岩心钻探工艺.docx

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岩心钻探工艺

岩心钻探工艺

1、前言

钻探工程是获得地下蕴藏的真实地质资料（如岩、矿、地温、地下水等）和直接信息的一种技术。

通过钻探可对所取得的地质和矿产资源参数作出最终可靠的评价。

探矿工程包括钻探工程、坑探工程、矿产管理、安全技术等多方面的技术，其中以钻探工程的工作量为最大，作业范围也很广。

钻探工程包括钻进工艺和钻探设备两方面。

两者之中，以钻进工艺为主，钻探设备是实现钻进工艺要求的专业机械设备，它对钻进工艺具有重要的保证作用。

新中国成立后，百业待兴，党和政府十分重视地质勘探工作，1952年成立了地矿部，建立了探矿科研和设计机构，开展了钻探科学技术的研究和新设备的研制，建立了探矿机械厂和地质仪器厂，创建了地质院校，举办了专门训练班，培养了大批的钻探技术人才，成立了专业的地质队伍，钻探技术有了飞速的发展，技术水平不断提高。

钻探工作者不断努力辛勤劳动取得了卓越的成就，1956年3月3日至6月22日，我国第一口定向双筒井钻成；1963年人造金刚石研制成功，并用于制造金刚石钻头，开启了中国人造金刚石钻进的篇章；1974年6月，我国第一条钻井船——“勘探一号”，在黄海试钻成功，谱写了海上油气钻探的新篇章；1978年我国第一条坐地式钻井船——“胜利一号”开始作业。

矿山勘探成果显著，有六十多种矿产取得了可供工业设计使用的储量。

先后建立了石油、煤炭、钢铁、有色金属、化工产品等大型矿产基地，形成了能源与原材料矿产品的强大供应系统，推动着我国工农业生产、国防科技、国民经济等蓬勃发展，国家日益强盛，人民生活水平不断提高，中国从此摘掉了一穷二白的贫穷帽子。

改革开放以来，由计划经济转向市场经济，钻探工作的服务领域发生了巨大变化，钻探技术迅速向水利、建筑基础工程、地质灾害防治、环境调查保护等诸多领域拓展。

钻探技术已经紧紧融入了我们的生活：

建造高楼大厦需要钻探技术提供地层的承载力、边坡治理需要钻探技术锚固、桥基、坝址、水库、路基建设需要钻探技术提供支撑，地灾评估需要钻探技术提供依据，石油、天然气、矿产的勘探及开采需要钻探技术提供资料，开发地下热水、热能、坑道掘进指示孔、探气孔、深水孔、通风孔、投料孔、灌浆孔、避难孔以及建筑安装管线的钻孔等都离不开钻探技术，钻探技术的发展与一系列国计民生重大事业密切相连与国家繁荣富强息息相关。

特别是国家重大科学工程---中国大陆科学钻探工程“科钻一井”的圆满完成对提高我国的岩心钻探工艺水平起到了极大的促进作用。

我国于1991年由原地矿部开始组织中国大陆科学钻探先行研究，1995年国务院批准我国加入国际钻探组织，1996年我国成为第三个发起国之一。

钻探这双眼睛已经越来越重要，而且越看越深。

自建队以来，矿山钻探始终是地质八队地质找矿的一种不可缺少的主要手段。

30多年来，矿山岩芯钻探设备和技术不断改进、完善、发展。

从建队初期的大口径钢粒、合金钻进到小口径金刚石、金刚石绳索取心钻进，再到成功地推广和应用冲击回转钻进技术；从本地区计划内矿山岩芯钻探，到为全省社会市场需求提供钻探技术服务；从省内的矿山钻探业务逐步拓展到省外的安徽、贵州、重庆、湖北、内蒙古等地，所到之处，深受甲方的赞誉。

二、钻探工程主要工序

钻探工程主要工序：

钻孔的施工过程，包括定孔位→平整场地与修筑地基→安装钻探设备及附属设备→临时设施建造→安装验收→开孔前的准备工作→开孔及下孔口管→换径→钻进→岩矿心整理和保管→其他工作（下套管、校正孔深、简易水文观测、钻孔弯曲测量）→终孔起拔套管→封孔→废浆处理和场地环境恢复→钻孔验收→拆迁。

三、钻探设备

（1）钻探设备分类

从事钻探工作所使用的全套技术装备称为钻探设备。

钻探设备根据用途不同可分为石油钻探设备、岩心钻探设备、水文水井钻探设备及其他特种用途的钻探设备。

岩心钻探设备主要用于金属及非金属固体矿产的普查及勘探；另外，也可以用于工程地质勘查，水文地质调查，油、气田的普查和勘探及水井钻凿等。

岩心钻探设备包括钻机、泥浆泵、钻塔、动力机、泥浆的制配和净化装置等。

（2）岩心钻机的技术参数

1.立轴式岩心钻机

立轴式钻机是目前国内外应用最广泛的岩心钻机的机型。

其主要特点是钻机回转器有一根长的立轴，在钻进中可起到良好的导正和固定钻具方向的作用，适用于打各种倾角的钻孔。

现代立轴式钻机为了适应金刚石钻进工艺的需要，并能兼顾硬质合金及钢粒钻进工艺的要求，提高了立轴转速（最高可达2500r/min），扩大了调速范围，增加了速度挡数。

地矿部立轴式地质岩心钻机技术参数（DZ19-82）

参数名称

单位

型号、参数和指标

XY-1

XY-2

XY-3

XY-4

XY-5

XY-6

XY-8

XY-9

钻进深度

m

100

300

600

1000

1500

2000

3000

4000

终孔钻头直径

mm

46

46~59

46~59

59

59

59

75

75

钻杆直径

mm

43（43）

43~53

（43~54）

43~53

（43~54）

53~60

（54~67）

53~60

（54~67）

53~63.5

（54~67）

71

71

2.转盘式岩心钻机

转盘式钻机与立轴式钻机的最本质区别在于回转器。

转盘式钻机回转器采用转盘。

与立轴式回转器相比，转盘没有长的立轴；转盘可直接装在机座或钻机基础设施上，重心低，给进行程大；转盘的通孔尺寸不受安装尺寸限制，通孔直径大，可通过粗径钻具；转盘可兼做拧管机。

但转盘的导向和定向性能不如立轴式回转器好；另外，由于转盘通孔直径大，影响了转盘转速的提高。

因为上述原因，转盘式钻机主要用于石油钻井、水井钻进及大口径工程钻进上。

3.移动回转器式岩心钻机

移动回转器式岩心钻机是一种新型岩心钻机，是在吸取了立轴式岩心钻机和转盘式岩心钻机结构的优点基础上发展起来的。

根据传动方式不同，目前已生产出机械移动回转器式岩心钻机及全液压移动回转器式岩心钻机。

（3）钻塔类型

1．四脚钻塔

它是由4个平面梯形桁架面构成的空间桁架，横截面一般为正方形或矩形。

四脚钻塔的内部空间大，承载能力大和稳定性好。

一般靠自重可以保持稳定，而设置的绷绳只是为了防止巨风或其他特别意外情况的一种保险设施。

四脚钻塔多为单个构件的拆装方式，安装、拆卸费工费时，一般用于钻孔周期长、钻塔负荷大、交通不便的钻探施工场合。

有直塔和斜塔之分。

2．三脚钻塔

该类钻塔为三面体空间桁架结构。

3根塔脚一般为整体或可伸缩式。

这类钻塔结构较简单，整体稳定性好。

轻便式三脚钻塔一般多为拉立式，拆装方便，但承载能力较小。

三脚钻塔多用于与浅孔或次深孔钻机配套。

3．A型钻塔

A型钻塔是用小断面桁架结构或管材组成的两脚式钻塔，需要用绷绳及支架使之获得，整体稳定。

A型钻塔可减轻塔的自重，并可整体立放，近年来已在大、中型钻塔中采用。

4．桅杆型钻塔

桅杆型钻塔也称为桅杆或钻架，可以做成独杆式、管式、板箱式、小断面桁架式等多种型式，多数不能靠自重稳定，必须采用绷绳或支架、立放塔油缸等以加强具稳定性。

桅杆型钻塔尺寸小、重量轻、立放简便迅速，特别适用于车装钻机或拖车装钻机。

（4）泥浆泵

根据岩心钻探工作对泵的要求，目前岩心钻探用于钻孔冲洗的泵主要采用往复式泥浆泵。

往复式泥浆泵根据缸的布置形式不同分为立式和卧式两种类型；根据缸数不同分为单缸、双缸、三缸；根据活塞往复一个循环，液缸吸排水的次数分为单作用和双作用泵；根据活塞的结构不同分为柱塞式泵和活塞式泵。

虽然上述这些类型的泵在岩心钻探中都有采用，但目前应用最为普遍的是卧式三缸活塞式泵。

　岩心钻探常用泥浆泵主要技术参数表

泵的型号

BW-100

BW-120

BW-150

BW-200

BW-200

BW-250

BW-320

类型

三缸单作用

活塞泵

单缸双作用

活塞泵

三缸单作用

活塞泵

三缸单作用

活塞泵

双缸双作用

活塞泵

三缸单作用

活塞泵

三缸单作用

活塞泵

泵量

（l/min）

18;23;28;35;

43;53;72;90

120

32;38;347358;

72;90;125;150

102;125;

164;200

200;125

250;145;90;52;

166;96;60;35

320;250;165;118;

180;130;92;66

泵压

（MPa）

5.6;5.6;5.6;5.6;

5.5;4.5;3;2.5

1.3

7;7;6;4.8;4;3.2;

2.3;1.8

8.0;7.0;6;5

3.92;5.88

2.45;4.41;5.88;5.88;

3.92;5.88;6.86;6.86

4;5;5;8;

6;8;9;10

（5）机场的确定

钻探场地用以安装钻塔、钻探设备、泥浆循环系统、管子架等等。

场地大小取决于钻孔的设计孔深。

设计深度愈深，所需钻塔高度就愈高，各种设备的外部尺寸愈大，循环系统及管子架等占的面积也愈大。

同时，需要配有泥浆及水的储备池。

常用钻机所需机场面积参考表

钻机类型

机场面积

钻机类型

机场面积

总面积（m2）

长⨯宽（m）

总面积（m2）

长⨯宽（m）

XB-1000A

128

16⨯8

SPJ-300

160

20⨯8

XU-600

128

16⨯8

JU-1000

128

16⨯8

XY-4

128

16⨯8

XY-2

18

6⨯3

XY-5

144

18⨯8

钻探工作对机场的要求:

A．地面平整、有足够的面积，地表土层（或岩层）有一定抗压强度；

B．避风，在季风比较大的地区应考虑风的横向压力；

C．地盘的纵向长度与钻孔方位线一致；

D．填方的面积不大于总面积的1/4；

E．应考虑防洪、易排水；

F．山坡地盘靠山一面的坡度：

岩石为60°~80°；松散土夹石或土层不大于45°。

（6）钻孔结构

钻孔口径

规格代号

R

E

A

B

N

H

P

S

公称口径（mm）

30

38

48

60

76

96

122

150

常用套管规格

套管

外径

套管

壁厚

平接头

外径

平接头

内径

镗孔（旋

孔）直径

外部镗

孔直径

外螺纹镗

孔长度

全剖面内

外螺纹长度

套管

长度

一米光滑套管的理论质量（kg）

一个平接头的理论质量（kg）

73

5.0

73.0

62.0

69.0

66.5

1500~4500

7.40

1.3

89

5.0

89.0

78.0

85.5

82.5

10.36

1.7

108

5.0

108.0

95.5

103.5

101.0

40

56

1500~6000

12.70

2.4

127

5.0

127.0

114.5

122.5

120.0

15.40

2.6

146

5.0

146.0

134.0

141.5

139.0

17.39

2.8

常用钻头规格

钻头外径

钻头内径

备注

56（59）

35（36）

绳取

77（75）

49

绳取

95

64

绳取

91

68

普双

110

85

普双

110

93

单管

130

113

单管

（8）钻孔类型

有直孔、斜孔与定向孔。

四、钻进工艺

（1）取心钻进

1．钢粒钻进

钢粒钻进不同于金刚石、硬质合金钻进，