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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PD117

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