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1、2019/11/3,现代钻探技术,1,一、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25500mm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。,2019/11/3,现代钻探技术,2,一、钻探施工过程,2、钻探施工的主要工序 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。,2019/11/3,现代钻探技
2、术,3,二、钻探工程的应用范围和分类,(一)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。,2019/11/3,现代钻探技术,4,二、钻探工程的应用范围和分类,(一)钻探方法的分类 5、根据钻孔布置方法分类丛状钻探 (图1.2)、多井筒钻探(图1.3)、多孔底钻探 (图1.4)。,图1.2 丛状布孔,图1.3 多井筒布孔,图1.4 多孔底布孔,201
3、9/11/3,现代钻探技术,5,二、钻探工程的应用范围和分类,(一)钻探方法的分类 6、根据破岩形式分类 (1)物理方法破岩：高温（14003500）、高压（200250MP）破岩；用超声波和低声波破岩； 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1.5所示。,2019/11/3,现代钻探技术,6,二、钻探工程的应用范围和分类,(一)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
4、钻进； 充气泥浆钻进(降低泥浆比重，以防漏失)。,2019/11/3,现代钻探技术,7,二、钻探工程的应用范围 和分类,(一)钻探方法的分类 8、根据冲洗液循环方式分类 钻孔冲洗液的循环方式示意图如图1.5所示。,冲洗液正循环钻进,冲洗液反循环钻进,全孔反循环钻进,孔底局部反循环钻进,图1.5 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,2019/11/3,现代钻探技术,8,第二章 岩心钻探设备,第一节 钻机 第二节 泥浆泵 第三节 动力机 第四节 钻塔及其附属设备,2019/11/3,现代钻探技术,9,第一节 钻 机,一、钻探工
5、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。 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。,2019/11/3,现代钻探技术,10,XY-4型立轴式岩心钻机,GPS15型转盘式钻机,2019/11/3,现代钻探技术,11,G-3型全液压钻机,全液压坑道钻机,2019/11/3,现代钻探技术,12,旋挖钻机,旋挖钻机,2019/11/3,现代钻探技术,13,车装钻机,履带式跟管钻机,2019/11/3,现代钻
6、探技术,14,一、钻塔 3、钻探的类型 按制造钻塔的材质分类 金属钻塔 木质钻塔 按钻塔的构造分类 三角钻塔 四角钻塔 两脚轻便钻塔 桅杆式钻塔,二、钻塔的附属设备 天车 游动滑车 提引钢丝绳 梯道 安全栏杆或土电梯 简易场房 防雨天棚盖 避雷针,2019/11/3,现代钻探技术,15,带普通手摇辘的三脚架,2019/11/3,现代钻探技术,16,两脚轻便钻塔 1-下主腿；2-中主腿；3-上主腿；4-副腿；5-天车帽；6-天轮；7-天轮轴；8-绷绳；9-塔衣绷绳；10-活动工作台,四角钻塔 1-上部工作面活动棚顶；2-上部工作面；3-活动棚顶；4-玻璃窗；5-塔外安全挂梯,2019/11/3,
7、现代钻探技术,17,桅杆的结构及竖立形式 a-整体竖立式；b-折叠式；c-伸缩式,角钢四脚斜塔结构示意图,2019/11/3,现代钻探技术,18,一、钻进工具,钻进工具常指水接头、主动钻杆、钻杆、钻铤、液动(风动)冲击器、岩心管、扩孔器、异径接头、取粉管、套管、钻头等。右图为钻具在孔底的连接情况。,孔内钻具连接情况示意图,2019/11/3,现代钻探技术,19,金刚石钻进用的岩心钻具,钻粒钻进用的岩心钻具,1-钻头； 2-提断外壳； 3-提断弹簧； 4-岩心管； 5-异径接头； 6-钻杆,1-钻粒钻头； 2-岩心管； 3-异径接头； 4-岩粉管； 5-钻杆,2019/11/3,现代钻探技术,2
8、0,第二节 开孔工作,一、钻孔的结构及其选择 钻孔结构是由孔口、孔深、孔壁等要素组成。 在实际钻进中遇特殊情况，可适当调整钻孔的结构，但应满足地质或工程要求。右图5-2为常见的钻孔结构图，有的仅下孔口管，有的可能还下几层套管。,图5-2 钻孔结构图,2019/11/3,现代钻探技术,21,二、硬质合金钻头,图6-9 阶梯高肋骨钻头示意图,图6-10 燕尾补强钻头示意图,2019/11/3,现代钻探技术,22,二、硬质合金钻头,图6-11 排状硬质合金自磨式钻头示意图,2019/11/3,现代钻探技术,23,二、硬质合金钻头,(二)全面钻头 1、三翼刮刀全面钻头 (图6-12) 2、矛式全面钻头
9、(图6-13),图6-12 翼片全面钻头,2019/11/3,现代钻探技术,24,二、硬质合金钻头,图6-13 矛式全面钻头,2019/11/3,现代钻探技术,25,硬质合金钎头,2019/11/3,现代钻探技术,26,硬质合金镶齿三牙轮钻头,球齿状硬质合金全面钻头（潜孔锤钻进用）,2019/11/3,现代钻探技术,27,第一节 概 述,一、金刚石,金刚石,天然金刚石,复合片(PDC),按晶形、杂质含量、粒度分为首饰级和工业级金刚石。按品种和用途共分9个等级，地质钻探用为第9级,单晶,微粉,聚晶(PCD),人造金刚石,柱状,三角状,天然金刚石,2019/11/3,现代钻探技术,28,人造金刚石
10、复合片（PDC） （Polycrystalline Diamond Compact ）,人造金刚石聚晶（PCD） （PolyCrystalline Diamond）,2019/11/3,现代钻探技术,29,二、孕镶钻头碎岩机理,孕镶钻头所用的金刚石的粒度小，且埋藏于胎体中，其实际碎岩机理和砂轮磨削类似，如图8-3所示。以刃具面多而小的硬质点金刚石对岩石进行刻划磨蚀、微切削、微压裂压碎。 三 、复合片(PDC)钻头碎岩机理 PDC钻头以切削方式破碎岩石，如图8-4所示。,图8-3 孕镶钻头的金刚石颗粒工作图 1-胎体；2-金刚石；3-岩石,图8-4 PDC切削齿破岩工作图,2019/11/3,现
11、代钻探技术,30,天然表镶金刚石取心钻头,孕镶金刚石取心钻头,2019/11/3,现代钻探技术,31,钢体式PDC取心钻头,PDC肋骨式取心钻头模型,2019/11/3,现代钻探技术,32,PDC内外锥全面钻头（常用于石油钻进）,2019/11/3,现代钻探技术,33,PDC三翼刮刀无心钻头,PDC四翼刮刀无心钻头,2019/11/3,现代钻探技术,34,PDC内凹三翼无心钻头,PDC圆弧支柱无心钻头,2019/11/3,现代钻探技术,35,图9-5 潜孔锤钻头示意图,图9-4 冲击回转硬质合金钻头结构图 a-大八角肋骨硬质合金钻头；b-长方片状肋骨式硬质合金钻头,（a）,（b）,四、冲击回转
12、钻进钻头,2019/11/3,现代钻探技术,36,按孔深部位依次摆放的岩心,2019/11/3,现代钻探技术,37,二、单动双管取心钻具,(三)金刚石钻具 下图10-4所示的是金刚石钻进一般地层常用的单动双管钻具。它主要由异径接头，单动装置回流阀，内、外管和卡心装置等组成。,图10-4 金刚石单动双管取心钻具 1-异径接头；2-合金；3-内管接头；4-“O”型密封圈；5-滚动轴承；6-注油孔；7-外管；8-弹簧；9-球阀座；10-内管；11-内管短节；12-扩孔器；13-卡簧；14-卡簧座；15-钻头,2019/11/3,现代钻探技术,38,图10-5 SC56型绳索取心钻具 1-上接头；2-
13、茅头；3-弹簧销；4-收卡筒；5-弹卡弹簧；6-弹卡室；7-弹卡板；8、10-弹簧销； 9-支块；11-弹卡支座；12-内接头；13-键；14-弹簧；15-垫片；16-锁母；17-插销；18-弹簧室； 19-油杯；20-螺母；21、23-轴承；22-轴承座；24-调节螺母，25-内管接头；26-心轴；27-外管； 28-内管；29-扩孔器；30短节；31-卡簧；32-卡簧座；33-钻头,三、绳索取心钻具,2019/11/3,现代钻探技术,39,三、绳索取心钻具,图10-6 SC56型绳索取心打捞器 1-捞钩；2-弹簧销；3-捞钩室；4-弹簧；5-销轴； 6-套筒；7-重锤；8-钢绳接头；9-绳
14、头节,双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、弹卡室、稳定接头(扩孔器)外管、扩孔器和钻头；内管总成包括：捞矛、弹卡、单动机构、调节机构、内管及卡取岩心机构。,2019/11/3,现代钻探技术,40,四、反循环钻进取心,(一)全孔反循环 在大口径桩基孔施工时，若用正循环钻进，环空上返速度过慢，不易排粉，故采用全孔反循环。 其工作原理如图10-7所示。泥浆从外环直接流入，然后用泵从中心抽出。,1-流入； 2-抽出,图10-7 全孔反循环,2019/11/3,现代钻探技术,41,四、反循环钻进取心,(三)喷射式孔底反循环 利用射流泵的工作原理来形成孔底反循环。其工作原理如图10-
15、9所示。 可用于7级以上硬脆碎岩矿层；也可用于46级松软、胶结性差及易磨损的岩矿层；还可用于漏水、涌水地层中的直孔和斜孔钻进。 与无泵反循环钻进相比，优点是：使用操作简便，劳动强度小；孔内清洁，钻效高，埋钻少，岩矿心采取率有所提高。不足之处：对破碎性岩矿心，喷射作用过强时容易造成层次混乱和分选现象；孔深时，沿程损失大，局部反循环效果降低且难控制，容易造成岩屑堵塞或发生事故。,1-喷嘴； 2-混合室； 3-喉管； 4-扩散室； 5-弯管,图10-9 喷射式孔底反循环钻具,2019/11/3,现代钻探技术,42,二、取土器,1、限制球阀式 这种取土器在取土过程中，取土器内的液体、气体将球顶起排出。
16、当停止取土时，由于球上部弹簧的作用将球压回原阀位置，以起封密作用，如图13-4所示。这种球阀装置较自由球阀式（上部无弹簧）密封可靠，但要选择适当的弹簧强度，以及调节到适当的压力。球的直径与排水孔的直径相适应，以使水、气、泥排出。,1-接头； 2-调节垫片； 3-调节螺丝； 4-弹簧； 5-球阀； 6-异径接头； 7-余土管； 8-衬管； 9-取土管； 10-管靴,图13-4 限制球阀取土器,2019/11/3,现代钻探技术,43,二、取土器,2、回转压入式 这种取土器有两层管，外管回转（带有硬质合金钻头），内管压入，内管与一般球阀式取土器类似。可用人力回转和机械回转进行钻进，适于深层取土。 人力回转钻进时，一般不用冲洗液，取土时，在回转压入过程中所克取的废土由外管外表面的螺旋片带出孔口，如图13-5所示。机械回转钻进一般用冲洗液，取土时内管压入取土，外管回转克取的废土由冲洗液排出孔口。,1-接头； 2-导向头； 3-异径接头； 4-余土管； 5-外管； 6-取土管； 7-螺旋片； 8-管靴,图13-
