鉆探工藝課件第0章 緒論

鉆探工藝本課程主要講授以下內(nèi)容：緒論（2學(xué)時(shí)）第一章巖石的性質(zhì)與可鉆性（6學(xué)時(shí)）第二章硬質(zhì)合金鉆進(jìn)（12學(xué)時(shí)）

第三章金剛石鉆進(jìn)（16學(xué)時(shí)）

第四章鋼粒鉆進(jìn)（8學(xué)時(shí)）第五章沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)（16學(xué)時(shí)）第六章巖礦心采?。?2學(xué)時(shí)）第七章鉆孔彎曲（12學(xué)時(shí)）第八章孔內(nèi)事故的預(yù)防與處理（14學(xué)時(shí)）緒論第一節(jié)概論第二節(jié)鉆探工程應(yīng)用范圍第三節(jié)常用鉆探方法第四節(jié)鉆探技術(shù)的發(fā)展概況第一節(jié)概論《鉆探工藝》是一門應(yīng)用技術(shù)課程，是鉆探技術(shù)專業(yè)的主要專業(yè)課程。本課程的任務(wù)是研究、闡述鉆探工藝的基本理論、鉆探施工的技術(shù)方法、鉆探生產(chǎn)工藝流程。通過(guò)本課程的講授，應(yīng)使學(xué)生較全面地掌握各種鉆探工藝的基本知識(shí)、基本技能和基本理論；了解巖石性質(zhì)與鉆探的關(guān)系，巖石可鉆性及其定級(jí)方法；掌握不同地層的鉆探施工方法和操作技能；掌握各種鉆探工具、儀器的工作原理，并會(huì)合理的選擇、使用和維護(hù)；能初步學(xué)會(huì)復(fù)雜地層鉆進(jìn)技術(shù)；沖孔與護(hù)壁堵漏技術(shù)及沖洗液的配制方法；掌握工程地質(zhì)鉆探技術(shù)。《鉆探工藝》又是一門實(shí)踐性極強(qiáng)的課程。因此，在教學(xué)過(guò)程中必須重視實(shí)踐性教學(xué)中的各個(gè)環(huán)節(jié)，要充分利用試驗(yàn)、實(shí)習(xí)和參加生產(chǎn)實(shí)踐的機(jī)會(huì)，做到理論與實(shí)踐相結(jié)合，以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作技能和獨(dú)立工作的能力。第二節(jié)鉆探工程應(yīng)用范圍凡是利用鉆機(jī)及其它鉆探設(shè)備向地下進(jìn)行鉆鑿孔眼，并取出巖心、巖粒，向孔內(nèi)投放測(cè)試儀器，以了解不同深度巖層的地質(zhì)情況，為礦床勘探、工程施工等提供地質(zhì)資料的工作，可統(tǒng)稱為鉆探工程。一般說(shuō)，凡是要取出孔內(nèi)巖心的鉆探工作，統(tǒng)稱為巖心鉆探。而為開(kāi)采地下石油、天然氣、鹽水或地下水等的鉆進(jìn)工作，統(tǒng)稱為鉆井工程。凡為了探查壩基、橋基、路基、港口碼頭、大型或高層建筑的基礎(chǔ)鉆探工作，通常稱為工程鉆探。凡進(jìn)行各種基礎(chǔ)灌注柱、地下連續(xù)墻、土層錨桿、地基加固等技術(shù)鉆進(jìn)工作，通稱為工程施工鉆或巖土工程鉆。鉆探工程在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有很重要的地位，它的應(yīng)用極為廣泛?，F(xiàn)將鉆探工程的主要用途歸納如下：(1)地質(zhì)普查鉆探：為揭露地表，探明基巖性質(zhì)、產(chǎn)狀、分布、地質(zhì)構(gòu)造等，或?yàn)榕浜衔锾焦ぷ鞫M(jìn)行爆破鉆孔，以及普查找礦鉆探等。在地質(zhì)普查找礦中常用地表取樣鉆或淺孔輕便鉆等。(2)礦產(chǎn)勘探鉆探：詳細(xì)查明礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造、礦體產(chǎn)狀、品位、儲(chǔ)量及礦區(qū)水文地質(zhì)等，為礦產(chǎn)的開(kāi)采提供必要的地質(zhì)資料。通常在勘探礦區(qū)布置一定的勘探網(wǎng)或勘探線，一般用固定式鉆機(jī)進(jìn)行鉆探。(3)水文地質(zhì)鉆探：為查明地下水的賦存狀態(tài)、水質(zhì)水量及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律等水文地質(zhì)情況，以及農(nóng)業(yè)、工業(yè)、國(guó)防、生活用水等，都需要進(jìn)行水文鉆探；根據(jù)探采結(jié)合的精神，有時(shí)在水文勘查后進(jìn)行水井的成井工作。水文水井鉆探多以專門的水文水井鉆機(jī)進(jìn)行鉆探或鉆井。(4)工程地質(zhì)鉆探：為查明橋基、壩基、路基、水庫(kù)、港口、大型建筑物和大型設(shè)備基礎(chǔ)的鉆探工作，鉆孔大多為淺孔并有特殊的取樣要求。工作中都用特制的工程鉆機(jī)進(jìn)行鉆探。(5)油、氣田鉆探：石油、天然氣的勘探及開(kāi)采都需要進(jìn)行鉆探工作。通常石油、天然氣勘探鉆井和開(kāi)采鉆井結(jié)合在一起，通稱石油鉆井。此類鉆井較深，大都用專門的設(shè)備進(jìn)行鉆探。(6)工程技術(shù)鉆探：利用鉆探工程進(jìn)行工程施工和為達(dá)到工程技術(shù)目的進(jìn)行的鉆探工作，如坑道掘進(jìn)指示孔、探氣孔、通風(fēng)孔、排水孔、凍結(jié)孔、灌漿孔、運(yùn)輸孔、安裝線路和管路的鉆孔，各種觀測(cè)孔及專門的航標(biāo)孔鉆探等。(7)工程施工鉆探：多應(yīng)用于基礎(chǔ)樁的灌注建造工作及地下連續(xù)墻、土層錨桿、地基加固等工程；以及為巖土工程服務(wù)的各項(xiàng)工程施工的鉆鑿工作。隨著科學(xué)技術(shù)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，鉆探工程又開(kāi)辟了許多新的領(lǐng)域，例如目前正在大力開(kāi)展的為開(kāi)發(fā)地?zé)豳Y源及大陸架海底石油、天然氣資源的地?zé)徙@探和海洋(石油)鉆探、濱海鉆探、海底地質(zhì)鉆探和大型建筑工程施工鉆探等。為了解新地區(qū)和地球深部地質(zhì)情況，還進(jìn)行了南極極地鉆探和超深井鉆探，以及月球表層鉆探等。以上情況，進(jìn)一步表明鉆探工程的應(yīng)用范圍有了新的擴(kuò)展。第三節(jié)常用鉆探方法根據(jù)破碎巖石的機(jī)理不同，鉆探方法可分為機(jī)械的、物理的和化學(xué)的三種。機(jī)械方法破碎巖石，主要是以外集中載荷使巖石中產(chǎn)生很大的局部應(yīng)力而破碎。因此，在機(jī)械破碎巖石時(shí)，根據(jù)外力作用的性質(zhì)和施加方式的不同，機(jī)械鉆探方法主要分為沖擊鉆探、回轉(zhuǎn)鉆探、沖擊回轉(zhuǎn)鉆探三大類。沖擊鉆探回轉(zhuǎn)鉆探?jīng)_擊回轉(zhuǎn)鉆探鉆探工作的程序現(xiàn)以巖心鉆探為例，說(shuō)明鉆探工作的程序。其設(shè)備安裝布置如圖0—1所示。鉆進(jìn)時(shí)，根據(jù)所鉆巖石性質(zhì)和鉆頭直徑、類型的不同，使鉆機(jī)立軸帶動(dòng)鉆具以不同的轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)，并借助于鉆機(jī)上的給進(jìn)裝置給鉆頭以必要的軸向壓力。于是鉆頭回轉(zhuǎn)，并切入巖石而鉆出環(huán)狀孔底，形成巖心2。隨著鉆孔的加深，巖心進(jìn)入巖心管3。鉆頭鉆進(jìn)巖石時(shí)，產(chǎn)生大量的熱量和巖粉。為了冷卻鉆頭，凈化孔底巖粉，并將巖粉排到地表，需要不斷沖洗鉆孔。水泵通過(guò)吸水膠管23把沖洗液從水源箱22中吸出，通過(guò)高壓膠管17、提引水接頭10和鉆桿柱5送入孔內(nèi)，沖洗孔底并冷卻鉆頭，把破碎的巖石顆粒(巖粉)從孔底沿著鉆孔送到地表。沖洗液從孔內(nèi)出來(lái)流入沉淀箱21和循環(huán)槽20，巖粉在此進(jìn)行沉淀和凈化；被凈化的沖洗液再流入水源箱22，從水源箱再送入孔內(nèi)。鉆進(jìn)過(guò)程中，當(dāng)巖心管充滿巖心或因某種原因不能繼續(xù)鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)著手提鉆，將鉆具提出鉆孔。開(kāi)始提鉆前，應(yīng)把巖(礦)心卡牢在巖心管底部，并扭斷；巖心卡住后借助于升降機(jī)16、游動(dòng)鋼繩12、天車13、帶有提引器的游動(dòng)滑車11將鉆具提到地表，并將鉆桿柱卸成單個(gè)的立根，立根由兩根以上的鉆桿連接而成。立根長(zhǎng)度取決于鉆塔的高度；擺放在立根臺(tái)上。巖心鉆具提到地表以后，卸下鉆頭，并小心謹(jǐn)慎地從巖心管中取出巖(礦)心，配好鉆具，再下入孔內(nèi)繼續(xù)鉆進(jìn)。每一次提鉆時(shí)，均應(yīng)檢查鉆頭，當(dāng)鉆頭確已磨損時(shí)，須用完好的鉆頭替換。從每次下降鉆具，經(jīng)過(guò)鉆進(jìn)，到采取巖(礦)心、提起鉆具為一個(gè)鉆程，稱為一個(gè)鉆進(jìn)回次。每個(gè)鉆孔視鉆孔的深度，通過(guò)幾個(gè)至數(shù)百個(gè)鉆進(jìn)回次，使鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)孔深。第四節(jié)鉆探技術(shù)的發(fā)展概況鉆探技術(shù)是我國(guó)古代許多科學(xué)技術(shù)發(fā)明之一，古代人為了尋找飲用水而挖鑿水井。故從鉆探技術(shù)的演變過(guò)程來(lái)說(shuō)，“鑿井”可算作我國(guó)鉆探歷史的開(kāi)端，鑿井可追朔到春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代和周朝，甚至更早。以四川鹽井而言。史書(shū)記載開(kāi)始于秦，實(shí)際上鑿淺井取鹵水在秦以前(公元前約400年)已開(kāi)始。在出土文物漢磚上就有自鹽井汲取鹵水煮鹽的圖案。據(jù)歷史材料記載，唐朝鑿井已有640余口。明朝宋應(yīng)星著《天工開(kāi)物》中對(duì)四川地區(qū)開(kāi)鑿鹽井有如下記載：“凡蜀中石山在向下遠(yuǎn)者。多可造井取鹽，鹽井周圍不過(guò)數(shù)寸，其上口一小盂覆之有余。深必十丈以外，乃得鹵信，故造井功費(fèi)甚難，其器冶鐵錐，如錐嘴形，其尖使極剛利，向石山舂鑿成孔。其身破竹，纏繩夾懸此錐。每舂深入數(shù)尺，則又以竹接其身，使引而長(zhǎng)。初人丈許，或以足踏錐梢，如舂米形。太深則用手棒持頓下，所舂石成粉碎，隨以長(zhǎng)竹接引，懸鐵盞之而上。大抵深者半載，淺者月余，乃得一井成就。”先民們用傳統(tǒng)的方法于清道光6年（1835年）鉆成了第一口超1000m（1001.42m）的燊海井，使鉆井技術(shù)達(dá)到了新高峰，該井被聯(lián)合國(guó)教科文組織定為19世紀(jì)中葉前的鉆井世界紀(jì)錄。英國(guó)著名科學(xué)史專家李約瑟博士在其《中國(guó)古代科學(xué)技術(shù)文明史》一書(shū)中認(rèn)為，中國(guó)鉆探科學(xué)技術(shù)對(duì)世界石油天然氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)產(chǎn)生了巨大的啟蒙、奠基和推動(dòng)作用，在國(guó)際上領(lǐng)先數(shù)百年至一千多年。因此，在美、英、德、俄等國(guó)出版的石油鉆井教材和鉆探手冊(cè)中，開(kāi)篇總是介紹一些中國(guó)的古代鉆探史料。有的學(xué)者還將中國(guó)這一偉大的創(chuàng)造譽(yù)為是繼指南針、火藥、造紙、印刷術(shù)之后中國(guó)古代的第五大發(fā)明。隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，直接破碎巖石的磨料、鉆具形式及與之相適應(yīng)的鉆探設(shè)備都在不斷改進(jìn)。除了碎巖材料的長(zhǎng)足進(jìn)步外，繩索取心工藝、反循環(huán)連續(xù)取樣工藝、多孔底定向鉆進(jìn)技術(shù)、鉆探和掘進(jìn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化與最優(yōu)化、高分子聚合物材料護(hù)壁堵漏技術(shù)等等方面的技術(shù)創(chuàng)新，都在多年的巖土鉆探實(shí)踐中經(jīng)受了考驗(yàn)，并產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。十分明顯，巖土鉆探工程已廣泛應(yīng)用于：(1)礦產(chǎn)資源勘探和部