钻探职业技能培训教材.ppt

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1、汶川地震科学钻探工程,2011年10月8日（海口）,主题：1、金刚石绳索取心钻进2、空气潜孔锤钻进,海南省第一届钻探职业技能大赛培训教材,提 纲,1、钻探工程概述 定义、发展史、常用的几 个术语2、工程质量标准-岩心钻探和水文地质钻探3、金刚石绳索取心钻进特点、钻具、工艺4、空气潜孔锤钻井设备机具、冲击器、工 艺,汶川地震科学钻探工程,1、钻探工程概述,1.1钻探工程概念1.2钻探发展史1.3钻探工艺1.4钻探设备1.5钻探工程常用的几个术语1.6钻孔口径系列,汶川地震科学钻探工程,1.1钻探工程概念,钻探工程是指在地质勘探和建筑基础勘查中，用钻机按一定设计角度和方向施工钻孔，通过钻孔采取岩心

2、（或矿心）、岩屑或在孔内下入测试仪器，以探查地下岩层、矿体、油气和地热等的工程，简称钻探。钻探工程研究的对象主要包括钻进工艺和钻探设备两方面的内容。,汶川地震科学钻探工程,1.2钻探发展史,古代史：早在二千年前，就有钻凿盐井、汲取卤水、熬剪下煮成盐以供民食的记载。到了唐代，据记载，四川一地就有盐井六百多口。明朝宁应星所著的开工开物一书中，对钻凿盐井的技术和工艺进行了详细的描述。当时人们采用简便易行的冲击钻进方法，并充分利用当地生长的竹材所具有的优越性能（抗拉强度很高）作为凿井用的强有力的蔑绳，把竹筒制成凿井捞砂、提浆的工具和套管。近代史 中国近代钻探史,汶川地震科学钻探工程,1.2钻探发展史,

3、钻探工程发展前景我国国民经济高速发展，对矿产资源的需求日渐增大，钻探工程作为矿产资源的勘查与开发的重要手段，发展远景十分广阔。我国钻探事业对业内的人提出更高的要求，除了高水平的中高级的专业理论技术管理人员，还急需大量高素质的专业钻探技术工人。,1.3 钻探工艺,按破碎岩石的外力作用方式可分为冲击钻进、回转钻进、冲击回转钻进、振动钻进和喷射钻进等。按钻进时是否取岩心（或矿心），可分为取心钻进和不取心钻进。按破碎岩石所使用的磨料，又分为硬质合金钻进、钻粒钻进和金刚石钻进等。,汶川地震科学钻探工程,1.4钻探工程的应用,服务领域：钻探是地质勘探的一种重要技术手段，广泛应用于寻找和勘 探 各种矿产、油

4、气藏、地下水、地热，以及为水利建设、工程建筑和交通设施等提供地质资料。科钻的概念：利用现代深部钻探高新技术，在具有全球地学意义的位置钻孔（5000m），利用从钻孔中获取的岩心及液、气态样品分析数据以及原位测井数据和信息，重塑超高压变质带形成与折返机制，揭示板块边部的深部物质组成及成矿与流体作用，建立地下长期观测实验站及地壳深布物质研究基地。,汶川地震科学钻探工程,1.5钻探设备,钻探机械主要包括钻机、泥浆泵、动力机和钻塔等。钻机是用于向地下钻孔的最重要的机械设备。泥浆泵又称钻井泵，是向钻孔里输送泥浆或清水等冲洗液的机械设备。钻塔又称井架，是架设在钻场或井场上方，配合钻机绞车进行升降钻具的塔架。

5、,汶川地震科学钻探工程,1.6 钻探工程常用的几个术语,岩心钻探 以提出的岩心来研究、了解地下地质和矿产情况的钻探方法，称岩心钻探 钻孔 在地质工作中通常把钻机向地下钻凿成直径较小而具有一定深度的孔眼称为钻孔。钻孔的最上部称孔口，最底部称孔底。孔眼的直径称为孔径，其深度称孔深，整个孔眼称孔身，其中一段称孔段。钻孔结构 指由开孔至终孔，孔身口径的变化。钻具级配 钻杆直径与钻孔直径的配合关系称钻具级配，它反映孔壁间隙的大小，对钻进效率的影响较大。,汶川地震科学钻探工程,1.7 钻孔口径系列,地质岩心钻探口径系列是钻探工程最基础的规定，依照国际通用的标准采用R、E、A、B、N、H、P、S 作为代号，

6、规格代号及对应的公称口径见下表。,2、岩心钻探工程质量标准,岩心钻探工程六项质量指标：岩、矿芯采取率与整理、钻孔弯曲度、校正孔深、简易水文观测、原始报表、封孔。,3、水文地质钻探工程质量标准,水文地质钻探工程八项质量指标：钻孔直径、岩土心（样）采取率、孔深与孔斜、校正孔深、简易水文观测、成井工艺、抽水试验、固井与封孔、原始报表与技术档案。,4、金刚石绳索取心钻进,4.1 优点 4.2 缺点4.3 应用范围4.4 绳索取心钻具的技术要求和规格和型号 4.5 绳索取心钻技术参数的选择4.6 取心操作4.7 绳索取心钻进操作技术要求 4.8 绳索取心钻进冲洗液 4.9 操作注意事项,4.1 绳索取心

7、钻进优点,钻进效率高地质效果好钻头寿命长有利于复杂地层钻进、孔内安全和便于测斜工作减轻劳动强度降低钻探成本,钻杆的内径大而管壁薄，连接强度要求高。钻头壁较厚，切削孔底岩石的面积较大，因此，钻进时碎岩功率消耗较大。,4.2 绳索取心钻进缺点,4.3 应用范围,绳索取心钻进方法已广泛应用于地质勘探、水文地质和工程勘察等多种钻进工程中。然而，在一个具体的工程中是否采取绳索取心，还必须考虑地层条件、钻孔深度、钻头寿命以及绳索取心钻具配套设备较多，一次性投资较大等因素，以便综合权衡其使用的合理性。,天然金刚石分级标准,4.4 绳索取心钻具的技术要求和规格和型号,汶川地震科学钻探工程,人造金刚石单颗粒系列

8、 MBD6、MBD8、MBD12、SMD、SMD25、SMD30、SMD40,4.4 绳索取心钻具的技术要求和规格和型号,绳索取心钻进对钻杆的要求,使用前，应检查钻杆螺纹是否有损坏现象；使用时，应定期用丝扣油润滑钻杆螺纹。钻杆立根应放在立根木质板上，并根据立根长度架设一至二道支撑梁，防止钻杆弯曲变形。钻杆与接头螺纹磨损严重、连接旷动或有明显变形的，均不得下入孔内应及时更换。拧卸钻杆时，应使用多触点自由钳，禁止用大锤敲击。,钻杆的合理使用和维护,经常检查钻杆弯曲度，每米长度弯曲大于0.75mm 的钻杆不许使用。对弯曲钻杆应该用矫直机矫直，严禁用铁锤敲打。严格检查钻杆及其接头螺纹，不得有漏水现象。

9、钻杆立根台应垫木板，以保护螺纹。按立根长度设置合适的立根靠架和中间支撑，以免立根摆放时发生弯曲。搬运钻杆时，必须在钻杆螺纹处涂丝扣油，再套上护丝。装卸时不得任意投掷。平时钻杆放置要平整，涂油防锈。提钻时应严格检查钻具。对磨损、出现裂纹、螺纹不合格的钻杆和接头禁止使用。钻杆和接头外径磨损超过2mm不得使用；磨损超过1.5mm 时不得用于深孔钻进。,当内管总成下到外管总成预定位置时，能即时发出到位信号，且内、外管之间的相对位置能够确定，能保证有良好的通水性。钻进过程中岩心充满内管时，能及时向地表发出堵塞信号。由于是双管结构，因此应保持内、外管的同心度。应保证打捞器顺利下入，并将内管总成安全抓提到地

10、面。,汶川地震科学钻探工程,4.4.4 绳索取心钻进对双管总成的要求,汶川地震科学钻探工程,卡簧的自由内径应比钻头内径小0.40.5mm。机场应备23种尺寸的卡簧。当弹卡顶住弹卡拨叉（上接头）内台阶时，卡簧座端面和钻头内台阶的间隙应为24mm（卡簧座有水口时应取小值）。弹卡与弹卡挡头的顶面保持一定的距离，一般为34mm。岩心管磨损超过壁厚2mm、每米长度内弯曲超过0.75mm、各种钻具有微小裂纹、严重凹痕、螺纹磨损或旷动者，均应及时更换。,4.4.5 绳索取心钻进双管总成的使用,绳索取心钻具的规格和型号,4.5绳索取心钻技术参数的选择,钻压钻头压力(简称钻压)应根据岩石的可钻性、研磨性、完整程

11、度、钻头底唇面积、金刚石粒度、品级和数量选择钻压。,4.5.2 转速,可以按金刚石钻头钻进的圆周速度(表镶钻头052m/s；孕镶钻头15m/s)计算转速，但需考虑钻孔深度。,4.5.3 泵量,钻进坚硬、颗粒细的岩层，钻速低，岩粉少，泵量可小些；钻进软及中硬岩层，钻速高，岩粉多，泵量应大些。钻进裂隙，有轻微漏失地层，泵量应稍大于正常情况。钻进研磨性强的岩层，泵量可增大。,4.6 金刚石绳索钻进取心操作,投放内管当确认外管和钻杆内已无岩心时，将内管总成由孔口投入钻杆内，对上机上钻杆，开泵压送，应注意观察泵压变化，泵压明显升高或降低时，说明内管总成已到达预定位置。遇地层严重漏失，孔内没有冲洗液或水位

12、很深时，不准直接投放内管总成，应采用打捞器把内管总成送入孔内；或用机上钻杆对准孔口，泵入适量的冲洗液，然后迅速投放内管总成。,4.6.2 打捞岩心,首先用回转器或动力头顶起钻具50mm70mm，缓慢回转钻柱，扭断岩心，再提起并卸掉机上钻杆后，下放打捞器。打捞器在冲洗液中以1.5m/s2m/s 的速度下降，当将要到达内管总成上端时，应适当减慢下降速度，1000m 孔深范围内，可以听到轻微的撞击声，然后开动绳索取心绞车，缓慢提升钢丝绳，确认内管总成已提动后可正常提升。提升过程中，若冲洗液由钻杆溢出，说明打捞成功，否则重复试捞，严禁猛冲硬蹾，反复捞取无效应提钻处理。,4.6.3 复杂地层取心钻具,主

13、要介绍唐山金石JSC型绳索取心三层管钻具,4.7.1 下钻4.7.2 钻进过程中应注意的事项（1）一个钻进回次宜由一人操作（2）倒杆一般要停车，深孔减压钻进时，倒杆前应先用升降机将孔内钻具拉紧（不得提离孔底）（3）岩层变化时，应调整钻进技术参数。在非均质岩层中钻进，应控制机械钻速。（4）应有专人观察冲洗液压力表、管理冲洗液、定时检测冲洗液质量，孔内岩粉超过0.3m 时，要采取措施。（5）从孔口钻杆中放入打捞器。打捞器在冲洗液中下降速度约为152m/s。由此，可根据孔深估算打捞器到达孔底的时间。,4.7 绳索取心钻进操作技术要求,冲洗液的选择在地层条件许可的情况下，应尽量采用清水加润滑剂或低固相

14、细分散泥浆作为冲洗液。,4.8 绳索取心钻进冲洗液,结垢原因 通常认为是泥浆中固相含量大，地表泥浆净化质量差以及钻杆柱转速高，产生的离心力大，致使粘土颗粒粘附在钻杆内壁上，形成泥皮。防治措施a)在不降低钻速的条件下，尽量降低钻具转速；b)应采用固相控制措施，以清除占90%左右大于20m 粒度的固相颗粒；c)结垢已经影响打捞时，在提钻前半小时采用稀释原浆循环，冲刷泥垢，增大流动通径；或者先提出上部结垢严重的钻杆再下打捞器；d)使用防止结垢的专用冲洗液,4.8.2 绳索取心钻进钻杆内壁结垢原因 及防治措施,4.8.3.1 循环系统泥浆池和沉淀池的容量要根据机场环境来确定，通常不低于设计钻孔总容量的

15、35 倍。一般10m315m3，条件困难时可用容量1m32m3 铁板箱代替。循环槽长度一般应10m15m以上，内宽220mm250mm，坡度1/1001/80，每隔两米可交错安置一个挡板；池槽应做防渗处理，周边用砖石和混凝土加固。4.8.3.2 配浆装备每台钻机应配泥浆搅拌机和一个0.2m30.3m3 处理剂容器。,4.8.3 现场冲洗液的配制,4.8.3 现场冲洗液的配制,4.8.3.4 配浆步骤a）准确了解处理剂性能、配比范围和参考用量；b）根据钻孔设计任务书确定冲洗液性能指标和配方；c）按配方计算配浆材料用量，并严格计量加入；d）操作顺序。先加水；用钙膨润土配浆时，应将土粉重量5%8%的

16、纯碱先加到搅拌机内，再加钙土粉搅拌均匀，静置24 h 钠化后加入处理剂；钠膨润土配浆，可直接加到搅拌机中，按水、土、处理剂的顺序加入，充分搅拌后直接使用；若需加入几种处理剂，应按照先加分子量小的无机化学材料，再加有机高分子化学材料。e）用检测仪器测定新浆性能，合格后方可使用。,4.9 金刚石钻进操作注意事项,合理确定内管长度。准确掌握开始扫孔钻进的时间。岩心堵塞应立即提钻。应合理控制起下钻速度，以减小钻具在升降过程中所引起的激动，在复杂地层中钻进时更应放慢起下钻速度。当孔底发生烧钻时，应先将钻具提离孔底，然后用打捞器提升内管总成，再提外管总成并进行检查。,5 空气潜孔锤钻井,5.1 概念5.2

17、 空气潜孔锤钻进机具5.3空气潜孔锤的基本结构和类型5.4空气潜孔锤钻进技术参数5.5钻进技术措施,5.1 概念,空气潜孔锤钻进是利用回转钻机产生的扭距和调节轴向压力、利用压缩空气推动安置在钻头或岩心管上的冲击器产生脉动冲击，利用冲击器排出的气体冲洗钻孔的三结合钻进方法。,5.2 空气潜孔锤钻进机具,5.2.1 钻机 地质勘查反循环连续取心（样）NQ1500m 水文水井钻进选择用钻机 SPJ300型钻机,地质勘查反循环连续取心（样）钻机,水文水井钻进钻机 SPJ300型钻机,5.2.2 空压机,国产：开山牌进口：美国寿力合资：英格索兰,开山牌空气压缩机,体积比（）,水文水井钻进常用英格索兰空压

18、机型号性能,5.3空气潜孔锤的基本结构和类型,空气潜孔锤是以压缩空气为功力的一种风动冲击工具。它所产生的冲击功和冲击频率可以直接传给钻头，然后再通过钻机和钻杆的回转驱动，形成对岩石的脉动破碎能力，同时利用冲击器排出的压缩空气，对钻头进行冷却和将破碎后的岩石颗粒排出体外，从而实现了孔底冲击回转钻进的目的。,冲击器的类型,按冲击器的配气方式和结构特点，可以分为有阀和无阀两种类型 按冲击器的额定工作压力，可以分为低风压冲击器和中高风压冲击器 按冲击的钻进口径可分为小口径冲击器和大口径冲击器 按潜孔锤锤的中心通孔形成分为普通潜孔锤和贯通式潜孔锤,空气潜孔锤工作原理,通过不断改变进排气方向，就可实现活塞

19、在气缸内的不断往复运动，从而也能不断反复冲击钻头，这就是气功冲击器工作的最简单原理和过程。,5.4空气潜孔锤钻进技术参数,空气潜孔锤钻进技术不同于普通的切削与研磨原理。它是将压缩机产生的压缩空气的能量通过空气潜孔锤这个能量转换装置，对需要破碎的岩石产生高频的冲击能量，当这个能量（冲击功）达到岩石的临界破碎功时，便产生体积破碎，同时工作后的气体在一定的风速条件下将岩石颗粒排出孔外以实现钻进的目的。,空气潜孔锤钻进技术参数-钻压,钻压的主要作用是为保证钻头齿能与岩石紧密接触，克服冲击器及钻具的反弹力，以便有效地传递来自冲击器的冲击功。对于潜孔锤全面钻进，一般认为单位直径的压力值在3090kg/cm

20、2。,空气潜孔锤钻进技术参数-转速,转速的高低主要和冲击器的冲击频率，规格大小以及钻岩的物理机械性质有关。通过对各种地层及潜孔锤钻进的不同钻进试验应用，认为钻速选择在2050转/分是比较合理的。于硬岩层选用低转速，对于软岩层选用较高转速。,空气潜孔锤钻进技术参数-空气压力,空气压力除满足潜孔锤工作压力外，还应克服管道压力损失，孔内压力降、潜孔锤压降外，尚须在有水情况下克服水柱压力，才能正常工作。P=LQ2PmP锤P水式中：P-空气压力 Mpa Q2-每米干孔的压力降（一般为0.0015Mpa/m）Pm-管道压力损失（Pm=0.10.3Mpa）P锤-潜孔锤压力降 Mpa P水-钻孔内水柱压力,空

21、气潜孔锤钻进技术参数-空气量,空气钻进中空气清耗量是根据气动潜孔冲击器的性能参数（耗气量）及为清除孔内岩屑的最低上返速度而确定。全面钻进时V=1520m/s Q=47.1k1k2(D2d2)V 例：D=180mm d=89mm V=20m/s k1=1.05 k2=1.1 则 Q=47.11.051.1（0.1820.0892）15=20m3,5.4.5 国标GB/T1334492提供钻进参数,5.5钻进技术措施,作业前的检查钻进中注意事项防斜措施,作业前的检查,(1)开始作业前，应仔细检查供气管路是否连接牢固，不准有漏风现象。（2）检查油雾器内是否已装满机油。（3）检查各部分螺钉、螺帽、接头

22、等是否拧紧，钻机安装是否稳固、周正、水平。(4)开孔前，反复倒置潜孔锤，检查活塞运动是否灵活。如果活塞运动受阻，应查明原因，排除故障后，才能使用。（5）检查供风管路及钻杆内孔是否有杂物，并及时清除干净，防止堵塞潜孔锤。,钻进中注意事项,严格按照钻进技术参数作业，不能盲目追求进尺而加大钻压。随时观察气压表。如发现压力急剧上升或下降，应立即提钻，查明原因，排除故障。回次结束后，应上提钻具0.30.5m，进行吹孔。待孔口不返岩屑时，才可停风加接钻杆。停风时，应缓慢关闭送风阀，不可突然中断供风，防止潜孔锤倒吸岩粉，造成潜孔锤堵塞事故。定期向钻杆向加入少量机械油，确保潜孔锤充分润滑（冬季施工机械油应加热）和高效能，延长使用寿命。,防斜措施,钻机安装必须作到稳固、周正、水平。开孔钻进35m 后，提出钻杆。用倒垂法定出孔底中心位置，然后调整钻机位置，使立轴回转中心和孔底中心在一条铅直线上。钻进时，应保持环状间隙畅通无阻。如遇坍塌掉块现象，应反复提动钻具强行吹风冲击，从孔把掉块挤碎吹出孔外。增加粗径钻具长度，采用钻杆扶正器，保证孔斜满足要求。,结束语,我国钻探事业对业内的人提出更高的要求，除了高水平的中高级的专业理论技术管理人员，还急需大量高素质的专业钻探技术工人。在座各位前景似锦。请多指教，谢谢。,