鉆探基礎(chǔ)知識(shí)

第一講鉆探基礎(chǔ)知識(shí)一、鉆探的基本概念1、 鉆探：用鉆機(jī)按一定設(shè)計(jì)角度和方向向地下鉆孔，通過(guò)取出孔內(nèi)的巖芯、巖屑或在孔內(nèi)下入測(cè)試儀器，以探明地下礦產(chǎn)儲(chǔ)量、了解地層結(jié)構(gòu)、巖石性質(zhì)及滿(mǎn)足其它工程施工要求等，這種工程稱(chēng)為鉆探。2、 巖芯鉆探：鉆進(jìn)時(shí)，在孔底保留巖芯，并主要以提出的巖芯來(lái)研究、了解地下地質(zhì)和礦產(chǎn)情況的鉆探方法。3、 鉆進(jìn)：利用鉆頭在孔底工作，破碎巖石和繼續(xù)加深鉆孔的作業(yè)。它包括破碎孔底巖石和使鉆孔按要求延伸兩個(gè)方面。4、 鉆進(jìn)方法：向地下鉆孔時(shí)，破碎孔底巖石的方法和技術(shù)措施的總稱(chēng)。5、 鉆探工藝：如何利用一定的設(shè)備和工具來(lái)破碎巖石（土層）在地層中造成一個(gè)有一定直徑和深度的圓滑規(guī)則的鉆孔，并采取一定的技術(shù)措施以保證鉆進(jìn)工作順利進(jìn)行的全部工作。6、 鉆孔：為進(jìn)行礦床勘探或其它工程目的，采用鉆探機(jī)械設(shè)備或其它方法帶動(dòng)鉆頭而鉆得的圓柱形孔。它具有深度大、直徑小、方向任意的特點(diǎn)。7、 鉆孔空間三要素孔深（L）：孔口至測(cè)點(diǎn)的鉆孔軸線的長(zhǎng)度；頂角（0）：測(cè)點(diǎn)處鉆孔軸線（或其切線）與鉛垂線的夾角；方位角（a）:測(cè)點(diǎn)處鉆孔軸線在水平面上的投影與磁北方向的夾角。8、 鉆孔結(jié)構(gòu)：指由開(kāi)孔至終孔，孔身口徑的變化。它包含著鉆孔口徑、換徑 ..... 次數(shù)、下套管層數(shù)、管徑、長(zhǎng)度、換徑深度及子錘套管底部止水封固方法等。9、循環(huán)：泥漿泵通過(guò)鉆柱內(nèi)孔（或鉆與孔壁間隙）將沖洗液送到孔底，完成沖洗底、冷卻鉆頭作用后，沿鉆柱與孔壁之間的圖16-339、循環(huán)：泥漿泵通過(guò)鉆柱內(nèi)孔（或鉆與孔壁間隙）將沖洗液送到孔底，完成沖洗底、冷卻鉆頭作用后，沿鉆柱與孔壁之間的圖16-33鉆孔幾何三耍恭狀間隙（或鉆柱內(nèi)孔）返回地表并將巖粉攜出孔外的過(guò)程。二、鉆探的分類(lèi)1、按施工目的分類(lèi)見(jiàn)下表序號(hào)鉆探類(lèi)別目的LLr石芯鉆探普查找礦鉆探為了揭露地表覆蓋層，探察基巖的性質(zhì)及產(chǎn)狀、了解地質(zhì)構(gòu)造或驗(yàn)證物探資料等而進(jìn)行的普查找礦鉆探。特點(diǎn)：這類(lèi)鉆孔都比較淺。1礦產(chǎn)勘探鉆探詳細(xì)查明一個(gè)礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造，探明礦體的產(chǎn)狀、品位、求得礦產(chǎn)的儲(chǔ)量，為礦產(chǎn)的開(kāi)采提供必要的地質(zhì)資料而進(jìn)行的礦產(chǎn)勘探鉆探。特點(diǎn)，這類(lèi)鉆孔一般屬中深鉆孔，鉆探工作量比較集中。2水文水井鉆探為了查明某地區(qū)地下水的賦存狀況、水質(zhì)、水量和在地下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律等水文地質(zhì)情況，叫水文地質(zhì)鉆探。為開(kāi)采地下而進(jìn)行的鉆探稱(chēng)水井鉆探。3油、氣井鉆探為勘探和開(kāi)米石油、天然氣礦產(chǎn)而進(jìn)行的鉆探。4工程地質(zhì)鉆探為查明建筑物或構(gòu)筑物的地基承載力而進(jìn)行的鉆探。5工程施工鉆探為達(dá)到某種工程施工目的而進(jìn)行的鉆探，例如鉆孔灌注樁等。6其它鉆探地?zé)徙@探、海洋鉆探、科學(xué)深鉆等。2、按碎巖工具（或稱(chēng)為磨料）分類(lèi)硬質(zhì)合金鉆進(jìn)、鋼粒鉆進(jìn)、金剛石鉆進(jìn)、牙輪鉆頭鉆進(jìn)等。3、 按施加外力的性質(zhì)和方式分類(lèi)：沖擊鉆進(jìn)、回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)等。4、 按沖洗液類(lèi)型分類(lèi)：清水鉆進(jìn)、泥漿鉆進(jìn)、乳狀液鉆進(jìn)、飽和鹽溶液鉆進(jìn)、泡沫鉆進(jìn)、空氣鉆進(jìn)等。5、 按沖洗液循環(huán)方式分類(lèi)：正循環(huán)鉆進(jìn)、反循環(huán)鉆進(jìn)等。6、 按是否取心分類(lèi)：取心鉆進(jìn)、全面鉆進(jìn)等。7、 按巖心從孔內(nèi)輸送至地表方式分類(lèi)提鉆取心、不提鉆取心（繩索取心鉆進(jìn)和反循環(huán)連續(xù)取心等）8、 特殊的鉆探方法繩索取心、定向、潛孔錘、跟管、中心取樣、井底動(dòng)力鉆進(jìn)等。三、 巖芯鉆探生產(chǎn)過(guò)程1、 鉆探施工過(guò)程：就是從平地基開(kāi)始，直到鉆孔終孔后將設(shè)備拆卸完為止的全過(guò)程。它包括定孔位…平整與修筑地基f安裝鉆探設(shè)備及附屬設(shè)備f安裝驗(yàn)收f(shuō)開(kāi)孔前的準(zhǔn)備工作…開(kāi)孔及下孔口管f換徑f鉆進(jìn)f巖礦芯整理、保管和編號(hào)f其他工作（下套管，校正孔深，簡(jiǎn)易水文觀測(cè)，鉆孔彎曲測(cè)量）f終孔起拔套管f封孔f鉆孔質(zhì)量檢驗(yàn)。2、 鉆進(jìn)前準(zhǔn)備。是鉆孔進(jìn)入開(kāi)孔之前進(jìn)行的全部準(zhǔn)備工作，如平地基、安裝設(shè)備（鉆塔、鉆機(jī)、水泵、動(dòng)力機(jī)等），安裝附屬設(shè)施（場(chǎng)房、安全設(shè)施、循環(huán)系統(tǒng)、水管、照明等），安裝驗(yàn)收和試鉆。3、 鉆進(jìn)過(guò)程。是指鉆孔從開(kāi)孔鉆進(jìn)到終孔的施工過(guò)程。4、 終孔。是指鉆孔停止鉆進(jìn)到設(shè)備拆卸完為止所進(jìn)行全部工作，包括鉆孔彎曲測(cè)量、測(cè)水位、抽水試驗(yàn)、封孔、起拔套管、拆卸設(shè)備等。5、 巖芯鉆進(jìn)過(guò)程：由動(dòng)力機(jī)帶動(dòng)鉆機(jī)回轉(zhuǎn)，由鉆桿、巖心管和鉆頭組成鉆柱，并由鉆機(jī)供給鉆柱一定的軸向壓力和扭矩，從而使帶切削具的鉆頭產(chǎn)生刻取巖石的作用，以達(dá)到不斷往深部鉆進(jìn)的目的。鉆進(jìn)時(shí)該取下來(lái)的巖粉，隨著由泥漿泵通過(guò)鉆柱送入孔底的沖洗液，經(jīng)孔壁的環(huán)狀間隙沖到地表。鉆進(jìn)中巖芯進(jìn)入巖芯管，通過(guò)提升鉆具或其它取芯方法將巖芯卡斷，從孔底提至地表。從下鉆到提鉆取巖芯，算一個(gè)鉆程，叫做一個(gè)回次。升降鉆具是通過(guò)鉆塔和鉆機(jī)的卷?yè)P(yáng)機(jī)來(lái)完成的。四、 巖心鉆探的主要內(nèi)容鉆探設(shè)備、鉆進(jìn)方法（鉆探工藝）＞鉆探質(zhì)量及測(cè)量、鉆孔沖洗與護(hù)壁堵漏、事故預(yù)防及處理、機(jī)場(chǎng)生產(chǎn)管理、安全技術(shù)、相關(guān)知識(shí)（機(jī)械基礎(chǔ)知識(shí)、機(jī)械加工修理知識(shí)、電工知識(shí)、地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)、礦床知識(shí)）等。五、 鉆探工作的基本內(nèi)容（基本作業(yè)、基本程序、必要工作）破碎巖石、清除巖屑、維護(hù)孔壁。六、 巖石的基本知識(shí)1、巖石的分類(lèi)按照巖石的成因不同，巖石分為巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖三大類(lèi)。巖漿巖：由巖漿冷凝固結(jié)而成的巖石叫巖漿巖，例如花崗巖、玄武巖等，巖漿巖具有堅(jiān)硬致密、強(qiáng)度及硬度大、研磨性低等特性。沉積巖：在常溫常壓條件下，由風(fēng)化作用、生物作用和某些火山作用等形成的碎屑物質(zhì)，經(jīng)搬運(yùn)、沉積和成巖作用而形成的層狀巖石，例如砂巖、石灰?guī)r等，沉積巖最大的特征是具有層理構(gòu)造。變質(zhì)巖：地殼中各種已成巖石受溫度、壓力或化學(xué)作用，形成的新的巖石叫變質(zhì)巖，例如大理巖、千枚巖、板巖等，變質(zhì)巖一般比較破碎，巖層容易漏失、取心困難等。2、 巖石的物理性質(zhì)與鉆探關(guān)系密切的有致密性、膨脹性和穩(wěn)定性等。3、 巖石的力學(xué)（機(jī)械）性質(zhì)硬度：巖石抵抗其它剛性物體壓入的能力。強(qiáng)度：巖石在外力作用下抵抗破壞的能力（拉、壓、彎、剪）。彈性、塑性和脆性：巖石在外力作用下的變形特性。研磨性：巖石對(duì)切削具的磨損能力。七、巖石的可鉆，性1、 巖石可鉆性的概念：在一定技術(shù)條件下，反映鉆進(jìn)巖石難易程度的綜合指標(biāo)。一般以機(jī)械鉆速（m/h、m/s）作為可鉆性指標(biāo)。2、 巖石可鉆性的分級(jí)原地質(zhì)部1958年頻布的巖石可鉆性分級(jí)表和地礦部1984年頒布的金剛石巖心鉆探可鉆性分級(jí)表均把巖石可鉆性分為12級(jí)。3、 劃分級(jí)四類(lèi)十二級(jí):軟的一相當(dāng)可鉆性1~3級(jí)；中硬的一相當(dāng)可鉆性4~6級(jí);硬的一相當(dāng)可鉆性7~9級(jí)；堅(jiān)硬的一相當(dāng)可鉆性10~12級(jí)。4、 現(xiàn)場(chǎng)初略判定巖石可鉆性的方法大拇指甲：能刻劃1~3級(jí)巖石；

鐵刀：能刻劃3~4級(jí)巖石;普通鋼刀：能刻劃4?5級(jí)巖石;銼刀（鋼鋸條）：能刻劃5?6級(jí)巖石;合金刀：能刻劃7?8級(jí)巖石;金剛石玻璃刀：能刻劃9級(jí)以上巖石；5、影響巖石可鉆性的因素巖石強(qiáng)度：巖石的強(qiáng)度俞大，則可鉆性就大，鉆進(jìn)效率低。層理對(duì)強(qiáng)度的影響：垂直于層理強(qiáng)度大，平行于層理強(qiáng)度小。硬度：巖石的硬度俞大，則可鉆性就大，鉆進(jìn)效率低。層理對(duì)硬度的影響：垂直于層理硬度小，平行于層理硬度大。研磨性：巖石磨損切削具的能力。分級(jí)：分弱研磨性、中研磨性和強(qiáng)研磨性三級(jí)。巖石的研磨性大，對(duì)切削具的磨損嚴(yán)重，鉆進(jìn)時(shí)鉆頭的壽命低。彈性：彈性大，鉆進(jìn)困難；塑性：塑性大，鉆進(jìn)容易，但易產(chǎn)生縮徑、蹩水、糊鉆等；脆性：脆性大，鉆進(jìn)容易，但采心困難，會(huì)造成孔壁坍塌和掉塊。八、地質(zhì)構(gòu)造的基本知識(shí)1、 地質(zhì)構(gòu)造：巖層在長(zhǎng)期地質(zhì)作用下發(fā)生變化，產(chǎn)生變形、變位及不同的接觸關(guān)系，這種變化的形跡叫地質(zhì)構(gòu)造。地質(zhì)構(gòu)造基本形態(tài)分為褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造兩大類(lèi)。2、 褶皺構(gòu)造：因地殼運(yùn)動(dòng)造成的巖層呈一系列的波狀彎曲、且保持連續(xù)性和完整性的構(gòu)造變形。3、 斷裂構(gòu)造：因地殼運(yùn)動(dòng)造成的巖層破裂或沿破裂面位移的構(gòu)造變形。巖石破裂后，破裂面兩側(cè)巖石沒(méi)有明顯位移的斷裂構(gòu)造叫節(jié)理；兩側(cè)巖層沿破裂面產(chǎn)生顯著位移的斷裂構(gòu)造叫斷層。zi，*|u1圖dT6zi，*|u1圖dT6熊油構(gòu)蒞精曲的基本類(lèi)型有兩種二背整和向斜（圖4-17}a一般說(shuō)來(lái)，背斜是前上拱起的彎曲，中心部分巖層相對(duì)較老?而兩側(cè)由相對(duì)較新的巖層組成;向斜是向下彎曲且中心部分相對(duì)較新,1534-17背斜與向斜九、地質(zhì)構(gòu)造對(duì)鉆探工作的影響1、 巖層傾斜對(duì)鉆進(jìn)的影響：巖石具有各向異性的特性，巖層垂直于層面方向硬度小，易破碎；平行于層面方向的硬度大，不易破碎。因此，水平巖層中鉆進(jìn)效率高，孔壁擴(kuò)大小，鉆孔彎曲小且孔內(nèi)事故相對(duì)少。傾斜巖層、特別是傾斜的軟硬互層對(duì)鉆孔彎曲影響很大，鉆孔會(huì)有“頂層進(jìn)”或“順層跑”的趨勢(shì)。2、 褶皺構(gòu)造對(duì)鉆進(jìn)的影響：從褶皺的局部來(lái)看，可視為作傾斜巖層，對(duì)鉆孔彎曲的影響是有規(guī)律可循的；但從褶皺構(gòu)造的整體來(lái)看，各個(gè)部位的影響又是不同。3、 斷裂構(gòu)造對(duì)鉆進(jìn)的影響：①孔壁不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)坍塌、掉塊現(xiàn)象。當(dāng)護(hù)壁措施不力時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生鉆具回轉(zhuǎn)阻力大，泵壓高，蹩車(chē)及鉆進(jìn)效率下降等情況，最終導(dǎo)致卡、埋、燒鉆及鉆具折斷和脫落等孔內(nèi)事故。事故一旦發(fā)生，性質(zhì)都比較嚴(yán)重，提升鉆具的阻力較大。節(jié)理和斷層的存在使巖石的孔隙度增大，程度不等地