岩心钻探工艺.pptx
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岩心钻探工艺
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岩心钻探工艺
唇面状态与钻速
唇面状态
唇面状态
0
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钻速
钻速
钻压过小
0 时间
钻压适中
时间
钻压对钻速、钻头唇面状态的影响
岩心钻探工艺
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岩心钻探工艺
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岩心钻探工艺
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岩心钻探工艺
过度磨损 • 钻速过快（切入量大） • 钻压过大或转速过低 • 冲洗液流量过小 • 钻头胎体太软
Reference SPE paper 28908.
• Eliminating or reducing fishing operations costing from 10 to 50,000 USD per day
• Improving drilling efficiency: more footage per bit, less trips in and out.
3、提钻回灌（最好养成习惯）
4、提下钻过程中的阻力变化
5、操作要平稳（提下钻速度、钻杆的摆放等） 6、丝扣油、护丝接头、拧卸操作（浮动、自由钳、 上扣扭矩） 7、检查钻杆（丝扣、裂纹、弯曲、磨损、密封）
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岩心钻探工艺
取心操作
1、卡簧取心—卡簧尺寸（每次仔细测量、用上回 次岩心试验），卡簧自由内径应比钻头内径小0.3～ 0.5mm（岩心、煤炭规程） 2、采用立轴或动力头实现“提—卡—扭”，严禁 取心钻具的内管受力 3、绳索取心—钻具组装与调试（单动性、卡簧座 间隙、报信机构等）、投放到位、提升速度与阻力 （0.5m/s～2m/s）、钻杆内壁结垢、干孔投放等
Ø N1 +N2基本上都消耗在钻柱-井眼部分，对钻柱 和井壁构成危险
岩心钻探工艺
唇面状态与钻速
唇面状态
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钻速
钻速
钻压过小
0 时间
钻压适中
时间
钻压对钻速、钻头唇面状态的影响
岩心钻探工艺
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岩心钻探工艺
过度磨损 • 钻速过快（切入量大） • 钻压过大或转速过低 • 冲洗液流量过小 • 钻头胎体太软
Reference SPE paper 28908.
• Eliminating or reducing fishing operations costing from 10 to 50,000 USD per day
• Improving drilling efficiency: more footage per bit, less trips in and out.
3、提钻回灌（最好养成习惯）
4、提下钻过程中的阻力变化
5、操作要平稳（提下钻速度、钻杆的摆放等） 6、丝扣油、护丝接头、拧卸操作（浮动、自由钳、 上扣扭矩） 7、检查钻杆（丝扣、裂纹、弯曲、磨损、密封）
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岩心钻探工艺
取心操作
1、卡簧取心—卡簧尺寸（每次仔细测量、用上回 次岩心试验），卡簧自由内径应比钻头内径小0.3～ 0.5mm（岩心、煤炭规程） 2、采用立轴或动力头实现“提—卡—扭”，严禁 取心钻具的内管受力 3、绳索取心—钻具组装与调试（单动性、卡簧座 间隙、报信机构等）、投放到位、提升速度与阻力 （0.5m/s～2m/s）、钻杆内壁结垢、干孔投放等
Ø N1 +N2基本上都消耗在钻柱-井眼部分，对钻柱 和井壁构成危险
钻探工艺PPT课件
14
钻孔弯曲度测量与孔深较正
钻进过程中，每钻进50m测量钻 孔弯曲度并丈量钻具；
下套管前，进出矿体时及终孔后 各增加一次，钻孔弯曲度和丈量钻 具应同时进行，发现超差应及时采
取有效措施。 测量结果要及时填写到原始班报
表的相应位置。
15
预防钻孔弯曲的措施
•
地表机械设备应经过检查，稳固可靠。
• 确保安装质量，保证“天车、回转器、孔口”三点一线 。
是否合理：钻速、钻头的总进尺和单位进尺金刚石的 耗量。
钻头唇面形状：平底形、圆弧形、半圆形、单阶梯形、多 阶梯形、锥形、锯齿形、单双块形、交错 块形、薄壁形、阶梯形底喷式、喇叭口形
8
金刚石绳索取心钻进
• 优点：提高钻进效率，提高岩矿心采取率，延长钻头寿
命，有利于孔内安全和钻穿复杂地层，减轻了劳动强度。
• 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接，其中心线应一致。
•
换经时导正管长度要大于4m，第一回次的小径岩心管 长度要小于1m。
16
降低孔深误差的措施
• 钻机场使用的铁尺应保持两端平 齐，刻度准确、清楚，并定期校 正。
• 丈量机上余尺时钻柱应停止回转 ，基准点要一致，并应准确丈量 ，及时记录。
18
做好原始班报表记录的措施
记录员应在现场认真、及时 的填写好各项数据，不允许
下班后追记、补记。 班长、机长（或综合记录员 ）要及时校对原始记录，发
现错误立即修正。
19
简易水文观测
按要求认真填写简易水文班报表，每回 次取出内管后，投放内管前各测量水位 一次，间隔时间应大于5分钟，并测回 次进尺时冲洗液的消耗量。详细记录孔 内涌水、掉块、坍塌、卡钻、埋钻、烧 钻、溶洞的详细位置或起止时间，应及 时记录其孔深，并全取溶洞充填物。终
钻孔弯曲度测量与孔深较正
钻进过程中，每钻进50m测量钻 孔弯曲度并丈量钻具；
下套管前，进出矿体时及终孔后 各增加一次，钻孔弯曲度和丈量钻 具应同时进行，发现超差应及时采
取有效措施。 测量结果要及时填写到原始班报
表的相应位置。
15
预防钻孔弯曲的措施
•
地表机械设备应经过检查，稳固可靠。
• 确保安装质量，保证“天车、回转器、孔口”三点一线 。
是否合理：钻速、钻头的总进尺和单位进尺金刚石的 耗量。
钻头唇面形状：平底形、圆弧形、半圆形、单阶梯形、多 阶梯形、锥形、锯齿形、单双块形、交错 块形、薄壁形、阶梯形底喷式、喇叭口形
8
金刚石绳索取心钻进
• 优点：提高钻进效率，提高岩矿心采取率，延长钻头寿
命，有利于孔内安全和钻穿复杂地层，减轻了劳动强度。
• 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接，其中心线应一致。
•
换经时导正管长度要大于4m，第一回次的小径岩心管 长度要小于1m。
16
降低孔深误差的措施
• 钻机场使用的铁尺应保持两端平 齐，刻度准确、清楚，并定期校 正。
• 丈量机上余尺时钻柱应停止回转 ，基准点要一致，并应准确丈量 ，及时记录。
18
做好原始班报表记录的措施
记录员应在现场认真、及时 的填写好各项数据，不允许
下班后追记、补记。 班长、机长（或综合记录员 ）要及时校对原始记录，发
现错误立即修正。
19
简易水文观测
按要求认真填写简易水文班报表，每回 次取出内管后，投放内管前各测量水位 一次，间隔时间应大于5分钟，并测回 次进尺时冲洗液的消耗量。详细记录孔 内涌水、掉块、坍塌、卡钻、埋钻、烧 钻、溶洞的详细位置或起止时间，应及 时记录其孔深，并全取溶洞充填物。终
第三讲 岩心钻探工艺
第三讲岩心钻探工艺第一部分：钻进基本知识一、钻孔结构1、定义：指由开孔至终孔，孔身口径及长度的变化。
亦即钻孔的技术剖面。
2、内容：包括钻孔口径、换径次数、下套管层数、管径、长度及换径深度、套管底部止水封固方法等。
3、要求：在保证钻孔质量和安全的前提下，尽可能采用优质泥浆、水泥浆或化学浆液护壁堵漏，力争少换径，少下或不下套管，最大限度地简化钻孔结构。
4、下套管的目的：隔离复杂地层。
5、在下列情况下，往往需要换径和下入套管：①钻进松散的砂砾石层、流砂层，受地下水影响泥浆护孔无效时。
②穿过较厚的节理裂隙发育的破碎带，坍塌掉块严重，采用泥浆或其它护孔方法无效时。
③钻孔遇到含水构造与大裂隙贯通，严重漏水，用其它方法止水无效时。
④钻孔达到一定深度后，为了适应设备负荷的能力可换径钻进。
6、钻孔结构的选择因素岩石性质、水文地质条件、终孔口径、钻孔深度、钻进方法、钻孔用途、护孔措施、施工设备等。
7、钻具级配：钻杆直径与钻孔直径（钻头直径）的配合关系。
它反映了孔壁间隙的大小，对钻杆的工作状态、冲洗液的流动、钻具回转阻力的大小都有重要影响。
二、钻进基本知识1、钻进方法：向地下钻孔时，破碎孔底岩石的方法和技术措施的总称。
2、钻探工艺：如何利用一定的设备和工具来破碎岩石（土层），在地层中造成一个有一定直径和深度的圆滑规则的钻孔，并采取一定的技术措施以保证钻进工作顺利进行的全部工作。
3、钻进方法分类①根据破碎岩石的外力和方式不同，分为回转钻进、冲击钻进和冲击回转钻进等；②根据碎岩工具（磨料的材质）不同，分为硬质合金钻进、钢粒钻进、金刚石钻进等；③根据冲洗循环方式不同，分为正循环、反循环和孔底局部反循环钻进。
④根据是否取心分为取心钻进和全面钻进。
4、如何选择钻进方法：主要根据岩石的物理机械性质选择钻进方法。
①软的和部分中硬岩层，选用硬质合金钻进；②部分中硬至硬的岩层，选用针状合金、金刚石复合片或钢粒钻进；③中硬至坚硬岩层，选用金刚石、钢粒或潜孔锤钻进。
钻探工艺技术 第六章 岩(矿)心采取
第二节 影响岩(矿)心采取质量的因 素
• 回次时间和回次长度对岩(矿)心的破坏都有影响。 一般来说，回次时间越长，回次进尺越多，则岩 (矿)心被破坏、磨损、分选和污染的机会也就越 多，相应会降低岩(矿)心的采取率、完整度和纯 洁性，增加选择性磨损，尤其是硬、脆、碎地层， 影响更大。 • 总之，不同的钻进技术参数对岩(矿)心采取质量 有很大的影响。因此，对钻进技术参数选择，既 要考虑提高钻进速度的要求也要考虑取心的需要。
第二节 影响岩(矿)心采取质量的因 素
• 冲洗液量过大，流速增加，冲刷力也大，会加剧 岩(矿)心被冲毁和磨耗的破坏作用。循环方式的 不合理，也会造成岩(矿)心被冲刷破坏和重复磨 损。 • 冲洗液中的某些成分对有的矿种岩(矿)心有污染 作用。采用清水和普通泥浆钻进盐类矿床时，矿 心会受到淋滤与溶蚀。 • 钢粒钻进，投砂量过多，钢粒直径过大，易扩大 孔径和磨细岩(矿)心，加大钻具振动幅度，加剧 岩(矿)心的破坏。
第六章 岩(矿)心采取
第一节 对岩(矿)心采取质量的基本要求 第二节 影响岩(矿)心采取质量的因素 第三节 采取岩(矿)心的一般方法 第四节 双层岩心管取心 第五节 绳索取心
第一节 对岩(矿)心采取质量的基本 要求
一、岩(矿)心在地质勘探中的意义
•
采取岩(矿)心是岩心钻探的主要目的，是检验钻孔质量 的一项重要指标。通过对岩(矿)心的观察、鉴定、化验 和分析，可以了解矿体的埋藏深度、厚度、产状、分 布规律、矿物组成、矿石品位、化学成分、矿物与岩 石的结构构造，矿石的选冶性能和水文地质特性等。 由此可见，岩(矿)心采取数量的多少，品质的好坏，直 接影响判断地质构造，评价矿产资源，提交矿产储量 和矿山开采设计的准确性和可靠性。因此，在钻探施 工中，不仅要求提高钻进效率，而且要求重视采心质 量，力求准确地从钻孔中采取能够全面代表相应孔段 岩(矿)层的岩(矿)心，在数量上要有足够的体积，在质 量上能够保持原生结构和含矿品位。即保证取上的岩 (矿)心具有最大的代表性。
金刚石绳索取心钻探技术ppt课件
具体确定钻压时，应分别对待:
1、岩石性质：
2、钻头类型： 3、金刚石： 4、克取岩石的面积： 5、施加钻压的阶段性（磨合和正常钻进） 6、有关孔内压力的传递问题（钻孔深度、冲洗 液、转速对钻压的影响）
• 转速
转速；影响金刚石钻进的另一个重要因素。在一 定条件下，转速越快，钻速越高。转速与金刚石的磨 损关系比较复杂。若其它条件正常，二者之间存在一 个合理值，即在某一转速下，金刚石磨损量为最小。 转速过大或过小，金刚石的磨损量都较小。
• 金刚石钻进规程参数
评定金刚石钻进规程的主要依据：钻速、钻头总进尺和单 位进尺的金刚石耗量三个指标。（钻压）
不同钻压下转速与钻速的关系
表镶金刚石钻头的钻压P
P=Gp （kg or dN）
式中 G—钻头上的金刚石粒数； p—单位金刚石上允许的压力，Kg/粒。 对细粒金刚石： p约1-1.5 Kg/粒;对中粒: p约1-1.5 Kg/粒; 对粗粒金刚石: p约2-3 Kg/粒; 特优级金刚石: p约5 Kg/粒;
• 合理选择金刚石钻头
选用不当存在的问题：
选用的一般原则： 孕镶钻头：坚硬、致密、弱研磨性（优质金刚石、较 低的金刚石浓度），均匀性差、完整度差、破碎地层（金 刚石浓度高、胎体硬度大）； 表镶钻头：硬度较低、完整岩层；
PCD或PDC钻头：中硬及中硬以下岩石；
从钻头唇面形状： 岩石坚硬、致密、研磨性小者，应选择接触面积小的 同心的或交错的尖齿形或梯齿形唇面；钻裂隙的、软硬互 层、研磨性的岩层，应用内外径补强、耐磨性好的半圆唇 面；当钻进倾角大、易斜的岩层，应选用阶梯形或锥形唇 面，以便钻头起导正作用。
金刚石取心钻探技术
金刚石钻头、扩孔器 金刚石绳索取心钻具 金刚石钻进工艺
钻探工艺学课件.ppt
（a）等应力线图；（b）应力状态特征 Ⅰ－压应力区；Ⅱ－拉应和切向载荷作用于岩石上。
弹性力学研究表明：只有轴向力单独作用于压头时，弹性半无限体内 等应力线分布是均匀的、对称的（如图2－15）。而轴向力和切向力 共同作用时，等应力线分布则是非均匀的、不对称的（如图2－16）。 在接触面上，切向力作用的前方将产生压应力，而切应力作用的后方 则产生拉应力，在半无线体内（如图2－16(b)所示），形成正应力区 （Ⅰ）、拉应力区（Ⅱ）和过渡区（Ⅲ） 。由此可以推知，在兩向 载荷作用下，碎岩工具对岩石的作用具有以下的特点：
1.3.2、强度性质
（Strength properties）
• 岩石强度：岩石在载荷作用下变形到一定程度 就发生破坏。破坏前岩石所能承受的最大载荷， 单位面积上的最大载荷。根据受力条件不同， 岩石强度又可分为抗拉强度、抗弯强度、抗剪 强度、抗压强度。有单向应力状态下的强度， 多向应力状态下的强度。
沉积岩：在地表条件下母岩风化剥蚀的产物，经搬迁、沉 积和硬结等成岩作用而形成的岩石。组成沉积岩的物质成分有 颗粒和胶结物两大类。
变质岩：沉积岩或变质岩本身在地壳中受到高温高压及化 学活动性流体的影响而变质形成的岩石（原岩成分和变质岩特 有的，如石墨、滑石，蛇纹石，硅灰岩等）。
二、岩石的结构与构造
岩石的微观组织特征，即岩石的结构，它与矿物粒度的 大小、形状和表面特征有关，反映了岩石非均质性和孔隙性。
• 用岩石力学性质评价岩石的可钻性 • 用实钻速度评价岩石的可钻性 • 用微钻速度评价岩石的可钻性 • 用碎岩比功评价岩石的可钻性
1.4.2 划分岩石可钻性的具体方法
(Methods for classification of rock drillability)
弹性力学研究表明：只有轴向力单独作用于压头时，弹性半无限体内 等应力线分布是均匀的、对称的（如图2－15）。而轴向力和切向力 共同作用时，等应力线分布则是非均匀的、不对称的（如图2－16）。 在接触面上，切向力作用的前方将产生压应力，而切应力作用的后方 则产生拉应力，在半无线体内（如图2－16(b)所示），形成正应力区 （Ⅰ）、拉应力区（Ⅱ）和过渡区（Ⅲ） 。由此可以推知，在兩向 载荷作用下，碎岩工具对岩石的作用具有以下的特点：
1.3.2、强度性质
（Strength properties）
• 岩石强度：岩石在载荷作用下变形到一定程度 就发生破坏。破坏前岩石所能承受的最大载荷， 单位面积上的最大载荷。根据受力条件不同， 岩石强度又可分为抗拉强度、抗弯强度、抗剪 强度、抗压强度。有单向应力状态下的强度， 多向应力状态下的强度。
沉积岩：在地表条件下母岩风化剥蚀的产物，经搬迁、沉 积和硬结等成岩作用而形成的岩石。组成沉积岩的物质成分有 颗粒和胶结物两大类。
变质岩：沉积岩或变质岩本身在地壳中受到高温高压及化 学活动性流体的影响而变质形成的岩石（原岩成分和变质岩特 有的，如石墨、滑石，蛇纹石，硅灰岩等）。
二、岩石的结构与构造
岩石的微观组织特征，即岩石的结构，它与矿物粒度的 大小、形状和表面特征有关，反映了岩石非均质性和孔隙性。
• 用岩石力学性质评价岩石的可钻性 • 用实钻速度评价岩石的可钻性 • 用微钻速度评价岩石的可钻性 • 用碎岩比功评价岩石的可钻性
1.4.2 划分岩石可钻性的具体方法
(Methods for classification of rock drillability)
岩心钻探钻进方法冲击回转钻进PPT课件
① 有阀式潜孔锤
结构：如图所示。
工作原理：由配气机构的阀片控制高压
气体推动冲锤活塞上、下运动实现冲击。
特点：结构比较复杂，加工要求较高，但
排除岩粉的效果较好，故可降低钻头的磨耗 和提高钻进效率。
图7.7 J200B型潜 孔锤
1-接头; 2-钢 垫圈; 3-调整 圈; 4-碟簧; 5节流塞; 6-阀 盖; 7-阀片; 8阀座; 9-活塞; 10-外壳; 11内缸; 12-衬套; 13-柱销; 14弹簧; 15-卡钎 套; 16-钢丝; 17-圆键; 18-密封圈; 19-止逆塞; 20-弹簧; 21磨损片; 22-配 气杆; 23-钻头
② 气动冲击器——以压缩空气为动力介质。这类冲击器习 惯称为“潜孔锤”，在全面钻进钻孔施工中使用最多，如 锚固孔施工。
2021/7/21
工程钻探
9
第9页动使冲锤上下 运动。这类冲击器一般采用端面牙嵌机构、凸轮机构等
将钻具的回转运动变为纵向冲击运动。受工作原理和材料 强度的影响，寿命一直未能取得较大突破，故目前还未大 量进入生产使用。
中硬以下岩石塑性为主，钻压的主要作用是切入岩石碎 岩，钻压宜大。
2021/7/21
工程钻探
23
第23页/共38页
② 转速 n
硬岩主要靠冲击，转速要低，高了只会增加磨损。 软岩主要靠剪切切削，转速可高一点。 金刚石钻头出刃小，冲击作用主要是小冲击功的促进裂 隙发育，钻进还得靠磨削，转速要高。如用孕镶金刚石钻 头进行冲击回转钻进时，应开高转速，一般在500～ 700r/min。
形状及尺寸： 一般采用截面尺寸较大的八角不对称柱状硬合金。
2021/7/21
图7.10 硬质合金柱齿外型图
(a)-楔形齿(K30型); (b)-半球型齿(K40型); (c)-锥球齿(K41型)
结构：如图所示。
工作原理：由配气机构的阀片控制高压
气体推动冲锤活塞上、下运动实现冲击。
特点：结构比较复杂，加工要求较高，但
排除岩粉的效果较好，故可降低钻头的磨耗 和提高钻进效率。
图7.7 J200B型潜 孔锤
1-接头; 2-钢 垫圈; 3-调整 圈; 4-碟簧; 5节流塞; 6-阀 盖; 7-阀片; 8阀座; 9-活塞; 10-外壳; 11内缸; 12-衬套; 13-柱销; 14弹簧; 15-卡钎 套; 16-钢丝; 17-圆键; 18-密封圈; 19-止逆塞; 20-弹簧; 21磨损片; 22-配 气杆; 23-钻头
② 气动冲击器——以压缩空气为动力介质。这类冲击器习 惯称为“潜孔锤”，在全面钻进钻孔施工中使用最多，如 锚固孔施工。
2021/7/21
工程钻探
9
第9页动使冲锤上下 运动。这类冲击器一般采用端面牙嵌机构、凸轮机构等
将钻具的回转运动变为纵向冲击运动。受工作原理和材料 强度的影响，寿命一直未能取得较大突破，故目前还未大 量进入生产使用。
中硬以下岩石塑性为主，钻压的主要作用是切入岩石碎 岩，钻压宜大。
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工程钻探
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第23页/共38页
② 转速 n
硬岩主要靠冲击，转速要低，高了只会增加磨损。 软岩主要靠剪切切削，转速可高一点。 金刚石钻头出刃小，冲击作用主要是小冲击功的促进裂 隙发育，钻进还得靠磨削，转速要高。如用孕镶金刚石钻 头进行冲击回转钻进时，应开高转速，一般在500～ 700r/min。
形状及尺寸： 一般采用截面尺寸较大的八角不对称柱状硬合金。
2021/7/21
图7.10 硬质合金柱齿外型图
(a)-楔形齿(K30型); (b)-半球型齿(K40型); (c)-锥球齿(K41型)
第一章岩芯钻探钻具和设备ppt课件
二、钻机的分类
1．钻机按用途分类 石油天然气勘探与开发钻机 地质勘探钻机 矿山地质钻机 水文地质与水井钻机 工程地质勘察钻机 工程施工钻机
二、钻机的分类
1．钻机按用途分类 石油天然气勘探与开发钻机 地质勘探钻机 矿山地质钻机 水文地质与水井钻机 工程地质勘察钻机 工程施工钻机
二、钻机的分类
1．钻机按用途分类 石油天然气勘探与开发钻机 地质勘探钻机 矿山地质钻机 水文地质与水井钻机 工程地质勘察钻机 工程施工钻机
接箍连接
coupling
接箍
第二节 钻杆柱 drill string/column
三、钻杆柱的材质与要求
≥45﹟钢，少量用铝合金
有足够的接头强度 加重钻杆（钻铤drill collar）
第三节 钻探设备
Drilling Equipments
钻探设备 drilling equipments是指钻探施工中 直接应用的机械设备和装置。 钻探设备包括动力机、钻机、泥浆泵和钻塔等。 动力机 power machine作为通用机械，不属于 本课程范围。 电动机 electric motor 柴油机 diesel engine 空压机 air compressor 钻探设备中，以钻机作为主机来配备其它设备。
钢绳冲击式 钻杆冲击式 立轴式 手把给进式 螺旋差动给进式 手把螺旋差动给进式
全液压动力头式 移动回转器式 机械动力头式
振动钻机
复合式钻机
振动、冲击、回转、静压等功能组合在一起的钻机
二、钻机的分类
2．钻机按钻进方法分类 冲击式钻机
钢绳冲击式 钻杆冲击式 立轴式 手把给进式 螺旋差动给进式 手把螺旋差动给进式 液压给进 钢绳加减压 液压缸加减压
回转式钻机
岩芯钻探工程基本理论知识课件
口径代号 普通岩心钻头外径 普通扩孔器外径 X系列套管外径 X系列套管内径 W系列套管外径 W系列套管内径 套管钻头外径 套管钻头内径 套管扩孔器外径 打入式套管鞋外径 打入式套管鞋内径 钻进式套管鞋外径 钻进式套管鞋内径 套管接箍外径 套管接箍内径
E 46.5 47 45 38 45 37.5 46.5 34．5 47 45 38 46.5 37.5 45 37.5
用法。这种方法在大多数钻孔中都可以使用。 (二).综合使用方式 当K=0.7时，可采用此法。在钻第一个钻孔深度一半 的过程中，把钻杆立根依次标记接到钻杆柱上使用。 在钻进完深度的一半后，提钻时把这些立根依次放于 立根台上待用。而在继续钻进时把其他未用的一半立 根一起下入孔中，在继续向深部钻进时，把原上部用 过的立根按照与原来相反的次序接到钻杆柱上继续使 用。在钻进第二个钻孔时，把钻进第一个钻孔用过的 立根完全按照相反的次序使用。这种方法可以使钻杆 的寿命大大提高。 施工过程中，钻杆接头的拧卸端必须涂丝扣油、垫密 封圈。 使用绳索取心钻杆必须遵守以下规定： （1）、钻杆下孔前，用“通棒”(外径比钻杆内径小
A 60 60.5 58 49 58 48 60 46 60.5 58 49 6O 48 58 48
B 76 76.5 73 63 73 61.5 76 57 76.5 73 63 76 62 73 61.5
N 95 95.5 91 80 91 78 95 75 95.5 91 80 95 79 91 78
钻进方法和工作条件不同钻进工具有不同的种类、 型式。
GB/T 16950-1997 金刚石岩心钻探钻具设备 本标准规定了金刚石岩心钻探钻孔深度在 1500m 以内，适用于不同地层的单层岩心管、 多种设计的双层岩心管以及钻杆、套管的型 式、尺寸、主要机械性能、连接螺纹等技术 内容。 金刚石岩心钻探常规钻具分为单层岩心管、 双层岩心管两大类。口径规格依国际通用的 R,E,A, B,N,H,P,S作为代号，规格代号及对应 的公称口径见表
岩芯授课(幻灯片)
5.圆度(根据岩石颗粒磨圆化程度而定)
• 分棱角状、半棱角状、次圆状、圆状共四级
6.分选
• 分好、中、差三级。 • 好：一种粒度含量大于75%；中等：一种粒度含量大于
50~75%； • 差：各种粒度含量小于50%。分棱角状、半棱角状、次圆
状、圆状共四级
7.胶结程度
• 分五级：松散（散砂）、疏松（手可捻成砂粒）、较疏松 （手能抠下，少见胶结物）、较致密（手抠不动，锤可击 下，胶结物明显）、致密（锤击不易下来，断面可切穿颗 粒，胶结物明显）。
（二）描述内容及顺序
A:砂岩
• 1.岩性描述:层位、井段、厚度、岩性定名（颜色、含油气 级别、岩性）、矿物及岩块成份，含泥、含钙、含碳情况， 粒度、磨圆、分选、胶结物成分，胶结程度，结核、泥砾、 层理、层面特征、韵律、裂缝、擦痕、地层倾角、接触关 系。
• 2.含油、气、水描述
• 含油砂岩出筒时情况，岩心新鲜面油浸颜色，含油饱满程 度，油脂感强弱、油味、含油面积、外渗情况、含水情况 （滴水试验、新鲜面湿润情况、有无咸味、干后有无盐 霜），含油产状，荧光观察（颜色、产状、含量），荧光 试验（滴照、氯仿系列），含油连通情况，含油与岩性、 层理、裂缝等的关系，含油定级。
• 2.描述要定名准确，体现特征，重点突出，层次清楚，标 准统一。
• 3.碎屑岩一般不跨级定名，必要时，前者为副，后者为主。 • 4.含油、气岩心应结合出筒显示与整理时观察的含油、气、
水特征综合描述。 • 5.对含油产状、层理、层面特征、特殊结构、构造、缝洞、
冲刷面等地质现象除文字详细描述外，还应尽可能地绘制 素描图或照片、揭片。 • 6.描述时要注明岩心磨损位置及破碎程度。岩心归位必须 正确。
D.相关标准
钻探设备与工艺ppt课件
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
图2.3 多井筒布孔 图2.4 多孔底布孔
四、钻探工程的应用范围和分类
(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
(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。
空
拧
压
管
机
器
泡 沫 发 生 器
泡 沫 注 入 泵
除砂器
振动筛
2.3 钻探工艺
2.3.1 设备安装与开 孔
2.3.2 硬质合金钻进
2.3.3 冲击回转钻进
2.3.1.1 设备的安装
五、全液压钻机
全液压钻机的特点： 外形和结构与传统机械式钻机完全不同，由三部分组成，
结构简单； 可实现无极调速； 实现无塔升降，能机械自动拧卸钻具； 操作方便，使用工人少； 可实现较远距离操作，操作更加安全，甚至可实现遥控操
作； 但也存在不足：
ａ、消耗功率大，机械效率低； ｂ、液压原件精度要求高，对液压油的质量、过滤精度
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)；
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金刚石岩心钻探工艺技术
地质超深钻探技术国家专业实验室
段用 2011年
关键环节
➢ 钻探技术方案设计 ➢ 安全（设备、孔内、人员） ➢ 钻进速度、回次长度 ➢ 钻井液技术 ➢ 钻进工艺参数（钻压、转速、流量） ➢ 钻头选型及使用 ➢ 操作经验、岗位责任 ➢ 认真学习并遵守《2011钻探规程》
人为 事故 地层
NBIT=N3/ROP
➢ N3-钻头与岩石之间的相互作用 ➢ 在某一时段，可以假设钻头的性能和泥浆
性能变化很小 ➢ 应取决于岩石性质和地层压力 ➢ 当钻遇高压层时NBIT将明显减小 ➢ 当钻头性能变坏时，NBIT将呈增加趋势
对钻柱和井壁安全进行评价
➢ N1 +N2基本上都消耗在钻柱-井眼部分，对钻柱 和井壁构成危险
复杂地层问题
松散软、硬脆碎、水敏地层等 怕振动、怕冲刷、怕磨损
➢ 孔壁稳定（漏失、缩径扩径、坍塌掉块等） ➢ 取心率低（堵心、磨心、脱心） ➢ 孔内事故（断钻、卡钻、埋钻）
➢ 耳闻—反应次之，了解设备运转时的振动情况 ➢ 眼观—反应最慢，钻速、钻压、泵压、电流（扭
矩、功率）、返水情况等
钻进过程的操作
2、平稳起动、平稳调节 3、顺利下钻距孔底约1.0m左右，送水并
轻压慢转扫孔 4、正常钻进时（包括倒杆），严禁中途
将钻具提离孔底 5、浅孔倒杆时，防止冲洗液将钻具浮起
而造成岩心堵塞 6、严禁在钻头提离孔底时高速旋转钻杆，
以防反扣事故
起下钻过程的操作
1、机上余尺的丈量与记录 2、随时观察孔口夹持器工作状态，严禁卸钻杆时 孔内钻杆反转，造成脱扣跑钻事故 3、提钻回灌（最好养成习惯） 4、提下钻过程中的阻力变化 5、操作要平稳（提下钻速度、钻杆的摆放等） 6、丝扣油、护丝接头、拧卸操作（浮动、自由钳、 上扣扭矩） 7、检查钻杆（丝扣、裂纹、弯曲、磨损、密封）
取心操作
1、卡簧取心—卡簧尺寸（每次仔细测量、用上回 次岩心试验），卡簧自由内径应比钻头内径小0.3～ 0.5mm（岩心、煤炭规程） 2、采用立轴或动力头实现“提—卡—扭”，严禁 取心钻具的内管受力 3、绳索取心—钻具组装与调试（单动性、卡簧座 间隙、报信机构等）、投放到位、提升速度与阻力 （0.5m/s～2m/s）、钻杆内壁结垢、干孔投放等
➢ 在一定的条件下，N1 +N2应该存在一个临界值， 保证钻柱和井壁的安全。
➢ 根据N1可以判断井下其它工况如井眼偏斜程度、 泥浆润滑性能等。
钻杆、钻具
➢ 钻杆性能（最大扭矩—厂家测试数据、经 验数据）
➢ 钻杆弯曲、钻杆磨损 ➢ 丝扣油、护丝接头、拧卸操作（浮动、自
由钳、上扣扭矩、密封性） ➢ 钻具单动性、间隙调节、报信机构 ➢ 卡簧匹配
设备
➢ 熟悉钻机、泥浆泵、钻塔、绳取绞车 等主要设备的性能、结构特点、工作 原理
➢ 仪器仪表配备齐全、正常 ➢ 定期检查维护（润滑油、温升、振
动），严禁带病工作
特别对深孔钻机，功率 与孔深的匹配问题？
设备
➢ 钻机—功率配备、转速、扭矩、加压力、提升力 ➢ 泥浆泵—功率、流量、泵压 ➢ 钻塔—额定载荷、最大载荷、高度等 ➢ 绳取绞车—提升速度、提升力 ➢ 仪器仪表—钻压、泵压、电压、电流等 （最好配备钻速、扭矩、流量、转速等）
直径单边磨损
直径均匀磨损
任意每米长度 弯曲
磨损为壁 厚
每米弯曲
硬质合金钻进
<2
<3
<3
<1/3
<2
金刚石钻进
<2
<3
<1
<1/3
<0.75
绳索取心钻进
<1
<1.5
<1
<1/3
<0.75
钻进过程的操作
1、“摸、闻、观”结合，及时发现设备或孔内异 常工况
➢ 手摸—反应最快，了解设备运转时的振动情况、 钻进速度变化等
➢ N2—附加功率消耗
➢ 施加钻压后（下部钻柱发生屈曲而接触井壁，产生摩
擦阻力并引发各种振动）所造成的。主要由钻压、转速、 钻具结构、泥浆性能和井壁状况等因素决定，特别是钻进 规程参数和振动规程的强弱对其影响很大。理论计算或实 际测量都有一定难度。
➢ N3—井底钻头破碎岩石所消耗的功率
主要取决于钻头性能和所钻地层的性质。
A－考虑振动幅值和频率在不同长度上的变化的比例系数
EI－钻杆柱刚度
ｌ１－振动钻柱的长度，一般为150 350米
千瓦
钻机
机械 功率
井深 井斜
钻柱-井眼
钻头-岩石
屈曲 摩阻 振动
WOB RPM 冲洗液 地层情况
总功率消耗N= N1+N2+N3
➢ N1—钻柱空转功率消耗
取决于钻井深度、钻柱结构参数、井斜状态、井身结构、 泥浆性能和转速等。通过理论计算或实际测量而比较容易 获得。
空转功率
1 1000
R1r L
0.3
q g
3
D 2
A 2r 2
3mEI l13
1
2
摩擦系数
R1 钻杆轴单位长度上的压力
回转角速度
r 钻杆轴回转半径（钻杆半径或井筒半径）
钻杆和孔壁的间隙
q
ｍ 钻杆柱重量
D 井筒直径
L 钻杆长度（钻孔深度），米
钻杆的动扭矩（惯 性转矩） 问题
深孔中高速旋转的钻杆 在遇到卡钻时，会产生 较大的动扭矩，造成钻 杆过载或折断。
T
Tj
J
dΩ dt
J mρ2 GD2 4g
Ω 2πn 60
T
Tj
GD2 375
dn dt
煤炭地质钻探规程 岩心钻探规程
表11 管材磨损和弯曲最大允许限度
单位为毫米
钻进方法
钻
杆
岩心管
实时优化决策
NROP=（N - N1）/ROP =（N2+N3）/ROP
➢ 代表了单位进尺所必须消耗的钻进能量（比能） ➢ 在一定条件下，通过调节钻进规程参数、钻具组合或泥浆
性能，可以使NROP达到极小值 ➢ 获得最好的钻进效果（钻进效率高、钻头寿命长、钻柱和
井壁安全、井眼轨迹偏斜小）
钻头性能评价
功率配备、功率消耗问题
• 钻进过程中，总功率都消耗在哪？ • 深孔钻机的动力机功率配备大，额定
输出扭矩大，浅部钻进时，易造成钻 杆超负荷使用
更换动力机
P6 20%
P5 34%
P1
P2
14%
5%
P3
P1
2%
P2
P3
P4
P4 25%
P5 P6
钻头克服水平摩阻力所需功率P1； 钻具在循环泥浆中自转所消耗的功率P2； 钻具反转时克服循环液阻力消耗的功率P3； 钻具克服孔壁摩阻力消耗功率P4； 钻具纵向振动消耗的功率P5； 钻具横向振动消耗功率及其他消耗功率P6。
地质超深钻探技术国家专业实验室
段用 2011年
关键环节
➢ 钻探技术方案设计 ➢ 安全（设备、孔内、人员） ➢ 钻进速度、回次长度 ➢ 钻井液技术 ➢ 钻进工艺参数（钻压、转速、流量） ➢ 钻头选型及使用 ➢ 操作经验、岗位责任 ➢ 认真学习并遵守《2011钻探规程》
人为 事故 地层
NBIT=N3/ROP
➢ N3-钻头与岩石之间的相互作用 ➢ 在某一时段，可以假设钻头的性能和泥浆
性能变化很小 ➢ 应取决于岩石性质和地层压力 ➢ 当钻遇高压层时NBIT将明显减小 ➢ 当钻头性能变坏时，NBIT将呈增加趋势
对钻柱和井壁安全进行评价
➢ N1 +N2基本上都消耗在钻柱-井眼部分，对钻柱 和井壁构成危险
复杂地层问题
松散软、硬脆碎、水敏地层等 怕振动、怕冲刷、怕磨损
➢ 孔壁稳定（漏失、缩径扩径、坍塌掉块等） ➢ 取心率低（堵心、磨心、脱心） ➢ 孔内事故（断钻、卡钻、埋钻）
➢ 耳闻—反应次之，了解设备运转时的振动情况 ➢ 眼观—反应最慢，钻速、钻压、泵压、电流（扭
矩、功率）、返水情况等
钻进过程的操作
2、平稳起动、平稳调节 3、顺利下钻距孔底约1.0m左右，送水并
轻压慢转扫孔 4、正常钻进时（包括倒杆），严禁中途
将钻具提离孔底 5、浅孔倒杆时，防止冲洗液将钻具浮起
而造成岩心堵塞 6、严禁在钻头提离孔底时高速旋转钻杆，
以防反扣事故
起下钻过程的操作
1、机上余尺的丈量与记录 2、随时观察孔口夹持器工作状态，严禁卸钻杆时 孔内钻杆反转，造成脱扣跑钻事故 3、提钻回灌（最好养成习惯） 4、提下钻过程中的阻力变化 5、操作要平稳（提下钻速度、钻杆的摆放等） 6、丝扣油、护丝接头、拧卸操作（浮动、自由钳、 上扣扭矩） 7、检查钻杆（丝扣、裂纹、弯曲、磨损、密封）
取心操作
1、卡簧取心—卡簧尺寸（每次仔细测量、用上回 次岩心试验），卡簧自由内径应比钻头内径小0.3～ 0.5mm（岩心、煤炭规程） 2、采用立轴或动力头实现“提—卡—扭”，严禁 取心钻具的内管受力 3、绳索取心—钻具组装与调试（单动性、卡簧座 间隙、报信机构等）、投放到位、提升速度与阻力 （0.5m/s～2m/s）、钻杆内壁结垢、干孔投放等
➢ 在一定的条件下，N1 +N2应该存在一个临界值， 保证钻柱和井壁的安全。
➢ 根据N1可以判断井下其它工况如井眼偏斜程度、 泥浆润滑性能等。
钻杆、钻具
➢ 钻杆性能（最大扭矩—厂家测试数据、经 验数据）
➢ 钻杆弯曲、钻杆磨损 ➢ 丝扣油、护丝接头、拧卸操作（浮动、自
由钳、上扣扭矩、密封性） ➢ 钻具单动性、间隙调节、报信机构 ➢ 卡簧匹配
设备
➢ 熟悉钻机、泥浆泵、钻塔、绳取绞车 等主要设备的性能、结构特点、工作 原理
➢ 仪器仪表配备齐全、正常 ➢ 定期检查维护（润滑油、温升、振
动），严禁带病工作
特别对深孔钻机，功率 与孔深的匹配问题？
设备
➢ 钻机—功率配备、转速、扭矩、加压力、提升力 ➢ 泥浆泵—功率、流量、泵压 ➢ 钻塔—额定载荷、最大载荷、高度等 ➢ 绳取绞车—提升速度、提升力 ➢ 仪器仪表—钻压、泵压、电压、电流等 （最好配备钻速、扭矩、流量、转速等）
直径单边磨损
直径均匀磨损
任意每米长度 弯曲
磨损为壁 厚
每米弯曲
硬质合金钻进
<2
<3
<3
<1/3
<2
金刚石钻进
<2
<3
<1
<1/3
<0.75
绳索取心钻进
<1
<1.5
<1
<1/3
<0.75
钻进过程的操作
1、“摸、闻、观”结合，及时发现设备或孔内异 常工况
➢ 手摸—反应最快，了解设备运转时的振动情况、 钻进速度变化等
➢ N2—附加功率消耗
➢ 施加钻压后（下部钻柱发生屈曲而接触井壁，产生摩
擦阻力并引发各种振动）所造成的。主要由钻压、转速、 钻具结构、泥浆性能和井壁状况等因素决定，特别是钻进 规程参数和振动规程的强弱对其影响很大。理论计算或实 际测量都有一定难度。
➢ N3—井底钻头破碎岩石所消耗的功率
主要取决于钻头性能和所钻地层的性质。
A－考虑振动幅值和频率在不同长度上的变化的比例系数
EI－钻杆柱刚度
ｌ１－振动钻柱的长度，一般为150 350米
千瓦
钻机
机械 功率
井深 井斜
钻柱-井眼
钻头-岩石
屈曲 摩阻 振动
WOB RPM 冲洗液 地层情况
总功率消耗N= N1+N2+N3
➢ N1—钻柱空转功率消耗
取决于钻井深度、钻柱结构参数、井斜状态、井身结构、 泥浆性能和转速等。通过理论计算或实际测量而比较容易 获得。
空转功率
1 1000
R1r L
0.3
q g
3
D 2
A 2r 2
3mEI l13
1
2
摩擦系数
R1 钻杆轴单位长度上的压力
回转角速度
r 钻杆轴回转半径（钻杆半径或井筒半径）
钻杆和孔壁的间隙
q
ｍ 钻杆柱重量
D 井筒直径
L 钻杆长度（钻孔深度），米
钻杆的动扭矩（惯 性转矩） 问题
深孔中高速旋转的钻杆 在遇到卡钻时，会产生 较大的动扭矩，造成钻 杆过载或折断。
T
Tj
J
dΩ dt
J mρ2 GD2 4g
Ω 2πn 60
T
Tj
GD2 375
dn dt
煤炭地质钻探规程 岩心钻探规程
表11 管材磨损和弯曲最大允许限度
单位为毫米
钻进方法
钻
杆
岩心管
实时优化决策
NROP=（N - N1）/ROP =（N2+N3）/ROP
➢ 代表了单位进尺所必须消耗的钻进能量（比能） ➢ 在一定条件下，通过调节钻进规程参数、钻具组合或泥浆
性能，可以使NROP达到极小值 ➢ 获得最好的钻进效果（钻进效率高、钻头寿命长、钻柱和
井壁安全、井眼轨迹偏斜小）
钻头性能评价
功率配备、功率消耗问题
• 钻进过程中，总功率都消耗在哪？ • 深孔钻机的动力机功率配备大，额定
输出扭矩大，浅部钻进时，易造成钻 杆超负荷使用
更换动力机
P6 20%
P5 34%
P1
P2
14%
5%
P3
P1
2%
P2
P3
P4
P4 25%
P5 P6
钻头克服水平摩阻力所需功率P1； 钻具在循环泥浆中自转所消耗的功率P2； 钻具反转时克服循环液阻力消耗的功率P3； 钻具克服孔壁摩阻力消耗功率P4； 钻具纵向振动消耗的功率P5； 钻具横向振动消耗功率及其他消耗功率P6。