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勘查技术与工程概论 地质勘探（工程地质、水文地质）;探矿工程（钻孔工程、坑探（表层、坑道）绪论一 探矿工程在国民经济中的作用二钻探工程概论：（一）钻探工程学科是一门研究如何按照一定的目的与要求，应用适当的设备，采取相应的技术措施，以最优的方式钻出一定深度和口径的孔（井）的学科 1 主要范围：（1）地质勘探工作领域 a普查找矿勘探（勘探式） b矿产勘探 c水文地理勘探（顶板 底板） d工程地质勘探 e 油气田钻探 （2）矿产资源的开采工作领域：a 水资源的开采水井 b地下热能的开采地热井 c 石油天然气的开采 d 固体矿产的开采 （3）在工业工程中的应用：a大直径的桥桩孔 b表孔钻探 c为加固睡吧基础或者地质滑坡治理工程的钻孔 d 主要建筑的桩基础 e非开挖铺复技术 f矿山隧道施工中的辅助孔 g 军工工业（导弹井，地下核试验） h科学研究钻孔科学钻探 （二）钻孔及其要素：1钻孔：指从地表钻出一定口径与深度的固柱状孔 2 钻孔各部分的名称 （图） 3 钻孔三要素：a孔径 b孔深 c钻孔方向（顶角、倾角、方位角 图） 4 钻孔的分类：（1）按钻孔的方向：直孔、斜孔 （2）按钻孔深度：浅孔（0150m） 中深孔（1501000m） 深孔（1000m） （3）按钻孔的结构分 （图） （三） 钻井的进本程序：1破碎孔底岩石 （1）采用一定的碎岩工具在一定的荷载作用下破碎的过程 （2）碎岩的形成：a静荷载（回转切削） b动荷载（冲击钻进） c 静动结合的方式冲击回转钻进 其他形式:水冲击、电光化、热熔 2 提取岩矿芯（粉）目的：底层资料的获取和继续加深钻孔 取芯的方法：a附着在钻具上一起提出 b 抽筒捞取法 c 取芯器法 d 水力输出法 e 加固孔壁（重要）方法：依靠钻井液的静夜柱压力平衡法 套管护壁 水泥加固法 （四）钻孔结构：定义：指钻孔从开孔至终孔钻口径的变化情况 钻头直径系列：150、130、110、91、75、59、46 套管直径系列：146、127、108、89、73、54、43 套管：薄壁的天缝钢管;下套管的条件：1保护孔口 2 松散破碎底层 3 严重漏层 4溶洞 （注：尽量不要下套管 图） （五）钻探生产工序 1 准备阶段（设备的选择、配备钻具、水路电通 机场平整 设备的运输） 2 钻进阶段 主要工作;破碎层底岩石、采取岩矿芯（粉）、加固孔壁 辅助工作：升降钻具、处理孔内事故、起下套管、机械事故、钻孔弯曲的测量 3 结束阶段;封孔、设备的拆迁（六）钻探方法的分类：1 按碎岩的荷载分;a冲击钻进 b回转钻进 c 冲击回转钻进 2 按碎岩时的材料;a 钢粒钻进 b硬质合金钻进 c金刚石钻进 三 坑探工程总论（简介） 定义：为了了解岩性和地质构造 矿体的赋存情况，寻找用的矿床而在地表和地下岩层中挖掘的多种形状的空间所进行的工程】 （一）坑探的类型：坑探按与地表之间的关系的不同可以分为地表工程（探槽工程）和地下工程（坑道工程）1 地表工程：a浅坑与剥土 深度5m b 探槽20m 2 地下工程 （图） （二） 坑道的要素（图） (三) 坑道掘进的工序：主要工序：凿岩、爆破、装岩、运输;辅助工序：支护、通风、排水、铺轨、照明 四 掘进的方法：按照岩石的性质的不同分为a普通掘进方法 b 特殊掘进方法（质够） 按照机械化程序的不同分为 a人工掘进法 b机械掘进法 第一章岩石的物理力学性质第一节 岩石的物理性质一 结构：物质当中各个组成部分的搭配和排列关系 岩石的结构:组成岩石的矿物成份，粒度 形状及矿物颗粒间的连接关系（胶结物、泥质、钙质、硅质、铁质） 二 构造：物质当中各个组成部分的安排组织及相互关系 岩石的构造：岩石在生成时及生成后再动力地质作用下新形成的层理、节理和裂隙等 三 松散性（碎胀性）：指整体岩石破碎以后自然堆放的体积比整体岩石体积增大的特性 用松散系数来表示。 四 孔隙率（度）：指单位体积的岩石中孔隙体积占总体的百分数 孔隙有两类：a 贯通（水在压力时 涌水：在无压时，漏水，漏失） b 封闭（油气） 为了增加盐层当中的孔隙性，增大油气、水的产量，可采用射孔、压裂的方法来增大渗透性 五 密度和溶重V：总体积 p= V0=V+V1 P= （孔隙率） （密实度） P0=表观密度（单位体积所具有的重量） 溶重是指散粒状的材料 六 安息角和内摩擦角 安息角：颗粒之间没有内聚力的松散的材料 内摩擦角 （图）第二节 岩石的力学性质：一岩石的强度：岩石抵抗外荷载作用小发生的整体破坏的能力 影响抗压强度的因素：a 岩石的种类和结构 b 岩石的含水量 c 实验的方法 注：岩石在复杂的应力条件下，其强度要大于单向的应力条件 二 岩石的硬度：指岩石的变面抵抗工具的侵入能力（强度：整体破坏;硬度：局部破坏（公式） 测试的方法：a 压入硬度法 b 摆球硬度法 （图） 三 岩石的弹塑性和脆性（冲击的方法利于弹塑性的碎裂;切削的方法利于塑性岩石的碎裂，同时岩石的深度影响塑脆性） 四 岩石的研磨性：指研磨工具的能力大小（磨石：砂岩 mg/立方厘米） （一）自然因素：构成岩石的结构构造（晶质岩石 碎屑岩石 图） （二）工艺因素 1 破碎岩石时的工艺参数取决于(P N) 2 工具的硬度大小 3 冲洗戒指的类型和性能参数第二章 岩石的可钻性和坚固性第一节 岩石的可钻性 一 定义和指标 定义：岩石的可钻性指岩石抵抗破碎能力的大小，他表示了岩石的破碎的难易程度 影响因素：岩石的矿物成分、颗粒大小、颗粒的联接形式、岩石的结构和构造（自然因素）、钻进的工艺方法、钻头的类型和质量和钻进规程参数（P N Q） 表示的方法：a 转速的大小 b 工具的磨损量 c 功率的消耗 d 硬度 二 岩石可钻性的测定方法和分级表 a 转速 m/s b 耗时 h/m 测定方法：1 机械钻速法（实钻法） 2 压入硬度法 3 摆球硬度法 4 微钻法 岩石可钻性可分为12级（等级越高 难度越大），岩石可钻性等级的高低对于效率和成本有重要影响 第二节 岩石的坚固性（坑道工程） 一 普氏分析法：f= R表示岩石的极限抗压程度 分为十个等级 二 凿碎比功法（图）第三章 岩芯钻探设备和工具设备:钻机 水泵（泥浆泵） 钻塔 动力机 搅拌机；工具： 钻进用工具（钻具，孔内工具）;辅助工具第一节 钻机1 钻机的作用 （1）实现钻具的回转和试驾轴向的压力，并进行调解。目的：实现破碎孔底岩石加深钻孔（2）升降钻具和起下套管 2 钻机的组成 （1）回转机构（机械系统） （2）调解钻进机构（液压）（3） 升降机构 (4) 变速机构 （5）机架（座）3 对钻进的性能要求：（1）最大限度的适应最优化的钻进规程 要求：有足够的起重能力 工作平稳 振动小 （2） 结构紧凑 可适性 可御性好 适合运输和安装 （3） 具有适合钻进工作的各种检测表和安全防护装置 （4）易于操作 便于操作4 钻机的类型 （1）按照工程的用途分：a 岩芯钻进 b 工程钻机（勘查用 小型 口径大 深度小 c 水文水井钻机（天津探矿机械厂 SPC-300H,600H 上海探矿机械厂 SPJ）d 特种钻机） （2） 按照回转机类型的不同分为：a 立轴式（地质岩芯钻探） b 转盘式（石油钻井 水文水井钻井） c 动力头式（顶驱式） d 工程钻（3）按照机架的不同形式分为：a 固动式 b 车装（轮式 履带式） c 拖手装 一 油压立轴式岩芯钻机：（一） XY-4型钻机性能参数 1 基本性能参数：a 钻孔深度 直径钻井1000（1200） 直径50 750 b 钻孔倾角 0360 c 外型尺寸 2640mmx1100x1750 d 质量 1500kg 2 回转器 （1）正转 101119 反转 83281 （2） 立轴的行程（活塞杆）600mm 最大起重力 8000kg 最大给进力 6000kg 立轴直径68mm 3卷扬机 提升速度 0.823014m/s 提升能力 340939012kg/单绳 钢绳直径 16mm 容量 52m 4 移机装置 行程 400mm 钻机离开孔口 250mm 5 油泵 Q=33L/min P=80kg/立方厘米 6 动力机 48HP或30KW （二） 钻机的机械传动系动 （图）（三） 回转器 功用和要求：功用-带动钻具回转为钻头破碎孔底岩石提供必要的转速和扭矩；要求：a 具有合适的转速和扭具来满足钻进工作的需求 b 回转器应有正转和反转，正反转的速度满足处理孔内事故和特种钻进工作的需要c 回转器应有良好的定向和导向性能适应钻进不同钻孔倾角的钻孔并保证其设计角度 d 回转器的通孔直径应该比较合适 以通过粗径钻具和主动钻杆 e 回转器工作平稳振动小噪音小（一般立轴式噪音低 转盘式反之）（图） （四）调压给进机构 1 调压给进机构的主要作用：a 钻具称重（为了钻进有个合理的轴向压力） b 提供一定的轴向压力和给进速度 c 平衡钻具重量（减压钻进） d 倒杆 e 移动和悬挂钻具 f 强力起拔钻具（最要不要用这种 一般用来处理孔内事故）2 对调压给进机构的性能要求：a应具有无级调节轴向压力，且应保持恒定，既能加压，也能减压 b 能无级调节给进速度（调节进入油缸上腔油量） 最好实现自动调节 能向上钻进也能向下钻进 c 要有快速提升的能力和一定的起重能力 d 具有一定的观测仪表（油压轴向压力） 钻进速度钻速 扭矩，以便快捷的掌握孔内情况 e 要尽可能缩短钻进的辅助时间（长行程，快速倒杆，不停转工作 3 钻机给进系统的实现方法：油压（液压系统） （五）升降机 （起重机）：作用 1 升降钻机的套管 2 强力起拔钻具 3 提吊钻具 控制钻进速度和钻压 ;要求 1 能最大限度的降低升降钻具的时间 动力机的功率利用率高 提升速度和重量满足工艺要求 2 要具有一定的荷载能 以便强力起拔钻具 3 操作方便 动作灵活 平稳 劳动强度低 工作安全可靠 4 结构简单拆装方便 行星轮式升降机（图） （六） 摩擦离合器 组成：动盘（主动盘）、静盘(被动盘，摩擦阻挡圈) （七）机座:组成：底座、前机架、后机架 移动油缸（压块 挡块（限位） （八） 立轴式钻机的主要特点：1 加工精度高 同轴度好 回转速度高 2 立轴式回转器变角范围大（0360） 导向性好 可钻各种倾角的钻孔 3 回转器的通孔直径小 不能同直径较大的钻具给进的行程短 4 回转器不能兼做拧卸工具 需另配拧管机二 转盘式钻机简介：1 与立轴式钻机的主要区别：a 回转器为独立的部件 且与给进机构分开的 单独的进行安装 传动时可以用链条 也可以使用方向轴 b 回转器有比较大的通孔可钻进大口径的钻孔 c 给进行程长 辅助时间少 d 回转器可以兼做拧管机 e 重心低 稳定性较好（静止时） f 回转器不能自动加压（轴向力）地质岩芯钻探：用钢绳加压；石油钻井：钻链加压（灌铅的粗径钻杆） g 定向和导向性能差 h 加工精度低 噪音大 I 钻孔的倾角多为7590 （图）j 密封性差（轴承） 2 类型：（1）壳体定位（石油钻进、多数） 直径大 回旋速度低 精度差 （2） 芯管定位（地质钻探）：成本低 精度高 回旋速度高 （BJ系列 XP系列）三 动力式钻机 （图） （一） 动力头的作用：1 传递扭矩，带动钻具回转 拧卸钻具 2 传递轴向力 实现轴向运动 实现加减压钻进 升降钻具（二）对动力头的要求：1 转速的扭矩可以调节 最好是无级调速 2 有较宽的调速范围 以满足钻进工艺的要求 3 应具有正反转的能力 4 应能钻进直孔和斜孔 5 噪音低 （三） 动力头的类型：1 按驱动形式分 a 机械式 b 液压式 2 按照动力头的结构形式分为 A B ? (四)动力头式钻机的主要特点：1 可以实现无级调速（特别是液压式动力头） 2 给进行程长 可减少辅助工作时间 提高工效 3 导向性能耗（与转盘钻机相比） 可减少机上运动 钻杆的摆动 4 回转器可以兼做拧卸工具 与孔口夹持器相配可实现自动拧卸(T4W工程钻机)第二节 钻井用泵：一 概述 （一） 泵的分类 定义：泵是通过一定的方式将机械能转变成流体能的一类机械 分类：a 容积式泵：往复式、柱塞式、隔膜式 b 靠回转运动部件改变容腔大小的泵如齿轮泵、螺杆泵、叶片泵 c 靠旋转叶片进行能量转换的泵：离心泵，轴流泵 d 靠其他方式进行能转换的泵如电磁泵、喷射泵 （二）钻进用泵的主要用途：1 向孔内泵送清水或泥浆 用于冷却钻头 悬浮和携带岩粉 2 用于向孔内输送堵漏材料（如水泥浆） 3 可以用于孔底动力“冲击回转”“孔底动力机”如“涡轮钻”“螺杆钻”4借助于水泵上的仪表（压力表）了解孔内情况（水压钻进情况）5用于向井场输水（三）钻进对泵的性能要求：1泵量应能在较大的范围内调节（口径）2水泵的压力应能在较大的范围内调节（深度）3泵的流量不应随压力的变化而变化4工作可靠，易损件寿命长便于维修5具有一定的过载保护能力6运移性好正循环钻进时，多采用往复式泵；反循环钻井时，多采用离心式水泵（相对泵量大） 二往复式泵（一）往复式水泵的吸排水原理（图）（二）往复式水泵排水的均匀性（数学公式）流量不均匀系数越趋近1均匀性越好单缸单作用3.14单缸双作用泵1.27双缸双作用泵1.11型40三缸单作用泵1.04725050型（最大排量250最大泵压50）（三）往复式泵参数的确定：1泵的吸水高度的确定：影响因素大气压（平原10.33）液体的密度，粘度2泵量：双缸双作用泵（公式）三缸三作用泵（公式）3泵压：（123）通常50510水泵的功率QP/效率=0.750.8 （四）往复式水泵的构造 1 液力端：泵室（吸排水阀、活塞、活塞缸） 2 机械（动力）端：曲轴箱，变速箱，离合器 3 泵的附件：a空气室（稳压罐）b安全阀 c 三通阀门 d压力排水表（图）第三节 动力机 定义：动力机是指将某种能量（电能、热能）转换成机械能的一类设备 常用的有电动机、柴油机 一钻探工作对动力机的要求：1 动力机的性能或效率不受外荷载大小的影响或影响比较少 2 动力机的速度能在荷载的作用下 具有在恒功率条件下较宽的变化范围 N=nF 3具有比较大的荷载能力 4 尺寸小 重量轻 便于搬迁 5 结构简单 便于使用和维修 且不污染环境 6 经济性好能量供给方便 效率高 二电动机的特点 1操作简单 事故率低 体积小便于搬迁 2 效率高 可以在短时间内有较大的过载 3 电能输送方便 没有污染 4 润滑油消耗少 5 调速困难 调速时 需另外附加设备 6 功率大的点机需另配起动设备 三 柴油机的主要特点：1热机中效率最高 2 单位功率重量小并且移动方便 3 比较坚固耐用 4 独立性较强 具有一定的调速范围 5 成本高 经济性稍差 6 结构复杂 检修维修困难 7 低温起动困难第四节 钻塔 一钻塔的功用和要求 主要功用：1升降钻具和套管 2 处理孔内事故 3设备安装和工作场所； 要求：1足够的承载力 自身具有足够刚度和强度 2 具有合理的高度 3 上下部尺寸合理 上部应满足天车安装的要求 下部应满足设备的安装和工人工作的场所 4 重量轻 运移性好 成本低 二钻塔类型：1 按钻塔的材质分为钢质、木质 2按钻塔的构造分为两脚钻塔（A字形）、三角塔、四角钻塔（角钢、管塔）、桅杆式钻塔（车装钻机，桁架，箱形） 3 按钻孔的角度分直塔、斜塔、直斜两用第五节 钻探工具 一 钻进工具（钻具） 钻头、扩孔器（金刚石钻进用）、岩芯管（容纳岩芯的管子）、异径接头、取粉管、套管（图） 钻头直径150、130、110、91、75、59；岩芯管套管：直径146、127、108、89、73、54 钻杆直径42、50、60、73、89、108、127（图） 二 附属工具 1 提引雷（升降钻具） 提引器 大沟 滑轮 2 加持类 垫叉 3 拧卸类：扳子、钳子（管钳、链钳、自由钳-专门用于拧卸钻杆，套管 4 打捞类：矢锥（公锥、母锥）勘察技术与工程概论第四章第一节 硬质合金钻进 定义：硬质合金转进是指采用相当硬度的硬质合金作为切削材料的一种的转进方法。1. 硬质合金转进井底碎岩过程（1） 塑性岩石 主要以切削为主;脆性岩石 主要以剪崩为主.碎岩的条件：硬质合金必须具有足够的硬度和强度 足够的轴向力和回转力（水平荷载）（2）硬质合金转进的特点和应用范围 1 特点：(1) 工作稳 振动小（与钢粒转进想不） （2）岩芯采取率高孔内事故少 孔斜少 钻孔质量高 （3）可以根据岩性的不同 灵活改变钻头的结构 钻进效率高 （4）操作简单 规程参数 （p n Q） （5）硬质合金比较便宜，钻头制作工艺简单 成本低 便于修磨 （6）不受钻孔的方向、深度、孔径的限制 （7）硬岩的钻进效率比较低2 适用范围：适用的可能性等级七级以下部分吧唧一， 硬质合金定义：硬质合金是利用极硬 脆的碳化钨的粉末加入钴粉来经烧结而成的材料，他属于假合金，我国称之为YG类合金，其硬度可达HRA90Mpa以上，抗弯强度大1400Mpa 钴粉：赋予一定的韧性和粘性的骨架材料 HRA（超硬材料）、HRB（金属）、HRC钻探工作对硬质合金的要求：（1）硬度大，HRA80Mpa 耐磨性好 （2）抗弯度大1150Mpa 韧性好 （3）热硬性好，导热性强 （4）成形性好，便于镶焊（一）硬质合金的牌号和性能：YG4C YG8 YG6X (4：合金里面鈷的百分含量;C:粗细C表粗，X表细) 随着鈷的汗来那个的增加，期待哦硬度、密度、耐磨性下降，韧性上升（二）硬质合金的形状和规格 1 片状 2 柱状：四方柱、八角（大、中、小） 3 针状 自磨式钻头（硬岩） 4 球 三 硬质合金钻头的结构参数 1 钻头的类型 （1）取芯钻头 （2） 不取芯钻头 2 硬质合金的镶焊方式：直镶：正斜镶（软底层）；贫斜镶 （图） （一）切削具的出刃 目的: 切入岩石 保证冲洗液畅通（1） 底出刃：软岩（3-5mm）;硬岩（23mm）（2） 内外出刃：软岩（23mm）；硬岩（12mm） （二） 切削具的刃角和镶焊角 刃角 a=75（b=90 b90 b90 C 切削角 c=a+b d 后角 越大冷却效果越好 （三） 切削具的排列和布置：1 排列形式： 单环排列 多环排列 密集排列（图）切削排列和布置应考虑的因素：1 切削具应成组地排列在钻具底部 完成切削 2 前一个切具为后一个切具提供更多自由面 提高效率 3 提高抗磨性 保证磨损一致 4 便于排粉（四） 切削具的组数 n4（合金） v=hnq h=f(p) 其中h表深度 n 表合金个数 q表切削量（五）钻头的水口和水槽：水口 水槽四，硬质合金钻进规程：P轴向压力 n 转速 Q 冲洗液量 对钻头在孔内工作状态，钻进效率 钻头的使用寿命 钻孔的质量 施工安全有重要影响。 主要取决于岩石的性质，钻头的结构 钻孔的深度，质量要求 设备能力 钻具的强度等 （一）钻压P ps（切削具与岩石的接触面积）（强度） p小于硬质合金的强度 p=P0Xms6 P0(490-2000N每块):每颗合金上的压力，m;合金的数量 （二）转速 （图）钻头线速度 V=0.6-1.4ms 对于不同的岩石 其v不同：软岩 取高值；硬岩 取低值 （三） 冲洗液量Q 1 冷去钻头 2 清洗孔底 3不悬浮携带岩粉 （数学公式）（四）p n Q 的配合关系应以实验确定出合理的匹配关系第二节 钢粒钻进 定义：钢粒钻进是指用未镶有切削具的钻头刚体，压住不与钻头刚体镶焊在一起呈自由状态，尺寸不大的钢粒并带动其回转翻动而实现破碎岩石的钻进方法 （图）钢粒钻进的特性及其应用范围（一）钢粒钻进的井底碎岩过程（图）1 轴向力p 2 脉动冲击力 3 钢粒碎岩是 是随机 瞬时的 碎岩机理：1 压碎碎岩 2 压裂碎岩 36 脉动冲击碎石 （图） （二）钢粒钻进的优缺点及其应用范围1 特点：可以破碎比钢粒硬度大的硬岩切削材料不用提钻即可补充 延长回次进尺可以钻进硬岩及强度研磨性的岩石（可达十二级）可以钻进大直径硬岩钻孔碎岩面积达 效率低钻孔质量差钻孔倾角 7590钢粒直径 d=0.254mm 不能钻进大的裂隙性岩层以及滴水量大的地层钻孔直径 Dh75 Qh912 范围 七级十二级 大口径 硬岩二 钢粒和钢粒钻头 （一） 钢粒：材质 6070 淬火 规格：直径2.54 与钻头体厚度的关系 t=34d（钢粒厚度）（二） 钢粒钻头：1 材质45号钢2 规格 直径751503 t=911mm4 l（钻头长度）=500mm对钢粒钻头的要求：1 压住并带动钢粒回转 2 顺利地流通冲洗液 排除岩粉 3 补砂 导砂性能好 4 耐磨 （图）影响钻头性能的主要因素：1 材质 45号 DZ-40 DZ50 2 壁厚 3 钻头的水口大小和形状（导砂性）（图）三 钢粒钻进的规程 （一） 钻压p （数学公式） （二）转速n=150250 rm 硬岩 深孔，裂隙性，岩层 取小值：软岩 浅孔 完整 取高值 （三）冲洗液量Q 作用:清除和携带 分选钢粒 改水：在回次钻进中减少冲洗液量的操作 5L/次 回次 12次 清水：Q=2575L/min泥浆 1245 L/min 投砂（钢粒）的方法和投砂量： 1 方法：a 一次性投砂 b 连续投砂（需投砂器） 2 投砂量;q=1.15.2kg/回次第三节 金刚石钻进 定义：金刚石钻进是采用金刚石作为碎岩材料的一种钻进方法 金刚石特征：硬度大，脆性大，易燃烧一 金刚石钻进特性及其适用范围（一）井底碎岩过程：1表镶钻头硬岩：脆性 以压裂、压碎为主 切削为辅软岩：塑性岩石 以切削为主，压裂压碎为辅 2 孕镶 （图） (二)金刚石钻进的优越性：钻进效率高；钻孔质量好；设备、工具简便；劳动强度低；孔内事故率低；钻具综合成本低；钻进规程参数易控制；严格按操作规程操作 （三）应用范围;七级十二级二 金刚石：（一）金刚石的分类 1 天然金刚石（浑圆形、碎粒） 2 人造金刚石（单晶：JR4（特级） JR3（优级） JR？（合格品）；聚晶：保持孔径）（二）金刚石的性质：1 硬度大，耐磨性强 2 脆性强 抗冲击性能低 3 可燃性（三）金刚石的粒度 粒/克拉 0.2g=1克拉；孕镶用“目”表示 目：一寸上有多少个格 一寸=25.4mm三 金刚石钻头1 金刚石钻头的组成：表镶（底刃，边刃，侧刃）图;孕镶（粉末状 聚晶）2 胎体：用于包镶金刚石的一圈假合金（1）作用：a 包镶金刚石 b 联接钻头体 （2）水口 水槽 （3） 性能 胎体硬度：HRc=1045 硬岩用小硬度的1020 2030 3035 3540 4045 45 3 钻头体：外扣 单管钻头；内扣 双管钻头金刚石钻头的结构参数 金刚石的质量 表镶：质量好；孕镶：质量稍差 金刚石的含量（浓度） 表镶 含量;孕镶：浓度（工作层内）400%制 25%=100% 金刚石的粒度 表镶 粒/克拉；孕镶：46+60目（混合目、单一目、间断粒级）金刚石的排列 a 放射线式 b 螺旋线式 c 等间距 考虑的因素;a 排粉顺畅 b 全面破碎环隙 c 应有足够的充满度 d 保证每粒金刚好石剋取的岩石量相等 胎体的硬度 水口和水槽 底唇口的形状：1 平地式 2 圆弧式 3 阶梯式（单 双）4 环槽阶梯式四 金刚石钻进规程：（一）钻压p 表镶 F=fm（金刚石粒数）E（粒度）F fmEARpfmEAd;孕镶 P=p0A 57Mpa（中硬）79Mpa （硬岩） 911Mpa （极硬） （二）转速 表镶 v=1.03.0m/s；孕镶 v=1.53.0m/s 直径56或59 n=8007100r/m （三） 冲洗液量Q;冷却钻头 润滑（热容量大） Vf=0.30.6m/s第四节 冲击回转（以回转为主）钻进（旋冲钻进）1 回转钻进 石英脉 2 怎么办-冲击荷载 3 实现方法：在岩芯管上方加一冲击器 一 冲击回转钻进特性及其应用范围 (一)井底碎岩过程 三个外荷载 p 轴向力（静 防止反弹） F 冲击荷载 Fx 水平荷载 碎岩的机理：硬脆性岩石：冲击碎岩为主 切削为辅；软塑性：切削为主，冲击碎岩为辅 （二） 冲击钻进的特点和应用范围 1 特点 a 岩石的强度在冲击和在作用下降低50%80% 钻进效率高 b 切削据磨损少（轴向压力低 转速低;体积破碎；钻速快；接触时间短） c 静压力的存在改善了冲击碎岩的效果 d 冲击频率高 岩石容易产生疲劳破坏 e 钻孔质量高 孔内事故率低 成本低 2 使用的底层条件：可以钻进中硬-坚硬的地层 可钻性等级：69级钻效率可以钻进打滑底层，易孔弯地层 二 冲击器 （一）冲击器的种类：1按动力介质分 a 液动式 b气动（机械式）2 按照结构形式分 a 有阀式（正作用、反作用、 双作用） 无阀式（射流式 射吸式） （二）冲击器的工作原理：以阀式正作用说明工作过程（图） 三 冲击回转钻进用的钻头 （一）钻头刚体 1 材料：40Cr或45Cr（强度高） 2 壁厚：1014mm 3 钻头体的长度（稍长） （二）硬质合金： 1 牌号 YG14 YG11（鈷的含量高于10%） 2 形状与尺寸：取芯的钻头（大八角）；不取芯的钻头（球形，锥齿）；其它定形短片状 焊接的方法：a 铜焊 b 热挤压嵌入法（过盈配合） （三）硬质合金的排列方式和出刃：a排列方式（同前） b 出刃：35mm 注：主要考虑钻头的抗击压、抗弯强度、粘结强度以提高钻头工作寿命 四 钻进规程：（一） 钻压P 硬岩 400500kg； 软岩（易变形）8001000kg （二） 钻速n n=3045rpm 金刚石钻进：n=130450rpm 大直径硬岩钻进 n=1530 rpm （三）冲洗液量Q 水量Q （原则上大一点好）：驱动冲击器、携带岩粉 Q=100200L/min 第五章 钻孔冲洗简介第一节 概述：一钻孔冲洗介质的功用：1冷却钻头 2 清洗孔底悬浮和携带岩粉（流动） 3 保护孔壁（稳定孔壁）Pw（孔内压力）=9.81x10的付三次幂 HPf （MPa）P0（底层压力）Pw 4 润滑钻具和钻头 5 其它方面的作用a破碎岩石（直接破碎：水力冲击钻进、石油钻井、喷射钻井）；间接破碎 b孔底动力机的动力因素（冲击器 涡轮）c 携带矿芯到地表 水力输送原理 反循环的钻进方法 d孔内信息的载体：孔内钻进的情况 二 钻孔冲洗介质的类型：清水、空气、泥浆（粘土+水）、乳状液、泡沫胶体（d0.01um）三 钻孔冲洗液方式：1 全孔正循环 2 全孔反循环 3 孔内局部反循环 （公式） 翻寻黄中心取样技术CSR 孔内局部反循环：上部正循环、下部反循环第二节 钻探泥浆 一概述 （一）泥浆的组成：泥浆是粘土分散在水中所形成的悬浮溶胶体系 组成：粘土（澎润土）+水+处理剂（有机、无机） 膨润石：蒙脱石 （二）类型：1水茎泥浆 a淡水泥浆 b盐水泥浆 NaCl1%36.5饱和 c钙处理泥浆 氢氧化钙、二水硫酸钙、氯化钙 d 海水泥浆 2 低固相聚合物泥浆 3 混油泥浆（乳化剂） 4 油茎泥浆（石油钻井） 5 充气泡沫泥浆（发泡剂） 二 泥浆的主要性能：泥浆的流变方程和流变直线 (公式+图)钻孔冲液：是指钻孔冲洗介质在孔内定期或连续的循环过程以清洗孔底、携带岩粉 定期清洗：是用在冲击钻进方法连续循环，连续回转 （一） 泥浆的粘度，切力，触变性，剪切，稀释特性 1泥浆的粘度：（公式） 粘度是指泥浆爱那个在层流流动时体系内部各种内摩擦力的总和（1） 表关粘度（公式） （2）塑性粘度 （3）漏斗粘度：相对粘度（700ml水流出500ml） 2 泥浆的切力（表结构强度的大小）（1）静切力影响泥浆的悬浮岩粉的能力（2）动切力影响泥浆的携粉能力3触变性：泥浆搅动时变洗静止时增固的现象4剪切稀释特性是指泥浆的表现粘度随剪切速率而下降的特性（二）泥浆的失水和造壁性9.8110的负三次幂HPf 泥浆的失水是指泥浆中的自由水在孔内压力差的作用下向底层中的孔隙率失的现象（压力差，通道）；造壁性是指泥浆和失水的过程在孔壁形成泥皮的现象起到保护孔壁降低率失的作用 （三）泥浆的其它性能：a密度Pf b含砂量 泥浆中固相颗粒大于74um被视为砂子 cPH值=7.010.00(11.00) d胶体率三 泥浆的净化：自净化沉降；强制净化：筛旋流除砂；化学：絮凝剂第六章 钻探质量第一节 岩矿芯的采取 一 取芯的目