刃薄易于切入和切削岩石，但抗弯能力低，主要用于钻进Ⅰ~Ⅴ级软岩，他在钻头上出刃应大些。

2.柱状有方柱状和八角柱状。

柱状切削具抗弯、抗压的能力较强，主要用于Ⅵ~Ⅶ级中硬岩石。

3.针状主要用来制造自磨式钻头，在中硬及硬岩层或研磨性岩石中使用。

④硬质合金切削具出刃的概念、类别概念：为了使切削具顺利地切入岩石，使冲洗液的畅通以及减少钻头体的磨损，切削具必须突出于钻头体，此突出部分称为出刃。

类别:分为内出刃、外出刃和底出刃内、外出刃是使钻具与岩心、钻具与井壁之间留有间隙、保持一定的井径和岩石直径的依据。

中硬岩石，内、外出刃可取1.0~1.5mm。

软岩，可取2~3mm。

底出刃是用来尅取井底岩石。

中硬岩层，底出刃可取2~3mm，软岩可取3~5mm。

⑤切削具镶焊形式及其应用镶焊形式：直镶、正斜镶、负斜镶应用：软岩中，应选用正斜镶；脆性及较硬岩石中，切削具主要是按压碎和剪切作用破碎岩石，尤其是在钻具转速较快而钻速较慢的情况下，采取直镶式或者小角度负斜镶式，抗磨性能好且岩屑可排；考虑到切削具镶焊的方便性，使切削具镶焊成正、负一定角度比较困难，如无特殊必要选用直镶。

⑥切削具排列方式及排布时考虑的因素排列方式：单环排列、多环排列、密集排列等考虑因素：(1)成组排列，每组完成一个环隙宽度切削；(2)前切削具为后切削具创造更多自由面，利于碎岩；(3)尽量提高抗磨能力使磨损均一，避免局部磨损过甚影响整体；(4)便于排除岩粉，减少岩屑对切削具的磨损，避免重复碎岩。

⑦硬质合金钻进的规程参数1.钻压钻压是回转钻进保证有效破碎井底岩石的必要参数，并由岩石性质、钻头直径、钻头类型、钻孔深度、钻具强度等因素来决定。

2.钻速在单位时间内，钻头转速愈多，则破碎岩石的机会也愈多。

在一定条件下，提高转速可以增大钻速，但是，对于一定的岩石，都有一个最优的极限转速，在此转速之前，钻速随转速增大而增大；超过此转速后，增加转速不能有效提高钻速。

3.泵量送入足够的冲洗液是保证孔底清洁，确保安全钻进的重要因素。

一般来说，冲洗液有携带岩粉、冷却钻头、辅助破碎岩石的作用，但冲洗液过多，会产生浮力降低轴向压力，岩层松软时甚至会冲毁岩心和冲垮孔壁。

4.P、n、Q参数间的配合在转进过程中，钻压、泵量和钻速是相互配合的。

对于同一种岩石，钻压不同，转速最优值也不同。

软岩钻进，尽量加大转速及增加泵量；中硬及硬岩钻进，钻压尽可能大，转速、泵量适当。

第四章·岩心钻探钻进方法—钢粒钻进①钢粒钻进概念钢粒钻进是未镶有切削具的钻头刚体压住不与钻头钢体镶在一起、呈自由状态、尺寸不大的钢粒，并带动它们在孔底翻滚而破碎岩石的钻进方法。

②钢粒钻进的优缺点优点：(1)可以破碎比钢粒本身硬度更大的岩石；(2)可以不起钻更换切削工具，回次进尺长。

缺点：(1)钢粒在孔底运动轨迹随机性很大，限制了钻速的大幅度提高；(2)碎岩切削面积大，岩心细、孔径不均匀，影响钻孔质量；(3)钢粒不固定在钻头，受自重作用，只适用于75°~90°的直孔或斜孔；(4)小口径钢粒钻进时，岩心太细，口径不得小于75mm，常用为91mm和110mm。

③钢粒钻进的规程参数1.钻压保证钢粒在孔底工作时有足够压力是钢粒破碎岩石的必要条件。

钻压过大，会引起钻杆折断、钻孔偏斜、压偏压碎钢粒；钻压不足，造成钢粒破碎岩石不完全，不能充分发挥体积破碎作用，钻进效率降低。

钻压保证了钻头底唇有一定的变形和摩擦力，从而产生足够的连系力，是钢粒在孔底运动的重要因素。

2.钻速转速关系到钢粒在孔底运动的速度和尅取岩石的频率。

硬度大的岩石，采取较低转速；硬度较低的岩石，采取较高转速。

3.泵量泵量主要根据钻头直径、钢粒大小、水口面积、投砂量等因素决定。

其原则是：不冲跑井底正常工作的钢粒，又能排除岩粉和失效钢粒，是钢粒钻进的关键。

4.投砂方法及投砂量常用方法：一次投砂法、结合投砂法、连续投砂法。

投砂量过多，使钢粒和钻头消耗增加，不仅影响进尺，浪费材料，而且钻孔易发生较大的偏斜，岩心采取率也要降低；投砂量过少，钢粒很快磨完，使回次进尺减少，岩心底端变粗，容易堵塞。

④钢粒钻进确定泵量大小的原则原则：不冲跑井底正常工作的钢粒，又能排除岩粉和失效钢粒。

冲洗液量过大，冲洗孔底干净，但是可能冲走未失效的钢粒；冲洗液量过小，排不出岩分和已失效钢粒，影响钻进效率，甚至引起卡钻埋钻事故。

⑤钢粒钻进的投砂方法常用方法：一次投砂法、结合投砂法、连续投砂法。

一次投砂法：在回次钻进前将所需钢粒量一次投入孔内。

缺点：回次之初，钢粒堆积过多，孔径扩大，岩心过细。

结合投砂法：在回次钻进前先投入孔内所需钢粒量的50％，所剩余的钢粒量在回次中分2~3次投入。

缺点：改善了孔径过大，岩心过细，但操作麻烦，需中途停车补砂。

连续投砂法：利用连续投砂器，在钻进过程中不断送砂。

缺点：投砂器不可靠，砂量不稳定。

第五章·岩心钻探钻进方法—金刚石钻进①金刚石钻进的碎岩过程金刚石钻进不同岩石，采用不同类型的钻头和不同的钻进参数。

表镶金刚石钻头：破碎硬脆性岩石的方式主要为压裂、压碎加体积剪切；破碎中硬岩石，主要为切削方式，压裂破碎为辅。

孕镶金刚石钻头：观点一，磨削碎岩；观点二，与表镶钻头类似。

②金刚石钻进的优点和不足优点：1.钻进效率高：比钢粒钻进小时效率高一倍，台月效率高50%以上。

配合一定的技术条件，效率可更高。

2.钻孔质量好：岩矿心采取率高，代表性好；钻孔弯曲度高。

3.设备工具轻：全套设备比钢粒钻进轻一倍左右，更有利于高山地区和交通困难地区进行钻探施工。

4.劳动强度低：钻进口径小，钻头回转扭矩小，升降钻具时钻杆易拆卸，且设备轻便，运输、拆装强度低。

5.孔内事故少：孔径小，岩粉少，冲洗液流速快，孔内清洁，不易发生卡埋事故，钻杆与孔壁间隙小，折断易打捞。

6.钻探成本低：钻进机械效率和生产效率高缺点：1.遇到破碎、裂隙发育地层，金刚石容易崩裂，岩心堵塞；2.遇极强研磨性地层，钻头寿命短；3.软地层中使用，经济性较硬质合金钻进差。

③金刚石钻头的组成金刚石钻头由金刚石、胎体和钻头体组成金刚石是钻头的刃部，对于表镶钻头，金刚石镶嵌在胎体的表层，按照镶嵌位置的不同，分为底刃、边刃、侧刃金刚石。

胎体是钻头底部包镶金刚石的一圈假合金，主要功用是牢固包镶金刚石颗粒和牢固地与钻头刚体焊接在一起。

钻头体是指钻头的刚体部分，用中碳钢制成。

④金刚石排布应遵循的原则表镶金刚石排列遵循的原则：(1)保证岩粉能排除，避免重复破碎及岩粉对金刚石的磨损；(2)保证孔底截面全被破碎，不留空位；(3)有足够的充满度（密度），即胎体表面应有足够金刚石；(4)每颗金刚石的尅取工作量相等。

⑤孕镶金刚石钻头胎体应具有的性质1.钻头胎体性能应与岩性相适应；2.胎体耐磨性应适中，过高时金刚石不出刃，过低时金刚石过早脱落破裂。

⑥金刚石钻进的规程金刚石钻进应以高转速为主的钻进规程1.钻压机械钻速在一定限度内与钻头压力的增大成比例地增长,且钻压有一个最佳值。