1、绪论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，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 钻探工作的基本作业：破碎岩石、清除岩屑、维护孔壁 3 项必需的工作环节。3 钻探工作包括：钻进和升降两个必要的基本作业程序(或称工序)。4 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 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 按钻
2、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 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。 4 进行钻探工作时，钻探工艺要
3、求钻机能完成的工序是：提供使钻杆柱及碎岩钻具 (钻头)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；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。 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分组成。7 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
4、同方向的钻孔回转器应做到回转运动平稳，震动摆动小8 给进机构任务是：称量钻具重量；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。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
5、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。 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 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
6、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(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
7、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1 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。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。变质岩：沉积岩、岩浆岩或变质岩本身在地壳
8、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。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，它决定了岩石的各向异性和裂隙性。3 岩石可钻性: 是表示钻进过程中岩石破碎的难易程度。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：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、孔隙度、含水性及乏水性；岩石的力学性质，如硬度、强度、弹
9、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，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） 钻探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、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。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 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实钻速度评价岩石的可钻性用微钻速度
10、评价岩石的可钻性用碎岩比功评价岩石的可钻性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。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作用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()、拉应力区(）和过渡区（） 。10 碎岩工具对岩石的作用有哪些特点？(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。岩石破碎效果将由此作用力的数值和方向来决定。(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。(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
11、。11 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 3 种 表面破碎区；疲劳破碎区；体积破碎区 11 压模压入岩石时破碎过程是呈循环式的。即从岩石弹性变形、塑性变形、形成主压力体、剪切体剪出、压模跳跃下落完成一个循环，然后再开始一个新的破碎循环。12 岩石在外载作用下的破碎过程共同点：(1) 岩石破碎过程的发展不是随载荷的增加而平稳进行的，(2) 只有当载荷达到某一定值时，才能产生大体积剪切破碎，(3)当载荷不足以产生大剪切时，在岩石中产生压裂或压皱作用，形成裂隙。（4）载荷过小时，在岩石表面形成微小裂纹(5)在实际钻进中，在轴向力和水平力（转矩）作用下破碎岩石时，实际上是一个
12、由数个小剪切和一个大剪切组成的不断循环的过程。13 衡量岩石破碎效果的功耗准则关于破碎岩石时消耗的能量与破碎产物的关系，存在着两种定律即黎金格尔定律和基尔别切夫定律。黎金格尔定律认为：固体破碎功与破碎过程中物体表面积的增加成比例。即：随着粉碎度的增加破碎功与 破碎产物粉碎度的关系是指数关系。 基尔比切夫定律认为：破碎功与物体破碎的体积成比例。基尔比切夫定律则是直线关系。第三章第一节1 钻进方法：是指在钻探或钻井工程中，向地下钻孔（井）时，破碎孔（井）底岩石的方法及技术措施的总称。2 钻进方法分类根据破碎岩石的外力作用性质及方式，钻进方法可以分为冲击钻进、回转钻进、冲击回转钻进以及振动钻进等；在
13、回转钻进中，按回转钻进时破碎岩石所使用的磨料，又分为硬质合金钻进、钻粒钻进和金刚石钻进、牙轮钻进等。3 硬质合金钻进：利用镶焊在钻头体上的硬质合金切削具作为碎岩的工具的钻进方法。适用于软岩层及中硬岩层的钻进工作，即可钻进 14 级软的沉积岩及中硬的 57 级及部分 8 级岩浆岩和变质岩。 4 硬质合金钻进的特点：1）由于切削具固定在钻头体上，它可以钻进任意倾角的钻孔，不受孔向、孔径和孔深的限制。2）可以根据不同的岩性和要求，合理地设计和选择钻头的结构，以便在不同的岩层中取得较优的效果，并满足工作要求。3）钻进中操作简便，容易掌握。4)钻孔质量容易保证，岩心采取率较高，孔斜较小。5 影响硬质合金
14、钻进的主要因素：1) 岩层性质：2）钻头方面：硬质合金的性能：如硬度、强度、韧性和抗磨性能等；硬质合金切削具的形状、规格等；切削具在钻头体上的排布形式和数量；镶焊的方法及质量。3）钻进规程和操作技术，如所采用的钻压，转速和泵量等。6 硬质合金钻进的过程，实际上是硬合金切削具在外载作用下不断破碎岩石和岩石不断磨损硬质合金切削具的过程。7 硬合金钻进的孔底碎岩过程，可分为塑性岩石的碎岩情况和脆性岩石的碎岩情况。8 对塑性岩石来说，切入深度 h0与轴向压力 Py 成正比，而与切削具的宽度 b，刃尖角 的正切，以及岩石的抗压入强度成反比。=0.880. 979 切削具上的作用力给进力 Py 切削力 P
15、x10 衡量切削具的磨损，常采用下列指标：(1）绝对磨损，是切削具高度的磨损，也称总磨损(2）相对磨损，可分为：单位时间的磨损 单位进尺的磨损 单位摩擦功的磨损11 切创具高度的计算方法： tgrRnfPtgrRhyy)( 2)(岩石的压入硬度；f岩石与切削具的摩擦系数；R-r切削具宽度；R+r钻头平均直径；切削具刃尖角 和摩擦角 所决定的12 硬质合金定型产品形状：片状、柱状、针状 13 硬质合金切削具形状的确定和选择应考虑的因素：(1)有利于破碎岩石；(2)有利于抗磨损；(3)有利于抗断、抗崩；(4)有利于镶焊和修磨。14 取心式硬质合金钻头的结构要素钻头体；切削具的出刃；切削具的镶焊角度
16、；切削具在钻头上的排列和布置；切削具的数目；水口、水槽的形式与数目等。15 切削具在钻头底面的排列，有均布排列和密集排列两种类型16 取心式硬质合金钻头 分为磨锐式硬合金钻头：是指钻头磨钝后可修磨锐利的钻头。只适应于研磨性小的软及中硬岩石。17 全面钻进钻进中不采取岩心，全面破碎孔底岩石。全面钻进所使用的钻头全面钻头。全面钻头包括硬质合金全面钻头、金刚石全面钻头、钢粒全面钻头、牙轮钻头和螺旋钻头等。18 依刀翼的数目，刮刀钻头分为：(1)两翼刮刀钻头（鱼尾钻头） ；(2）三冀乱刀钻头；(3）四冀刮刀钻头。19 钻进规程：是指为提高钻进效率、降低成本、保证质量所采取的技术措施，通常指可由操作者人
17、为改变的参数组合。在回转钻进中主要的钻进参数有：钻压、转速、冲洗介质的品质、单位时间内冲洗介质的消耗量（冲洗液量或泵量）等工艺参数。生产中有不同的钻进规程：最优规程、合理规程、专用规程最优规程：指在一定地质条件和钻进方法下，为保证钻孔质量，获取最高钻速或最低钻进成本而选择的钻进参数搭配。20 钻压是孔底碎岩的必要条件。钻压的大小决定着碎岩的方式和特点，它直接影响钻进速度。机械钻速与钻压的关系是：机械钻速随着钻压的增加而不断地增大。具体可分为 3 个阶段：表面破碎阶段、疲劳破碎阶段、体积破碎阶段。21 在钻探中，将由泵送入孔内的冲洗液的流量称为冲洗液量或泵量22 最优回次钻程时间的确定l) 利用
18、 VMt 和 VRt 两曲线的交点来确定 to，在钻进过程中，随时计算 VM= VR=H/(t+T )。当两者相等时，此时间即为最优钻程时间 t0 ,即结束钻程而起钻。2) 利用回次进尺曲线的相应切点来确定 to如图所示，起下钻所需的时间为 T，在横坐标 0 点的左边确定 A 点，使 OA=T， 当直线 AB 与 Ht 曲线相切时，to=为最大值，也即 VR 为最大值。与该切点相对应的时间即为 to 。在实际应用中，当某一孔深的 T 确定后，即 A 点确定后，可依 A 点为中心，用一直尺的边代替 AB，随着钻进，不断绘出 H-t 曲线。当直尺与曲线相切时，便可结束钻程而起钻。23 不同地层的钻
19、进特点松软及较软地层中钻进 ： 该类岩层容易切入，所以应选用适当的钻压，使切刃切入岩石适当深度后，应尽量采用快的转速，以提高机械钻速。选用的规程应为：适当的钻压、较快的转速及较大的泵量，即采用“中压、快转、大泵量”的钻进规程。同时选用优质泥浆护孔，以保护孔壁 。中硬地层的钻进 ：应选用大钻压、中转速和适当的泵量，一般称为“大压、中速、中泵量”的钻进规程。裂隙及高研磨性地层中的钻进：在高研磨性岩层，应充分发挥大钻压的作用，选用适当小的转速和较大的泵量，使孔底保持清洁，以减小磨损。在钻头选用上，可选用抗磨性能强的磨锐式硬合金钻头或自磨式硬合金钻头。 在裂隙地层，应选用较低的钻压、中等转速、中等泵量
20、。钻速要求应适当，以避免切削具崩断和钻孔偏斜。在钻头选用上，应选用抗崩刃和抗折断能力强的（负前角）钻头。第三章第二节1 牙轮钻头以其牙轮爪间的焊接方式不同，分为有体式钻头和无体式钻头两种。2 牙轮钻头的基本参数 1）钻头直径 2）牙轮轴线偏移值（移轴）3) 牙轮轴线与钻头轴线夹角 4) 牙轮的形状及布置 5) 牙轮上牙齿的布置3 牙轮钻头的碎岩原理1）冲击、压碎作用钻进时，加在钻头上的轴心载荷（静载） ，使牙齿压碎岩石，这就是压碎作用。钢齿钻头的压入压碎是尖楔工具对岩石的压入压碎过程，而镶硬合金的球齿钻头，则是球形工具压入压碎岩石的过程。同时，钻头旋转时，牙轮的纵向振动，产生冲击载荷（动载）
21、，使牙齿冲击破碎岩石，称为冲击破碎。 2）剪切破碎作用牙轮齿对岩石的剪切破碎作用，是由于牙齿相对孔底岩石的滑动而产生的。产生滑动的主要因素是由于牙齿布置时的超顶、移轴和复锥而产生的。第三章第三节1 金刚石钻头钻进的特点 钻进效率高，特别是在岩石硬度大的地层，钻进效率提高的幅度较大。钻孔质量好，岩心采取率比较高，而且岩心完整、光滑。金刚石钻进的钻孔弯曲较小。孔内事故少，应用范围广。 备轻，劳动强度低，钻探成本小。2 金刚石在胎体端面的出刃值必须遵守下列几条原则（1）保证在正常的泵压条件下岩粉能从钻头端面顺利通过；（2）金刚石出露刃在钻进时不易被折断；（3）金刚石在胎体中包镶牢固。3 选择金刚石钻
22、头的原则：(1）软至中硬和完整均质岩层，一般宜用天然表镶钻头、复合片钻头、聚晶钻头，部分可用烧结体钻头。(2)硬至坚硬致密的岩层（712 级） ，一般宜用孕镶钻头，或细粒表镶金刚石钻头。(3）在破碎、软硬互层、裂隙发育或强研磨性岩层，如煤系地层，宜用耐磨性好的、补强的电镀孕镶钻头。(4）强研磨性岩层，用高耐磨性胎体；中等研磨性岩层，用中等耐磨性胎体；弱研磨性岩层，选用低耐磨性胎体。(5)复杂岩层，研磨性越强、越硬，选用金刚石品级好、粒度相对细的钻头。(6）强研磨性、较破碎的岩层，在保证金刚石包镶良好的条件下，选用金刚石浓度较高的钻头。反之，均质致密、弱研磨性的岩层，选用金刚石浓度较低的钻头。(
23、7）岩层软，排粉多，选用复合片钻头或聚晶钻头。4 金刚石钻进规程包括：钻压、转速和冲洗液量 3 个参量。影响钻进规程参数的因素很多，主要有：岩层的性质和特点、钻头的类型、所用设备和钻具的性能、钻孔的直径和深度，其他工第三章第四节1 钢粒钻进与硬质合金钻进、金刚石钻进相比，最主要的特点是：作为碎岩磨料的钢粒，不被固定在钻头上面，而是在周围岩石的限制下，靠钻头的底唇把钢粒压在其下，随着钻头的转动，带动钢粒在岩石上面不断滚动，达到破碎岩石的目的。2 钢粒钻进的缺点和使用上的局限性：1）钢粒钻进不适宜用小口径钻进2) 钢粒钻进不能用于钻进小倾角的、接近于水平的钻孔3) 钢粒钻进不能钻进大裂隙、空洞或涌
24、水量大的地层4）对冲洗液量的调节和掌握，必须适应孔底钢粒分布及分选的要求3 钢粒钻进的碎岩方式 1）压碎碎岩 2）压裂碎岩 3）井底脉动冲击作用4 钢粒钻头的功用：是将钻杆柱传来的轴向压力及回转力传递给钢粒；同时，钻头的唇面把钢粒压向孔底，进行钻进。5 良好的钢粒钻头应具有下列性能：1）应能很好地压住钢粒，并能带动钢粒沿孔底滚动；2）应能顺利地流通冲洗液，排除岩粉；3）应能适量并及时地向钻头底唇下面补充钢粒，保证钻进正常；4）钻头应耐磨，并应在磨耗中保持良好的导砂性能和补砂性能。 6 钢粒钻进规程包括：投砂方法及投砂量、钻压（轴向压力） 、转速和冲洗液量（泵量）等方面。 7 钢粒钻进的投砂方法
25、有三种：即一次投砂法、结合投砂法和连续投砂法。其中以一次投砂法使用最为广泛。8 在钢粒钻进中，钻压是保证钢粒在孔底破碎岩石的必要条件9 合理的冲洗液量应该 是既能保证有效地将岩粉冲走、保持孔内清洁，能使多余的钢粒在外环间隙中呈悬浮状态；又不至将有用钢粒冲走而破坏孔底的工作过程。第四章1 钢丝绳冲击钻进的特点：1）设备简单，重量小。2）钻进时钻孔内钻井液不循环。3）钻头破碎岩石是不连续的。4) 钻头是以自由落体方式冲击岩石的。2 钢丝绳冲击钻进所使用的钻具1）用来破碎岩石和取样排屑的工具钻头、冲击钻杆、钢丝绳接头、捞砂筒和取样器等。2）起下套管的工具各种变型套管、钻具接头、套管鞋、冲击驱动头和滑
26、动装置等。3）打捞事故的工具捞绳矛、卡瓦、事故钻头和夹持器等。4）用来加速钻进、起下套管和打捞作业的辅助工具各种钳、套管、夹具等。5）冲击钻机 如仿苏 CZ20C，CZ22，CZ30 3 钢丝绳冲击钻进规程参数主要有：钻具的重力、钻具下降加速度、冲击高度、冲击次数和岩粉密度 4 冲击回转钻进是钻头在静压作用下进行回转，同时辅以纵向冲击动载，从而形成以回转切削和纵向冲击相结合的碎岩钻进方法。5 冲击器根据所采用的动力不同分为：(1)液动冲击器(2）风动冲击器(3）机械作用式冲击器6 冲击回转钻进用钻头的特点1) 冲击回转钻进时钻头刚体承受冲击荷载、轴向静载和扭矩2) 取心冲击钻头壁厚较普通取心钻
27、头厚3) 钻头体的外形多呈多边形4) 钻头切削具承受大冲载5) 切削具的出刃形式多为平底形，且出刃量较大。7 冲击回转破岩机理 冲击使接触应力瞬间达极大，应力集中，岩石产生裂纹。冲击速度岩石脆性，裂隙发育，不大的冲击能（数十焦耳）就可破碎极坚硬的岩石。 钻头上同时作用轴向静载、冲击力和回转力矩。刃具具有冲击碎岩和回转碎岩两者的特征。 根据冲击和回转碎岩作用的主次，又将冲击回转钻进分为冲击-回转和回转-冲击两种碎岩形式。1）冲击-回转碎岩主要以冲击载荷碎岩为主，轴向静压力主要用来克服钻具的反弹力，改善冲击能的传递。回转力矩主要是使切削具沿孔底剪切两次冲击间残留的岩石脊峰。利用这种冲击剪崩和回转剪
28、切作用，造成脆性岩石大颗粒岩体的剥离。随岩石脆性与硬度增大，碎岩效果愈显著。2）回转-冲击碎岩回转-冲击碎岩是把高频低冲击功，加在一般回转钻进的硬质合金钻头或金刚石钻头上。主要用于小口径钻进，液动冲击器即属此类。破岩机理：岩石受高频冲击力后，一方面在刃具接触处产生应力集中，增大了破碎体积；另一方面岩石内部分子被 迫振荡而产生疲劳破坏并降低了强度，再加上轴向的静压和回转切削，增加了破岩的效果。8 冲击回转钻进规程 1、钻压 2、转速 3、泵压和泵量第五章1 螺旋钻进是一种干式回转钻进方法2 螺旋钻进的特点 1） 进效率高。2） 低公害（无泥浆污染） ，低噪音（无振动） ，低成本（效率高）3） 不
29、使用冲洗液 4）孔壁稳定 5）可以随时取样 6）一般只能钻进松软岩层3 螺旋钻分类 长螺旋钻 短螺旋钻 环状螺旋钻 4 旋挖式钻机主要由履带式底盘、转盘平台（含操作室） 、钻杆导向架、动力头、钻杆、钻具六部分组成。第六章1 冲洗的实质是：冲洗介质在孔内的连续或定期的循环，达到清洗孔底，携带和悬浮岩屑与岩粉，冷却钻头，保护孔壁等多种目的。由于钻孔冲洗使用的主要是液体，因此常称冲洗液。它在孔内的循环，称为钻孔冲洗。2 钻孔冲洗液的功用1） 、清洗孔底，携带和悬浮岩屑 2)、冷却钻头 3） 、润滑钻头和钻具 4） 、保护孔壁 5） 、其他功用 3 钻探对冲洗液的要求1) 冲洗液的性能应能在较大的范围
30、内进行调节，以便适应钻进各种复杂地层；2)冲洗液应有良好的冷却散热能力和润滑性能；3)冲洗液在使用中应能抗各种外界干扰，其性能基本保持稳定。4）冲洗液的使用应不妨碍或有利于取心、防斜、测井等工作的进行。5）冲洗液应不腐蚀钻具和地面的循环设备；冲洗液应无毒和不污染环境。4 钻孔冲洗方式 全孔正循环 全孔反循环5 冲洗液按介质的不同，可分为：气体 液体6 冲洗介质的特点：1）清水特点是：易取、便宜、粘度小、冲洗效果好、冷却能力强、相对密度低、可取得较高的机械钻速。缺点是：在孔内循环时，渗入地层的量大，由此引起地层的膨胀、分散、坍塌或掉块；在水的冲蚀作用下，一些岩层易被冲蚀和溶解；循环停止时对孔内岩
31、屑无悬浮能力。 清水一般用于地层压力不大的稳定和非冲蚀性岩层，如大部分完整的岩浆岩和变质岩 等2）空气特点：空气的密度低、粘度小。在有足够的流速下，孔底吹洗干净，钻进效率高。缺点：空气洗井需要专门的空气压缩机，在湿孔和含水地层使用困难。空气洗井一般用于缺水地区、干孔或严重漏失地层。用空气作动力的潜孔锤钻进；大口径基岩中的水井钻探和露天矿爆破孔钻进等。3）泥浆特点：循环过程中在压差作用下能在孔壁上形成泥皮而加固孔壁；在循环停止时泥浆能很决转为溶胶状而悬浮岩屑，防止由于岩屑沉淀而引起孔内事故等；对钻头、牙轮轴承、钻具和套管等有一定的润滑作用，可减小其磨损。缺点：相对密度和粘度较大；钻进效率低；需要
32、有专门的配浆材料；对环境有一定的污染等。泥浆是主要的常用冲洗液，现场称泥浆为钻探的“血液” 。无固相冲洗液钻井液用于裂隙发育、易坍塌和轻微膨胀的地层。在石油钻井中，用于钻井生产层，可减轻使用泥浆对油层的损害，这种无固相冲洗液称为完井液。 7 选择冲洗液的主要依据是：保证钻进过程中孔壁稳定；减少钻具的回转阻力和震动；预防钻孔漏失或喷涌；保持生产层的自然渗透性；保证高的岩矿心采取率和品质；保证有较高的技术经济指标。8 分散体系：一种物质分散成粒子并均匀分布在具有其他物理化学性质的另一物质中的不连续相，这种物质称做分散相。而其分散有这种物质的另一物质，称为分散介质。9 泥浆的功能：（1)清洗孔底，冷
33、却钻头，润滑钻具，携带和悬浮岩屑；（2)平衡地层压力，维持孔壁稳定，防止坍塌掉块；(3）防止水敏岩层崩塌、垮孔、膨胀、缩径；（4）泥皮造壁、防止渗漏；（5）堵塞小的孔隙、裂隙漏水。10 为保证钻探所钻地层的要求，经常对泥浆的哪些性能进行测定？泥浆的相对密度和固相含量泥浆的流变性能（塑性粘度、表观粘度、动切力、静切力）漏斗粘度滤失性能失水量和泥饼厚度以及含砂量、润滑性、胶体率和 pH 值等。泥浆的相对密度是泥浆的质量与同体积水质量之比。泥浆中的固相含量是指泥浆中固体颗粒占的重量或体积百分数。流变性能包括：粘度、动切力、静切力、稠度系数、流动指数等。泥浆粘度是泥浆作相对流动时的内摩擦阻力，以一定体
34、积的泥浆通过给定的孔径时所需的时间（T）来表示。泥浆的胶体率：是泥浆中粘土颗粒分散和水化程度以及保护悬浮状态的粗略衡量。泥浆的稳定性：表示泥浆静止时粘土颗粒沉降的倾向。11 泥浆处理剂：无机处理剂 有机处理剂无机处理剂大都是电解质类化工产品，包括各种盐和各种碱，个别情况也用一些酸。作用可分为：稀释剂、降失水剂、絮凝剂、增粘剂、润滑减阻剂、起泡和消泡剂和页岩稳定剂等。13 无机处理剂起的作用包括：分散作用，促使粘土颗粒分散；控制聚结，使粘土颗粒处于适度聚结的稳定状态；调节泥浆的 pH 值；沉淀除钙和络合作用；使有机处理剂溶解或水解；与有机处理剂交联；胶凝作用；配饱和盐溶液；加重作用和堵漏作用（如
35、重晶石和云母片） 。14 钻井对造浆膨润土的要求：较低的相对密度、较好的流变特性；携带岩屑、清洗孔底的能力强；失水量小；能形成薄而坚韧的泥皮等，以保证机械钻速高、孔内清洁、孔壁稳定。15 复杂地层：是指钻进时产生不同程度的钻孔坍塌、掉块、漏失、涌水或井喷、孔壁膨胀或缩小等孔内复杂情况的地层。 16 钻进复杂地层时，如果措施不当，往往造成不同程度的钻孔坍塌、掉块、漏失、涌水或井喷、孔壁膨胀或缩小等孔内复杂情况，钻进效率低，钻孔质量差，钻进成本高，甚至出现不能继续钻进和造成钻孔报废的严重后果。17 力学不稳定地层：是指受地质成因或受构造运动影响造成的破碎地层浅部的力学不稳定地层包括流砂、砂砾松散地
36、层，具体如风化残积层、冲积层和洪积层、流砂层等。深部的力学不稳定地层主要有破碎地层和裂隙地层，具体如断层破碎带和交叉断裂裂隙形成的硬脆碎地层。18 遇水不稳定地层：钻进中遇到这类地层是指孔壁与冲洗液接触，因而产生松散、溶胀、剥落、溶蚀等孔壁失去稳定性的地层，故亦称水敏性地层1） 遇水松散地层 2）遇水溶胀地层 3）遇水剥落地层 4）遇水溶解地层19 漏失地层 根据漏失的严重程度可分为： （1)轻微漏失：（2）中等漏失：（3）严重漏失：20 孔内复杂情况复杂地层的深度、厚度、孔径变化；漏失层的深度、厚度、漏失量等21 对复杂地层的分析判断包括两个方面。即：在钻进过程中的分析判断和用专门的装置或仪
37、器对复杂层位进行测定。 在钻进过程中的分析判断1）根据岩层结构情况判断漏失层位和坍塌孔段2）根据钻速情况判断复杂层位3）根据泥浆性能变化判断复杂层4）根据水泵压力表的变化判断漏失层5）根据孔内稳定水位判断漏失层22 造成孔壁失稳的因素，概括起来，主要有以下几方面：(1) 造成孔壁失稳的岩层性质及赋存条件，即复杂地层的成因类型及性质；(2) 钻进过程中造成孔壁岩层应力状态的变化；(3) 钻进过程中孔壁岩层受冲洗液的破坏作用；(4) 钻进过程中采用的工艺技术及升降钻具产生压力激动等对孔壁的破坏作用。23 孔壁失稳机理：1）孔壁周围岩石受的压力钻孔后，孔壁周围的岩石承受以下的压力。（1）静液柱压力它
38、是由液柱重量引起的压力，其大小与液柱的单位重量及垂直高度（即孔深）有关。液体密度愈大，垂直高度愈大即孔深愈大，则液柱压力愈大。常把每单位高度（或深度）增加的压力值，叫做压力梯度，用 GW 表示，即： wwHpG3108.9（2） 上覆岩层压力它是指某深处在该岩层以上的岩层和孔隙中流体（油、气、水）的总重量造成的压力。 地层压力 ：指作用在岩石孔隙内流体上的压力，故也叫地层孔隙压力。高于静液柱压力的地层压力称为异常高压。低于静液柱压力的地层压力称为异常低压。2）孔壁周围岩石内的应力3）影响孔壁失稳的钻井技术因素冲洗液对岩层的水化作用通常是指那些在钻进中易发生坍塌、剥落、膨胀等复杂情况的泥页岩。2
39、4 压力激动是指在有液体的孔内进行升降钻具时，因钻具运动引起的孔内某一点的液体压力的骤增或骤减，这一现象称为压力激动，产生的动压称为激动压力。25 依据对孔壁失稳的机理分析，稳定孔璧，必须采取相应的技术措施：(1) 根据孔壁岩层的性质，建立孔内各种压力间的压力平衡，以实现压力平衡钻进；(2) 根据不同岩层产生失稳的特征，选用合理的防塌泥浆，调整其组成及性能，并采用相应的防塌措施。(3)对于力学不稳定地层，除采用与之相适应的冲洗介质和合理的钻进技术外，应采用凝固性材料固结孔壁岩层，以提高孔壁岩层的稳固强度，达到稳定孔壁的目的。26 稳定孔壁的平衡条件为建立和维持上述的这些平衡关系，应改变或调节主
40、观能控制的一些力，如静液柱压力、环空循环压力、激动压力、冲洗液的渗透水化力等。为此可以： 调节冲洗液的密度和含盐量； 选择抑制性的泥浆体系，调节其组成和配方（如钙泥浆体系、钾泥浆体系、有机阳离子泥浆体系等） ； 调节冲洗液的性能：粘度、切力、滤失量。27 离子作用的原理是利用无机盐类或无机碱类的离子，与粘土质的泥页岩表面进行离子交换，改变粘土的活性，从而控制粘土的水化膨胀性能。钾离子水化能小，易紧密地吸附在负电荷中心附近，或易中和粘土表面的负电荷；钾离子易嵌入粘土晶片的六角环中起封闭结构的作用，从而阻止泥页岩的水化；钾离子一旦被粘土吸附后不易被其他离子交换下来。28 包被作用。聚合物泥浆中的水
41、溶性聚合物吸附在孔壁岩层或粘土矿物表面上，形成一层高分子吸附膜，阻止粘土与水的接触，从而抑制泥页岩的水化膨胀。29 封堵作用。加入泥浆中的特种添加剂，如沥青、油渣等材料，可用来封堵属于力学不稳定的岩层的微裂缝或松散破碎带，防止钻井液中的水分沿岩层裂缝渗入地层和遇水剥落崩解的岩层，从而起到防止稳定孔壁坍塌的目的。 30 活度平衡的实质是使泥浆的活度与地层水的活度相平衡，利用渗透原理来有效控制粘土、泥页岩的水化膨胀，保持孔壁的稳定。31 钻孔漏失：是指钻孔内冲洗液从孔内向周围岩石产生明显的泄漏。 冲洗液漏失的根本原因是孔内液柱相对于岩层产生压力差，以及岩石中存在有漏失通道，即钻孔地层系统存在压力不
42、平衡和岩层中有漏失通道这两方面。 32 钻孔漏失的原因(1) 地质和水文地质条件 (2) 工艺技术原因。第七章1 钻探工程 6 项质量指标是：原始报表；岩矿心的采取和整理；简易水文观测；钻孔弯曲与校正；孔深测量与校正；封孔与检验。其中，岩矿心的采取和钻孔弯曲尤为重要。2 钻孔施工过程中获得岩矿样品是钻探的主要任务之一。钻探采集的有用矿物和围岩样品一般有岩心、岩粉以及专门密封的样品。3 对钻探采集岩矿心样品有要求：1）采取率：岩矿心采取率即实际取出的岩矿心长度与对应孔段实际钻进进尺比值的百分数。采取率= 100%实 际 进 尺采 取 长 度矿心采取率不低于 75%，岩心不低于 60%(2）完整性
43、：取出的岩矿心应尽量避免人为的破坏要保持原生结构，以便确定岩矿层分层，观察其原生结构和共生关系（3）纯洁性：取出的岩矿心不受外物的浸蚀和污染，以免影响岩石和矿的物理化学性质指标。如当矿心混入泥浆时，灰分会增加。(4）尽量避免选择性磨损岩矿心选择性磨损，会使其内在物质成分发生变化，影响整个矿区矿的储量的计算和评价。（5）采心部位取出的岩矿心孔深部位必须准确，上下顺序不能颠倒，否则易歪曲岩层所在层位的深度和厚度。4 影响岩矿心采取的因素可分为地质因素和人为因素两大方面。5 根据取心难易程度的不同，大致可以将常见的岩矿层分为 7 类 1完整、致密、少裂隙的岩矿层2节理、片理、裂隙发育，硬或中硬，性脆
44、易碎的岩矿层3软硬不均，夹层多，性质不稳定的岩矿层4软，松散，破碎，胶结性差的岩矿层5、易被冲洗液溶蚀和溶化的岩矿层6、怕污染的岩矿层7、淤泥和流砂类岩矿层6 常用的取心工具有单管取心、双动双管取心、单动双管取心和绳索取心等。7 双动双管钻具是指具有内、外两层岩芯管，并在钻进时同时回转的取芯工具。8 在钻进过程中，外管转动而内管不转动的双管钻具称为单动双管钻具。该钻具分压入式与击入式两种。第八章1 钻孔偏斜或钻孔弯曲：在施工过程中，由于种种因素的影响，实际的钻孔轨迹往往偏离设计的钻孔轨迹。2 钻孔弯曲给地质成果和钻探施工都会带来不良后果。对于地质成果来说，由于未按预定目标点穿过矿体或其他地质层
45、位，就有可能歪曲矿体产状、打丢矿体、遗漏断层或改变勘探网度，从而影响对矿体的评价、构造的判断和储量计算的精确程度。 3 钻孔在空间的轨迹基本要素是顶角、方位角和孔深。顶角（ ）钻孔轨迹某点切线与铅垂线之间的夹角。方位角（ ）钻孔轨迹某点切线在水平面上的投影与真北方向夹角，按顺时针方向计。孔深，孔口到钻孔轨迹上某点的钻孔轴线长度。4 钻孔弯曲的原因可分为地质、技术和工艺 3 个方面。1、地质方面1）钻头在松软地层中遇到大砾石时，钻孔易沿砾石斜面弯曲2）钻孔遇到裂隙，而裂隙方向与钻孔方向相近时，钻孔沿裂隙方向弯曲3）钻孔遇溶洞或老窿时易发生弯曲。4）断层、节理发育，岩脉穿插多的地方钻孔易偏斜，且递
46、增幅度大。5）软、硬岩层换层时，钻孔的顶角和方位角易发生变化。当钻头由软岩层进入硬岩层时，如钻孔轴线与岩层层面夹角大于 30，钻孔向垂直于岩层倾斜方向弯曲。如钻孔轴线与岩层层面夹角小于 30，则钻孔易顺岩层倾斜方向弯曲当钻头由硬岩层进入软岩层时，钻孔向硬岩层倾斜方向弯曲，但弯曲不大2、钻探技术上的原因3、钻探操作上的原因5 钻孔偏斜的危害性降低钻探效率增加钻探成本易造成测井事故影响地质资料的可靠性6 测斜就是测量钻孔的 3 个基本要素：顶角、方位角和孔深。7 按照预定的轨迹钻达预定目标的钻孔称为定向钻孔。8 定向钻孔按施工技术方法的不同，可分为：1、初级定向钻孔 即采用常规钻具并利用地层和工艺
47、造斜规律，通过移动孔位，改变开孔顶角，扭转开孔方位角等方法钻达目的层位的钻孔。2、受控定向钻孔 即单纯采用人工造斜手段或绘合利用人工造斜手段与地层造斜规律，钻达目的层位的钻孔。自然造斜与人工造斜，可在某一孔段同时使用，也可在不同孔段分别使用。按孔身轨迹的不同，可分为平面弯曲定向钻孔 空间弯曲定向钻孔按钻孔结构形态，又可分为：单孔底定向钻孔 多孔底定向孔9 定向钻进方法根据工作原理，定向方法可分为：直接定向和间接定向、随钻定向10 定向钻孔施工工艺：建立人工孔底 定向下造斜工具 造斜钻进第九章1 为了获得水文地质资料和开发地下水所进行的钻探工作，通称水文水井钻探。根据钻探的目的，有些孔为了获取水
48、文地质资料，这样的钻孔称水文地质孔或水文勘探孔，简称水文孔。而另一些直径大的井，目的是为工农业供水，这样的井叫做供水井。因此，水文水井钻探可以分为水文钻探和水井钻探。2 水文钻探是以查明地下水的埋藏条件，运动规律，水质、水量以及水温等水文地质规律为目的的。分类 1）水文地质普查孔（简称水文地质孔）主要是获取地层情况，如地层的岩性、结构、地质构造和含水层的埋藏深度、厚度、性质等。2）水文地质勘探孔（简称勘探孔）着重了解地下水的水量、水位、水质、水温等情况。2） 探采结合孔3 为了供水的需要而进行的钻凿管井的钻探工程称水井钻探4 水文、水井钻探的特点，概括为：1） 地层复杂 2）钻孔结构复杂 3)
49、钻进方法多 4）设备型式多 5）劳动强度大5 水文钻孔设计包括：开孔直径、终孔直径、钻孔深度、中间套管的层次结构和深度、过滤器的类型和规格、止水方法和抽水试验、钻进工艺和成井方法等内容。6 钻进方法 分类冲击钻进、回转钻进、反循环钻进、空气钻进、潜孔锤钻进等 7 成井工艺：包括钻孔钻进结束后的冲孔、换浆、安装井管、填砾、止水、洗井和抽试等工艺过程。8 对滤水管的要求，可概括为以下几点： （1）具有最大的进水面积，以减少地下水经过它时的阻力。 （2）具有足够大的机械强度，能满足安装井管时的负荷和抵抗地层的压力。（3）最大限度的耐腐蚀能力和不因滤水管被腐蚀而影响水质的卫生要求。（4）具有良好的滤水挡砂能力，滤水孔不易被地层中的物质堵塞。（5）具有安装方便、成本低廉以及取材容易等。9 滤水管的类型和结构 1）骨架式滤水管 2）缠丝滤水管10 滤水管主要尺寸的确定1）滤水管的长度，有最优进水段、一般进水
