绪论绪论1 1 钻探：有动力机（电机、柴油机）带动钻机回转，并由钻机供给钻杆柱一定的轴向压力和扭拒，钻探：有动力机（电机、柴油机）带动钻机回转，并由钻机供给钻杆柱一定的轴向压力和扭拒， 从而使钻头勊取岩石，达到不断向深部钻进，获取地质资料的目的。从而使钻头勊取岩石，达到不断向深部钻进，获取地质资料的目的。2 2 钻探工作的钻探工作的基本作业基本作业：破碎岩石、清除岩屑、维护孔壁破碎岩石、清除岩屑、维护孔壁 3 3 项必需的项必需的工作环节工作环节。3 3 钻探工作包括：钻探工作包括：钻进和升降两个必要的基本作业程序钻进和升降两个必要的基本作业程序( (或称工序或称工序) )。4 4 钻探工作的两项重要内容岩心采取和防止钻孔弯曲钻探工作的两项重要内容岩心采取和防止钻孔弯曲 5 钻孔要素：即钻孔直径、钻孔方向和钻孔深度 6 6 钻进方法的分类钻进方法的分类 按钻头所用切削材料分类：金刚石钻进、硬质合金钻进、钢粒钻进按钻头所用切削材料分类：金刚石钻进、硬质合金钻进、钢粒钻进 按碎岩方式分类：回转钻进、冲击钻进、冲击回转钻进、回转冲击钻进。按碎岩方式分类：回转钻进、冲击钻进、冲击回转钻进、回转冲击钻进。 按冲洗液循环方式钻进：正循环钻进、反循环钻进、孔底局部反循环钻进按冲洗液循环方式钻进：正循环钻进、反循环钻进、孔底局部反循环钻进 按钻进目的分类：地质钻进、石油钻进、水井钻进、工程施工钻进按钻进目的分类：地质钻进、石油钻进、水井钻进、工程施工钻进 7 根据孔深，钻孔可分为： 浅孔，0150m，常用于物探地质调查，水文及工程地质勘查。 中深孔，1501 000m，为勘探一般矿藏时所采用。 深孔，l 000m 以上，一般为勘探开发石油以及科学深钻时采用。 第一章第一章 1 钻探设备：从事钻探工作所使用的全套技术装备 2 钻探设备要满足下列要求：保证高效率，工艺过程连续，生产过程机械化、自动化程度高，操 作安全、使用可靠、易于控制、调节和检修，安装、拆卸和运输性能良好。 3 3 钻机的作用：是实施钻具的回转和给予轴向压力，以破碎岩石加深钻孔，完成从孔内起下钻具钻机的作用：是实施钻具的回转和给予轴向压力，以破碎岩石加深钻孔，完成从孔内起下钻具 或升降套管等工作或升降套管等工作。 4 进行钻探工作时，钻探工艺要求钻机能完成的工序是： 提供使钻杆柱及碎岩钻具提供使钻杆柱及碎岩钻具 ( (钻头钻头) )回转的动力；回转的动力； 具有能使钻杆柱及碎岩钻头继续前进的能力，以达到不断破碎岩石、连续钻进的目的；具有能使钻杆柱及碎岩钻头继续前进的能力，以达到不断破碎岩石、连续钻进的目的； 当钻头磨钝后、需要提取岩心及处理有关井内事宜时，钻机具有使钻杆柱及钻进工具提出孔口当钻头磨钝后、需要提取岩心及处理有关井内事宜时，钻机具有使钻杆柱及钻进工具提出孔口 及再下入孔内继续下一个回次钻进的能力。及再下入孔内继续下一个回次钻进的能力。 5 回转式钻机可分为立轴式、转盘式二大类。 6 立轴式回转岩心钻机由回转机构、给进机构、升降机构、传动机构、操纵装置及机座等基本部立轴式回转岩心钻机由回转机构、给进机构、升降机构、传动机构、操纵装置及机座等基本部 分组成。分组成。 7 7回转器结构与性能必需满足以下要求：回转器结构与性能必需满足以下要求： 回转器的转速和扭矩的性能应能适应钻进工艺孔内情况变化的要求。 要求回转器能反向回转 回转器应有良好的导向作用 根据使用要求回转器应能在一定范围内变更倾角，可钻进不同方向的钻孔 回转器应做到回转运动平稳，震动摆动小 8 8给进机构任务是：称量钻具重量；进行加压或减压钻进量钻具重量；进行加压或减压钻进调节和保持孔底钻头上的轴向压力调节和保持孔底钻头上的轴向压力 和钻进速度；并根据钻头的钻进速度给进钻具，保证钻头连续不断地钻孔；平衡钻具重量；倒和钻进速度；并根据钻头的钻进速度给进钻具，保证钻头连续不断地钻孔；平衡钻具重量；倒 杆、提动和悬挂钻具；强力起拔钻具等。杆、提动和悬挂钻具；强力起拔钻具等。 9 给进机构，其性能应满足以下工艺要求： 根据地层性质、钻进方法、钻头类型和直径，无级调节轴心压力。 能无级地调节钻进速度，最好能自动调节 有快速提升和一定的起重能力 应能准确迅速地反映孔内情况，以便及时掌握和分析孔内情况，调整钻进工艺或采取处理措施， 因此要具有一定的观测装置，如孔底压力、进尺和钻速的观测仪表等。 要尽可能缩短辅助工序时间10 传动机构任务是：传递与切断动力：变速与变矩，实现柔性传动和过载保护，分配动力与换向；任务是：传递与切断动力：变速与变矩，实现柔性传动和过载保护，分配动力与换向； 改变运动形式，如将旋转运动转变为往复运动及驱动仪表等。改变运动形式，如将旋转运动转变为往复运动及驱动仪表等。 11 钻机的技术参数是选择钻机、使用钻机及评价钻机的重要依据。 12 钻机的技术参数包括钻机的能力参数、各工作机构的工作参数，配备动力机的有关参数、钻机 的重量及总体尺寸等。 13 钻机的技术参数有 3 种：基本参数、主要参数和一般参数。 14 钻机仍以钻进深度为基本参数。 15 选用、评价钻机的原则钻进能力回转系统 钻机给进系统 16 钻探对钻机的要求钻探对钻机的要求 具有适合钻进规程需要的转速和调节范围，以便有效的破碎岩石； 向钻头传递足够的轴心压力，并有适当的调节范围，以适应最优的钻压选择。 能完成升降钻具工作，并能随钻具的变化而改变提升速度。 具有可变换钻进角度的功能。 具备处理孔内事故，纠斜的功能。 工作平稳，重量轻，尺寸小，美观大方。 17 冲洗泵（泥浆泵）在钻探工作中的作用冲洗泵（泥浆泵）在钻探工作中的作用(1)清除岩屑 (2) 冷却、润滑钻头和钻具；(3) 保护井壁(4)供给钻具能量 (5)输送特种物质 (6)判断孔内情况 18 泵按工作原理分为三大类：叶轮泵、容积泵、喷射泵 19 钻塔对钻塔的基本要求应有足够的承载能力，保证满足正常及特殊情况下的起下钻具、套管 的需要。 应有足够的高度和有效空间 3 钻塔的结构要合理，尽可能使钻塔轻便、易拆卸、好搬运 20 岩心钻具是由钻头、岩心管、异径接头、钻杆柱、连接接头和水龙头等组成。 21 钻杆柱的功用 在钻探工作中，钻杆柱从地表把钻机的动作和动力传递给井底的钻头 同时它又是洗井液冲洗井底和冷却钻头必需的液流通道。 钻杆内受高压，表面承受着磨损。 输送岩心或岩心提取器的通道 。 投送卡取岩心的卡料，输送测斜仪器以及输送材料等。 杆柱是钻探工作的一个关键组件和重要环节。 22 钻杆使用的优化 变换使用方式 综合使用方式 第二章第二章 1 1 岩石按成因分为：岩浆岩、沉积岩和变质岩。岩石按成因分为：岩浆岩、沉积岩和变质岩。 岩浆岩：内力地质作用的产物，系地壳深处的岩浆沿地壳裂隙上升冷凝而成。岩浆岩：内力地质作用的产物，系地壳深处的岩浆沿地壳裂隙上升冷凝而成。 沉积岩：在地表条件下母岩风化剥蚀的产物，经风化、剥蚀、搬运、沉积和固结等成岩作用而沉积岩：在地表条件下母岩风化剥蚀的产物，经风化、剥蚀、搬运、沉积和固结等成岩作用而 形成的岩石。形成的岩石。 变质岩：沉积岩、岩浆岩或变质岩本身在地壳中受到高温高压及化学活动性流体的影响而变质变质岩：沉积岩、岩浆岩或变质岩本身在地壳中受到高温高压及化学活动性流体的影响而变质 形成的岩石。形成的岩石。 2 岩石的结构：岩石的微观组织特征，它与矿物粒度的大小、形状和表面特征有关，反映了岩石岩石的结构：岩石的微观组织特征，它与矿物粒度的大小、形状和表面特征有关，反映了岩石 非均质性和孔隙性。非均质性和孔隙性。 岩石构造：是表示岩石宏观组织特征，它说明矿物颗粒之间的组合形式和空间分布状况，它决岩石构造：是表示岩石宏观组织特征，它说明矿物颗粒之间的组合形式和空间分布状况，它决 定了岩石的各向异性和裂隙性。定了岩石的各向异性和裂隙性。 3 岩石可钻性岩石可钻性: : 是表示钻进过程中岩石破碎的难易程度是表示钻进过程中岩石破碎的难易程度。意义意义 ：岩石可钻性是合理选择钻进方法、钻头类型和结构、钻进规程参数的依据，也是制订钻岩石可钻性是合理选择钻进方法、钻头类型和结构、钻进规程参数的依据，也是制订钻 探生产定额和编制钻探生产计划的依据。探生产定额和编制钻探生产计划的依据。 4 岩石可钻性的影响因素：岩石可钻性的影响因素： 1 1）岩石性质对可钻性的影响，主要因素有：岩石的矿物成分、结构构造、密度、岩石性质对可钻性的影响，主要因素有：岩石的矿物成分、结构构造、密度、 孔隙度、含水性及乏水性；岩石的力学性质，如硬度、强度、弹性、脆性、塑性及研磨性孔隙度、含水性及乏水性；岩石的力学性质，如硬度、强度、弹性、脆性、塑性及研磨性 等。一般地说，造岩矿物中石英多、胶结牢固、颗粒细小、结构致密、未经风化和蚀变时，等。一般地说，造岩矿物中石英多、胶结牢固、颗粒细小、结构致密、未经风化和蚀变时， 岩石可钻性差；岩石硬度和强度高、研磨性强，岩石破碎就比较困难，岩石可钻性也差。岩石可钻性差；岩石硬度和强度高、研磨性强，岩石破碎就比较困难，岩石可钻性也差。 2 2）钻探技术条件对可钻性的影响技术条件对可钻性的影响 ，主要有：钻探设备的类型、钻孔直径和深度、钻进方法、，主要有：钻探设备的类型、钻孔直径和深度、钻进方法、碎岩工具的结构和质量等。例如，冲击钻进在坚硬的脆性岩石中具有较好的钻进效果，而碎岩工具的结构和质量等。例如，冲击钻进在坚硬的脆性岩石中具有较好的钻进效果，而 回转钻进在软的塑性岩石中可以获得较好的碎岩效率。回转钻进在软的塑性岩石中可以获得较好的碎岩效率。 3 3）钻探工艺因素对岩石可钻性的影响，主要有：加在钻头上的压力、钻头的回转速度、冲洗 液的类型、钻孔岩粉清除情况等。 5 5 岩石可钻性划分方法有：岩石可钻性划分方法有： 用岩石力学性质评价岩石的可钻性用岩石力学性质评价岩石的可钻性 用实钻速度评价岩石的可钻性用实钻速度评价岩石的可钻性 用微钻速度评价岩石的可钻性用微钻速度评价岩石的可钻性 用碎岩比功评价岩石的可钻性用碎岩比功评价岩石的可钻性 6 6 岩石作用的主要方式有三种，即：切削一剪切型；冲击型；冲击一剪切型。岩石作用的主要方式有三种，即：切削一剪切型；冲击型；冲击一剪切型。 7 7 碎岩刃具一般具有各种各样的形状，在研究时一般简化为平底圆柱形压头和球形压头对岩石的碎岩刃具一般具有各种各样的形状，在研究时一般简化为平底圆柱形压头和球形压头对岩石的 作用作用 9 9轴向力和切向力共同作用下岩石的应力分布分为正应力区轴向力和切向力共同作用下岩石的应力分布分为正应力区()()、拉应力区、拉应力区(）和过渡区（）和过渡区（） 。1010 碎岩工具对岩石的作用有哪些特点？碎岩工具对岩石的作用有哪些特点？ (1)(1) 轴向力与切向力共同作用时，可视为碎岩工具对孔底岩石表面以某一角度施加作用力。岩石轴向力与切向力共同作用时，可视为碎岩工具对孔底岩石表面以某一角度施加作用力。岩石 破碎效果将由此作用力的数值和方向来决定。破碎效果将由此作用力的数值和方向来决定。 (2(2）轴向力与切向力共同作用时，碎岩工具下方岩石中产生不均匀的应力状态。）轴向力与切向力共同作用时，碎岩工具下方岩石中产生不均匀的应力状态。 (3)(3) 当岩石中出现拉应力时，在其他条件相同的情况下，在拉应力区开始破碎。当岩石中出现拉应力时，在其他条件相同的情况下，在拉应力区开始破碎。 1111 岩石的变形破碎方式岩石的变形破碎方式 按破碎特点和钻进效果，岩石破碎方式可有按破碎特点和钻进效果，岩石破碎方式可有 3 3 种种 表面破碎区；表面破碎区；疲劳破碎区；疲劳破碎区；体积破体积破 碎区碎区 1111 压模压入岩石时破碎过