2019年第三讲岩心钻探工艺

1、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： 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。 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。 钻孔遇到含水构造与大裂隙

2、贯通，严重漏水，用其它方法止水无效时。 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

3、部工作。3、钻进方法分类 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； 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； 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 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。 软的和部分中硬岩层，选用硬质合金钻进； 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； 中硬至坚硬岩层，选用金刚石、钢粒或潜孔锤钻进。5、开孔钻进前应作好哪些准备 开孔钻进前应备好足够数量的钻杆、套管、定向管、钻头、钢粒、油料、 冲洗液、拧卸工

4、具、专用取心工具、必要的短岩心管、岩心箱及各种报表等。 必须对钻探设备及安装质量进行全面检查， 不合要求时应进行修理、 调整。 必要时可重新安装，决不能凑合。 深孔钻进开孔时，为防止孔斜，必要时可以在孔口挖一坑，埋入定向管， 钻进到基岩后再下入套管。 浅孔开孔应使用泥浆护孔， 如坍塌严重， 可采用人工 造壁的方法钻进，钻到基岩后下入套管。6、开孔钻进时应注意事项 开孔钻进时应逐步加长岩心管，并采用轻压、慢转、适当泵量钻进。换径时应使用综合式导向钻具，以防止钻孔弯曲。开孔钻进时往往是覆盖层， 冲洗液易漏失， 降低孔壁的稳定性， 要注意防止 卡钻、埋钻、糊钻、烧钻等孔内事故发生。套管应下在完整的基

5、岩上。 下套管之前， 先向孔内投入粘土球并捣实， 使套 管插入粘土中，以封闭套管底部。套管上端应用木楔固定，并用粘土封闭，必要 时可用水泥封闭。 在固定套管前， 将主动钻杆与套管连接， 用以检验套管是否端 正以及钻孔中心是否与套管中心对正。三、钻进技术参数（钻进规程）1、定义：影响钻进效率和钻头使用寿命的一些可控制的技术参数以及它们 之间的配合关系。2、内容：一般钻进方法的钻进技术参数包括钻压 （P）、转速（n）和泵量（Q）， 钢粒钻进方法还包括投砂量和投砂方法， 冲击回转钻进方法还包括冲击间隔、 冲 击频率和冲击功大小等。3 、理解： 钻进技术参数直接影响着钻进效率和钻头使用的寿命，所以它很

6、重要； 根据钻进地层情况和钻进方法， 可人为调控钻进技术参数， 改变它们的数 量大小及它们之间的配合关系； 钻进技术参数之间不是孤立的，而是相互联系、相互配合的。4、分类： 最优钻进规程： 指在一定的技术条件下， 确定能达到最好技术经济指标的 钻进参数值。一般所说的钻进规程即是指最优钻进规程。 强力钻进规程： 指钻进时采用比一般钻进参数为高的钻进参数值， 以达到 更高钻进速度。有时也称快速钻进规程。 特殊钻进规程：为了某一或某些特殊的目的和要求而采用的特殊技术措施 和特殊的受限制的且合理的钻进参数值。5、如何控制和调整钻进技术参数： 根据孔内情况：包括孔底岩石性质、孔壁情况、孔深、孔径、角度、

7、钻头 类型及磨损情况、钻具条件、冲洗液性质等； 操作人员不能直接观测孔内情况， 要控制钻进参数， 必须勤于观察， 善于 分析，积累知识和操作经验。四、钻探破碎岩石的方式1、三种碎岩方式： 表面研磨破碎。钻压过小，切削具不能压入岩石； 疲劳破碎。钻压稍大，但仍不足以压入岩石，只能使岩石表面产生裂纹， 经反复作用才能产生效率很低的碎岩方式； 体积破碎。 钻具能保证切削具压入岩石， 在回转力的共同作用下产生剪切 破碎。2、 体积破碎的过程：压入、剪切第二部分：硬质合金钻进一、概述1、概念：利用镶焊在钻头体上的硬质合金切削具在给进力和回转力共同作 用下破碎孔底岩石， 同时，用冲洗液来冷却钻头并将破碎下

8、来的岩石颗粒排出孔 外的钻进方法。2、特点：钻进操作简单，在中硬以下地层钻进效率高，质量好，钻探材料 消耗少，成本低，钻探方法灵活，适应范围广。3、硬质合金钻进适应范围适用于岩石可钻性 16 级及部分 78 级弱研磨性的岩层钻进，钻孔直径 46150mm,钻孔角度任意。4、硬质合金钻具：单管硬质合金钻具。二、影响硬质合金钻进的主要因素1 、岩层性质：包括硬度、研磨性、裂隙性、不均匀性及岩层的硅化程度等。2、钻头方面： 硬质合金的质量：如硬度、强度、韧性和抗磨性能等； 硬质合金切削具的形状、规格等； 切削具在钻头体上的排列形式及数量； 镶焊的方法及镶焊的质量。3、钻进时的操作技术和钻进规程。三、

9、硬质合金钻进原理脆性岩石碎岩过程、 塑性岩石碎岩过程、 切入和切削同时作用下的碎岩过程四、硬质合金1、钻探用硬质合金的特点：硬度大，耐磨性好；有一定的抗弯强度和 抗冲击韧性, 能够承受一定的弯矩和冲击； 热稳定性和导热性好； 成型性好, 便于镶焊在钻头体上。2、硬质合金成份地质矿山用硬质合金主要成份是碳化钨（ WC）和钻（Co），其中碳化钨粉 末为骨架，钴的粉末为粘合剂， 这类硬质合金统称为钨钴合金， 代表符号为 YG3、硬质合金牌号 牌号：YG4X （Y 碳化钨、G 钻、4钻的百分含量、X 细粒） 钻含量对合金性能的影响： 随着钻含量的增加， 抗弯强度增高，韧性增大， 硬度和耐磨性降低；含钻

10、量减少，则抗弯强度降低，韧性变小，硬度增高。 碳化钨粉末粗细对合金性能的影响：粉末愈粗，硬质合金抗弯强度增加， 硬度下降；粉末愈细，硬度增高，抗弯强度降低。4、地质勘探用硬质合金形状 硬质合金形状有：薄片形、柱形、针状和八角形等。 磨锐式硬质合金的形状及特性A、磨锐式合金都具有刃尖角（或修磨成刃尖角），钻进时随合金磨损，刃 尖角断面积逐渐增大，几何形状有薄片形合金和柱状合金。B、薄片形合金：有直角薄片、菱形薄片和矩形薄片，这类合金切削性能好， 易切入岩石较深，但强度和耐磨性较差，多用于钻进 14 级软岩层。C、柱状合金：有方柱状、八角柱状和锥片状三种，这类合金钻进时与岩石 接触面积大， 但其强

11、度和耐磨性都较大， 多用于钻进 47 级中硬岩层， 其中八角 柱状合金可用于较硬岩层，锥片桩柱状可用于液动冲击回转钻进。一般情况下， 八角柱状合金比方柱状合金钻进时， 具有易于破碎岩石， 便于排除岩粉， 抗磨能 力强和便于焊牢等优点。 自磨式硬质合金的形状及特性： 自磨式硬质合金有圆柱状 （针状） 和片状 两种，钻探现场针状合金用的较多。在钻进中，它没有刃尖角，磨损后合金断面 不增加，能维持原有克取效率，适用于钻进 67级和部分 8 级地层。五、硬质合金钻头1、钻头结构参数 钻头体、切削具数量、切削具出刃、切削具在钻头底面的排列方式、切削具 的镶焊角、水道形式及数量等称为钻头结构参数。 钻头体

12、：镶嵌切削具的基体，长度 85100mm； 合金数量（切削具数量）：取决于钻头直径和岩石的研磨性； 切削具出刃： 切削具镶焊好后超出钻头体的部分； 分为底出刃、 内出刃和 外出刃，目的是保证切削具切入岩石和冲洗液畅通； 切削具排列方式： 分为单环和多环， 单环适用于软岩石， 多环适用于中硬 岩石； 切削具的镶焊角：分为直镶、正斜镶和负斜镶； 水口及水槽数：目的是保证冲洗液畅通冷却钻头和排粉。2、硬质合金钻头分类 取心式钻头：包括磨锐式和自磨式两种。 全面式钻头：包括翼片式、矛式和环翼式等。3、常用硬质合金钻头类别及适应地层 螺旋肋骨钻头：适用于钻进24级松软、塑性、易膨胀堵水的岩层； 阶梯式肋

13、骨钻头：适用于钻进 35级胶结不紧密的岩层； 普通硬质合金钻头：适应于钻进 25级均质岩石； 单双粒钻头：适用于钻进45级较硬、研磨性岩石； 品字形钻头：适用于钻进46级范围内的岩石； 三八式硬质合金钻头：适用于钻进 57级多裂隙岩层； 负前角阶梯式钻头：适用于钻进 57级较硬、研磨性、节理发育的岩石； 自磨式针状硬质合金钻头：适用于钻进 67级及部分8级地层。4、对钻头加工质量的要求 保证有高的同心度，钻头底唇面应与轴线垂直； 硬质合金在钻头底唇面上的定位要准确； 镶焊硬质合金的槽穴要略大于略大于合金， 保证有一定的间隙， 以便于焊 接铜液充填，镶焊要牢固； 底出刃要平齐，内外出刃应保持一致

14、；硬质合金的切削刃要一致； 不要用铁锤直接敲击硬质合金， 焊接时要先预热， 加热时喷枪火焰不能直 接对着硬质合金，焊好后放入灰箱中缓慢冷却并进行修磨； 水口、水槽加工要符合设计要求。六、硬质合金钻进技术参数1、钻压 表示方法：钻头上的总钻压（总压力）和单位钻压（每颗合金上的钻压）。 钻压对钻速的影响： 切削具作用在岩石上的单位压力必须大于岩石的抗压 强度，才能以体积破碎方式进行工作，从而获得较高钻速和减少切削具的磨损。 但压力过大则易产生下列危害：A、切削具切入岩石过深，容易引起崩刃或加大磨损，导致钻头寿命和钻进 效率降低；B、易造成钻孔弯曲，影响钻孔质量；C、钻杆弯曲，易磨损和断裂，弯曲的钻

15、杆刮磨、敲打孔壁，影响孔壁稳定 并使回转阻力增大；D、在软岩钻进中冲洗孔底跟不上破碎岩石速度，容易造成烧钻事故。E、钻具受力条件恶化，容易出现钻具断、脱等孔内故障，扫孔时还可能出 现夹钻事故。 合理确定钻压的原则：保证切削具能压入岩石，产生体积破碎，即 c-岩石抗压入能力，取决于岩石性质；S-切削具与岩石接触面积，取决于切削具的类型和数量。 确定钻压的步骤：按钻进需要计算钻压，然后根据具体加以修正和调整。 轴向总钻压二每颗切削具所需钻压X切削具数 实际操作时钻压选择应注意的事项A、钻进较硬岩石和强研磨性岩石应适当增大压力，否则光磨切削具，进尺 少；钻进软岩或弱研磨性的岩石可采用中等压力，如压力

16、过大，进尺过快，会造 成重复破碎或糊钻现象， 也会降低效率； 钻进裂隙地层或软硬不均地层时， 应适 当减少压力，以防合金崩刃或造成孔斜。B、 在实际生产中，开始接触孔底时的初钻压，应比正常压力小1/31/4,钻 进 510分钟再转为正常压力。初压小，主要防止合金崩刃和消除钻头镶焊质量 造成的出刃误差， 以适应孔底条件。 在钻进中， 要随切削具的磨损与岩石接触面 积增大，而增大钻压，以保证使岩石产生体积破碎时所需钻压。C、采用针状合金钻头时，因钻头上针状合金胎块的截面积大于同径的普通 合金钻头切削具刃部截面， 又因有一部分钻压要消耗于胎体的磨损， 因此需要较 大钻压，一般比同径普通合金钻头所需压

17、力大 20%左右。2、转速 定义表示方法：转数(n)和转速(V);关系：n= 60v/n D。n 转/分钟、v 米/秒、D 米(钻头直径)、n 3.1416 转速对钻进效率的影响 5钻进中如何选择转速3、冲洗液量 定义：指钻进时送入孔内的冲洗液流量，有时也称泵量或送水量。 冲洗液量对钻进的影响 冲洗液量的计算A、计算公式：Q= 6VF ( L/min)式中：Q冲洗液流量L/minV 冲洗液上返流速，取 V = 0.30.45 m/sF钻孔与钻杆环状间隙，F= n (D2 d2) /4 cm2D 钻头直径 cmd 钻杆直径cmB、经验公式：Q= KD (L/min)式中：Q冲洗液流量L/minK

18、 送水系数，K = 615L/cm minD 钻头直径 cm。岩石软、研磨性大， K 取大值；岩石松散，易冲蚀， K 取小值。 钻进中如何合理选择冲洗液量： 冲洗液量应根据岩石性质、 钻头直径、 单 位时间内产生岩粉量等因素确定。钻进软岩石时，因进尺快，产生岩粉多，冲洗 液量应大些；岩石颗粒粗，比重大，应适当增加冲洗液量；钻头直径大，孔深、 孔壁渗漏多，冲洗液量应大些；在松软破碎的地层钻进，为防止冲毁岩矿心，冲 垮孔壁，应用较小冲洗液量。4、钻进参数的合理配合 P565 级以下软岩：采用高转速、低钻压、大冲洗液量；岩石松散，易冲蚀：采 用低钻压、低转速、小泵量；研磨性岩石中：采用高钻压、低转速

19、、大泵量。七、硬质合金钻进操作方法及注意事项（一）、硬质合金钻进操作方法及注意事项1、新钻头下人孔底前，要严格检查钻头的镶焊质量，分组 （ 56 个钻头为 一组） 排队轮换修磨使用， 以保持孔径一致。分组排队的顺序是： 外径由大到小， 内径由小到大。2、下钻时，对孔内情况要心中有数，如孔内有探头石、大掉块和硬的脱落 岩心时，不要下钻过猛，防止墩坏钻头。拧卸钻头时，不宜用管子钳，以免夹扁 钻头，使用自由钳也不能咬在合金上，以防压伤压裂硬质合金。3、钻具下人孔内，接上主动钻杆后，应开泵送水，使孔底沉积岩粉处于悬 浮状态， 然后边冲边下。 当钻具不再继续下行， 表明钻头已经接触孔底或碰到残 留岩心，

20、这时应将钻具提起 0.3m 左右，采用轻压、慢转的参数扫至孔底。如下 钻过猛，很可能发生鳖水、碰碎合金及岩心堵塞等故障。4、开始钻进时，先采用轻庄、慢转和适量的冲洗液钻进 35mi n,待钻头适 应孔底情况后，可将钻压、转速增加到需要值。倒杆时，应使钻具呈减压状态开 车，以防钻杆折断或压坏合金。5、正常钻进时，给压要均匀，不得无故提动钻具，以免碰断岩心或发生堵 塞。在卵石层中钻进，无故提动钻具，也会使已经进人岩心管内的卵石脱出，影 响钻进速度。随着合金切削具的磨钝需要增大钻压。发现孔内有异状，如糊钻、 鳖水或岩心堵塞时，应立即处理，处理无效，立即提钻。6、保持孔内清洁， 孔内残留岩心在 0.5

21、m 以上或有脱落岩心时， 不得下入新 钻头；孔底有崩落合金时， 或由钢粒改为合金钻进时， 必须将碎合金或钢粒捞尽 磨灭后，才能下入合金钻头钻进。7、在松软、塑性地层使用肋骨钻头或刮刀钻头钻进时，为消除孔壁上的螺旋结构或缩径现象，每钻进一段后，应及时修整孔壁。8、合理掌握回次提钻长度。每次提钻后，要检查钻头的磨损情况，以改进 下回次的钻进技术参数。9、严禁投钢粒卡心，卡心过程中加压不宜过大，也不宜猛墩。提钻、卸管 要稳，退心时不能用大锤敲击钻头。（二）、硬质合金钻进最优回次钻程时间的确定1、机械钻速 =回次进尺 /纯钻进时间（米 /小时）2、回次钻速=回次进尺/（纯钻进时间 +辅助时间） （米/

22、小时）3、回次钻速的最大值就是合理的提钻时间，这时应该提钻，更换或修磨钻 头。过早，起下钻所占时间比重过大，纯钻时间少，影响钻进效率；过晚，虽然 增加了纯钻时间，但机械钻速太低，也同样影响钻进效率提高。（三）、硬质合金钻进采心操作1、卡料规格：通常用铅丝。铅丝股数根据岩心直径确定，岩心直径不够均 匀时，可考虑长、短、粗、细卡料结合。2、投料方法：投卡料时钻具应略提离孔底，边投边敲震主动钻杆，投完后 用大泵量冲送卡料。3、采心操作：采心时宜大压力、低转速、并不时活动钻具，方式是慢提快 放。必要时还可操纵离合器一开一停，注意减少钻压，防止蹩断钻杆。4、钻进层理发育和破碎地层时，常使卡料不能到底，岩

23、心采取率降低或根 本采不上岩心时可采取的措施：A、早投卡料；B、改用碎石卡料；C、用卡料效 果不可靠时，可换用喷射式反循环钻进或改用卡簧取心。5、用干拧法取心时，因加压干拧稍不注意即可能烧钻，因而应由有经验的 工人操作，并随时注意机械运转情况。八、硬质合金钻进在各类地层中的应用1、松软至较软岩土层（ 14级）。该类地层钻进的特点是：破碎岩石容易， 岩石研磨性小，钻进效率高；相应地是孔内岩粉多，岩粉颗粒大，有时孔壁易坍 塌；易产生糊钻、蹩水、缩径等。钻进时，要防止蹩水、糊钻，保持孔内清洁和 保护孔壁等。采用高转速、大泵量、较小钻压的规程参数。2、中硬岩层（ 56 级）。该类地层钻进的特点是：钻进

24、效率不高，岩石有一 定的研磨性，护壁问题不大。 钻进时要设法提高钻进效率， 尽量选用阶梯钻头和 各种小切削具的高效钻头。采用大钻压、高转速、大泵量的钻进规程参数。3、硬岩层（7 级及部分 8 级）。该类地层钻进的特点是： 岩石硬、有研磨性、 合金磨损较严重，钻进效率低。钻进时在延长钻头寿命的前提下提高钻进效率， 采用大钻压、中转速、中泵量的钻进规程参数。4、裂隙及研磨性岩层。 该类地层钻进的特点是： 合金崩刃和合金磨损严重。 钻进时要防止合金崩刃， 减少合金磨损， 延长钻头寿命。 在裂隙发育地层钻进时 选用较低钻压、 中等转速和中等泵量； 在研磨性大的地层应选用大钻压、 较大泵 量和适当小的转

25、速的钻进规程参数。第三部分、金刚石钻进一、概述1、金刚石钻进概念：用金刚石钻头在一定轴心压力下，以回转方式破碎孔 底岩石的钻进方法。2、金刚石钻进的优越性： 钻进效率高（工艺恰当时，能提高一倍以上）； 钻孔质量好（钻孔弯曲小、采取率 90%以上）; 装备轻，劳动强度低（常采用小口径）； 事故少（孔壁间隙小，钻具回转稳定）； 成本低（效率高、质量好、事故少，综合成本低）； 适用范围广（可施工不同角度、不同孔径、孔深及不同用途的钻孔，钻进 112 级岩石）。3、金刚石钻进的原理：金刚石碎岩是通过研磨、磨削、刮削、剪切、切削、 压皱、压入、压碎等综合作用，加上高转速带来高频率的作用。4、金刚石钻进适

26、应范围 岩石可钻性： 112 级； 孔径及孔深：不限。孔径 28300mm,孔深可达4000m； 钻孔方向：不限。可施工垂直孔、斜孔、水平孔和仰孔等； 在严重坍塌的漏失地层中钻进，钻进、护孔堵漏困难； 钻进坚硬致密岩层，会出现钻头不进尺的“打滑”现象； 在石英破碎带及研磨性很强的地层中钻进，钻头寿命短； 金刚石钻进还需要较好润滑性能的冲洗液冲洗润滑。5、金刚石钻具二、钻探用金刚石1、金刚石的分类：金刚石按成因分为天然金刚石和人造金刚石两大类，人 造金刚石分为单晶、聚晶和孕镶块三种。2、人造金刚石聚晶：由十分细小的金刚石微粒组成的多晶金刚石，可根据 需要加工成各种形状。3、人造金刚孕镶块： 人造

27、金刚石粉末和胎块金属粉末一起经压制烧制而成。4、人造金刚石聚晶复合片：是在高温高压条件下将金刚石聚晶层和硬质合 金机体烧结一起的， 既具有金刚石的高硬度、 高耐磨性， 又具有硬质合金的抗冲 击韧性和可焊性的复合材料，简称 PDC。适应于钻进软中硬地层。5、金刚石的特性： 硬度大、强度高，耐磨性好； 化学稳定性好。不与酸反应，与碱反应缓慢； 亲油疏水性，适合于用乳化冲洗液冲洗钻孔； 热稳定性差。在空气中，300C开始氧化，800C开始石墨化，900C质量 变化，1000 C完全消失。 性脆，抗冲击韧性差。三、金刚石钻头（一）、钻头组成： 钻头由金刚石、胎体、钻头体（钢体）三部分组成。1、金刚石：

28、切削岩石的切削具。 表镶钻头用大颗粒金刚石镶嵌于胎体表面， 按镶嵌位置及作用不同分为底 刃、边刃和侧刃。 孕镶钻头：细粒金刚石均匀分布于胎体工作层内。 金刚石复合片： PDC 复合片按要求均匀镶嵌钻头体上。2、胎体： 作用：包镶金刚石。 成份：骨架材料 WC，粘结剂Cu、Ni等。 要求：能调整性能以适应不同岩性，既保证本身完整又能保证自磨出刃。3、钻头体（钢体） 单管钻头钢体长75mm，端部车外扣。 双管钻头钢体长115mm,端部车内扣。 下端形状：三棱、方形、阶梯形、螺纹等，目的是加强与胎体的连接，便于胎体压实和传递较大扭矩。（二）、钻头类型及规格1、钻头类型：表镶金刚石钻头、孕镶金刚石钻头

29、、金刚石复合片钻头。3、我国地质用金刚石钻头品种代号3、钻头规格（三）、金刚石扩孔器1、金刚石扩孔器的作用 修整孔壁、保持孔径；扶正钻头及钻具；减轻钻头负担、延长钻头寿命；单 管钻进中起卡簧座和卡簧限制器的作用。2、扩孔器的结构扩孔器由金刚石、 胎体和钢体组成。 两端有螺纹连接岩心管和钻头。 胎体高 28mm,镶有金刚石的部分叫工作带，宽2030mm,并开有条带槽以流通冲洗液。 钢体长 140mm。（四）、金刚石钻头品种及适用条件1、单管金刚石钻头适合于下列条件：A、钻进各种硬度和研磨性完整地层；B、在裂隙发育而采用双管易出现岩心堵塞严重的地层； C、在上述情况下岩心 不易被冲洗液冲蚀的岩层；

30、D、在坑道钻探水平孔和垂直孔；E、用于取样钻机 钻探；F、小直径工程中浅钻孔。2、 天然金刚石表镶单管钻头：按岩层硬度，分别选用粒度15100粒/克拉 的表镶钻头，适用于中硬（ 46级）、硬（79 级）的弱至强研磨性的完整岩层。3、人造金刚石孕镶单管钻头： 适用于中硬、 硬和坚硬的弱至强研磨性岩层。4、加固型单硬质合金管钻头：钢体表面镶有长条硬质合金，保护钢体免遭 磨损。胎体后方有硬质合金补强，防止水口冲蚀，保护胎体。唇面天然金刚石密 布，钻头耐磨性高。适用强研磨性中硬 硬地层。5、 天然金刚石表镶普通双管钻头适合于下列条件：A、可用于中硬（46 级）、硬（79级）并具有各种研磨性的完整岩层；

31、B、适应于高、低转速，在深 孔中钻进具有明显优势；C、采用优质细粒天然金刚石双管钻头钻进坚硬 （1012 级）地层和深孔“打滑”地层。&孕镶普通双管钻头：A、广泛用于钻进各种硬度和研磨性岩层，特别是 钻进中硬、 中硬硬岩层具有良好钻进效果， 在钻进破碎岩层时是一种主要的钻 头品种；B、在钻进坚硬岩层时，改用唇面结构具有掏槽和挤压碎岩作用的钻头。7、人造金刚石尖齿孕镶双管钻头： A 、适用于中硬、硬和坚硬的弱至中等 研磨性岩层， 特别在硬、坚硬的弱研磨性岩层中等研磨性互层及塑性岩层有很 好的适应性。不适应于强研磨性、裂隙和硬脆碎地层；B、对钻孔易弯曲的地层， 有较好的防斜作用，可用作防斜

32、钻头。8、人造金刚石电镀普通双管钻头：可用于钻时弱至中等研磨性的中硬，在 钻进坚硬“打滑”岩层效果不错。9、人造金刚石聚晶表镶双管钻头： 适应于钻进中硬、 弱和中等研磨性岩层。10绳索取心金刚石钻头：A、天然金刚石表镶钻头适用于钻进较完整的软 硬的各种研磨性岩层和互层，但不宜钻进破碎地层；B、天然金刚石表镶多阶梯钻头适用于钻进完整的中硬、中硬 硬的岩层，但不能在破碎地层中使用；C 孕镶平底人造金刚石钻头适应于中硬、 硬岩层， 完整的或破碎的岩层， 强研磨性或 中等研磨性岩层， 特别适应于硬脆碎岩层钻进， 但在坚硬的弱研磨性岩层不宜选 用，在深孔低转速条件下效果不好；D、人造孕镶金刚石单阶梯钻头

33、适用于各种 弱至中等研磨性的中硬、 硬岩层， 并具有较好的工作稳定性； 由于钻头超前唇面 的掏槽作用并增加碎岩的自由面， 钻头既有磨削， 又有挤压碎岩作用， 具有较粗 的岩粉，有利于保持钻头的出刃状态。 对于钻进打滑岩层有一定效果； 并对裂隙 性岩层有较好的适应性；E、电镀人造金刚石钻头适用于弱至中等研磨性的中硬、 硬地层，但不太适用于强研磨性地层； F、尖齿孕镶金刚石钻头适用于完整的弱 至中等研磨性的中硬、 硬和坚硬岩层； 具有低钻压特性， 特别对胎体壁厚的绳索 取心钻探效果更好；具有防止钻孔弯曲的作用； 该类钻头不宜用于强研磨性地层、 裂隙发育地层和硬脆碎地层， 因为容易使尖齿剧烈磨耗和损

34、坏， 导致钻头寿命太 短；G、唇面交错孕镶钻头主要应用于绳索取心硬岩钻进，但不能用于钻进破碎 岩层，是一种低钻压特性钻头（比平底孕镶钻头低 1/31/4）。11、底喷式金刚石钻头：主要用于解决粉状岩矿层、遇水粉化或膨胀地层、 软硬互层、 煤层、容易受冲洗液扰动的硬脆碎等地层的取心问题。 钻头切削磨料 有单晶人造金刚石、天然金刚石、人造金刚石复合材料等；其镶焊方法有表镶、 孕镶和镶嵌式等。适用的地层有： 当煤层、 软硬互层取心时可采用表镶或孕镶尖齿底喷式钻头； 当钻进粉 状岩矿层， 遇水粉化和遇水膨胀地层取心时， 可采用表镶圆弧底喷钻头、 表镶底 喷钻头、尖齿孕镶底喷式钻头等； 当钻进硬脆碎地层

35、取心时， 可采用平底孕镶 底喷式钻头； 当钻进易糊钻的岩矿层时， 可采用超前底唇的阶梯底喷钻头， 可 避免水眼被堵； 当钻进煤层及粉状矿层取心时， 还可采用复合片或聚晶底喷式 钻头。12、金刚石全面钻头： 天然金刚石表镶双锥形全面钻头适用于较完整、 弱 至中等研磨性的软中硬岩层；聚晶或复合片双锥形全面钻头适用于较完整中 等研磨性的软 中硬岩层。13、水力反循环金刚石钻头： 天然金刚石表镶钻头适用于不同研磨性的中 硬、中硬硬地层，钻速较快，钻头寿命较长；人造金刚石孕镶尖齿钻头适用 于钻进完整的弱至中等研磨性硬岩层和塑性岩层， 可以取得较高的钻速； 复合 片反循环钻头适用于弱至中等研磨性，软 中硬

36、岩层、塑性岩层，具有较高的钻 速；聚晶反循环钻头在中等以上研磨性的中硬岩层中，具有较高钻还速。14、新型金刚石切磨材料钻头： 金刚石复合片钻头适用于较完整的弱至中 等研磨性的软中硬岩层和塑性岩层，钻速高，钻头寿命长；人造金刚石柱状 聚晶钻头适用于中等至强研磨性的软 中硬岩层；孕镶聚晶钻头也可用于裂隙较 发育的软中硬岩层；人造金刚石三角形聚晶钻头适用于弱至中等研磨性的软、 软中硬岩层，但不宜用于裂隙发育岩层；勘探奈特钻头，适用于弱至中等研 磨性的中硬、硬和坚硬岩层，特别在坚硬弱研磨性岩层可以克服钻头“打滑” ， 并具有均衡的较高钻速。但不宜钻进强研磨性和破碎岩层。（五）、金刚石钻头的选择1、钻头

37、选择原则： 软的、中硬和完整均质较硬的岩层一般宜选用表镶钻头 （包括聚晶、复合 片和孕镶块钻头）；硬的、坚硬的和破碎的、软硬不均的、节理发育和裂隙岩层， 宜选用孕镶钻头； 岩层研磨性强或硬度低、颗粒粗、破碎程度厉害的选用偏硬胎体；反之， 岩层研磨性弱，均质完整、硬度大、颗粒细的（如“打滑”岩层）选用偏软的胎 体；如遇研磨性强和硬度大的岩层时，应选用特硬胎体的钻头； 岩层研磨性越强、 硬度越高， 选用的金刚石品级应越好、 金刚石的颗粒应 越细，最好用孕镶钻头； 岩层硬度越高或研磨性弱，则钻头金刚石深度应越低；岩石研磨性越强， 硬度低，则钻头金刚石深度应越高； 一般中硬中研磨性岩层， 宜选用平底唇

38、面或弧边形唇面； 坚硬且研磨性高 岩层，可用半圆形唇面；复杂、破碎不易取得岩心的地层，可选用阶梯底喷式唇面；坚硬、致密易出现打滑岩层，可选用锯齿形或单双块形唇面。2、钻头的具体选择： 14级软岩层，排粉多，选用复合片钻头或聚晶钻头； 67级完整均质的岩层选用有造聚晶和粗粒表镶金刚石钻头，粒度为1 020粒/克拉，胎体硬度应在 HRC45 左右； 78级上等研磨性、较完整岩层，选用粒度 2040粒/克拉的中粒表镶钻 头或60目以粗的孕镶钻头，胎体硬度为 HRC40左右； 9 级以上中等研磨性、较完整的岩层选用 80 目以细的孕镶钻头，或者品 级好、粒度为4060粒/克拉的细粒表镶钻头，胎体硬度应

39、在 HRC3540左右； 研磨性强的岩层应选用胎体硬度大，金刚石浓度高，粒度细的孕镶钻头； 钻进节理发育、 构造复杂的裂隙破碎岩层， 应选用胎体硬度大的双管孕镶 钻头；（六）金刚石钻头及扩孔器的合理使用1、金刚石钻头使用注意事项：使用金刚石钻进， 必须精心操作， 精心管理。 操作时必须提高钻具工作的稳 定性，尽量采用乳化冲洗液和润滑冲洗液，并防止冲洗不足或间断。2、金刚石钻头的合理使用 钻头与扩孔器及卡簧之间要合理配合。 A、扩孔器外径应比钻头外径大 0.30.5mm,岩层坚硬时应采用下限数值； B、卡簧的自由内径应比钻头内径小 0.30.4mm。 钻进时， 应按钻头和扩孔器外径的大小， 排好

40、顺序轮换使用， 即先使用外 径大的，后使用外径小的；对于钻头，还应考虑先用内径小的，后用内径大的。 新钻头到达孔底后，必须进行“初磨”，即轻压（正常压力的1/3左右）、 慢转（100转/分左右）钻进 10 分钟左右，然后再采用正常参数继续钻进。新钻 头钻进的第一个回次进尺不宜过长，应及时提钻检查钻头的磨耗情况。 减压钻进倒杆时，必须先用升降机将孔内钻具拉紧（但不得孔底），倒杆后用油缸减压并在小于正常钻压的情况下平稳开车。 掌握“五不扫”，即不用金刚石钻头扫孔、扫残留岩心、扫脱落岩心、扫 掉块和探头石。 掌握“三必提”，即下钻遇阻轻转无效、岩心堵塞、钻速骤降时必须提钻。 钻头出现下列情况不能再下

41、孔使用： A、表镶钻头内外径磨耗超过标准尺寸0.2mm以上，出刃超过粒径的1/3 ; B、有少数金刚石脱落、挤裂或剪碎；C、孕镶钻头内外径磨耗超过标准尺 0.4m m以上，及出现石墨化的；D钻头明显偏 磨，水口水槽小于标准尺寸；E、胎体有明显裂纹、掉块、沟槽或严重冲蚀，钻 头体变形及丝扣损坏的。 避免钻头非正常损坏的措施：A、孔底应保持清洁，当发现有硬质合金、 胎块、金刚石、金属块、脱落岩心及孔壁掉块时，应采用冲、捞、抓、粘、套、 磨、吸等方法加以清除；B、不准在同一钻孔中交替采用金刚石钻进和钢粒钻进；C、钻具通过换径、探头石、孔壁掉块等部位以及在斜孔和干孔中下钻时，必须 放慢下降速度；D换径

42、后应用锥形钻头修整换径台阶；E、地层由硬变软时应减 压并控制钻进速度；F、钻进过程中应有专人定时观察冲洗液消耗情况。3、PDC钻头的合理使用：复合片在 750C以上温度时，复合片内的金刚 石成份易发生炭化，应尽量将工作温度控制在 700E以下。复合片和金刚石层 很脆，应避免冲击及重击。PDC钻头的最佳适应地层是可钻性三8级软中硬 岩层，不宜在破碎、 坚硬和强研磨性岩层中使用。 复合片钻头应尽量存放在干 燥、干净的环境中。四、钻进技术参数1 、钻压 钻压对钻进效率的影响 钻压的确定A、 表镶钻头：P= 1525m (N)式中：m 金刚石粒数，金刚石粒度大、 质量好、岩石完整取大值，否则取小值。B

43、、孕镶钻头：P= Fp (N)式中：p 经验单位压力，400800N/cm2F钻头环状克取面积，F=n( D2 d2) /4 ( cm2)D 钻头直径 cm d 钻头内径cmC、复合片钻头：P= 10002000m( N)式中：m金刚石复合片数量 选择钻压时应考虑的因素2、转速转速对钻进效率的影响 转速的确定n = 60v/n D。n 转/分钟（钻头转动速度）、D 米（钻头直径）、n 3.1416、v 米/秒（钻头圆周线速度）、孕镶钻头：V=1.53.0m/s、表镶钻头：V=1.02.0m/s、PDC 钻头：V=0.752.0m/s. 选择转速时应考虑的因素A、岩石性质：中硬完整岩层应采用高转

44、速；岩层破碎，裂隙发育，软硬不均，钻进时振动大，应视破碎程度，适当降低转速；在软岩钻进效率很高时，为 保证有效地排粉和冷却，需要限制钻速，即要合理控制转速。B、钻孔深度：钻孔越深，钻具重量越大，受力情况越复杂，回转阻力也就 越大，就应合理地限制转速， 否则消耗功率大， 甚至因钻具强度不够而发生孔内 事故。在浅孔段则可采用较高转速。C、钻孔结构：钻孔结构简单，钻杆与孔壁间隙小，可用高转速；钻孔结构 复杂，换径多，钻杆与孔壁间隙大，钻具回转稳定性差，则不宜开高转速。D、金刚石粒度：粒度大，出刃量也大，为防止金刚石的崩刃和断裂，粗粒 钻头的转速应低于细粒钻头。E、设备、钻具和冲洗液状况：设备性能好，

45、功率大，钻具强度高，冲洗液 润滑减阻作用好，则可采用较高转速，否则应降低转速。 钻进操作中转速的选择： 新钻头下入孔内， 须用低转速试转数分钟， 无异 状后，再转入正常转速。在钻进中，转速要与钻压配合使用，即转速升高到一定 限度时，势必降低钻压，防止金刚石在激烈摩擦中损坏。 金刚石钻进转速的分级： 钻头转速分为四级： 高转速一般在 7001000rpm、 中转速一般在 400600rpm、低转速一般在 200300rpm、最低转速为100rpm左 右。3、冲洗液量 金刚石钻进对冲洗液量的要求： 冲洗液循环要求均匀连续， 通过钻杆柱不 泄漏地送至孔底。因金刚石钻进孔壁间隙小，冲洗液往返流速高，岩

46、粉细，岩粉 排出较快，需要较大泵压才能克服流通阻力，因此，金刚石钻进泵量要求不大， 还应适当控制，但泵压要求较高。 冲洗液量的计算计算公式：Q= 6VF （ L/min ）式中：Q冲洗液流量L/minV 冲洗液上返流速，取 V = 0.40.7 m/s,甚至1.0m/sF钻孔与钻杆环状间隙，F= n （D2 d2） /4 cm2D 钻头直径 cmd 钻杆直径cm 确定冲洗液量时应考虑的因素A、冲洗液上返速度：一般要求冲洗液上返速度为 0.40.7 m/s,才能有效地 冷却钻头和排除岩粉。B、岩石性质：在坚硬、细颗粒岩层中钻进，钻速低，岩粉少而细，则送水 量可小些；钻进中硬、粗颗粒岩层，钻速高，

47、岩粉多而颗粒粗，应加大送水量。 钻进裂隙、 有轻微漏失的岩层、 为补偿漏失的一部分冲洗液， 送水量应稍大于正 常情况。钻进研磨性强的岩层， 一方面由于摩擦热增多， 要较大的冲洗液量冷却 钻头；但由于岩粉研磨性强，在高速岩粉流的冲蚀下，胎体容易过早磨损，使金 刚石过早过多暴露而崩刃脱落，因而冲洗液量要严格限制。C、钻头类型：孕镶钻头金刚石出刃小，转速快，冷却条件差，可用较大泵 量；表镶钻头出刃大，冷却排粉条件好，可以用较小泵量。D、胎体性能、金刚石粒度、钻头水口、钻速、转速、钻压等，都对冲洗液 的选择有影响，确定冲洗液量时应综合考虑。 泵压和钻进的关系钻进过程中， 泵压发生小幅度上升或下降， 一

48、般是孔底换层的征兆， 这时要 注意进尺情况和钻具的响声， 必要时可调整钻进参数， 以防岩心堵塞。 若泵压略 升，钻速加快，多为岩层变软，这时应控制钻压，限制钻速，防止岩心堵塞，在 钻进效率突然降低或不进尺同时， 泵压突然大幅度增高， 这是发生严重岩心堵塞 的反映， 要尽快将钻具提离孔底， 防止瞬间发生烧钻事故。 若泵压大幅下降而不 回升，这多半是钻具折断或脱扣，应马上停车检查。一般双管钻具（46和59）清水钻进硬岩时，地表管路的泵压损失为510 个大气压（泥浆略高些） ；钻进软岩层时，约 812个大气压。每增加 100米孔深 将增加 2 个大气压。 金刚石钻进对冲洗液的选择在岩层条件允许的情况

49、下， 应选用清水作冲洗液。 因为清水冷却效果好， 岩 粉净化快， 成本低；但开高转速时， 必须使用减振润滑的乳状冲洗液或润滑冲洗 液；如果岩层破碎， 坍塌掉块， 应选用有良好润滑性能的优质低固相泥浆和无固 相高聚物冲洗液海洗孔。 但要特别加强泥浆管理， 做好净化工作， 以利于提高转 速，提高回转稳定性，从而提高钻速，延长钻头寿命，减少岩心堵塞，提高采心 率。五、金刚石钻进操作（一）、开孔1、合理选择钻孔结构，在地质条件允许的情况下，钻孔结构要尽量简单， 争取一径到底；2、开孔时，根据覆盖层、风化层的岩性合理选择开孔硬质合金钻头和针状 合金钻头，防止合金崩刃掉入孔内；3、在松散或不稳定岩层（掉块

50、、漏水、坍塌） ，应采用优质泥浆护孔，并用 较低转速和压力钻进；4、开孔时用 0.30.5m 岩心管钻进，并随钻孔加深，逐渐加长岩心管，以防 孔斜；5、钻进到完整、较硬基岩 12m 后，可下入套管护孔，下套管时应采取有 效保护套管措施，下好套管后，上下两端对正封严，应用稀泥浆钻进12 回次，然后进行冲孔，使之孔底清洁，为换用金刚石钻进打好基础。（二）、换径1、换径层位应选择在较硬而完整的岩层中；2、换径前清除孔内残留岩心，必要时用十字钻头将残留岩心消灭，再用磨 孔钻头磨平并清净孔底；3、换径必须用变径接头带导向岩心管，其长度应大于4m。小径岩心管第一 回次长度不大于0.5m，随孔深增加逐渐加长

51、，钻进 5m后才能撤去导正；4、换径钻头应采用针状硬质合金钻头或旧金刚石钻头，并用较小压力和转 速钻进，严防孔斜；5、换径后用锥形钻头将换径台阶消灭，使其呈漏斗形，以防下钻时碰撞金 刚石钻头。（三）、升降钻具操作1、下钻前和下钻过程中，应认真检查钻杆、接头，岩心管的弯曲、变形和 磨损情况，不合格者禁止下入孔内。2、钻杆螺纹应符合要求， 下钻时应在丝扣上涂丝扣油， 缠绵纱或加垫圈等， 防止中途漏失冲洗液。3、下钻时，操作人员对孔内情况要做到心中有数，钻头通过拧管机、套管 口或换径处、活石处，应放慢下降速度，以防碰坏钻头。4、下钻过程中遇阻，可用管钳慢慢回转钻具，无效时应立即提钻，采用其 它方法处

52、理。5、机台记录人要正确掌握机上余尺，和升降机操作者紧密配合，当离孔底0.51m时立即开泵送水，缓慢下放。离孔底 0.20.3m时应卡紧卡盘，以轻压慢 转扫孔，套心钻进。6、禁止在地面上拖拉金刚石钻具，以免碰坏钻头、扩孔器。提钻要稳，不 能猛刹车；拧卸钻具要稳，以防振动造成岩心脱落。7、若采用缠棉纱，加垫圈等措施防止丝扣漏水，在卸开立根时，应将母扣 上的棉纱或破损垫圈清除。8、在复杂地层中钻进时，升降钻具要慢，在提升钻具时，应向孔内回灌泥 浆。9、起、放钻头岩心管时，严禁钻头拖地和冲撞硬物。拧卸钻头和扩孔器时， 应使用专用工具并避开金刚石的胎体部分。10、使用双管钻具时应注意检查各部件的磨损情

53、况， 卸开双管时， 要轻拿轻 放，不准用铁锤、铁棒敲打双管（四）、钻进操作1、一个回次应由一个人操作，以便正确掌握孔内情况。操作人员操作时必 须精力集中，随时注意进尺速度、返水大小、泵压变化及柴油机声响；用电动机 时则应认真观察电流表和功率表，发现异常，立即停止钻进；2、地层变化时，要控制进尺速度，特别是由硬变软时，要改变钻进规程， 否则进尺速度过快，易造成烧钻现象；如进尺过快，会造成烧钻事故；地层由软 变硬，钻速变慢时，不得任意增大压力，以免损坏钻头。3、开车时要轻合离合器，并减轻钻头压力，使钻头和钻具在较轻的负荷下 缓慢启动， 使其受力平稳； 回次开始时， 看冲洗液返上地表或断定冲洗液已送

54、到 孔底后方准开车。先用轻压慢转几分钟，无异常时再转人正常钻进。4、时刻保证钻头的充分冷却，钻进中要有专人管理冲洗液，注意泵入孔内 冲洗液的质量，针对地层变化加强性能调整。 经常做好循环系统清理和除砂工作， 保持孔底清洁，孔内岩粉超过 0.3m时，要立即捞取。若采用泥浆和润滑剂洗孔， 则应注意其质量， 及时更换， 例如泥浆必须保持 干净，否则大颗粒杂质就会堵住双管水路而引起事故。5、钻进过程中不得提动钻具，以免卡断岩心造成堵塞。若发现岩心轻微堵 塞，但泵压和返水正常，可稍微上下活动钻具处理。若处理无效应及时提钻；不 允许高压长时间硬磨，以免损坏和烧毁钻头；6、倒杆一般要停车，深孔减压钻进时，倒

55、杆前一定要先用升降机将钻具拉 紧 （不要提离孔底 ） ，才能倒杆，以防钻具的全部重量压在钻头上，压坏钻头和 压弯钻具。7、坚持 “三必提”、“五不扫”的正确操作方法，即岩心堵塞必提、钻速骤 降必提、下钻遇阻、轻转无效必提；不用金刚石钻头扫孔、扫残留岩心、扫脱落 岩心、扫掉块、扫探头石。8、谨防“慢烧”（一边进尺、一边烧） ，高转速钻进时，孕镶钻头胎体与岩 石摩擦很大，如在冷却不充足的情况下工作， 会加快钻头的磨损速度， 即发生“慢 烧”；“慢烧”现象往往不为人们注意，在钻进过程中也不容易发觉，危害很大； 所以一般应控制机械钻速， 在非均匀岩层中钻进， 要用下降阀限制速度， 避免钻 进中突然遇到

56、软岩层进尺过快而造成“慢烧” 。9、钻进中发现烧钻迹象，不能立即停车，应将钻具顶离孔底至可能达到的 高度，待回转阻力减小后再关车提钻。（ 五 ） 采心1、金刚石钻进采用卡簧卡心，采心操作程序是：关车、停泵 +沉淀几分钟 + 用油缸缓慢上顶钻具 （ 5070mm）+ 吊紧钢丝绳 +松卡盘、提钻。2、采心后不转、不试探。因为卡簧采心是利用轴向移动来完成的，径向转 动无助于卡紧，甚至可能造成松动；由于上顶时有一定滑动，下放试探时，残留 岩心也可能将己卡紧的岩心顶松。3、残留岩心如超过0.2m, 方面要检查卡簧内径是否偏大，另一方面要下 捞心器捞取。现场往往不愿专程捞取，而是下旧钻头打一回次，但应注意：一是 要限制回次进尺，二是所下钻头应符合排队轮换要求。（六）、钻进“打滑地层”的技术措施1、地表预出刃：地表人工出刃：喷砂、研磨、酸蚀；采用细粒天然表 镶钻