第1章 概论 1
1.1 概述 1
1.2 世界钻探技术发展简史 1
1.3 中国钻探技术发展简史 5
1.4 钻探技术体系 7
1.5 主要钻探技术体系的特征 9
1.5.1 地质岩心钻探技术体系 9
1.5.2 石油钻井技术体系 10
1.5.3 科学钻探技术体系 11
1.6 钻探主要术语 12
1.6.1 通用术语 12
1.6.2 设备与器具 13
1.6.3 钻探工艺 15
1.6.4 钻孔弯曲与测量 16
第2章 岩石钻进特性 18
2.1 岩石基本类别 18
2.1.1 固结性岩石 18
2.1.2 黏结性岩石 18
2.1.3 松散性岩石 19
2.1.4 流动性岩石 19
2.2 岩石基本物理性质 19
2.2.1 密度与容重 19
2.2.2 孔隙度 21
2.2.3 各向异性 22
2.3 岩石基本力学性质 23
2.3.1 强度 23
2.3.2 硬度 26
2.3.3 弹性、脆性、韧性和塑性 30
2.4 岩石研磨性及其分级 33
2.4.1 研磨性 33
2.4.2 研磨性测试方法及其分级 33
2.5 岩石可钻性及其分级 37
2.5.1 可钻性 37
2.5.2 可钻性分级 38
2.5.3 坚固性系数及其分级 44
2.6 岩石完整程度和裂隙性分级 46
2.6.1 完整程度 46
2.6.2 裂隙性分级 47
2.7 岩石稳定性和渗透性 47
2.7.1 稳定性 47
2.7.2 渗透性 48
2.8 岩石钻进特性的应用 49
2.8.1 钻探工艺设计依据 49
2.8.2 钻进方法选择 51
2.8.3 钻孔结构设计 51
第3章 地质钻探设备 53
3.1 钻探设备组成和分类 53
3.2 立轴式岩心钻机 54
3.2.1 立轴式钻机结构特点 55
3.2.2 典型立轴式钻机主要结构 55
3.2.3 其他立轴式钻机结构特点 65
3.2.4 立轴式岩心钻机技术参数 66
3.3 全液压动力头式岩心钻机 68
3.3.1 全液压动力头式钻机结构特点 68
3.3.2 典型动力头式岩心钻机 68
3.3.3 动力头式岩心钻机关键部件 70
3.3.4 液压动力头式岩心钻机技术参数 74
3.4 电驱动顶驱岩心钻机 78
3.4.1 电驱动顶驱岩心钻机结构特点 78
3.4.2 典型电驱动顶驱岩心钻机 79
3.4.3 电驱动顶驱岩心钻机关键部件 81
3.4.4 电驱动顶驱岩心钻机技术参数 87
3.5 坑道钻机 88
3.5.1 全液压动力头式坑道钻机 88
3.5.2 机械动力头式坑道钻机 95
3.5.3 液压给进立轴式坑道钻机 96
3.6 水井钻机 98
3.6.1 水井钻机分类 98
3.6.2 典型转盘式水井钻机 98
3.6.3 转盘式水井钻机主要技术参数 101
3.7 工程勘察钻机 101
3.7.1 工程勘察钻机的特点 101
3.7.2 典型工程勘察钻机 105
3.7.3 工程勘察钻机主要技术参数 105
3.8 浅层取样钻机 108
3.8.1 浅层取样钻机分类 108
3.8.2 典型浅层取样钻机 108
3.8.3 国内浅层取样钻机型号与技术参数 116
3.9 往复式泥浆泵 117
3.9.1 往复式泥浆泵分类 117
3.9.2 往复式泥浆泵工作原理 118
3.9.3 BW系列泥浆泵 119
3.9.4 BW系列泥浆泵型号与技术参数 119
3.10 移动式空压机 122
3.11 钻塔 124
3.11.1 钻塔类型和特点 124
3.11.2 钻塔规格参数 125
3.12 动力设备 128
3.12.1 地质钻探用动力机种类和特点 128
3.12.2 动力机选型及动力计算 129
3.13 附属设备 129
3.13.1 固控系统 129
3.13.2 提引装置 133
3.14 国外钻探设备 148
3.14.1 国外地表岩心钻机 148
3.14.2 国外车装水井钻机 154
3.14.3 国外全液压坑道钻机 158
3.14.4 国外浅层取样钻机 160
第4章 钻探管材 163
4.1 地质钻探管材性能要求 163
4.1.1 管材钢级和性能 163
4.1.2 管材尺寸偏差要求 163
4.1.3 管材几何公差 164
4.1.4 管材其他技术要求 165
4.1.5 管材规格 165
4.2 地质钻杆柱 170
4.2.1 地质岩心钻探钻具代号 170
4.2.2 普通钻杆 171
4.2.3 绳索取心钻杆 181
4.2.4 地质加重钻杆 191
4.2.5 铝合金钻杆 192
4.2.6 水文水井管材 195
4.3 石油钻柱 198
4.3.1 石油钻杆 198
4.3.2 石油钻铤 204
4.3.3 石油钻杆接头螺纹 205
4.4 地质套管 210
4.4.1 套管规格 210
4.4.2 套管螺纹 213
4.5 地质取心钻具管材 214
4.5.1 地质取心钻具管材常规匹配 214
4.5.2 岩心管规格 215
4.5.3 取心钻具螺纹 220
4.6 国外钻探管材标准 221
4.6.1 DCDMA钻探系列标准 222
4.6.2 国际标准化组织（ISO）钻探标准 223
4.6.3 宝长年绳索取心钻杆标准 224
4.6.4 日本钻具工业标准（JIS） 226
4.6.5 俄罗斯钻具标准 228
第5章 钻头与扩孔器 243
5.1 钻探用切磨材料 244
5.1.1 硬质合金 244
5.1.2 天然金刚石 246
5.1.3 人造金刚石单晶 248
5.1.4 人造金刚石聚晶 250
5.1.5 金刚石复合片 252
5.2 取心钻头 254
5.2.1 硬质合金取心钻头 254
5.2.2 金刚石取心钻头 257
5.3 全面钻进钻头 282
5.3.1 牙轮钻头 282
5.3.2 硬质合金全面钻头 287
5.3.3 复合片全面钻头 287
5.3.4 其他型式金刚石全面钻头 289
5.4 专用钻头 290
5.5 扩孔器 292
5.5.1 单管扩孔器 292
5.5.2 双管扩孔器 294
5.5.3 绳索取心扩孔器 296
5.6 美国DCDMA标准 298
5.7 金刚石钻头制造方法 300
第6章 金刚石与硬质合金钻进 301
6.1 钻头选择和使用 301
6.1.1 硬质合金钻头的选择 301
6.1.2 金刚石钻头的选择 302
6.1.3 钻头的合理使用 303
6.2 主要钻进技术参数的选择 304
6.2.1 钻压 304
6.2.2 转速 311
6.2.3 泵量 313
6.3 钻头的磨损 314
6.3.1 正常磨损 315
6.3.2 非正常磨损 315
6.4 改善钻具稳定性技术措施 318
6.4.1 合理选择钻头与钻具级配 318
6.4.2 钻具振动原因及预防措施 318
6.5 金刚石钻进操作技术要求 319
6.5.1 下钻 319
6.5.2 钻进 320
6.5.3 取心 321
6.5.4 复杂岩层钻进 321
6.5.5 坚硬致密弱研磨性（打滑）岩层钻进 321
6.5.6 其他操作技术要求 322
6.6 硬质合金钻进操作技术要点 322
第7章 绳索取心钻进 323
7.1 绳索取心钻具 323
7.1.1 钻具功能及技术要求 323
7.1.2 钻具总成结构 324
7.1.3 打捞器总成 328
7.1.4 主要规格型号系列 329
7.1.5 绳索取心钻头和扩孔器 330
7.1.6 绳索取心钻杆 331
7.2 绳索取心钻探工艺 333
7.2.1 适用条件 333
7.2.2 钻进技术规程参数 333
7.2.3 现场操作要领 335
7.2.4 钻进冲洗液要求 337
7.3 国外绳索取心钻具 339
7.3.1 宝长年公司绳索取心钻具 339
7.3.2 利根公司绳索取心钻具 339
7.3.3 希斯－舍伍特公司绳索取心钻具 341
7.3.4 德国KTB超深孔绳索取心钻具 341
7.3.5 俄罗斯绳索取心钻具 343
7.4 不提钻换钻头钻进 348
7.4.1 不提钻换钻头技术 348
7.4.2 BH不提钻换钻头钻具 349
第8章 取心技术 354
8.1 单层岩心管钻具及取心技术 354
8.1.1 单层岩心管钻具的结构特点 354
8.1.2 单层岩心管钻具卡心方法 355
8.1.3 常用单层岩心管钻具 357
8.2 双层岩心管钻具及取心技术 358
8.2.1 双层岩心管钻具的结构特点 358
8.2.2 双动双管钻具 358
8.2.3 单动双管钻具 359
8.3 三层岩心管钻具及取心技术 367
8.3.1 三层岩心管钻具的结构特点 367
8.3.2 典型三层岩心管钻具及取心技术 367
8.4 孔底局部反循环取心技术 373
8.4.1 无泵反循环取心 373
8.4.2 喷射式孔底反循环取心 375
8.5 复合钻具钻进取心技术 381
8.5.1 喷射式局部反循环绳索取心 381
8.5.2 孔底动力取心 382
8.5.3 螺杆马达液动锤绳索取心 385
8.5.4 定向造斜钻进中的绳索取心 387
8.6 岩心定向技术 388
8.6.1 岩心定向方法 388
8.6.2 岩心定向器具 390
8.6.3 岩心产状参数复位与测量 392
8.7 补取岩心技术 396
8.7.1 补取岩（矿）心的方法和工具 396
8.7.2 侧壁补样 397
8.7.3 偏斜侧钻补样 402
8.8 密闭取心技术 403
8.8.1 密闭取心工具 403
8.8.2 保压密闭取心技术 406
8.8.3 保形密闭取心技术 409
8.9 天然气水合物取心技术 410
8.9.1 取心器类型及技术指标 410
8.9.2 天然气水合物保温保压取心工具 412
第9章 孔底动力钻进 418
9.1 螺杆钻具 418
9.1.1 螺杆钻具结构特征 418
9.1.2 螺杆钻具工作特性 424
9.1.3 螺杆钻具使用方法 427
9.1.4 螺杆钻具分类与技术要求 432
9.1.5 国内螺杆钻具型号与规格 435
9.1.6 国外螺杆钻具型号与规格 450
9.2 涡轮钻具 465
9.2.1 涡轮钻具结构特征 465
9.2.2 涡轮钻具工作特性 469
9.2.3 涡轮钻具使用方法 470
9.2.4 国产涡轮钻具 471
9.2.5 国外涡轮钻具 478
9.3 液动潜孔锤 486
9.3.1 阀式正作用液动潜孔锤 486
9.3.2 阀式反作用液动潜孔锤 490
9.3.3 YS阀式双作用液动潜孔锤 492
9.3.4 YZX系列复合式双作用液动潜孔锤 494
9.3.5 射流式液动潜孔锤 497
9.3.6 射吸式液动潜孔锤 500
9.3.7 绳索取心液动潜孔锤 503
9.4 液动冲击回转钻进工艺 510
9.4.1 液动冲击回转钻进技术要求 511
9.4.2 冲击回转钻头 511
9.4.3 冲击回转钻进规程参数 516
第10章 空气钻进 518
10.1 空气钻进技术体系 519
10.1.1 钻机选择 519
10.1.2 空压机选择 519
10.1.3 地面管汇系统 521
10.2 风动潜孔锤 521
10.2.1 阀式潜孔锤 521
10.2.2 无阀式潜孔锤 523
10.2.3 贯通式潜孔锤 524
10.3 钻具及附属工具 525
10.3.1 潜孔锤钻头 525
10.3.2 双壁钻杆 528
10.3.3 附属工具 530
10.4 循环介质 533
10.4.1 雾化钻进 534
10.4.2 泡沫钻进 534
10.5 空气潜孔锤钻进工艺 536
10.5.1 潜孔锤正循环钻进 536
10.5.2 潜孔锤局部反循环钻进 537
10.5.3 潜孔锤局部反循环取样钻进 539
10.5.4 贯通式潜孔锤反循环连续取样钻进 541
10.5.5 潜孔锤跟管钻进 550
第11章 钻孔弯曲与测量 555
11.1 钻孔弯曲原因及危害 555
11.1.1 钻孔弯曲基本要素 555
11.1.2 钻孔弯曲基本类型 556
11.1.3 钻孔弯曲原因 556
11.1.4 钻孔弯曲危害 557
11.2 钻孔弯曲规律与预防 558
11.2.1 钻孔弯曲规律 558
11.2.2 钻孔弯曲预防 558
11.3 测斜仪分类与选用原则 559
11.4 磁性测斜仪 560
11.4.1 罗盘照相测斜仪 561
11.4.2 磁性电子测斜仪 563
11.4.3 磁性测斜仪一览表 564
11.4.4 磁性测斜仪操作要点和故障诊断 567
11.5 陀螺测斜仪 569
11.5.1 机械陀螺测斜仪 569
11.5.2 压电陀螺测斜仪 571
11.5.3 动调陀螺测斜仪 571
11.5.4 光纤陀螺测斜仪 573
11.5.5 陀螺测斜仪一览表 574
11.5.6 陀螺测斜仪操作要点和故障诊断 574
11.6 测斜仪配套设备 577
11.6.1 测斜电缆 577
11.6.2 测斜绞车 578
11.6.3 测斜仪校验台 578
11.6.4 其他配套器具 581
11.7 减小测斜误差技术措施 582
11.8 钻孔轴线空间位置计算 583
11.8.1 均角全距法 584
11.8.2 全角半距法 585
11.8.3 曲率半径法 586
第12章 定向钻进 589
12.1 定向钻进分类和应用 589
12.1.1 定向钻进方法分类 589
12.1.2 定向钻孔分类 589
12.1.3 定向钻进方法的应用 589
12.2 定向钻孔设计 590
12.2.1 定向钻孔设计依据 591
12.2.2 定向孔设计原则 591
12.2.3 定向孔轴线设计 592
12.3 定向钻探造斜工具 594
12.3.1 偏心楔 594
12.3.2 连续造斜器 596
12.3.3 孔底动力钻具 598
12.3.4 辅助造斜件 600
12.3.5 造斜工具特性和技术参数 601
12.4 定向钻进施工工艺 601
12.4.1 定向钻进施工工艺流程 601
12.4.2 偏心楔定向钻进工艺 602
12.4.3 连续造斜器定向钻进工艺 604
12.4.4 螺杆钻具定向钻进工艺 606
12.4.5 钻孔轨迹控制 609
12.5 定向钻进测控方法和仪器 609
12.5.1 定向钻进测控方法分类 609
12.5.2 有线随钻测量仪 611
12.5.3 泥浆脉冲式随钻测量系统 612
12.5.4 随钻测井系统 614
12.5.5 电磁波随钻测量系统 615
12.5.6 旋转导向钻井系统（RSS） 617
12.5.7 地质导向钻井系统 620
12.5.8 定向钻进中靶导向系统 622
12.6 常见事故预防与处理 623
12.6.1 钻具事故预防与处理 623
12.6.2 偏心楔事故预防与处理 625
12.6.3 连续造斜器事故预防与处理 626
12.6.4 螺杆马达事故预防与处理 626
12.6.5 仪器孔内事故预防与处理 627
第13章 钻孔冲洗 629
13.1 钻孔冲洗基础理论 629
13.1.1 冲洗液胶体化学基础 629
13.1.2 冲洗液流变特性 633
13.1.3 冲洗液水力计算 635
13.1.4 冲洗液压力平衡钻进 637
13.2 冲洗液基本材料 638
13.2.1 黏土材料 638
13.2.2 加重材料 639
13.2.3 无机处理剂 641
13.2.4 有机处理剂 644
13.3 冲洗液基本类型与性能 652
13.3.1 冲洗液基本类型 652
13.3.2 冲洗液配制与性能调节 658
13.4 冲洗液性能测试 659
13.5 复杂地层冲洗液技术 663
13.5.1 压力异常地层冲洗液技术 663
13.5.2 松散不稳定地层冲洗液技术 663
13.5.3 水敏性地层冲洗液技术 663
13.5.4 水溶性地层冲洗液技术 665
13.6 特定条件下的冲洗液 667
13.6.1 低温冲洗液 667
13.6.2 高温冲洗液 668
13.6.3 硅酸盐冲洗液 671
13.6.4 新型微泡冲洗液 672
13.6.5 油基冲洗液 672
13.6.6 合成基冲洗液 673
13.7 冲洗液净化与废浆处理 674
13.7.1 冲洗液与环境保护 674
13.7.2 冲洗液净化与固控 675
13.7.3 废弃冲洗液的处理 677
第14章 护孔与堵漏 678
14.1 不稳定地层类型与孔壁失稳原因 678
14.1.1 不稳定地层类型 678
14.1.2 孔壁失稳原因 678
14.2 孔壁稳定性主要评价方法 679
14.2.1 泥页岩水化分散性试验 679
14.2.2 泥页岩膨胀性试验 680
14.2.3 页岩稳定指数法（SSI）试验 680
14.3 冲洗液护孔技术 681
14.3.1 压力平衡护孔 681
14.3.2 抑制膨胀缩径 684
14.3.3 抑制分散坍塌 685
14.4 套管护孔技术 685
14.4.1 普通套管 685
14.4.2 膨胀套管 686
14.5 漏失分类与特征 687
14.5.1 漏失通道基本形态和分布规律 687
14.5.2 漏失分类 691
14.5.3 漏层特征 694
14.6 常用堵漏材料 697
14.6.1 桥接堵漏材料 698
14.6.2 高失水堵漏材料 699
14.6.3 化学堵漏材料 701
14.6.4 无机胶凝堵漏材料 704
14.7 堵漏方法与技术 706
14.7.1 孔隙或微裂隙漏失 706
14.7.2 压差引发的漏失 708
14.7.3 裂缝和破碎带漏失 709
14.7.4 涌漏交替或漏失带存在径流 710
14.7.5 大裂缝或溶洞漏失 711
第15章 孔内事故的预防与处理 714
15.1 孔内事故预防 714
15.1.1 卡、埋钻事故预防 715
15.1.2 烧钻事故预防 715
15.1.3 钻具折断事故预防 716
15.1.4 套管事故预防 716
15.1.5 孔内落物事故预防 717
15.2 常用事故处理工具 718
15.2.1 打捞丝锥 718
15.2.2 偏心接头 719
15.2.3 水力式内割刀 720
15.2.4 机械式内割刀 720
15.2.5 可退式打捞矛 721
15.2.6 可退式倒扣捞矛 722
15.2.7 磁力打捞器 723
15.2.8 丝锥卡捞器 723
15.2.9 套管扩孔器 723
15.2.10 震击器 724
15.2.11 领眼磨鞋 725
15.2.12 凹底磨鞋 726
15.2.13 铅模 726
15.2.14 外平反丝钻杆 727
15.2.15 液压千斤顶 727
15.2.16 吊锤 728
15.3 孔内事故处理 728
15.3.1 卡、埋钻事故处理 729
15.3.2 烧钻事故处理 733
15.3.3 折断钻具事故处理 734
15.3.4 套管事故处理 734
15.3.5 孔内落物事故处理 735
第16章 坑道钻探 737
16.1 坑道钻探的特点与类型 737
16.1.1 坑道钻探特点 737
16.1.2 坑道钻探类型 738
16.2 坑道钻探钻具 738
16.2.1 坑道钻探钻杆 738
16.2.2 坑道钻探PDC钻头 747
16.3 坑道定向钻进工艺 750
16.3.1 坑道定向钻进应用领域 750
16.3.2 坑道定向钻孔设计 751
16.3.3 稳定组合钻具钻进工艺 756
16.3.4 螺杆钻具钻进工艺 758
16.3.5 坑道钻探事故预防与处理 762
16.4 坑道绳索取心钻进工艺 764
16.4.1 坑道绳索取心钻具结构特点 764
16.4.2 坑道绳索取心钻进工艺特点 768
16.5 坑道钻探钻孔轨迹测量与计算 769
16.5.1 钻孔轨迹测量 769
16.5.2 钻孔轨迹计算 775
16.6 松软突出煤层钻进工艺 777
16.6.1 松软突出煤层的钻进特点 777
16.6.2 松软突出煤层钻进的排粉工艺 777
16.6.3 松软突出煤层空气钻进净化装置 778
第17章 科学钻探 782
17.1 海洋科学钻探 783
17.1.1 海洋科学钻探发展简史 783
17.1.2 海洋钻探设备 785
17.1.3 海洋钻探取心技术 786
17.2 大陆科学钻探 793
17.2.1 大陆科学钻探概况 793
17.2.2 科拉超深孔钻探技术 797
17.2.3 联邦德国大陆深钻计划（KTB） 799
17.2.4 美国卡洪山口科学钻孔 802
17.2.5 夏威夷科学钻探项目 804
17.2.6 中国大陆科学钻探工程——科钻一井钻探技术 805
17.2.7 青海湖国际环境钻探项目 809
17.2.8 中国白垩纪大陆科学钻探工程——松科一井项目概况 810
17.3 极地科学钻探 811
17.3.1 冰层钻探方法分类和特点 811
17.3.2 承载电缆电力热熔钻具 812
17.3.3 承载电缆电动回转钻具 813
17.3.4 承载电缆电动螺旋钻具 817
17.3.5 有杆螺旋钻具 818
第18章 其他钻探方法与技术 820
18.1 水域地质钻探 820
18.1.1 水域钻探平台及其安装固定 820
18.1.2 水域地质钻探设备及其安装 822
18.1.3 水域地质取样技术 822
18.2 砂矿钻探 827
18.2.1 砂矿钻进方法 828
18.2.2 砂矿取样方法和取样工具 829
18.2.3 砂矿钻进工艺 829
18.2.4 砂矿钻机及工具 830
18.3 水力反循环连续取心钻进 831
18.3.1 水力反循环连续取心钻进原理 831
18.3.2 水力反循环连续取心钻进配套设备 832
18.3.3 水力反循环连续取心钻进规程参数 835
18.3.4 岩心堵塞预防和解堵 837
18.4 地源热泵钻探 837
18.4.1 地源热泵系统构成 838
18.4.2 地源热泵系统工程勘查 840
18.4.3 垂直埋管钻探技术 840
18.4.4 地源热泵成井工艺 847
18.5 声频振动钻探 848
18.5.1 声频振动钻进原理 848
18.5.2 声频振动钻进技术特点 850
18.5.3 国内外典型声频振动钻机 850
18.6 热熔钻进 853
18.6.1 热熔钻进原理 853
18.6.2 热熔钻进关键技术 854
18.6.3 热熔钻进试验 855
18.7 激光钻探 856
18.7.1 激光钻进原理 856
18.7.2 激光钻探发展趋势 857
18.8 金刚石优化钻进技术 860
18.8.1 钻进过程基本规律 861
18.8.2 优化钻进典型模式 865
18.8.3 优化钻进参数监测与控制系统 868
第19章 钻探工程管理 870
19.1 钻探工程设计 870
19.1.1 设计依据 870
19.1.2 设计步骤 870
19.1.3 矿区钻探工程设计 870
19.1.4 单孔钻探工程设计 873
19.2 生产管理 876
19.2.1 生产作业计划 876
19.2.2 施工现场管理 877
19.3 钻探工程质量管理 882
19.3.1 钻探工程质量指标 882
19.3.2 钻探工程质量技术措施 887
19.4 钻探工程成本管理 888
19.4.1 成本构成 888
19.4.2 成本管理内容 889
19.4.3 成本控制方法 890
19.5 HSE管理 891
19.5.1 健康管理 891
19.5.2 安全管理 891
19.5.3 环境保护管理 895
19.6 招投标和合同管理 897
19.6.1 招标要点 897
19.6.2 投标书商务报价 898
19.6.3 投标注意事项 900
19.6.4 钻探工程合同主要内容 900
19.7 境外钻探工程注意事项 901
19.7.1 了解工程所在地政策 901
19.7.2 境外施工应具备的条件 901
19.7.3 境外工程物资供应 901
19.7.4 境外工程人员和资金管理 902
19.8 技术档案管理 904
19.8.1 立档基本要求 904
19.8.2 立档注意事项 904
19.8.3 档案种类 904
附录 906
附录1 物理量单位符号 906
附录2 单位换算表 908
附录3 地层年代表与地质年代表 913
附录4 化学元素周期表 914
附录5 常用几何体计算公式 915
附录6 常用材料密度表 919
附录7 常用钻探英文词语缩写 922
附录8 标志名称和图形 937
附录9 标准型材规格表 940
附录10 国内外常用钢钢号对照表 945
附录11 国内外常用铝及铝合金牌号对照表 951
附录12 常用钢丝绳技术规格 952
参考文献 954