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钻探工艺 主讲:罗仕伍 本课程主要讲授以下内容: 绪论(2学时) 第一章 岩石的性质与可钻性(6学时) 第二章 硬质合金钻进(12学时) 第三章 金刚石钻进(16学时) 第四章 钢粒钻进(8学时) 第五章 冲击回转钻进(16学时) 第六章 岩矿心采取(12学时) 第七章 钻孔弯曲(12学时) 第八章 孔内事故的预防与处理(14学时) 绪论 第一节 概论 第二节 钻探工程应用范围 第三节 常用钻探方法 第四节 钻探技术的发展概况 第一节 概论 《钻探工艺》是一门应用技术课程,是钻探技术专业的主要专业课程。 本课程的任务是研究、阐述钻探工艺的基本理论、钻探施工的技术方法、钻探生产工艺流程。通过本课程的讲授,应使学生较全面地掌握各种钻探工艺的基本知识、基本技能和基本理论;了解岩石性质与钻探的关系,岩石可钻性及其定级方法;掌握不同地层的钻探施工方法和操作技能;掌握各种钻探工具、仪器的工作原理,并会合理的选择、使用和维护;能初步学会复杂地层钻进技术;冲孔与护壁堵漏技术及冲洗液的配制方法;掌握工程地质钻探技术。 《钻探工艺》又是一门实践性极强的课程。因此,在教学过程中必须重视实践性教学中的各个环节,要充分利用试验、实习和参加生产实践的机会,做到理论与实践相结合,以培养学生的实际操作技能和独立工作的能力。 第二节 钻探工程应用范围 凡是利用钻机及其它钻探设备向地下进行钻凿孔眼,并取出岩心、岩粒,向孔内投放测试仪器,以了解不同深度岩层的地质情况,为矿床勘探、工程施工等提供地质资料的工作,可统称为钻探工程。 一般说,凡是要取出孔内岩心的钻探工作,统称为岩心钻探。而为开采地下石油、天然气、盐水或地下水等的钻进工作,统称为钻井工程。凡为了探查坝基、桥基、路基、港口码头、大型或高层建筑的基础钻探工作,通常称为工程钻探。凡进行各种基础灌注柱、地下连续墙、土层锚杆、地基加固等技术钻进工作,通称为工程施工钻或岩土工程钻。 钻探工程在国民经济中占有很重要的地位,它的应用极为广泛。现将钻探工程的主要用途归纳如下: (1)地质普查钻探:为揭露地表,探明基岩性质、产状、分布、地质构造等,或为配合物探工作而进行爆破钻孔,以及普查找矿钻探等。在地质普查找矿中常用地表取样钻或浅孔轻便钻等。 (2)矿产勘探钻探:详细查明矿区地质构造、矿体产状、品位、储量及矿区水文地质等,为矿产的开采提供必要的地质资料。通常在勘探矿区布置一定的勘探网或勘探线,一般用固定式钻机进行钻探。 (3)水文地质钻探:为查明地下水的赋存状态、水质水量及其运动规律等水文地质情况,以及农业、工业、国防、生活用水等,都需要进行水文钻探;根据探采结合的精神,有时在水文勘查后进行水井的成井工作。水文水井钻探多以专门的水文水井钻机进行钻探或钻井。 (4)工程地质钻探:为查明桥基、坝基、路基、水库、港口、大型建筑物和大型设备基础的钻探工作,钻孔大多为浅孔并有特殊的取样要求。工作中都用特制的工程钻机进行钻探。 (5)油、气田钻探:石油、天然气的勘探及开采都需要进行钻探工作。通常石油、天然气勘探钻井和开采钻井结合在一起,通称石油钻井。此类钻井较深,大都用专门的设备进行钻探。 (6)工程技术钻探:利用钻探工程进行工程施工和为达到工程技术目的进行的钻探工作,如坑道掘进指示孔、探气孔、通风孔、排水孔、冻结孔、灌浆孔、运输孔、安装线路和管路的钻孔,各种观测孔及专门的航标孔钻探等。 (7)工程施工钻探:多应用于基础桩的灌注建造工作及地下连续墙、土层锚杆、地基加固等工程;以及为岩土工程服务的各项工程施工的钻凿工作。 随着科学技术和国民经济的迅速发展,钻探工程又开辟了许多新的领域,例如目前正在大力开展的为开发地热资源及大陆架海底石油、天然气资源的地热钻探和海洋(石油)钻探、滨海钻探、海底地质钻探和大型建筑工程施工钻探等。为了解新地区和地球深部地质情况,还进行了南极极地钻探和超深井钻探,以及月球表层钻探等。以上情况,进一步表明钻探工程的应用范围有了新的扩展。 第三节 常用钻探方法 根据破碎岩石的机理不同,钻探方法可分为机械的、物理的和化学的三种。 机械方法破碎岩石,主要是以外集中载荷使岩石中产生很大的局部应力而破碎。因此,在机械破碎岩石时,根据外力作用的性质和施加方式的不同,机械钻探方法主要分为冲击钻探、回转钻探、冲击回转钻探三大类。 冲击钻探 回转钻探 冲击回转钻探 钻探工作的程序 现以岩心钻探为例,说明钻探工作的程序。其设备安装布置如图 0—1所示。 钻进时,根据所钻岩石性质和钻头直径、类型的不同,使钻机立轴带动钻具以不同的转速回转,并借助于钻机上的给进装置给钻头以必要的轴向压力。于是钻头回转,并切入岩石而钻出环状孔底,形成岩心2。随着钻孔的加深,岩心进入岩心管3。 钻头钻进岩石时,产生大量的热量和岩粉。为了冷
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