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钻探的控制和管理 技术讲座 一钻探的定义 钻探的控制和管理 钻探的定义 －－钻探是利用机械（人力）的方式向地层 钻进的一种勘探方法，是一门边缘应用科 学技术。 －－相对于物探、化探等其它方法来说，它 可以直接取得地层中的岩、土、水、气、 油等实物样品，这是其最大的特点。 钻探方式分类 钻探方法按钻进方式分为 －－静压钻进是在钻具重力及液压油缸的压力作用 下，压入地层套取岩芯的一种钻进方法。主要适 用于均质软土地层的取芯钻探。 －－冲击钻进是利用加重钻具的重力冲击孔底，将 岩石捣碎，获取岩石碎块或岩粉的钻进方式。主 要适用硬、脆地层。 －－回转钻进是利用硬度高、强度大的研磨材料和 切削工具，在一定的压力下，以回转的方式研磨 和切削地层的钻进方式。它可以应用在所有的地 层条件下，只是钻进效率有所差别。 油、气、水井钻探 矿产钻探 普查钻探 工程地质水文地质钻探 等 按钻探目的 清水钻进 按冲洗液介质 空气、泡沫钻进 正循环钻进 泥浆钻进 反循环钻进 混合循环钻进 按循环方式 回转钻进 冲击钻进 冲击、回转钻进 按破岩方式 硬质合金钻进 钻粒钻进 金刚石、复合片钻 进 取芯钻进的分类 二钻探设备 （一）钻机 钻机是钻探工程的关键设备。在钻孔生产 过程中，钻机主要完成回转钻具、给进钻 具、升降钻具、起下套管、拧卸钻具及其 它特种工作。 钻机的评价和选择 1钻机的各项技术性能要满足钻进工艺的要 求。 2 钻机必须配备必要的检测和指示仪表，供 操作者了解和掌握钻进参数及孔内情况， 以便于控制和选择钻进参数。 3钻机应能传递足够的功率，保证各机构正 常工作及短时间超载。 4钻机应具有处理孔内事故及完成特种工作 的技术性能。 钻机的评价和选择 5 钻机的机械化、自动化程度要高，以利提 高生产效率及减轻操作者劳动强度。 6 钻机应满足机械设备的下列常规要求，① 具有足够的强度、刚度及耐久性；②重心 低，稳定性能好；③工艺性能好，加工维 修方便；④结构紧凑，尺寸小，重量轻， 可拆性能好，便于搬迁和安装；⑤钻机应 实现通用化，标准化，系列化。 钻机的技术性能包括能力参数、工作参数、总体尺 寸、重量及钻机配属动力机参数等 钻机的能力参数是指钻进公称深度、钻 孔直径、钻杆直径、钻孔倾角等 钻机的工作参数是指钻机各执行机构的工 作速度和负载能力。 重量系数等于钻机的额定钻进深度与钻机 重量之比。重量系数在某种程度上反映了 设计，制造和选材水平的高低，是影响搬 迁的主要因素。 钻机的解体性能 常用钻机的型号及性能参数 XY－1 长年24 XJ100-1 TXU75 XU-100 XU300-2 XU600 钻进深度m 100 220 100 75 100 300 600 钻机净重Kg 500 380 700 420 419 900 1550 功率Kw 11 10 7.5 4 7.5 15 28 钻孔直径mm 110～ 75 110～ 75 11075 8950 11075 75110 15075 钻杆直径mm 42 44.5 42 42 42 42 50 钻孔倾角 。 7590 75～90 7590 0360 7590 7590 6590 单绳起重量Kg 1200 1000 1000 750 1000 2000 2500 （二） 水泵 凡是能使流体获得能量，增加压力，以克服 阻力输送到某一距离或某一高度的机械， 通常称为泵。 －－如输送的液体是水，称为水泵， －－是油称为油泵。 －－如用来输送的液体是泥浆，则称为泥浆 泵。 钻探用泵结构型式多为往复泵、离心泵及 螺杆泵等。 钻探用水泵的特殊性能要求 增高泵压的同时，泵量也能保持稳定 具有较高的耐磨性 重量要轻，安装性能要好 泵量、泵压调整方便 坚固耐用，工作可靠，易于维护保养 三）动力（柴油机和电动机） 钻探用的动力机，除要求动力足，过载能 力强外，还要适应搬运频繁的野外工作条 件，因此要求其还应具有结构紧凑、体积 小、重量轻、工作可靠、便于安装及配件 通用性好等特点。 （四）附属设备和工具 1 仪表钻机主要仪表为钻压表，它是反映 钻孔内阻力的直接显示仪表。 水泵的仪表主要是泵压表和流量计，用来 测定冲洗液输送的压力和流量。 2 管材主要是钻杆、岩心管、套管等。材 质为专用地质管材，钢号以“DZ”开头，后 跟钢材的屈服强度。如“DZ－40”、“DZ－65” 等。 常见的管材规格 名称 外径（mm） 每米重量Kg/m 壁厚（mm） 六方主动钻杆 Ф51 7.32 10.5 二方 427 Ф42 7.14 7.14 内加厚钻杆 Ф42 4.56 5 内加厚钻杆 Ф50 6.04 5.5 钻铤 Ф70 24.66 20 岩心管（套管） Ф89 8.38 4 岩心管（套管） Ф108 10.87 4.25 岩心管（套管） Ф127 13.59 4.5 岩心管（套管） Ф146 15.7 4.5 3 工具 （1）取土器、捞砂器等 （2）标准贯入器、动探 （3）泥浆钻探用活套接头、无泵反循环钻具 （4）处理孔内事故的工具有公锥、母锥、割 管器、捞矛、抓筒等 （5）钻头有合金钻头、钻粒钻头、金刚石钻 头、复合片钻头等 三 常见的钻探工艺方法及使用场合 （一） 铁路工程地质钻探要求 1 选择适宜的钻机类型，采用合理的钻进方法。 2 采取原状土样时，应根据地层情况，选定钻孔孔 径、取土器类型、规格及施钻方法。 3 钻探精度和岩心采取率，应符合规定。对工程有 影响的软弱夹层、软弱面（带）不得遗漏，含水 层分层及水位的测量应准确。 （一） 铁路工程地质钻探要求 4 为下列目的进行的钻探，应采用干钻、无泵反循环、双层 岩心管或其他有效钻进方法 ①查明粉土、黏性土、软土、膨胀土的物理力学性质 ②查明黄土的湿陷性 ③查明砂类土的颗粒成分 ④判明岩层的风化和破碎程度 ⑤查明地下水情况 ⑥查明地基土液化的可能性 ⑦查明滑坡的滑床与滑面（带） ⑧多年冻土地区进行地温观测 ⑨采用冲洗液钻进不能保证钻探质量时 （一） 铁路工程地质钻探要求 5 当需要量测水量、流向、流速、水质等水文地质 参数时，钻孔应按有关规定进行提水或抽水等试 验及观测工作，必要时进行压水或注水试验。 当含水层较多，各层水质、水量变化较大时，应 结合工程需要分层止水进行测定及试验。 需作长期观测的勘探孔应加固孔口，并设标志 桩，按要求定期观测。 6 勘探点位置、高程均应用仪器测定，钻探岩心鉴 定表上应记录其经纬距坐标。下一阶段利用价值 较大的钻孔，宜设标志桩。 （一） 铁路工程地质钻探要求 7 对妨碍交通、影响安全和不封孔有可能恶化基底 工程或隧道地质条件或污染环境的钻孔或探坑鉴 定后，应按铁道部现行钻规的规定及时回填、 平整场地。对位于大江、大河及堤防的钻孔应根 据当地堤防部门的要求回填、平整场地，回填资 料应上报和存档。 8 工程勘探岩心及探坑应及时鉴定。工程地质条件 复杂及重点工程的钻孔岩心应拍摄岩心照片备 查，并选择代表性岩心整理保存。 9 采取的岩心、土、水样，应具有代表性。同类地 质条件岩土试样数量，应满足有关规定的要求。 （二）常见的钻探工艺方法及使用 场合 1 常见钻探工具的使用场合 序号 取芯钻具名称 钻进方法 卡芯方法 适用岩石 1 活套接头单管钻具 硬质合金 干钻 粘性土,软土,中、细、粉砂及互层 2 普通单管钻具 硬质合金、钢粒 卡料干钻 完整基岩,粘性土 3 投球式单管钻具 硬质合金 干钻 粘性土,砂类土,松软至较软页岩、 砂岩 4 活动分水投球接头 单管钻具 硬质合金 干钻 高岭土,泥页岩,粘性土 5 普通双动双管钻具 硬质合金 干钻 松散、怕冲刷、易坍塌岩层 6 活塞式双动双管钻 具 硬质合金 干钻 怕污染的岩盐、冻土等岩层 7 441 双动双管钻具 硬质合金、钢粒 沉淀 中等硬度以上的硬、脆、极碎层、 碎石类土 8 爪筒式双动双管钻 具 硬质合金、钢粒 爪筒爪取 稍硬至中硬多裂隙、 节理发育,硬、 脆,碎.无胶结性岩层,碎石类土 9 隔水单动双管钻具 硬质合金 岩芯提断器 软至中硬破碎,节理、层理发育,酥 脆易流失,怕震,怕磨的岩层 10 活塞式单动双管钻 具 硬质合金 干钻 软于中硬松散、粉状、节理发育、 怕污染岩层,粘性土及软粘土 11 活塞压卡式单动双 管钻具 硬质合金 卡簧 较软至中硬较完整,节理发育,呈 纤维状的岩层,如白云岩,石棉等 12 球夹压卡式单动双 管钻具 硬质合金 卡簧 较软至中硬较完整,节理发育,呈 纤维状的岩矿层,如蛇纹石化白云 岩,石棉等 13 爪簧式单动双 管钻具 硬质合金 卡簧 软于中硬,软硬交替频繁薄互层, 以硬为多,极软,塑性,易冲蚀的蛇 纹岩等 14 YN-7型单动 双管钻具 硬质合金 岩芯提断器 软于稍硬,硬软交替频繁互层,以 软为多,断层多的岩层 15 开口式无泵钻具 硬质合金 沉淀干钻 软于中硬,松、软、怕冲、溶蚀岩 层,粘性土,砂类土,碎石类土 16 简易无泵钻具 硬质合金 沉淀干钻 软于中硬,松、软、怕冲、溶蚀岩 层,粘性土,砂类土,碎石类土 17 弯管型喷射反 循环单管钻具 硬质合金、钢粒 沉淀干钻 硬、脆、碎、节理发育的岩层 18 弯管型喷射反 循环双动双管 钻具 硬质合金 沉淀干钻 较软至中硬松散、碎、脆、 易磨损岩层 19 分水接头型喷 反单管钻具 硬质合金、钢7性l 沉淀干钻 硬、脆、碎、节理发育的岩层 20 分水接头型喷反双 动双管钻具 硬质合金 沉淀干钻 较软至中硬松散、脆、碎、 易磨损岩层 21 分水接头型喷射单 动双管钻具 硬质合金 沉淀干钻 片理发育、、酥脆、易碎呈粉状 岩层 22 金刚石单管或双管 钻具 金钢石 卡簧 较软至最坚硬基岩,漂石,碎石类 土 2 常见地层的一般钻进工艺 （1）砂层钻进 砂层钻进宜采用泥浆护壁钻进。对粉、细砂层可 用活套接头单管、阶梯式肋骨硬质合金钻头泥浆 循环钻进 ; 中、 粗、砾砂层可用方柱状硬质合金 钻头或阶梯式肋骨硬质合金钻头 灌浆无泵反循环 钻进。 （2）破碎岩石钻进 易冲刷和松软的岩石可采用双管钻具或无泵反 循环钻进 ; 硬、脆、碎岩石应采用双管钻具或喷 射式孔底反循环钻进。 （3）岩堆 、卵、砾石层钻进 选用大、中八角合金钻头灌注泥浆方法 或冲击钻头钻进，特别困难的可以采用孔 内爆破方式钻进。 （4）软土层钻进 软土层钻进宜采用活套接头单管钻具和硬 质合金钻头泥浆循环钻进或螺旋提土钻钻 进。 （5）膨胀性岩层钻进 在膨胀性岩层 , 如膨胀土、铝土、含水的页岩、 泥岩等岩层中钻进 , 易引起缩孔、糊钻、鳖泵等 现象。宜采用肋骨式或加大内外出刃的硬质合金 钻头钻进。 （6）滑坡钻探 滑坡钻探应采用干钻、无泵反循环或双层岩芯管 方法进行。 其它未列出的地层工艺手段参见QI702钻探标 准作业程序 四 工作程序和关键控制点 1钻探的前期准备技术交底 1 工作量和钻孔分布，便于施钻单位准备设备数量 2 钻孔的最大孔深和一般孔深，最好能确定分占百分比。 便于施钻单位准备设备型号 3 取样要求和孔内试验项目，便于施钻单位准备取样器型 式和型号，以及试验工具 4 地层条件，便于采取合适的工艺手段和物质储备（如粘 土粉、适宜相应地层硬度的合金钻头、金刚石钻头等） 5 地形地貌和风土人情也可以尽量提供。总之，与人方 便，自己方便。 机组钻前准备工作项目 操作项 目 标准 具体要求 1、设备 选 型 机 具准备 钻 探设备应 根据工程 地质和水 文地质勘 探 的 目 的、要求 和地质条 件、施钻 方法、钻 孔结构等 因 素 选 择 , 并 应比较设 备的经济 效益。 1、 了解本工点的最大孔深要求数值，地形条件（钻机重量对搬运 的影响）等，根据任务确定机型设备； 2、 根据工期要求和工点分布确定进场钻机的数量。 3、 本工点的地层条件、取样及孔内试验等钻探技术要求；确定携 带钻具、取样器、管件等的规格、数量。 4、 根据水上钻孔数，孔深及水深、流速；确定水上钻探平台的构 建方式（租船、扎排、筑岛等） 5、了解工点的行政位置交通状况。准备交通工具的数量和规格 6、如果在城市、道路等位置的钻孔，还要准备泥浆的配制与净化 设备。 7、钻机备用件的配置；钻进有关工具准备； 8、记录用具花杆、皮尺、钢尺、算盘、计算器、测钟、钟表、 夹子等的检查准备； 9、取样工具取土器、蜡锅、刷子等的检查准备； 10、孔内试验仪器，如标贯器的检查准备。 11、水位、水量、水温测试仪器的检查准备。 12、柴油机、发电机、水泵等磨损件的检查配备； 13、检修工具的准备； 14、钻进辅助工具的准备。 统一指挥立架，安装钻机；对中和水平的校正；稳固对中水平 6、竖架安装 及校正 1.台面坚固平坦，常用场地面积为 8m 4m,10m 7m, 11m 8m。 2.绕避地上、地下障碍物。 安全 5、机具搬迁 和场地 平整 1.了解工点、孔位的环境条件地形、地质、水源及施钻条件。 2.道路交通状况、工点、孔位可通行什么车辆； 3、为机组找房子、驻地条件等。 了解现场确定驻地4、现场踏勘 1、组织全组人员学习“钻孔任务通知书”； 2、组织全组学习任务书规定的钻进工艺知识。 3、学习并掌握规定工艺对记录工作的要求。 5、学习并掌握勘察细则。 能按规定的工艺操作3、工艺准备 1、水上钻探器材； 2、水管、抽水机等送水器材； 3、劳保、安全及其它器材。 4、棉纱、膨润土、PW植物胶与钻进有关材料准备。 5、原始记录、竣工报表、钻探记录等记录表格、铅笔等记录用品的准备； 6、纱布、石蜡、土样盒、标签、水样瓶等取样用品及送样用品的准备。 7、机油、柴油、汽缸油等油料准备； 能满足钻探需要2、材料准备 工艺手段的选择原则 一、工艺手段的选择要使岩芯采取率达到 技术规范规定标准。 二、工艺手段的选择要使不混层、不漏层、 不塌孔 （三）、工艺手段的选择要使孔内各项试 验顺利进行。 钻探管理的关键控制点 1首先是机组的资质的要求和设备要求。 2 钻场条件作业场地大小， 安全距离空中和地下设施 3 工艺手段工艺手段的选择使用的钻进工艺不得造成地 层混层、漏层。或使岩（土）芯无法辨认。 钻进回次进尺及岩芯采取率必须满足规范的要求。按每行 1米的规格对岩芯进行码放。对每箱岩芯进行标识明确的 照相。 对有特殊技术要求（如抽水、应力测试等）的钻孔，应采 用落实该技术要求的相应技术保障措施及钻进工艺方法。 样品数量必须满足规范及钻探技术要求的规定。样品的标 识、封装、保管和运输应符合规范和规则的要求。 取样位置应符合规范及钻探技术要求的规定。 按照岩土工程勘察规范的规定 每个工点每一主要 土层的原状土试样或原位测试数据不应少于6件（组）， 对厚度大于0.5米的夹层或透镜体，应采取土试样或进行 原位测试。当土层性质不均匀时，应增加取土数量或原位 测试工作量。 ，一般粘性土和粉土，应分层取原状样，一般取样间距为 1～3米，层厚大于3米的每隔3米取原状土一个。 样品应在取样现场及时封腊。严禁暴晒、雨淋及被污染。 并应及时送验。 记录格式、项目、岩芯描述内容等应按铁四院QI702钻 探作业指导书要求。 检查是否按规定进行标准贯入试验，检查是否采用动力触 探确定碎石类土的密实程度， 谢谢大家