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Ⅰ 岩心钻探设备、工具及管材 1

一、引言 1

二、岩心钻探机械 3

(一) 岩心钻机 3

1. 地质矿产部系统的XY系列岩心钻机 3

2. 地质矿产部系统的转盘式岩心钻机 17

3. 地质矿产部系统的其它液压立轴式岩心钻机 21

4. 冶金部系统的YL系列液压立轴式岩心钻机 22

5. 冶金部系统的机械传动转盘式岩心钻机 29

6. 煤炭系统立轴式岩心钻机 30

7. 水电系统的岩心钻机 32

8. 有色金属系统的岩心钻机 33

9. 核工业系统的液压立轴式岩心钻机 34

10. 国产部分全液压岩心钻机 35

(二) 泥浆泵 36

1. 概述 36

2. 往复式泥浆泵 36

3. 螺杆泵 39

(三) 动力机 39

1. 概述 39

2. 柴油机 40

3. 电动机及启动设备 42

4. 柴油发电机组 49

三、附属设备 50

(一) 钻塔及其装置 50

1. 常用钻塔 50

2. 游动滑车 50

3. 钢丝绳 51

(二) 泥浆搅拌机 53

(三) 拧管机 54

(四) 绳索取心绞车 55

(五) 润滑油及润滑脂 55

四、钻探工具及管材 58

(一) 钻探专用工具 58

1. 提引工具 58

2. 夹持及拧卸工具 64

3. 打捞工具 69

(二) 岩心钻探用管材 71

1. 钻探管材机械性能 71

2. 钻探管材用钢的牌号及化学成分 71

3. 钢粒和硬质合金钻进用普通管材 71

4. 金刚石岩心钻探用管材 83

(二) 设备类 96

五、金刚石岩心钻探装备配套 96

(一) 概述 96

(三) 附属设备类 98

(四) 专用仪表、仪器类 99

(五) 特殊钻探工具类 101

(六) 专用工具类 101

(七) 管材类 103

(八) 变丝接头类 104

(九) 打捞工具类 105

(十) 钻头、扩孔器类 106

(十一) 常用材料类 107

(十二) 五金类 108

(十三) 其它 111

(二) 钻探所需的功率 112

1. 钻机所需的功率 112

六、岩心外探设备的有关计算 112

(一) 矿区所需钻机数目 112

2. 泥浆泵所需的功率 116

(三) 升降滑车系统的有关计算 116

1. 提引器的载荷Qd? 116

2. 动绳拉力P4l和死绳拉力P？ 117

3. 钢丝绳的破断力PD 117

4. 升降机各档速度提升立根数 117

(四) 钻杆的有关计算 118

1. 钻杆重量的计算 118

2. 钻杆强度计算 118

(五) 钻塔的选择及其载荷的计算 120

1. 钻塔的选择 120

2. 钻塔的载荷计算 120

(一) 岩石的物理力学性质 123

1. 岩石的矿物组成 123

Ⅱ 岩心钻探方法 123

一、岩石的物理力学性质及岩石破碎概念 123

2. 岩石的结构和构造 124

3. 岩石的主要物理性质 125

(二) 岩石的力学性质 127

1. 岩石的强度 127

2. 岩石的硬度 129

3. 岩石的研磨性 131

4. 岩石的塑性和脆性 132

5. 岩石的弹性 133

(三) 岩石的可钻性 134

1. 概念 134

2. 金刚石岩心钻探的岩石可钻性分级 134

4. 按联合指标分级 139

3. 苏联金刚石回转岩心钻探的岩石可钻性分级 139

二、岩心钻探钻前准备 142

(一) 拟定施工技术措施 142

1. 要求 142

2. 内容 142

(二) 钻孔结构设计 143

1. 概念 143

2. 钻孔结构设计的依据 143

3. 钻孔结构设计方法 143

(三) 典型钻孔的选择 147

1. 目的 147

2. 钻场布置 148

1. 地盘 148

(五) 修筑地盘、地基 148

(四) 确定钻场和钻场布置 148

2. 原则 148

1. 确定钻场 148

2. 地基 149

3. 地基的承压计算 151

2. 钻探工作对循环系统的布置要求 152

3. 循环系统的布置与要求 152

1. 钻探工作对循环系统的要求 152

(六) 冲洗液净化系统 152

(七) 供水组织工作 153

1. 挖井用泵抽水 153

2. 用水槽、管道自流供水 153

3. 泵站供水 153

(八) 验收、校正与开孔 153

1. 验收 153

2. 开孔 154

3. 开孔注意事项 154

(一) 钻探用硬质合金 155

1. 硬质合金的特性 155

三、硬质合金钻进 155

2. 钻探用硬质合金的形状及规格 156

(二) 埂质合金钻头 158

1. 空白钻头 158

2. 钻头的水口及水槽 158

3. 硬质合金镶焊要素及形式 159

4. 硬质合金排列型式 160

5. 硬质合金出刃形式及其大小 161

6. 硬质合金的数目 161

(三) 硬质合金钻进技术规程 162

1. 钻压 162

2. 转速 162

4. 确定回次钻程时间 163

3. 冲洗液量 163

(四) 硬质合金钻头的选型 165

(五) 小口径针状硬质合金钻进 166

1. 针状硬质合金钻头的结构 166

2. 钻头的镶焊工艺 166

3. 钻进技术规程 166

四、金刚石钻进 167

(一) 金刚石 167

1. 天然金刚石的晶体形态 167

2. 不同粒度和网目的金刚石颗粒近似尺寸 167

3. 钻探用人造金刚石的品级要求 167

4. 钻探用天然金刚石的品级要求 168

(二) 人造金刚石复合片 169

1. 人造金刚石复合片规格 169

2. 人造金刚石复合片磨耗比值 169

1. 钻头胎体端面的几何形状 170

(三) 金刚石钻头技术参数 170

2. 钻头的水路系统 171

3. 胎体性能 172

4. 金刚石质量 173

5. 金刚石粒度 173

6. 金刚石浓度 175

7. 金刚石在胎体上的排列 175

8. 钻头的保径层结构 176

9. 金刚石的出刃 176

(四) 金刚石钻头类型的选择 176

(五) 金刚石钻头分类 178

1. 金刚石钻头系列 178

2. 金刚石钻头类型 179

(六) 金刚石扩孔器类型 185

1. 按用途分类 185

4. 按制造方法分类 187

2. 按切磨材料分类 187

3. 按金刚石镶嵌方式分类 187

5. 按胎环结构分类 188

6. 其它类型扩孔器 188

(七) 金刚石钻进规程 189

1. 概述 189

2. 钻压 189

3. 转速 190

4. 泵量 191

五、液动冲击回转钻进 194

(一) 液动冲击回转钻进的适应范围 194

(二) 液动的冲击器 194

1. 阀式正作用冲击器 195

2. 阀式反作用冲击器 199

3. 阀式双作用冲击器 199

5. SX-54Ⅱ型射吸式冲击器 201

4. 射流式冲击器 201

(三) 液动冲击回转钻进用硬质合金钻头 204

1. 钻头钢体材料 204

2. 硬质合金 204

3. 钻头水路 205

4. 我国现用的钻头 206

(四) 液动冲击回转钻进参数 208

1. 钻压 208

2. 转速 209

3. 泵量 209

(五) 液动冲击回转钻进用附属装置 209

1. 孔底气囊反射器 209

2. 稳压罐 210

3. 扩孔器 210

4. 孔底液流分配器 210

(一) 岩矿心及其采取难易程度分类 212

Ⅲ 岩心钻探工程质量 212

一、岩矿心的采取 212

(二) 影响岩矿心采取率的因素 213

1. 地质因素 213

2. 钻进技术因素 213

(三) 取心方法和取心工具的选择 213

(四) 取心工具 214

1. 单管取心钻具 214

2. 单动双管钻具 215

3. 无泵反循环钻具 221

4. 喷射式孔底反循环钻具 225

5. 金刚石单动双管钻具 230

6. 绳索取心钻具 233

(五) 反循环连续取心(取样) 235

2. 主要技术参数 240

(六) KDS-1型随钻岩心定向仪 240

1. 用途 240

二、钻孔弯曲 241

(一) 概念 241

(二) 钻孔弯曲的原因 241

1. 地质因素 241

2. 设备与安装和开孔因素 242

3. 钻进工艺技术因素 242

(三) 钻孔弯曲的测量 242

1. 对钻孔弯曲测量的要求 242

2. 测量钻孔弯曲的基本原理 242

3. 简便测量方法 243

4. 非磁性矿区钻孔全测仪 249

5. 磁性矿区钻孔全测 251

6. 钻孔弯曲测量仪的校验 268

1. 全角半距上移法 269

(四) 钻孔空间位置的确定 269

2. 均角全距法 270

(五) 钻孔弯曲的预防 275

1. 把好安装、开孔关 275

2. 采用合理的钻进工艺及操作方法 275

3. 采用保直钻具 278

(六) 钻孔弯曲的纠正 279

1. 钻孔上漂的纠正 279

2. 钻孔下垂的纠正 285

(七) 钻孔的造斜 289

1. 概念 289

2. 偏心楔 289

3. 连续造斜钻进 301

4. 造斜工具的定向 303

5. 偏心楔顶角和安装角的确定 309

6. 孔底动力机配合造斜件造斜钻进 312

(一) 概念 317

1. 定向钻孔的类型 317

三、定向钻孔的设计 317

2. 定向钻孔设计前应掌握的原始资料 318

3. 设计定向钻孔的一般原则 318

4. 定向钻孔的设计内容 318

(二) 垂直平面内单底定向钻孔的设计 318

1. 曲率半径作图法 318

2. 计算法 320

(三) 垂直平面内分枝定向孔的设计 321

1. 弯曲型孔身剖面的设计 321

2. 上弯下直型孔身剖面的设计 322

3. 下偏心楔分岔时孔身剖面的设计 325

(四) 空间弯曲定向钻孔的设计 326

2. 钻孔轴线水平投影的设计 327

1. 钻孔轴线在垂直平面上展开线的设计 327

3. 钻孔全曲率K和全弯曲强度？ 328

(五) 定向钻孔孔身极限弯曲强度 330

1. 保证粗径钻具顺利入孔的孔身极限弯曲强度 330

2. 保证钻杆柱安全工作的孔身极限弯曲强度 331

四、封孔 335

(一) 概念 335

1. 目的 335

2. 要求 335

3. 注意事项 335

(二) 封孔用材料 336

1. 水泥 336

2. 粘土 338

2. 架桥 339

1. 洗孔换浆 339

(三) 封孔方法 339

3. 注送砂浆 340

(四) 封孔质量检查 344

1. 样品采取法 344

2. 透孔法 344

Ⅳ 钻孔冲洗与护壁堵漏 346

一、复杂地层的分类 346

(一) 概念 346

(二) 地层稳定性分类 346

(三) 页岩分类 347

(四) 钻孔漏失层分类 349

(五) 地层洞隙性分类 350

(六) 测井方法分类及应用 350

二、钻孔漏失的处理方法及材料 351

(二) 泥浆 353

三、钻孔冲洗液 353

(一) 概述 353

(三) 泥浆的基本原料 368

1. 粘土 368

2. 钻探泥浆用膨润土 371

3. 钻探泥浆用水 375

(四) 泥浆处理剂 377

1. 意义 377

2. 无相处理剂 377

3. 有机处理剂 379

4. 表面活性剂 382

四、泥浆性能及其测定 387

(一) 泥浆相对密度和固相含量 387

1. 泥浆相对密度 387

1. 概念 388

(二) 泥浆的流变特性 388

2. 固相含量 388

2. 泥浆流变参数的测量 389

(三) 泥浆的失水和造壁 396

1. 概念 396

2. 打气筒式泥浆失水仪 396

3. 台式失水量仪 398

(四) 泥浆含砂量 398

1. 概念 398

2. 筛析法含砂量仪 399

(五) 泥浆的pH值 400

(六) 泥浆的胶体率和稳定性 401

(七) 泥饼的粘滞性 402

(八) 泥浆的润滑性 403

1. 泥浆配制的计算 406

五、泥浆的配制与净化 406

(一) 泥浆的配制 406

2. 泥浆配制方法 409

(二) 泥浆的净化与固相控制 409

1. 概念 409

2. 循环槽及沉淀池除砂 410

3. 泥浆振动筛 410

4. 旋流除砂器、除泥器 410

5. DS-1型泥浆净化设备 411

6. φ50-4型除泥器 411

六、钻孔堵漏 413

(一) 泥浆堵漏 413

(二) 聚丙烯酰胺堵漏 413

(三) 惰性材料堵漏 415

1. 钻探护壁堵漏用水泥 417

(四) 水泥护壁堵漏 417

2. 硅酸盐水泥 418

3. 硫铝酸盐地质勘探水泥 420

4. 低比重水泥 422

5. 硫铝酸盐水泥浆性能测定 425

6. 硫铝酸盐水泥的灌注工艺 428

(五) 水泥外加剂 433

1. 水泥减水剂 433

2. 水泥早强剂 442

3. 水泥速凝剂 446

4. 水泥缓凝剂 448

5. 复合外加剂对水泥性能的影响 449

6. 选择水泥外加剂应考虑的问题 450

(六) 化学浆液护壁堵漏 451

1. 脲醛树脂水泥球堵漏 451

2. 水泥-水玻璃速效混合液 454

Ⅴ 水文水井钻探、工程钻探 456

一、水文水井钻探设备 456

(一) 钻机 456

1. 概况 456

2. 冲击钻机 456

3. 回转式钻机 457

(二) 水泵 461

1. 水泵的型号和适用范围 461

2. 水泵型号意义说明 461

3. 离心水泵 462

4. 深井水泵 468

5. 深井潜水泵 469

(三) 空气压缩机 470

3. 水文地质勘探孔的钻孔结构 474

1. 概念 474

2. 水文地质钻孔结构 474

(一) 水文地质钻孔结构 474

二、水文地质钻孔结构及供水井井身结构 474

4. 水文地质长期观测孔的钻孔结构 475

5. 探采结合孔的钻孔结构 476

(二) 供水井井身结构 476

1. 缠绕滤水管填砾井及贴砾滤水管井井身结构 476

2. 基岩大口径供水井井身结构 477

三、水文水井钻探方法 478

(一) 概述 478

(二) 冲击钻进 479

1. 冲击钻进 479

2. 冲击钻头钻进规程 481

3. 肋骨抽砂钻头钻进规程 481

4. 钻杆 481

5. 钢丝绳接头 483

6. 钻具异径接头 484

7. 冲击钻机工具配备 485

(三) 回转钻进 487

1. 概述 487

2. 松散岩层钻进常用钻头类型及钻进规程 487

3. 基岩钻进 490

4. 卵石、漂石层钻进 492

5. 牙轮钻头全断面钻进 493

6. 钻进工具 495

7. 回转式钻机工具配备 498

四、井壁管及滤水管 501

(一) 井壁管 501

1. 井壁管的种类 501

2. 钢制井壁管 501

3. 铸铁井壁管 503

5. 石棉水泥井壁管 504

4. 水泥砾石井壁管 504

6. 塑料井壁管 505

7. 玻璃钢井壁管 505

(二) 滤水管 505

1. 滤水管类型的选择 505

2. 滤水孔尺寸的确定 506

3. 最大允许进水流速V值 506

4. 滤水管的孔隙率 506

5. 滤水管长度 507

(三) 滤水管的类型 507

1. 钢制滤水管 507

2. 钢筋骨架(筋条)滤水管 507

3. 铸铁滤水管 508

6. 混凝土滤水管 509

4. 石棉水泥滤水管 509

5. 水泥砾石滤水管 509

7. 贴砾滤水管 510

8. 玻璃钢滤水管 510

9. 塑料滤水管 510

五、井管安装 512

(一) 井管连接方式 512

1. 丝扣连接 512

2. 螺钉连接 512

3. 焊接连接 512

4. 粘接 513

5. 承插连接 513

6. 扣合连接 513

7. 对口连接 513

8. 钢箍连接 513

1. 滑车 514

(二) 专用起重工具 514

2. 钢丝绳套 515

3. 井管铁夹板 516

(三) 下管方法 516

1. 总则 516

2. 下管方法 516

3. 井管一次下入深度 517

4. 浮板、浮力塞 517

六、填砾 522

(一) 概念 522

(二) 砾料粒径及填砾厚度 522

(三) 砾料高度 523

(四) 砾料用量 523

(五) 填砾方法 523

1. 粘土球围填止水 524

2. 托盘止水 524

(一) 概念 524

(二) 常用止水方法 524

七、止水 524

3. 套管下塞(木塞)止水 525

4. 压力水泥浆止水 526

5. 支撑管式止水器止水 526

6. 提拉压缩式止水器止水 526

八、洗井 529

(一) 洗井的目的与要求 529

1. 洗井的目的 529

2. 洗井的要求 530

(二) 常用洗井方法 532

1. 活塞洗井 532

2. 空气压缩机洗井 533

1. 混合器下入孔内的深度计算 534

(二) 空气压缩机抽水的有关参数选择 534

九、抽水 534

(一) 概念 534

2. 出水管、风管、井管的直径与钻孔涌水量及空压机容量间的关系 535

3. 风管和出水管的安装方式 535

(三) 水量的计算 537

1. 三角堰 537

2. 梯形堰 539

十、工程钻机 544

十一、取土器及取样 553

(一) 取土器基本概念 553

1. 基本技术参数 553

2. 取土器的分类 554

(二) 常用取土器 554

1. 限制球阀式取土器 554

2. 活阀式取土器 554

3. 回转压入式取土器 555

4. 气压式取土器 556

5. 活塞式取土器 557

(三) 原状土样的采取方法 557

1. 击入法 557

2. 压入法 558

3. 振动法 559

附篇 560

一、岩心钻探孔内事故的预防和处理 560

二、岩心钻探机场安全工作 563

三、工程成本项目与经济技术指标 564

四、岩心钻探劳动定额工作 566

五、机械岩心钻探生产定额 569

六、机械岩心钻探主要材料工具管材消耗定额 579

七、机械岩心钻探台月综合费用定额 586