岩心钻探操作讲座-钻探基础知识（第一讲）

第一讲 钻探基础知识

一、钻探的基本概念

1、钻探：用钻机按一定设计角度和方向向地下钻孔，通过取出孔内的岩芯、岩屑或在孔内下入测试仪器，以探明地下矿产储量、了解地层结构、岩石性质及满足其它工程施工要求等，这种工程称为钻探。

2、岩芯钻探：钻进时，在孔底保留岩芯，并主要以提出的岩芯来研究、了解地下地质和矿产情况的钻探方法。

3、钻进：利用钻头在孔底工作，破碎岩石和继续加深钻孔的作业。它包括破碎孔底岩石和使钻孔按要求延伸两个方面。

4、钻进方法：向地下钻孔时，破碎孔底岩石的方法和技术措施的总称。

5、钻探工艺：如何利用一定的设备和工具来破碎岩石（土层），在地层中造成一个有一定直径和深度的圆滑规则的钻孔，并采取一定的技术措施以保证钻进工作顺利进行的全部工作。

6、钻孔：为进行矿床勘探或其它工程目的，采用钻探机械设备或其它方法带动钻头而钻得的圆柱形孔。它具有深度大、直径小、方向任意的特点。

7、钻孔空间三要素

①孔深（L）：孔口至测点的钻孔轴线的长度；

②顶角（θ）：测点处钻孔轴线（或其切线）与铅垂线的夹角；

③方位角（α）：测点处钻孔轴线在水平面上的投影与磁北方向的夹角。

8、钻孔结构：指由开孔至终孔，孔身口径的变化。它包含着钻孔口径、换径次数、下套管层数、管径、长度、换径深度及套管底部止水封固方法等。

9、循环：泥浆泵通过钻柱内孔（或钻柱与孔壁间隙）将冲洗液送到孔底，完成冲洗孔底、冷却钻头作用后，沿钻柱与孔壁之间的环状间隙（或钻柱内孔）返回地表并将岩粉携带出孔外的过程。

10、地质岩心钻探的目的：是从地下取出岩矿心。通过对岩矿心的分析研究、观察、鉴定和化验，可以直观了解矿体的厚度、埋藏深度、产状、分布规律、矿物组成、矿石品位、化学成分、矿石和岩石的物理力学性质和结构构造等。岩矿心采取数量和品质，直接影响着判断地质构造、评价矿产资源、提交矿产储量和矿山开采设计的准确性和可靠性。地质岩心钻探是获得地下实物样品的最有效方法。钻探过程中不仅要求有较高的钻进效率，而且要求所采取的岩矿心在数量上有足够的体积，在质量上能够尽可能的保持原生结构和含矿品位。这些要求在岩心钻探质量管理中用岩矿心采取率表示。

二、钻探的分类

1、按施工目的分类见下表

2、按碎岩工具（或称为磨料）分类

硬质合金钻进、钢粒钻进、金刚石钻进、牙轮钻头钻进等。

3、按施加外力的性质和方式分类：冲击钻进、回转钻进、冲击回转钻进等。

4、按冲洗液类型分类： 清水钻进、泥浆钻进、乳状液钻进、饱和盐溶液钻进、泡沫钻进、空气钻进等。

5、按冲洗液循环方式分类：正循环钻进、反循环钻进等。

6、按是否取心分类：取心钻进、全面钻进等。

7、按岩心从孔内输送至地表方式分类

提钻取心、不提钻取心（绳索取心钻进和反循环连续取心等）

8、特殊的钻探方法

绳索取心、定向、潜孔锤、跟管、中心取样、井底动力钻进等。

三、岩芯钻探生产过程

1、钻探施工过程：就是从平地基开始，直到钻孔终孔后将设备拆卸完为止的全过程。它包括定孔位→平整与修筑地基→安装钻探设备及附属设备→安装验收→开孔前的准备工作→开孔及下孔口管→换径→钻进→岩矿芯整理、编录和保管→其他工作（下套管，校正孔深，简易水文观测，钻孔弯曲测量、测井）→终孔起拔套管→封孔→封孔质量检验。

2、钻进前准备。是钻孔进入开孔之前进行的全部准备工作，如平地基、安装设备（钻塔、钻机、水泵、动力机等），安装附属设施（场房、安全设施、循环系统、水管、照明等），安装验收和试钻。

3、钻进过程。是指钻孔从开孔钻进到终孔的施工过程。

4、终孔。是指钻孔停止钻进到设备拆卸完为止所进行全部工作，包括钻孔弯曲测量、测水位、抽水试验、封孔、起拔套管、拆卸设备等。

5、岩芯钻进过程：由动力机带动钻机回转，由钻杆、岩心管和钻头组成钻柱，并由钻机供给钻柱一定的轴向压力和扭矩，从而使带切削具的钻头产生刻取岩石的作用，以达到不断往深部钻进的目的。

钻进时该取下来的岩粉，随着由泥浆泵通过钻柱送入孔底的冲洗液，经孔壁的环状间隙冲到地表。钻进中岩芯进入岩芯管，通过提升钻具或其它取芯方法将岩芯卡断，从孔底提至地表。从下钻到提钻取岩芯，算一个钻程，叫做一个回次。升降钻具是通过钻塔和钻机的卷扬机来完成的。

四、岩心钻探的主要内容

钻探设备、钻进方法（钻探工艺）、钻探质量及测量、钻孔冲洗与护壁堵漏、事故预防及处理、机场生产管理、安全技术、相关知识（机械基础知识、机械加工修理知识、电工知识、地质基础知识、矿床知识）等。

五、岩石的可钻性

1、岩石可钻性的概念：在一定技术条件下，反映钻进岩石难易程度的综合指标。一般以机械钻速（m/h、m/s）作为可钻性指标。

2、岩石可钻性的分级

原地质部1958年频布的岩石可钻性分级表和地矿部1984年颁布的金刚石岩心钻探可钻性分级表均把岩石可钻性分为12级。

3、划分级

四类十二级：软的―相当可钻性1~3级；中硬的―相当可钻性4~6级；硬的―相当可钻性7~9级；坚硬的―相当可钻性10~12级。

六、钻孔口径知识

说明：DCDMA标准是美国金刚石钻机制造者协会标准。

七、钻探生产的特点：

1、“小、实、全”。小—组织结构小，是地勘单位最基层的行政单位；实—讲工作最具体、最实在；全—指钻探生产管理十分全面。

2、钻探施工主要是为国家基本建设服务。

3、工作对象是岩石。由于岩石和地层构造千变万化，所以它的施工工艺、技术规范很难达到标准化生产，钻进效率高低受钻进岩石可钻性的影响大。

4、钻探生产在野外施工，工作流动分散，生产条件和生活条件艰苦。

5、气候变化对钻探生产有一定的影响。