鉆進工藝方法地質(zhì)勘探鉆進工藝方法分類取心鉆探技術(shù)無巖心鉆探技術(shù)多介質(zhì)反循環(huán)鉆探技術(shù)其它反循環(huán)鉆探技術(shù)水文水井鉆探技術(shù)油氣井鉆井工程鉆井工程的定義：利用鉆機設備及破巖工具破碎地層形成井筒的工藝過程。鉆井的目的和意義：地質(zhì)評價發(fā)現(xiàn)油氣藏開發(fā)油氣藏鉆井工程的工藝過程定井位、設計井身軸線剖面鉆進洗井接單根起下鉆固井完井其它作業(yè)定向井

定井位、設計井身軸線剖面根據(jù)地質(zhì)及油氣層特點或生產(chǎn)上的需要，確定井口位置及井底位置。根據(jù)井位及生產(chǎn)要求設計確定井身軸線剖面。根據(jù)井眼軸線剖面的類型，所鉆的井可以分為：直井和定向井。鉆井工程的工藝過程直井基本鉆探工藝過程平整場地，挖好循環(huán)系統(tǒng)，安裝鉆塔、鉆機、泵和動力機。按設計的方向開孔，在孔口固定孔口管。根據(jù)所鉆巖石的物理力學性質(zhì)、鉆頭直徑、鉆頭類型和孔深選擇合理的規(guī)程參數(shù)，一邊沖洗鉆孔，一邊通過給進機構(gòu)、鉆柱給鉆頭加軸向壓力和回轉(zhuǎn)速度。鉆頭在孔底鉆出一個環(huán)形空間，并形成巖心，隨著鉆孔加深巖心將充滿巖心管。清潔孔底、冷卻鉆頭切削具后，攜帶巖屑的沖洗液上返流出孔口，并在沉淀槽、沉淀池中清除掉巖屑后，清潔的液體再流回泥漿池，如此循環(huán)。把鉆具提至地表，從巖心管內(nèi)取出巖心。重新配好鉆具，再下放至孔內(nèi)繼續(xù)鉆進。地質(zhì)鉆探現(xiàn)場布局可分為四種：全孔正循環(huán)(2)全孔反循環(huán)(3)孔底局部反循環(huán)(4)孔底局部正循環(huán)鉆孔沖洗方式軟巖和中硬巖層，用硬質(zhì)合金鉆頭鉆進；中硬及部分中硬以上巖層，用銑齒牙輪鉆頭鉆進；中硬以上巖層及硬巖，用金剛石鉆頭鉆進；硬脆巖層，用液動（氣動）孔內(nèi)沖擊器鉆進或鑲齒牙輪鉆進更有效；常用的鉆進方法及選用原則取決于鉆進目的、鉆孔結(jié)構(gòu)和鉆進方法金剛石鉆頭可適應不同的口徑，主要用于小口徑；硬質(zhì)合金和牙輪鉆頭則既可鉆進小口徑孔，又可鉆進直徑達2m以上的大口徑水井、工程施工孔和淺井。鉆孔的深度可在幾米至幾千米的范圍內(nèi)變化。鉆孔的直徑地質(zhì)勘探鉆進技術(shù)§3-1地勘鉆進特點§3-2地質(zhì)勘探鉆進方法分類§3-3鋼粒鉆進§3-4硬質(zhì)合金鉆進§3-5金剛石鉆進§3-6反循環(huán)鉆探技術(shù)簡介§3-1地勘鉆進特點地質(zhì)條件千變?nèi)f化使用設備五花八門取樣要求嚴而又嚴技術(shù)應用從古至今地質(zhì)條件千變?nèi)f化沉積巖、火成巖、變質(zhì)巖樣樣不少；堅硬－松軟、完整－破碎、坍塌－縮徑；構(gòu)造復雜、裂隙叢生、溶洞發(fā)育；地形復雜、交通不便、供水困難；……§3-2地質(zhì)勘探鉆進方法分類鋼粒鉆進硬質(zhì)合金鉆進金剛石鉆進沖擊鉆進（砂礦鉆進）§3-3鋼粒鉆進用未鑲焊切削具的鉆頭壓住鋼?；蜩F砂并帶動它們在孔底翻滾而破碎巖石的鉆進法，統(tǒng)稱為鉆粒鉆進。鋼粒鉆進是19世紀后期開始用于鉆孔工作的。這種鉆進方法主要用于鉆進中等硬度以上的堅硬巖層，硬合金鉆進方法因受其切削具的硬度及耐磨性的限制，現(xiàn)在只用于鉆進中等硬度以下的軟巖層，在地質(zhì)勘察鉆孔中，用于鉆進堅硬巖層的方法，目前主要有鋼粒鉆進和金剛石鉆進兩種，鋼粒鉆進井底過程如右圖所示，可把鋼粒鉆進時的孔底過程歸納為圖中“底唇下”、“外環(huán)狀間隙”和“內(nèi)環(huán)狀間隙”是投砂后鋼粒所處的基本狀態(tài)，在底唇下鋼粒破碎巖石的同時，內(nèi)、外環(huán)狀間隙的鋼粒分別磨損巖心、孔壁和鉆頭體。水口導砂是使鋼粒向唇下轉(zhuǎn)換的主要通道；外環(huán)狀間隙中的水力分選則是維持孔底動平衡，使鋼?！靶玛惔x”的關鍵；絕大多數(shù)被淘汰的碎鋼粒最終都落入取粉管內(nèi)。鋼粒如此循環(huán)往復，是由水口形狀、水量大小和轉(zhuǎn)速快慢來調(diào)節(jié)。在鉆進過程中，隨著鋼粒的消耗，鉆頭也不斷被磨耗，水口逐漸變小，直至不能實現(xiàn)上述循環(huán)，機械鉆速顯著降低而結(jié)束回次鉆程。鋼粒鉆進碎巖機理圓柱形鋼粒在鉆頭給予的軸向壓力Py和回轉(zhuǎn)力Px（應理解為鉆頭唇面與鋼粒間的聯(lián)系力）作用下，在孔底巖石表面不斷翻滾，主要以動壓入體積破碎方式和動疲勞破碎（輾壓）方式破巖。動疲勞破碎方式動壓入體積破碎方式鋼粒鉆頭鉆粒鉆頭的功用是將鉆桿柱傳來的軸向壓力及回轉(zhuǎn)力傳遞給鉆粒；同時，鉆頭的唇面把鉆粒壓向孔底，進行鉆進。鋼粒鉆頭本身不直接破碎巖石，但在鉆進過程中，它受鋼粒及巖屑的作用，不斷被磨耗。鋼粒鉆頭一般用中碳鋼（45號鋼）無縫鋼管制成。其結(jié)構(gòu)呈圓筒狀，如圖所示。鉆頭的外徑上下一致，內(nèi)壁上部有1：100的錐度，以便卡取巖心。鉆頭壁厚隨鉆頭直徑不同而變化，小于Φ200mm時，壁厚在9～11mm之間；大于Φ200mm時，壁厚為14～20mm。新鉆頭的長均為500mm。在鉆進中，鉆頭沿高度逐漸被磨耗，直到剩余150mm時，則就不能繼續(xù)使用。鉆頭在底部開有水口，用于流通沖洗液和向鉆頭唇面下不斷補給鋼粒。鋼粒鉆進規(guī)程參數(shù)鋼粒鉆進規(guī)程參數(shù)包括：投砂方法及投砂量、鉆壓、轉(zhuǎn)速和沖洗液量等。向孔底供給鋼粒的方法稱為投砂方法。正確地選用投砂方法和合理控制投砂量對鋼粒鉆進的效果和質(zhì)量有很大的影響。鋼粒鉆進的投砂方法有三種：一次投砂法、結(jié)合投砂法、連續(xù)投砂法。一次投砂法，就是在鉆進開始前把一個回次所需的鋼粒一次投入孔底。結(jié)合投砂法，又稱分批投砂法。這種方法是在回次開始前先投入一定數(shù)量的鋼粒，待鉆進一定時間后再分別補投1～2次。連續(xù)投砂法，是在鉆進過程中連續(xù)不斷地（或小組分接連不斷地）向孔內(nèi)供給鋼粒，以補充鉆進中的消耗。連續(xù)投砂法必需用專門的連續(xù)投砂器。一次投砂量對各鉆進參數(shù)的影響（單位，kg）二、鉆壓

在鋼粒鉆進中，鉆壓是保證鋼粒在孔底破碎巖石的必要條件。鉆壓是巖石破碎和牽動鋼粒所需連系力的主要依據(jù)。鋼粒鉆進中必須有足夠大的鉆壓。P=pS

式中：P－軸向鉆壓kg；p－鉆頭單位唇面面積所需的壓力kg/cm2，S－鉆頭唇面的實際面積cm2

。大量的試驗表明：鋼粒鉆進的單位壓力存在一個最優(yōu)值。實踐表明：單位壓力的最優(yōu)值取決于鉆粒強度、巖石級別以及鉆頭轉(zhuǎn)速等因素。不同鉆粒對最優(yōu)單位壓力的影響（鉆粒直徑3mm）1－鐵砂（σ=380kg）2－合金鐵砂（σ=580kg)3－純鋼砂（σ=575kg）4－鋼粒（σ=1900kg）不同巖石對最優(yōu)單位壓力的影響1－12級石英巖；2－9級斜長花崗巖；3－8級花崗巖不同轉(zhuǎn)速對最優(yōu)壓力的影響單位壓力，kg/cm12級石英巖D＝91mm機械轉(zhuǎn)速cm/h405060708090100322824201612840203036n=123r/minn=284r/minn=381r/min§3-4硬質(zhì)合金鉆進利用鑲焊在鉆頭體上的硬質(zhì)合金切削具，作為破碎巖石的工具，這種鉆進方法通稱為硬質(zhì)合金鉆進。顯然，它是以破碎巖石的切削研磨材料而命名的。這類命名方式還有：金剛石鉆進、鋼粒鉆進等。硬質(zhì)合金是一種堅硬材料，前面已經(jīng)討論過。但在實際使用中，硬質(zhì)合金鉆進只適用于鉆進中等硬度以下的地層，即可鉆性1～7級和部分8級地層。若在更為堅硬的巖層中鉆進，則切削效果很差，切削具磨損很快或易折斷而迅速失去鉆進能力。當前，軟的和中硬以下的地層，尤其是土層的鉆孔工作，主要靠硬質(zhì)合金鉆進。硬質(zhì)合金鉆進井底碎巖工況鉆頭上切削具切入巖石的必要條件是：切削具與巖石接觸面上的單位壓力必須大于（或最小等于）巖石的抗壓入硬度，即：式中Py——單個切削具上的軸向壓力；S0

——切削具與巖石的接觸面積；Hr——巖石的抗壓入硬度。Py≥S0Hr是切削具切入巖土的必要條件。否則，切削具在井底就不能切入巖土，碎巖過程只能是切削具對巖土的表面磨蝕，碎巖效果很差。因此，在硬質(zhì)合金鉆進中，必須有足以使切削具切入巖石的軸向壓力。制造硬質(zhì)合金鉆頭的材料鉆頭體鋼管鉆頭體是用D35或D45號鋼的無縫鋼管制成。前蘇聯(lián)是用9OCT1050－74的30，35或45號鋼或9OCT－380－71CT．4號鋼制造硬合金鉆頭體。這種鋼可保證鉆頭體有足夠的強度和焊接時對焊料有良好的浸潤性。肋骨鉆頭的肋骨用與鉆頭體相同的鋼制作。切削具的墊片和安裝薄片用9OCT1050－7410，20和35號或9OCT380－71號鋼制作，以保持硬合金片的穩(wěn)定性和剛性。固定的支撐片用強度較高的鋼9OCT－7445號鋼制造。硬質(zhì)合金地質(zhì)勘探鉆進中所采用的硬質(zhì)合金主要是碳化鎢（WC—鈷（CO）系硬質(zhì)合金。它以碳化鎢粉末為骨架金屬，鈷粉末為粘結(jié)劑，用粉末冶金方法制成。這類硬質(zhì)合金稱為YG類硬質(zhì)合金。影響硬質(zhì)合金性能的因素隨著合金中含鉆量的增加，相對密度有所下降，硬度逐漸降低，耐磨性能降低；而抗彎強度逐漸增高，同時沖擊韌性也提高。合金中碳化鎢粉粒的粗細度對機械性能有影響：粒度變細、硬度增高，抗彎強度卻有所下降。例如YG6的碳化鎢粉的粒度為2.81～3.23μ時，其硬度為HRcA88.5；碳化鎢粉的粒度為1．35μ時，其硬度為HRA92。碳化鎢粉的粒度變細，其耐磨性能有所提高。硬合金的沖擊韌性也隨著含鈷量增加和碳化鎢粉的粒度增大而提高。如YG6的沖擊韌性為0.35N·m／cm2

，而YG8為0．25N·m／cm2

。以YG類合金為基體，在其表面涂以很薄的一層（0.005～0.015mm）碳化鈦（TiC）合金層，可使其表面硬度及耐磨性提高，而仍具有原基體的良好強度和韌性。涂層可使切削具的壽命提高幾倍，這是十分有益的措施。鉆探用硬合金切削具巖心鉆探中使用的硬合金切削具已定型生產(chǎn)，列入冶金部部標和國家標準。目前鉆探中使用的硬質(zhì)合金定型產(chǎn)品形狀有片狀、柱狀及針狀3類。片狀切削具片薄刃寬易于切入和切削巖石，但抗彎能力較差，主要用于鉆進1～4級塑性軟巖；柱狀切削具抗彎、抗壓能力都較強，主要用于鉆進4～7級中硬巖層；針狀硬合金及未列入標準的薄片硬合金（0.7×8.5×20，1×5×20等）用來制造自磨式鉆頭。硬合金切削具形狀的確定和選擇應從下面的原則來考慮：（1）有利于破碎巖石；（2）有利于抗磨損；（3）有利于抗斷、抗崩：（4）有利于鑲焊和修磨。硬質(zhì)合金鉆頭的制造工藝在制造工藝中，硬合金鉆頭除了對鉆頭體的加工應嚴格合乎要求外，鑲焊合金是一個重要工序。在許多情況下，由于鑲焊不當，影響鉆頭質(zhì)量，使鉆頭過早地損壞而失效，從而影響鉆進效果，甚至引起孔內(nèi)事故。鑲焊工作包括硬合金的鑲嵌、焊接、修磨等工序。鑲嵌工作是焊接的基礎。硬合金切削具的定位和方向必須確保設計要求。內(nèi)、外出刃及底出刃必須嚴格按圖紙規(guī)定，鑲嵌要均勻一致。硬質(zhì)合金焊接注意事項焊接工作要求在不損傷硬合金本身質(zhì)量的前提下，把硬合金切削具牢固地焊接在鉆頭體上。YG類硬質(zhì)合金中的碳化鎢是耐高溫的，可是鉆在空氣中，當溫度達到1000℃時則會影響其性能。因此，焊接時若用過高的溫度直接燒切削具，則很容易損傷硬合金本身的質(zhì)量，失去其切削能力。同時，在焊接時不均勻的加熱和冷卻都會對硬合金切削具造成顯微裂隙，這將大大降低硬合金切削具的強度。硬質(zhì)合金焊接注意事項焊接硬合金鉆頭時應該用氧—乙炔焊（即所謂氣焊），并使用前面所列的專門的含鋅黃銅焊條，使其熔點最好降到900℃以下，并具有良好的流動性和焊接性能。在鑲嵌前應把硬合金表面的燒結(jié)浮層除掉，同時，在焊接時要用硼砂或其他焊劑，清除氧化膜和降低焊料的表面張力從而改善焊接口的浸潤性。同時，還應注意焊縫寬度要選擇適當，通常以0．1mm為宜，過小則焊料不易流入，過大則降低焊接強度。成批生產(chǎn)時，最好采用浸銅焊法，即將所焊的鉆頭放在熔融的焊料中浸漬。這種方法不會使硬合金過熱，容易保證質(zhì)量。硬質(zhì)合金鉆頭的主要參數(shù)鉆頭體結(jié)構(gòu)切削具的性能與規(guī)格形狀：片狀、方柱狀、八角狀、針狀；切削具出刃：內(nèi)出刃、外出刃、底出刃。切削具的鑲焊角：直鑲、正斜鑲、負斜鑲切削具在鉆頭底面的排列方式切削具在鉆頭上的數(shù)目鉆頭的水口與水槽（直槽與螺旋斜槽）鉆探用硬質(zhì)合金切削具出刃底出刃外出刃內(nèi)出刃巖心井壁鋼體切削具為了使切削具順利地切入巖石、沖洗液暢通以及減小鉆頭體的磨損，切削具必須突出于鉆頭體一定的尺寸，此突出部分稱為出刃，如左圖所示。根據(jù)突出部位的不同出刃分為內(nèi)出刃、外出刃和底出刃。硬合金切削具底出刃和補強H—切削具底出刃；h0

—切入深度；h1

—鉆頭底面過水間隙補強切削具在鉆頭上的三種鑲焊形式（a)直鑲：Φ＝0，α＝90°（b)正斜鑲：Φ＞0，α＜90°（c)負斜鑲：Φ＜0，α＞90°Py—軸向壓力，Px—回轉(zhuǎn)水平力；β—刃角，a—切削角；Φ—鑲焊角（前角）；h0

—切入深度，Q—刃前面阻力切削具排列與水口水槽（a）單環(huán)；（b）兩粒一組兩環(huán)；（c）三粒一組三環(huán)；（d）四?！M四環(huán)；（e）密集式兩環(huán)；（f）密集式三環(huán)硬合金鉆頭的各種水口和水槽典型鉆頭結(jié)構(gòu)舉例磨銳式鉆頭：在鉆進遇水膨脹、粘結(jié)性的地層——肋骨鉆頭和薄片鉆頭；在鉆進中硬及較硬地層——分環(huán)式、掏槽式。自磨式鉆頭：針狀硬質(zhì)合金鉆頭（胎塊式，鋼柱式）和薄片硬質(zhì)合金鉆頭分環(huán)式鉆頭掏槽式鉆頭胎塊式針狀硬質(zhì)合金鉆頭常用硬質(zhì)合金鉆頭選型類別鉆頭類型巖石可鉆性級別巖石ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨ磨銳式鉆頭螺旋肋骨鉆頭★★★松散可塑性巖層階梯肋骨鉆頭★★★頁巖，砂頁巖薄片式鉆頭★★★砂頁巖，碳質(zhì)泥巖方柱狀鉆頭★★★均質(zhì)大理巖，灰?guī)r，軟砂巖，頁巖單雙粒鉆頭★★★中研磨性砂巖，灰?guī)r晶字形型鉆頭★★★灰?guī)r，大理巖，細砂巖破擴式鉆頭★★★砂碩巖，碩巖負前角階梯鉆頭★

★★玄武巖，砂巖，輝長巖，灰?guī)r自磨式胎體針狀鉆頭★★★中研磨性片麻巖，閃長巖鋼柱針狀鉆頭★★★研磨性石英砂巖，混合巖薄片式自磨鉆頭★★★研磨性粉沙巖，砂頁巖常用硬質(zhì)合金鉆頭及其使用范圍表硬質(zhì)合金取心鉆進選擇合適的取心鉆頭選擇適當?shù)娜⌒你@具采用合理的鉆進工藝硬質(zhì)合金取心鉆進工藝鉆速鉆壓泵量鉆壓鉆壓是孔底碎巖的必要條件。鉆壓的大小決定著碎巖的方式和特點，它直接影響鉆進速度。機械鉆速與鉆壓的關系是：機械鉆速隨著鉆壓的增加而不斷地增大。這是兩者關系的總趨勢。具體可分為3個階段：表面破碎階段、疲勞破碎階段、體積破碎階段。鉆壓在鉆進過程中，切削具逐漸被磨鈍后，切削具與巖石的接觸面積逐漸增大，使切削具接觸面上的壓強減小，以致低于巖石的壓入硬度，因而碎巖方式由體積破碎過渡到疲勞破碎，甚至表面破碎，鉆速急劇下降。所以，在磨銳式硬合金鉆頭的鉆進過程中，為保持較高的鉆速，應隨著切削具的磨鈍而逐漸增大鉆壓，直至鉆探設備或其他條件限制不可能繼續(xù)增大鉆壓時為止。合理確定鉆壓的依據(jù)實際實施時，確定單顆鉆壓尚須考慮巖石的狀態(tài)、鉆頭的類型、鉆孔深度和鉆具強度等因素。例如：鉆進粘結(jié)性的軟巖時，鉆壓應選得小一些，以免堵水糊鉆；鉆進研磨性較大的巖層時，鉆壓應適當加大一些，以免鉆壓不足而造成鉆頭過早磨鈍；鉆進裂隙性巖層時，則鉆壓應適當降低一些，以免崩刃。初始鉆壓與鉆進的關系這是一個用Φ92mm的小切削具硬合金鉆頭，在轉(zhuǎn)速100r／min下，鉆進玄武巖的試驗結(jié)果試驗結(jié)果表明：以7.5kN鉆壓開始的，其平均鉆速約2倍于以1.8kN開始而逐漸增至7.5kN鉆壓時的平均鉆速。因此，一開始就以允許的大鉆壓鉆進是有利的。其原因是它充分發(fā)揮了切削具刃具鋒利的優(yōu)勢。當然，開始的大鉆壓應理解為合理的最大值，不應視為初始鉆壓愈大愈好。確定合理鉆壓的原則在磨銳式硬合金鉆頭鉆進中，鉆壓是一個重要的鉆進參數(shù)。鉆壓必須保證切削具切入巖石，以體積碎巖方式進行鉆進。然后，依不同巖石性質(zhì)（其中主要是巖石的壓入硬度研磨性和抗剪強度），并考慮到鉆進過程中工作刃的磨鈍狀況，充分發(fā)揮鋒利刃的作用，力求達到最高的平均機械鉆速（純鉆進效率）和最大的鉆頭進尺來確定鉆壓值。確定合理鉆壓的原則另一方面，必須充分考慮到實現(xiàn)所要求鉆壓的可能性。最大鉆壓除了受切削具本身和鉆頭本身的強度限制外，還受到鉆桿柱和孔底鉆具組成的強度以及地面機械設備能力的限制。在實際生產(chǎn)中，首先確定每顆硬合金切削具上應該施加的壓力，然后，再根據(jù)一個鉆頭上鑲焊切削具的數(shù)目，計算出總鉆壓P。即：P＝p·m式中：P—鉆頭上的總壓力；p—每顆切削具上應加的壓力（單顆鉆壓）；m—鉆頭上切削具的顆數(shù)。硬合金鉆進不同巖層時

轉(zhuǎn)速對機械鉆速的影響中硬以上巖層中鉆進時

機械鉆速與轉(zhuǎn)速的關系h—轉(zhuǎn)速n時，切削具實際的碎巖深度；h0—當n＝0時的切入深度；μ—取決于巖石的彈性及塑性的衰減系數(shù)。V＝（h0

－μn）mn硬質(zhì)合金鉆進的推薦鉆速對于目前硬合金鉆進所用的口徑一般在91～151mm之間，鉆頭的圓周速度應在0.6～2m／s的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速則一般為100～350r／min。鉆進可鉆性2～4級的軟巖，鉆頭的轉(zhuǎn)速可按圓周速度不超過2.5～3.0m／s來選擇，這樣不同直徑的鉆頭，其極限轉(zhuǎn)速不應超過下列值：鉆頭外徑mm93112132151極限轉(zhuǎn)速（≯）r／min500400350300當鉆進含有夾層或包裹有礫石或漂礫的軟巖時，上述數(shù)值應減小。泵量送入孔內(nèi)的沖洗液量、主要是用于清除孔底產(chǎn)生的巖粉和冷卻鉆頭。隨著沖洗液量的增加，對孔底清除巖粉和冷卻鉆頭的能力也增強。孔底的清潔狀態(tài)對鉆進影響很大。把孔底破碎下來的巖屑及時沖離孔底，就為連續(xù)破碎巖石新鮮面創(chuàng)造了條件，從而避免重復破碎巖屑和無益地消耗功能。同時，孔底清潔也減少了鉆具的磨損和防止某些孔內(nèi)事故的發(fā)生。在某些比較松軟的巖層，沖洗液流可起到噴射碎巖作用（如石油鉆井中的噴射鉆井），因此，在硬合金鉆進中，盡可能采用較大的泵量是有益的。泵量但是過大的泵量，使其循環(huán)流動阻力也相應地增大，即工作泵壓增大。由于流動阻力是流量的平方成正比，所以流動阻力的增長率大大超過泵量的增長率。流動阻力的增大，一大面直接增加了沖洗泵的負荷；另一方面，過大的泵量還會帶來在軟地層沖毀巖心和孔壁的問題，并且在巖心頂端造成很大的壓力，使巖心劈裂而發(fā)生巖心堵塞，降低巖心采取率。因此泵量應有一個合理的值。泵量一般說來，巖石可鉆性級別越低，轉(zhuǎn)速越大，機械鉆速越高，則所用的泵量應越大；孔徑越大，所用的泵量也越大。沖洗液量應保證把巖屑顆粒帶出地表。巖屑顆粒向上攜帶主要決定于上升流速（其次也與沖洗液的性能參數(shù)有關），而上升速度又與巖屑顆粒尺寸和其密度有關。清水沖洗時，上方流速不應小于0.25m／s，而采用泥漿作沖洗液時，上升液流速度不應小于0.2m／s。依此，流量可按下式來計算。Q＝F·vQ—泵量，m3／s；F—管外環(huán)狀空間的面積，m2；v—上升液流速度，m／s。反循環(huán)鉆進概述隨著生產(chǎn)、科學技術(shù)的發(fā)展，人們對鉆孔直徑的要求越來越大，如何解決鉆進中，取心和排除孔內(nèi)大量巖粉就成為突出的問題。五十年代初期，國外最早采用泵吸反循環(huán)鉆進方法，使鉆進效率提高2—15倍，鉆進成本大幅度降低。這一成果發(fā)表后，引起世界各國的重視，目前反循環(huán)鉆進方法已為世界許多國家所采用，并取得顯著經(jīng)濟效益。我國七十年代初期開始研試大口徑反循環(huán)鉆進，并取得鉆速高、成本低、搬遷操作方便等較好的效果。反循環(huán)鉆進與傳統(tǒng)的正循環(huán)鉆進相反，沖洗液自供水池，經(jīng)過井口和鉆桿與孔壁環(huán)狀間隙，以自流方式流到孔底，然后攜帶巖粉通過鉆桿內(nèi)孔返回井口，并經(jīng)過水接頭和排渣管排到供水池，經(jīng)沉淀澄清后重新流入孔內(nèi)。反循環(huán)鉆進的特點反循環(huán)鉆進鉆桿內(nèi)，孔截面比鉆桿與孔壁間的環(huán)狀截面小得多，因此，鉆進中沖洗液上升速度很高。據(jù)計算當鉆孔直徑為500mm時采用反循環(huán)鉆進，鉆桿內(nèi)沖洗液上升速度很容易達到2m／s，而采用正循環(huán)鉆進時，使用BW—600／30型泥漿泵，其沖洗液上返速度僅有0．053m／s。由于沖洗液上升速度高，鉆進時排粉能力強，孔底干凈，避免重復破碎，因而提高了鉆進效率，降低成本，特別是當鉆孔直徑增大時，鉆進費用增加得很少。反循環(huán)鉆進時，孔內(nèi)經(jīng)常保持較高的水位，故可利用高水位的靜壓力與地層壓力平衡，保持井壁穩(wěn)定。因此，采用反循環(huán)鉆進在一般地層中均可采用清水鉆進，從而降低成本，提高鉆孔質(zhì)量。反循環(huán)鉆進，巖心和鉆下的巖粉，由鉆桿內(nèi)孔返回地面，因此要求鉆桿內(nèi)孔較大，一般多采用內(nèi)徑150—200mm的鉆桿，以通過較大的卵礫石。當?shù)貙又杏写舐训[石時，必須采取措施以防循環(huán)回路堵塞，使鉆進中斷。反循環(huán)鉆進是一種連續(xù)取心的鉆進方法，鉆頭使用壽命長，起下鉆次數(shù)少，與正循環(huán)鉆進相比，減少了輔助時間，降低了勞動強度。反循環(huán)鉆進孔內(nèi)水位高、靜壓力大，在鉆進中沖洗液有一定的漏失，因此鉆進時要不斷向孔內(nèi)注水，鉆進用水量大，必須備有充分的水流和專門的供水措施，以保證鉆進工作順利進行。反循環(huán)鉆進的分類反循環(huán)鉆進按照產(chǎn)生沖洗液上升流動的方式不同，可分為地表噴射反循環(huán)，泵吸反循環(huán)和氣舉反循環(huán)三種方式。不同反循環(huán)鉆進方式，隨著鉆孔深度的變化，鉆進效率也有所不同，圖1－27所示為三種反循環(huán)鉆進方式在不同孔深時的效率曲線，從曲線變化情況可以看出，地表噴射反循環(huán)鉆進效率，在淺孔段效率較高，氣舉反循環(huán)鉆進效率在50m以后較高。在選擇反循環(huán)鉆進方式時，應根據(jù)孔深、水位等情況進行合理的選擇，為了提高鉆進效率，有時也采用兩種方式相結(jié)合的復合式反循環(huán)鉆進。三種反循環(huán)鉆進效率曲線圖地表噴射反循環(huán)鉆進其鉆進原理是利用水泵或壓氣機所產(chǎn)生的高速液流或氣流，注入噴射腔內(nèi)的噴咀，產(chǎn)生高速射流，使噴咀外圍形成負壓，其壓值可達8×104—9×104Pa。由于壓差作用，使噴咀產(chǎn)生抽吸作用。噴射器通過接頭與特制水龍頭連接，從而抽吸鉆桿內(nèi)的液體，使鉆桿內(nèi)水位提高，最后在噴射腔內(nèi)與高壓噴射流混合后返回地表水源池內(nèi)。在鉆進中鉆桿內(nèi)這種高速上升的沖洗液攜帶巖樣和巖屑連續(xù)返回地表，故也稱為反循環(huán)連續(xù)取樣鉆進。地表噴射反循環(huán)1－水龍頭；2－鉆機；3－孔口管；4－鉆桿；5－鉆鋌；6－鉆頭；7－噴射腔；8－離心泵或空壓機；9－電機；10－水源池地表噴射反循環(huán)鉆進射流反循環(huán)管路中射流泵布置形式有三種：一種是把射流泵潛入孔內(nèi)，放置在鉆頭上部，如圖a所示；一種是將射流泵放在地表，如圖b所示；另一種是把射流泵裝在水龍頭的下方，如圖c所示。從圖中三種不同安裝位置來看，b、c管路簡單、射流泵不運動。但它是利用射流泵真空度來驅(qū)動循環(huán)的，因此，這種方式適用于淺孔使用。裝置a是利用射流泵的揚程進行工作，因此，循環(huán)驅(qū)動力大于一個氣壓。若工作流體為液體，則上升流體為工作流體與引射流體之和，增大了上升流體的流速。若工作流體為壓縮空氣，則使上升流體變成氣、水和固體混合物，形成與氣舉反循環(huán)相似的形式。這種裝置的缺點是使鉆具復雜。泵吸反循環(huán)鉆進泵吸反循環(huán)鉆進是利用離心泵或軸流泵的抽吸力量，使鉆桿內(nèi)的液體上升的一種管路布置方式。泵的進水管與鉆桿的提引水接頭連接，并通過鉆桿深吸入口下到井底，井內(nèi)沖洗液經(jīng)鉆頭（亦可看作泵的吸入口）攜帶巖屑經(jīng)鉆桿上升，由水泵出水管排到水源池。泵吸反循環(huán)的適用范圍泵吸反循環(huán)鉆進適于在地下水位高、地層滲漏量較小的地區(qū)工作。由于循環(huán)的動力為砂石泵的真空度，用以克服流體上升時的各種阻力。因此，泵吸反循環(huán)鉆進深度受到限制。國內(nèi)試驗，在井深45m以內(nèi)鉆進效率較高隨著井深的增加，泵的排量逐漸減少，鉆進效率隨之下降。當井深超過70m以后，雖然也能工作，但效率顯著降低，因此，有些資料上認為泵吸反循環(huán)的合理深度為70m。氣舉反循環(huán)鉆進氣舉反循環(huán)是利用壓縮空氣與鉆桿內(nèi)的沖洗液混合后，形成低比重的氣水混合物，在壓差作用下以高速向上流動，從而把孔底巖心和巖屑連續(xù)不斷的帶出地表，氣舉反循環(huán)鉆進供氣方式同心式。上部采用雙壁鉆桿，下部是單壁鉆桿。壓縮空氣自上部水氣龍頭經(jīng)主動鉆桿上部雙壁鉆桿之間間隙送入混合器內(nèi)，經(jīng)混合器進入鉆桿內(nèi)，并形成摻氣水流上升至地面，這就是以上討論的典型的氣舉反循環(huán)。氣舉反循環(huán)所使用的雙壁鉆桿與空氣混合室結(jié)構(gòu)如圖7-6和圖7-7所示。并列式。在單壁鉆桿旁以并列的方式放一根（或兩根）風管，鉆桿之間的連接可以是絲扣連接，也可以是法蘭盤連接。這種方法起下鉆具費時，但鉆桿加工技術(shù)要求低。氣水混合器空氣鉆進空氣鉆進的實質(zhì)是以壓縮空氣代替沖洗液，作為鉆進中的循環(huán)介質(zhì)來冷卻鉆頭，吹洗鉆孔把巖屑攜帶出地表的一種高效率、先進鉆進方法?？諝忏@進可以正循環(huán)鉆進，也可以反循環(huán)鉆進，在鉆探設備上只需要增加一臺移動式空氣壓縮機，孔口防塵及除塵等設備?？諝忏@進方法見圖。空氣鉆進特別適用于干旱缺水地區(qū)、常年永凍層、孔內(nèi)嚴重漏水地層及用水鉆進較困難地區(qū)。我國北方各省和西北各地有很多這樣的地區(qū)，因此，研究空氣鉆進具有很大的現(xiàn)實意義?？諝忏@進的優(yōu)點鉆進效率高：空氣鉆進效率比一般鉆進法約提高9—11倍。其原因是：孔底巖石減掉了鉆孔內(nèi)的液柱靜壓力，有助于巖石最大限度地釋放殘余應力，使孔底巖石處于一種負壓效應狀態(tài)，借助切削具的碎巖作用，巖屑呈“爆炸”形式崩離巖體，從而提高了鉆進效率。另外壓縮空氣以高速吹洗孔底、孔內(nèi)干凈，幾乎完全沒有重復破碎，故在硬巖和深孔時，鉆進效率更為顯著。鉆頭壽命長：空氣鉆進鉆頭壽命長，除上面提到的因素外，還有一重要因素，即當壓縮空氣經(jīng)過鉆頭時，由于壓力驟然降低，在此大量吸收熱量，有利于冷卻鉆頭，防止燒鉆，并為切削具創(chuàng)造有利的工作環(huán)境。與一般鉆進方法相比，鉆頭壽命可提高十倍以上。能取得正確的地質(zhì)資料：空氣鉆進以空氣為循環(huán)介質(zhì)，它不污染巖石和孔壁這不僅對洗井、抽水等工作有益，而且可以獲取正確的水文地質(zhì)資料?？諝忏@進不用水：這在干旱缺水地區(qū)其優(yōu)越性更為顯著，同時可以避免因漏水而帶來的堵漏問題和沖洗液、巖粉等對含水層堵塞的影響。空氣鉆進工藝空氣鉆進可分為：干空氣鉆進、泡沫鉆進、泡沫泥漿鉆進、充氣泥漿鉆進等四種鉆進方法。本節(jié)將著重介紹干空氣鉆進工藝，其它方法從簡。干空氣鉆進，又稱為“粉塵”鉆進，主要適用于完全干燥無水地層和含水量較少能被氣流吸收的基巖地層或第四系覆蓋層。在完全無水地層中鉆進，當返回到地表的巖屑為粉塵狀時，此時為最優(yōu)鉆進速度和最好的經(jīng)濟效果。因為此時孔底巖石所承受的壓力為壓縮空氣柱的壓力和鉆孔內(nèi)巖屑總重量之和，此壓力低于鉆孔沖洗液桂幾倍到幾百倍，故可獲得最好的鉆進效果?？諝忏@進技術(shù)參數(shù)包括：鉆頭壓力、鉆頭回轉(zhuǎn)速度、空氣量和空氣壓力。泡沫鉆進當孔內(nèi)滲水較多時，又不能被壓縮空氣吹干，使干空氣鉆進迂到困難，可采用泡沫鉆進，泡沫鉆進是用水與泡沫劑混合，通過壓柱泵以霧狀噴入壓縮空氣的氣流中，送到孔底進行鉆進，該方法具有較大的攜帶巖屑能力，但所需空氣量約增加30％左右。泡沫泥漿鉆進當鉆進破碎地層，采用干空氣鉆進，泡沫鉆進均不能保持孔內(nèi)安全而出現(xiàn)坍塌、掉塊、以致無法鉆進時，可采用泡沫泥漿鉆進。泡沫泥漿是一種比較穩(wěn)定的“泥漿包氣”的乳化濃，用穩(wěn)定的泥漿添加劑和泡沫劑配制而成。使用時在足夠的空氣量中，噴射少量的稀泥漿，空氣與泥漿的配比為1／100至1／300。泡沫泥漿鉆進適用于松散的穩(wěn)定性較差的地層。該方法具有鉆速高、所需空氣量少，在水敏地層也能取得較好效果。充氣泥漿鉆進當鉆孔內(nèi)出現(xiàn)涌水，空壓機風量不足，不能把孔內(nèi)水柱吹出地表；或鉆孔內(nèi)出現(xiàn)漏失嚴重時，可采用充氣泥漿鉆進。充氣泥漿鉆進是將壓縮空氣和泥漿同時用的鉆頭進入孔底進行鉆進，充氣泥漿是泥漿與空氣組成的一種穩(wěn)定而均勻的氣泡泥漿，其目是降低鉆孔內(nèi)泥漿柱的密度，以減少孔內(nèi)循環(huán)液漏失和對含水層的堵塞，起到保護孔壁作用。CSR鉆探方法原理中心取樣鉆探方法的鉆進原理，如圖所示。壓縮空氣經(jīng)側(cè)入式氣水龍頭進入雙壁鉆桿的環(huán)狀間隙下行，到達孔底后經(jīng)內(nèi)管中心通道上返，同時將所鉆地層樣品及巖屑攜至地表并進入旋流器，樣品在旋流器中與空氣分離，再根據(jù)地質(zhì)要求進行不同比例的無分選縮分，最后將所分樣品按要求包裝編號后送交化驗室分析處理。中心取樣鉆探方法的由來金剛石繩索取心鉆進方法在一些復雜地層中顯得無能為力;砂金勘探中常規(guī)方法取樣難，長期未能獲得突破；金剛石鉆進方法的經(jīng)濟技術(shù)指標已經(jīng)達到極限；常規(guī)鉆探方法在干旱缺水地區(qū)施工因供水難而不得已另辟蹊徑。CSR鉆探方法的地質(zhì)特點1.以取樣段的概念取代了取心鉆進中的回次長度概念

所謂取樣段長度，就是在鉆進過程中，把一定長度內(nèi)(或一定進尺內(nèi))的巖樣收集到一起，充分混合后作為一個送檢樣，這個定尺長度即為取樣段。2.用滿足地質(zhì)要求的樣品量來取代原取心鉆進中巖心采取率的概念3.現(xiàn)場地質(zhì)編錄程序有了較大區(qū)別

即現(xiàn)場地質(zhì)人員僅對返上之巖樣進行大概的定性描述記錄，重點解決找礦問題，而那些更詳盡的地質(zhì)基礎理論工作則交由專門的研究人員去進行。90%100%在對一個取樣段的樣品進行縮分時，必須作到無分選，即樣品在縮分時必須充分混合，以確保鉆孔中該取樣段的每一斷面上的樣品均能等量地保留在縮分樣中。這樣，無論分樣比例為多大，所得到的樣品因為包含了該孔段各截面上的內(nèi)容，仍可認為是100%的采取率(圖3)。相反，如果在取心鉆進中，即使巖心采取率達到了90%，按規(guī)范完全滿足地質(zhì)要求，但仍有可能在沒有拿到的10%的巖心里富含礦而使依靠拿到的90%巖心所進行的巖礦分析出現(xiàn)較大的誤差，這種情況在金等貴金屬礦產(chǎn)中表現(xiàn)得尤為突出。取心取樣品位對比結(jié)果(山東)分樣品位對比結(jié)果CSR鉆探方法的工藝特點

1.改變了沖洗循環(huán)介質(zhì)即從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)

2.改變了循環(huán)方式即從單壁鉆桿正循環(huán)變?yōu)殡p壁鉆桿反循環(huán)

3.改變了碎巖方式及樣品形態(tài)由原來的切削與磨削碎巖改變?yōu)闆_擊與沖擊切削碎巖，由獲取柱狀巖心改變?yōu)楂@取碎屑狀巖樣。CSR鉆探方法的優(yōu)點1.鉆進效率高2.有利于穿越復雜地層這是因為在鉆進時，壓縮空氣在雙壁鉆桿中的循環(huán)恰似一閉路循環(huán)系統(tǒng)，即便遇到老窿或溶洞，一俟鉆具到達洞底，正常循環(huán)也會立即恢復，而這在常規(guī)鉆探方法中卻是不可思議的。3.鉆孔質(zhì)量好4.鉆進工藝簡單

中心取樣鉆進與常規(guī)取心鉆進相比，由于鉆具自身的特點及碎巖方式的改變，鉆進參數(shù)如壓力、轉(zhuǎn)速等的控制比較簡單，即便稍有不當，對鉆進效率、孔內(nèi)安全等影響均不大。5.可以氣代水

有利于在干旱缺水地區(qū)施工，這一點對于開發(fā)我國大西北具有特殊意義。CSR鉆探方法確定礦體產(chǎn)狀空氣鉆進優(yōu)點中心取樣鉆具組合CSR73/33雙壁鉆桿CSR73/39雙壁鉆桿

雙通道氣水龍頭反吹接頭短氣（氣舉）接頭正反循環(huán)轉(zhuǎn)換接頭樣品與收集裝置現(xiàn)場安裝示意圖復合片取心鉆頭特殊需要時也可取心承包外資金礦勘探施工亦可用于工程施工在干旱缺水地區(qū)，常規(guī)鉆探方法施工需拉水維持，如遇漏失，則生產(chǎn)舉步維艱；在某些火成巖地區(qū)，巖石表現(xiàn)為高硬度、強研磨性，常規(guī)鉆探方法鉆進效率低；常規(guī)鉆探方法在復雜地層鉆進，鉆材消耗大，鉆探成本居高不下；鉆探效率低，延長礦產(chǎn)資源評價周期；客觀條件迫切要求能有新的鉆探方法來解決這些難題。推該項技術(shù)的必要性經(jīng)濟效益估算投入70萬圓(按2年計)：雙壁鉆桿鉆具-20萬圓，樣品收集與處理裝置-5萬圓，潛孔錘、牙輪鉆頭、復合片鉆頭等-10萬圓，設備租賃-30萬圓，其他-5萬。產(chǎn)出：目前金礦勘探平均鉆探單位成本約420圓/m，根據(jù)中心取樣鉆探方法近年來在不同地質(zhì)條件下的施工實際指標，每米即使按節(jié)約200圓計，2年如工作量能達到8000~10000m，可直接節(jié)約資金160~200萬圓。有利于水資源快速評價中國雖然是個資源大國，但水資源的匱乏卻是盡人皆知的事實，且水資源的分布極不均衡，在經(jīng)濟欠發(fā)達的中西部地區(qū)、特別是西北地區(qū)，水資源的短缺顯得尤為突出，不僅直接影響到這些地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展，嚴重的還危及到當?shù)厝嗣竦纳钆c生存。如這些地區(qū)的水資源問題得不到有效解決，是無法談及進一步發(fā)展經(jīng)濟、改善人民生活條件、縮小與經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)之間的差距的。顯然，水資源是制約上述地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展速度的關鍵因素之一。“西部找水計劃”無疑是極其重要的正確決策，利用先進的多工藝空氣鉆進技術(shù)，為在干旱缺水地區(qū)進行水資源快速評價提供先進的技術(shù)手段，是加速干旱缺水地區(qū)水資源快速評價的有效途徑。采用新技術(shù)的必要性由于受技術(shù)條件、傳統(tǒng)觀念等的限制，一些以前的水文結(jié)論并不能完全真實地反映當?shù)氐牡叵滤Y源現(xiàn)狀，應重新予以評估。以往我們在所謂的貧礦區(qū)找到富礦、在貧油區(qū)找到富油、在貧水區(qū)找到豐富的地下水的例子屢見不鮮，這充分說明了隨著科學技術(shù)的不斷進步以及新理論、新方法的產(chǎn)生，在上述地區(qū)已經(jīng)做過水文結(jié)論的所謂貧水區(qū)，仍有可能在新理論的指導下，通過應用新技術(shù)、新方法而找到豐富的地下水。為此，我們認為進一步加快我國干旱缺水地區(qū)的水資源勘探速度，找到豐富的地下水并迅速開發(fā)利用，不僅是現(xiàn)實的，也是完全可能的?？諝夥囱h(huán)鉆探方法最適宜在干旱缺水地區(qū)進行水資源快速評價反循環(huán)可及時發(fā)現(xiàn)地下水孔口開始涌水水量開始增大開始噴發(fā)噴水量增加并逐漸達到高潮從旋流器處觀察水量多介質(zhì)鉆井液鉆探技術(shù)干空氣鉆進干空氣鉆進，又稱為“粉塵”鉆進，主要適用于完全干燥無水地層和含水量較少能被氣流吸收的基巖地層或第四系覆蓋層。在完全無水地層中鉆進，當返回到地表的巖屑為粉塵狀時，此時為最優(yōu)鉆進速度和最好的經(jīng)濟效果。因為此時孔底巖石所承受的壓力為壓縮空氣柱的壓力和鉆孔內(nèi)巖屑總重量之和，此壓力低于鉆孔沖洗液桂幾倍到幾百倍，故可獲得最好的鉆進效果。干空氣鉆進工藝參數(shù)空氣鉆進技術(shù)參數(shù)包括：鉆頭壓力、鉆頭回轉(zhuǎn)速度、空氣量和空氣壓力。鉆頭壓力和回轉(zhuǎn)度：空氣鉆進無液浮力和液潤滑作用，因此，鉆桿在空氣中承受較，高的靜載荷和動載荷，在深孔中尤其突出。故空氣鉆進壓力不宜過高，一般比沖洗液鉆進低約1/3～1/2。干空氣鉆進壓力一般控制在12—200×107pa范圍內(nèi)。鉆頭回轉(zhuǎn)速速度因無液潤滑，回轉(zhuǎn)阻力加大，故不宜過快，一般在松軟地層為80一160r／min；堅硬地層一般為30—80r／min。空氣量和空氣壓力：空氣鉆進的氣舉能力與空氣密度成正比，與環(huán)狀空間的空氣流速的平方成正比。這將隨著鉆孔深度的增加，空氣密度和破碎巖石的巖屑重量