钻探工程施工技术设计

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1、钻探工程施工技术设计钻探工程：利用钻探设备和器具，按照一定的目的、要求，由地表、 坑道或湖海向地壳深部，钻出一个直径小而深度大的柱状圆孔，取出岩 矿样品以了解地下地质情况；或作为某种用途而进行的通道，以满足其 它工程的需要，其所进行的全部施工工作，称为钻探工程，简称钻探。 地质勘探中以采取岩矿心为目的的机械取心钻探工作，简称岩心钻探。岩心钻探是由动力机带动钻机，钻机带动由钻杆、岩心管和钻头组 成的钻具，在一定的轴心压力作用下破碎岩石，通过泥浆泵向孔底输送 冲洗液冷却钻头并携带岩粉和保护孔壁，冲洗液通过钻具和孔壁环状间 隙返回地表进入净化系统，同时岩心进入岩心管，通过各种取心钻具， 将岩心从几米

2、至几千米的孔底取出，从而达到了解深部地质情况的目 的。钻探施工技术设计提纲前言： 矿区地理、交通位臵、矿产种类及钻探施工技术条件 第一章施工矿区岩石的主要物理机械特性及可钻性第一节 钻孔所遇岩石的主要物理机械特性本节应着重阐明影响钻探施工的主要地质因素，岩石的主要矿物成 分及结构、岩层倾角、软硬程度、可钻性、研磨性、节理裂隙发育程度、 破碎程度及含水、透水性、涌水、漏水等。研磨性是指岩石磨损与之接触的工具的能力，分弱、中、强。岩石的 硬度是指抵抗工具压入的阻力；岩石的强度是指岩石在各种不同外力作 用下抵抗破坏的能力；硬度与强度的区别在于：硬度是指岩石表面局部 抵抗工具压入时的阻力，而强度是指岩

3、石抵抗整体破坏时的阻力，对于 机械破碎岩石而言岩石的硬度比岩石的强度（单向抗压强度）更有意义， 因多数情况下钻进时岩石的破碎方式是局部破碎。岩石的这些力学性质 是影响破碎岩石难易程度的主要因素，它直接关系到破碎岩石的速度和 破碎岩石工具的寿命。掌握和了解所在矿区的岩石力学性质与结构、构 造情况，是我们设计当中在钻进方法、钻具和钻头的选择使用以及规程 参数和护壁堵漏措施等确定时的重要设计依据。第二节 矿区岩层按可钻性分类 岩石可钻性是岩石在钻进过程中抗破碎的能力,它代表钻进的难易程 度。它是合理选择钻进方法及相应的钻进工具和规程参数的依据；是制 订钻探生产定额和编制钻探生产计划的依据；同时也是对

4、生产机台评定 的客观依据。我国将岩心钻探岩石分为十二级。在本节里主要是根据地质提供的矿区岩性和钻孔剖面，将钻进中遇到 的岩层进行可钻性的分类并统计好各工作量供下一章内容中使用。第二章钻孔及钻探工作量第一节钻孔布臵情况及施工顺序按勘探线及矿段分别说明。第二节 钻探工作量按钻孔性质（勘探孔、普查孔、水文孔一）、钻孔深度、设计开孔角度分类；列表说明各类钻孔数及工作量。见附表1。角孔攵1-水文孔备注OO1XOOO31XO1X米 /| 量 作 工第三节岩石可钻性等级及分类工作量按岩石可钻性等级，将矿区岩石分类，注明各类岩石工作量各有多少，见附表 2各类岩石进尺表附表 2岩石名称岩石可钻性13467910

5、 12工作量（米）第四节水文钻孔的抽水、止水层数及地质要求。如果没有这类孔时可删除此节。第五节 按钻进方法及钻孔口径分类列出其工作量（米）直径钻进方法(Z1300110091076059合金钻进金刚石钻进合计（m）第三章设备选择及施工安排第一节 主要钻探设备及附属设备的选择本节主要是根据地层条件、钻孔深度、终孔直径、钻进方法确定钻 探设备类型，包括钻机、水泵、动力机、钻塔及拧管机、搅拌机、照明 发电机的规格及数量。钻机的选择无论孔深如何，均应考虑具体的地质技术条件、终孔直 径、钻进方法，以获得最高的技术经济指标。钻探设备在各种不同的地质技术条件下工作，在使用过程中承受着 不同的载荷，因此，钻机

6、、水泵、动力机、钻塔及其附属设备对具体钻 进条件是否合适，均应进行校核计算加以评定。而目前我们施工的钻孔 均是浅孔，选择使用的主要设备均可满足要求，因此在浅孔设计中可不 对此校核计算加以要求，但如果是采用自制的钻塔时，应对钻塔进行强 度校核计算。第二节 矿区主要技术经济指标的确定根据岩石可钻性（或定额）、钻进方法及岩层复杂程度合理地计算、 确定全年平均台月效率、季度台月效率、钻机开动数等。这一节的内容 很重要，殷总已经讲了我不再重复。第三节 矿区生产进度安排与有关管理制度根据平均钻机开动数及设计工作量，按矿区实际施工时间的长短， 分季度安排全年钻探施工进度，见附表 3。钻探任务安排表 附表 3

7、矿区时间（季）工作量 （米）开动 台月数平均 台效开动 钻机数备注一季度二季度三季度四季度全年同时还应将作业机台人员编制和相应的几班轮流作业制加以明确。本节还应制定一些必要的生产管理制度，如岗位责任制、交接班制、 生产会议制等，钻探生产效率能否提高与生产管理关系密切，松散的管 理会严重影响到整个生产进度和工程质量。第四节 矿区生产生活供水设计本节应根据矿区的水源分布，流量变化等情况，确定供水方法及所 需供水设备类型，水管规格、数量等。第五章 工程质量要求分别说明钻孔六项质量指标的具体要求。质量标准以岩心钻探规 程或合同中的规定为准，原则上不要超过现行的标准作特殊的要求。 但如果确实在某一项上需

8、要比现行标准要高才能满足要求时，可通过协 商制定有效的措施及验收标准，同时也应该在单价上相应地提高。第六章 钻探技术设计第一节 确定矿区的钻孔结构本节主要阐明选择钻孔结构的具体依据。根据不同的施工条件、地 质设计，绘制典型钻孔结构图。一、概念钻孔结构是指开孔至终孔孔身口径的变化。换径次数愈多，钻孔结 构越复杂，反之越简单。钻孔结构的选择，要充分考虑矿区的岩石性质、 水文地质条件、终孔口径、钻孔深度、钻进方法、钻孔用途等因素。二、确定钻孔结构总的原则以终孔直径做为拟定钻孔结构的标准，对照理想岩层剖面自下而上 拟定各段的口径和开孔直径。在保证钻孔质量和安全钻进的前提下，尽 可能地采用泥浆护孔从而减

9、少或不下套管和少换径，最大限度地简化钻 孔结构。三、钻孔结构选择依据1、终孔直径终孔直径是设计钻孔结构的先决条件，以此为依据根据地层的复杂 程度等因素，从下向上推算。影响终孔直径选择的因素是多样的，比如 钻头型式、钻进方法、地质要求、钻孔用途、孔内测井仪器和装臵的规 格、钻机动力容量等。通常情况下，在满足钻进至给定深度和取样的要 求下，钻孔直径尽可能小；但在新区上钻或地层复杂的地方上钻，终孔 直径宜选大些，以便于在可能发生事故时留有备用口径。2、换径次数：是否换径应由以下几个方面决定： 用套管固壁问题：取决于对钻孔地质情况的了解程度和钻孔复杂 情况。当钻进松散的砂砾岩、流砂层、受地下水影响，用

10、泥浆护孔无效 时；穿过较厚的节理、裂隙发育的破碎带、坍塌、掉块极为严重，采用 泥浆、水泥浆或其它方法护孔无效时；钻孔遇到含水构造或与大裂隙贯 通，严重漏水，用其它方法止水无效时。上述三种情况下应考虑下入套 管换径钻进，应根据可能遇到的情况确定好所下套管的层数。 钻机能力问题：钻机动力是一定的，不同口径到达一定的深度后 就要及时改换以便继续钻进。 钻具级配问题：尽可能选择钻杆直径与钻头直径相接近，利于孔 壁稳定。 钻进效率问题：口径越大，效率相应会低些，因此在满足取样要 求的情况下尽可能用较小的口径。三、钻孔结构选择示例0110 或 C91I0108 或 0 89I0 760 7320m18om

11、勘探某金属矿床时，设计孔深 700 米采用金刚石钻进，地质剖面包括以下层位：（1）表土层 0 至 15 米；（2）18至160米为可钻性7至 8级的岩石，该段全漏水不循环；（3）160 至700米为可钻性9至1 0级的稳定岩石；（4）地质取样要求以59mm终孔。试确定该钻孔结构。分析从已知条件，自160米至终孔适于一径到底，不下套管；分析地质剖面，该钻孔下孔口管和一层套管即可；为封闭漏失层，套管下放深度为1 7 0至1 8 0米，管鞋伸进稳定层10至20米，套管直径为73mm,因此该孔段须用76mm钻进；孔口管长1 8至20米。直径89mm，因此开孔取91或110mm。据此可作出如上图的钻孔结

12、构图。在矿区钻探技术设计书中,值得注意的是应该将矿区的钻孔结构划 分为简单钻孔结构和复杂钻孔结构二种类型加以作图说明,同时作图时 应将各要素如直径、换径深度等标明。第二节 冲洗液与护壁堵漏一、冲洗液的功用、种类1、功用：岩心钻探中,要保证优质快速安全钻进,正确地选择、 使用冲洗液起着十分重要的作用。它主要起的作用是： 清洗孔底，悬浮和携带岩粉。借循环着的冲洗液将钻头破碎的岩 粉、岩屑及时携带至地表,以保持孔底清洁；而当冲洗液中断时,利用 其本身的触变性,将岩粉悬浮起来,防止岩粉迅速沉淀造成埋钻事故。 冷却钻头，提高钻头的使用寿命。钻进过程中，孔底产生很高的 温度（二百至三百度），因此，借冲洗液

13、的循环将热量带走，从而达到 冷却钻头延长钻头使用寿命的目的。 润滑钻头和钻具，减弱钻具振动。使用加润滑剂的乳化冲洗液可 减小钻头与孔底岩石、钻具与孔壁间的摩擦阻力和有效地减弱钻具高速 回转时振动及减轻钻机动力机等的负荷，使钻头工作平稳。 形成泥皮，保护孔壁。利用冲洗液本身性能，在孔壁上形成薄而 坚韧、致密的泥皮，从而防止孔壁坍塌、掉块；调节冲洗液的比重，可 防止涌水、漏失、井喷等事故等。 输送岩心。反循环连续取心钻进时，利用冲洗液作介质，通过钻 杆柱连续向地面输送岩心，这种方法取得的岩心，代表性好，层位准确。 传递动力。如涡轮钻、螺杆钻、冲击回转钻等，采用它作动力的 传递。2、种类：泥浆（水基

14、泥浆、低固相泥浆、混油泥浆、油基泥浆、 充气泥浆、泡沫泥浆）、乳状液、清水、空气等几种类型。二、钻孔冲洗方式主要有全孔循环和孔底局部反循环二种方式。全孔循环又分正循环 与反循环两种。正循环是用水泵压送冲洗液由钻杆柱中心进入孔底并经 钻头水口返出，经钻杆与孔壁环状间隙上返至孔口，通过地面循环槽流 入泥浆池，不需要孔口密封器等附加装臵，适用于各种钻进方法。孔底 局部反循环实际上是一种正反循环结合的循环方式，它是用于提高岩心 采取率的一种方法，常用的是喷射式反循环（冲洗液由钻杆柱中心下去， 从喷反接头处流出，在管内形成负压抽吸力，从而形成孔底局部反循 环）。三、冲洗液的选择 主要根据钻进地层情况来选

15、用，基本原则是： 致密、稳定地层，选用清水； 松散、掉块、裂隙或遇水膨胀地层，首选不分散低固相泥浆，也 可选淡水泥浆或钙处理泥浆； 易溶解的矿层（如岩盐等），为保护矿心，防止冲蚀孔壁，应选 用盐水泥浆（含盐大于 1%， PH7-9.5） 金刚石钻进，应选用聚丙烯酰胺不分散低固相泥浆、乳化泥浆作 冲洗液。实际工作当中，大多情况下用清水与不分散低固相泥浆，因此，在 此着重讲这二种的应用。四、泥浆的性能指标 主要用粘度、比重、含砂量、失水量、泥皮、 PH 值、胶体率和稳定性这几种指标来衡量泥浆的好坏。五、当地粘土是否适合造浆的野外鉴定 一般情况下，用造浆率（一吨粘土能造出多少立方米表观粘度15厘泊的泥浆）来确定粘土的好坏。粘土造浆能