钻探工程复习资料 5页

钻探工程复习资料钻探工程：为获取地质资料而进行的所有钻探工作的总称。钻探工程的特征：1隐蔽性；2不可预测性；3具有一定的约束条件；4具有生命周期。钻探工程的定义：为探明地下资源、地质条件、以及其它目的（地下水开采、工程施工等）而使用一定的工具，在地壳内按照一定的工艺技术破碎岩石形成钻孔的整个施工工程。钻孔：由以找矿普查、详查、勘探以及工程地质勘查、施工、石油钻井等不同用途的钻孔工程共同构成，钻孔的特征：1直径小；2深度大；3有开孔及终孔直径要求；4孔深由目的层的埋藏深度确定；5有明确的目的性。钻孔的的定义：是指根据地质条件或工作要求，在岩石中开凿的圆形断面空间。钻探工程技术的应用：1勘察领域：以探为主，如矿产勘探钻探、水文地质钻探、工程地质钻探。2生产领域：油井、水井、盐井等。3施工领域：用于各项岩土工程施工和处理，如桩孔、注浆孔等。钻探工程施工的阶段包括：钻进前准备、钻进过程和终孔三个阶段。钻进的主要工序包括：①钻进破碎岩石②取芯排粉③升降钻具④加固井壁⑤测试工作。钻探工程分类：一；地质钻探1普查找矿钻探：为了探查表土层下基岩的性质、产状探明地质构造而进行的钻探；2勘探钻探：为了进一步了解地质构造，矿层埋藏深度、产状及矿层的品位而进行的钻探；3水文地质钻探：为探明地下水的埋藏、流动规律、水质、水量及水温等水文地质规律为目的的钻探；4工程地质钻探：为探明某些建筑工程的地下基础及地基的承载力而进行的钻探。5石油天然气钻探：为勘探石油、天然气等矿层而进行的钻探。二；开采矿产资源钻探三；工程施工钻探。油、气勘探和开采的钻孔深度较大，一般在4000-5000米。研究地壳科学的超深井，深度已超过10000米。勘探钻孔的直径勘探钻孔的直径一般为76-146mm，但特殊用途的钻孔直径可达5000mm。根据钻孔中心线的倾角和方位角，地表钻探可以分为垂直钻孔钻进、倾斜钻孔钻进和水平钻孔钻进。冲洗液循环方式分类1冲洗液正循环钻进，2冲洗液反循环钻进。岩石的物理性质：在岩石生成过程中形成的岩石的基本性质。1岩石的密度；2岩石的孔隙性；3岩石的软化性；4含水性和透水性；5松散性和流散性6岩石的稳定性。岩石的力学性质：岩石在机械外力作用下所表现出来的力学特征。岩石的力学性质：1强度：岩石单位面积上所能承受的极限载荷值。影响因素；①自然因素；②工艺因素。2硬度：岩石局部范围的软硬程度。影响因素；①石英颗粒；②各向异性；③载荷性质。3研磨性；岩石磨损工具的能力。影响因素；①矿物成分和结构；②岩石的力学性质。岩石研磨性的测定方法：①钻磨法；②磨削法；③微钻头钻进法；④标准圆盘磨损法。岩石的可钻性：定义；在一定钻进方法下岩石抵抗破碎的能力。分级；六类，12级。岩石的可钻性分级方法：1力学性质指标法；2实际钻进速度法；3破碎比功法。钻探设备：1定义：钻孔施工所使用的全部地面设备的总称。①钻机：驱动、控制钻具钻进，并能升降钻具的机械。②钻机的技术特性参数：基本参数；主要参数；一般参数。2泥浆泵：指在钻探过程中，向钻孔输送泥浆或水等冲洗介质的机械。泥浆泵的主要作用①由泥浆泵向孔内输送不同冲洗介质，以冷却钻头、净化孔底、维护孔壁、携带或悬浮岩粉。②由泥浆泵向孔内输送水泥等灌浆材料，以堵塞钻孔漏失或封孔。③在使用孔底发动机钻进时，用泥浆泵将冲洗液介质输入孔内井底液动机，以液力驱动孔底发动机工作，以实现冲击回转钻进或定向钻进等。①往复式泥浆泵；②螺杆泵：3动力机：①；柴油机；②电动机；③型号和功力选择；4钻机的类别：①岩心钻机；②砂矿钻机；③水文钻机；④工程钻机；⑤坑内钻机；⑥浅孔钻机；地热钻机。5钻机的类别代号：X：岩心；SZ：砂钻；S：水文；G：工程；K：坑道；Q：浅钻；R：地热；6钻机的第一特征代号：①Y：液压操纵机械传动；②D：全液压动力头；③P：转盘；钻机的第二特征代号：①C：车装；②S：散装。钻机的钻进方法：①冲击式；②回转式；③振动式；④复合式。钻机的基本组成：①液压传动系统；②回转机构；③给进机构；④升降机构；⑤传动变速机构；⑥机架。钻进工具：1钻头：按切削具材料：：①金刚石；②硬质合金；③钢粒。建设项目有无必要；2按钻头用途：①取心钻头；②全面钻进钻头；③事故钻头。3岩心提断器；4岩心管：壁厚3.5-4mm的无缝钢管制成；长度一般为1.5m,3m,4.5m,其外径比所连接的钻头小1—4mm；5套管；6异径接头；7钻杆：常用的规格42mm、50mm、63.5mm等；8主动钻杆；9水接头；10钻铤。钻探用动力驱动装置：①电动机；②柴油机。驱动形式①单独驱动；②联合驱动。钻孔的质量要求：一：岩（矿）心采取率与整理（1）地质要求取心的地层、钻孔平均岩心采取率不得低于65%。（2）矿矿化带重要标志层及矿层与矿层顶板各3—5米不得低于75%（岩金矿80%）。（3）可采的薄矿层（厚度不小于4——5m）,每层平均采取率不低于75，厚%度较大的矿层从矿层顶板开始每5m或10m的平均采取率不低于75%（岩金矿80%）。（4）取出的岩（矿）心，应洗净后自上而下按次序装箱，不得颠倒或任意拉长，岩心应按规定编号，每回次应填放岩心票（包括没有岩心的回次），岩心箱应进行编号，箱子规格要符合要求且结实。二：钻孔弯曲与测量间距（1）垂直孔允许每100m弯曲20斜孔每100m弯曲30，按孔深累计计算。（2）方位角偏差，在设计时与地矿部门商定，一般不超过勘探网1／3—1／4。（3）测量间距，实测顶角小于50时，每钻进50m测一次顶角和方位。（4）磁性矿区要用防磁测斜方法。（5）终孔测斜，地质编录员应在现场监测。三：简易水文观测（1）在以清水为冲洗液的钻孔中每班至少要测1-2次孔内水位，未下好孔口管的孔段好泥浆钻进的钻孔可以不测。（2）每次观测应在提钻后、下钻前各观察一次，其间隔时间应大于3min.（3）钻进时遇有涌水、漏水、溶洞等现象应及时记录其孔深。四：孔深误差的测量与校正（1）每钻进100m、进出矿含层（矿层小于5m只测一次）、终孔后均要进行一次孔深测量，误差小于1‰者可不修正孔深。（2）测量要使用经过校正的钢尺。（3）见矿与终孔校正，地质编录员应在现场监测。五：原始班报表（1）要在现场用钢笔及时填写，要真实准确。（2）交接班班长和机长要亲笔签字，不得代签。（3）要整洁，终孔后装订成册。六：封孔（1）要有封孔通知书和封孔设计书。（2）要用32·5以上未过期的水泥水灰比要符合要求。（3）每封完一层要在封孔段顶部取水泥样验证。（4）要立孔口标志。钻探施工过程1：钻进前准备；2：钻进过程；3：终孔。影响硬质合金钻进效率的主要因素：岩石的性质、硬质合金钻头的质量、钻进时操作技术和钻进规程等。硬质合金钻进的优点：在软岩及中硬岩石中钻进效率高，钻进质量好，钻探材料消耗少，成本底，钻进操作简便，钻进方法灵活，应用范围广泛。钻探用硬质合金：1成分（1）骨架材料碳化钨；（2）粘接剂钴。2含量（1）碳化钨含量越高，硬度、耐磨性越大；反之，越低；（2）粘接剂钴含量越高，抗弯强度和抗冲击韧性越大，反之越小。3粒度在成分相同的硬质合金中，碳化钨的颗粒越细，则硬度越大，耐磨性能增高；反之，抗弯强度提高，韧性增加。硬质合金钻头：1磨锐式钻头；2自磨式钻头。肋骨式钻头主要用来钻进遇水膨胀、塑性大的软岩层。合金钻头的结构要素：（1）钻头体；（2）合金数目；（3）合金岀刃；（4）合金排列方式：一般单环排列钻头适用于研磨性小的岩石；双环排列钻头适用于研磨性不大、中等硬度的岩石；多环排列钻头适用于坚硬、耐磨性大或节理裂隙发育的岩石。；（5）切削具的镶焊角：①正前角斜镶。一般正前角为5°-13°5\n，切削性能较好，排除岩粉容易，但后角较小，后刃与岩石接触面积大，压入岩石阻力大，一般适用于钻进较软塑性地层。②负前角斜镶。一般负前角10°-15°能保持切削具有最大刃尖角，后角大，压入阻力较小，磨损断面增长较慢，支撑性能好，不容易折断及崩刃，能承受很大轴向压力，但前角为负值，不利于排粉，一般适用于钻进硬的岩石，有裂隙地层，软硬不均或研磨性的地层。③直角正镶。前角等于零，切削、耐磨、支撑和排粉介于上述两种形式之间，一般适用于钻进软到中硬岩层。⑹水口及水槽：硬质合金钻头上的水槽一般深为1.5-2mm，宽7-10mm。硬质合金钻进技术：一：最优钻进规程是在一定条件下，能达到最好钻探经济指标的钻进参数值。二：强力钻进规程是指钻进时所采用的比一般最优钻进规程值高的钻进规程值。三：特殊钻进规程是为了某些特殊目的和要求而采取的特殊规程或受限制的规程值。合金钻进钻压的表示方式：1：单位钻压；每颗硬质合金上的压力；2：总钻压；整个钻头所加的压力。合金钻进转速的表示方式。1：转速：是指钻头回转时的圆周线速度；2转数：是指钻头每分钟的转动次数。3转数与钻速的关系是：n＝60v／3·14d。硬质合金钻进规程：1硬质合金适用于钻进1-6级及部分的7-8级岩层；2必须排队轮换使用；先用外径大内径小的；后用外径小内径大的。3孔内残留岩心在0·5M以上或有脱落岩心时，不得下入新钻头。4新钻头下入孔内经过3-5min的初磨。5正常钻进时，保持压力均匀，不得无故提动钻具。6在非均质的裂隙地层中，要适当降低压力，以防止合金崩刃。7合理掌握回次进尺长度，以保证岩矿心采取率。8不能用钢粒作卡料，防止钻头被人为损坏。9注意钻头磨损及岩心变化情况，以便制定下回次的钻进参数。金刚石钻进的优越性：①钻进效率高，在岩石愈硬的地层，钻进效率提高的幅度愈大。②钻孔质量好，岩心采取率比较高，而且岩心完整、光滑。③孔内事故少、应用范围广。④装备轻、劳动强度低、钻探成本小。金刚石钻进扩孔器的功用：①修整孔壁，保证孔壁光滑整齐、孔径均匀，不因钻头磨损而缩小。②导正钻头，保持其稳定工作。③分担钻头外侧刃的工作量，既保证了足够的孔壁间隙，又使钻头外出刃不太大。表镶金刚石：单颗粒金刚石破碎岩石的作用原理：①在硬岩中，压裂、压碎加体积破碎为主；剪切破碎为辅；②在破碎塑性大的硬及中硬岩石中，以切屑破碎为主，压裂为辅；孕镶金刚石：破碎岩石的作用原理：多刀多刃，刻划蚀痕，微切削，微压裂压碎。金刚石的物理性质：硬而耐磨，脆而怕烧。金刚石的粒度直径大于1㎜：的金刚石通常以粒／克拉表示；用于表镶钻头；进一步划分为：粗粒5-20粒／克拉，中粒20-40粒／克拉，细粒40-100粒／克拉;细粒钻头适用于钻进致密、坚硬地层。直径小于1㎜的金刚石通常以目表示；目即每英寸长度内的网眼数。用于孕镶钻头。进一步划分为：24目、36目、46目、60目、70目、80目、100目等档次。矿山地勘用金刚石粒度：表镶钻头：80-100粒／克拉；孕镶钻头：150-400粒／克拉；或20-100目。表镶金刚石钻头适用地层：致密、坚硬地层。孕镶金刚石钻头适用地层：非均质、中硬至极硬地层。扩孔器：功用：①修正孔壁；②导正钻头；③分担钻头外侧刃的工作量。扩孔器组成：①金刚石；②胎体；③刚体三部分组成。工作带的宽度为20-35㎜,实际尺寸比钻头大0·3—0·5㎜。水槽形式有密条状、宽条状、螺状。螺旋状水槽排水阻力小，是合理的形状。卡簧：作用：卡住并提断岩心。类型：内槽式、外槽式、切槽式。制作材料：40号铬钢或65号锰钢加工。金刚石钻进技术参数：钻压：岩石完整、硬度高、中等研磨性，宜采用大钻压；岩石较软、研磨性强、裂隙发育、破碎不均质，应采用小钻压。转速：每分钟钻具的回转次数；。冲洗液量：1金刚石钻进时，一般要求冲洗液的上反流速为0·4-0·7m／s;金刚石钻进规程参数的配合：1各参数之间合理配合；2正常规程参数下钻进；3尽量减少临界规程参数下钻进。金刚石钻头的选择及注意事项：⑴钻头的选择原则；①软和较软岩层，可选用聚晶金刚石钻头；中硬和完整均质硬岩层，可选用天然表镶金刚石钻头；软硬不均、节理发育和裂隙地层，育选用孕镶钻头。②岩石的研磨性越强，硬度越高，则钻头的金刚石粒度越小，最好用孕镶钻头。岩石硬度越低，研磨性越弱，则钻头的金刚石粒度应越大，如选用天然金刚石钻头、聚晶金刚石钻头。③岩石硬度越高或研磨性越弱，则钻头金刚石浓度越低；岩石硬度越低或研磨性越强，则钻头金刚石浓度越高。④岩石的研磨性越强或硬度越低，则钻头的胎体硬度应越高，反之，岩石的研磨性越弱或硬度越高，则钻头的胎体硬度应越低。⑤钻头的唇面形状要与岩层相适应。⑵合理使用：分组、排队、轮换使用：先用外径大、内径小的，再用内径大、外径小的。换径钻头应采用针状合金钻头或旧金刚石钻头，并用较小压力和转速钻进，严防孔斜。合理选择钻具的级配：为了尽量减小钻具与孔壁的环状间隙，增加钻具的稳定性，提高钻速，减少讲故事的消耗，避免金刚石的异常磨损，合理的钻具级配是至关重要的。钻具的减振及稳定措施：⑴采用合理的组合钻柱；⑵满眼钻进；⑶增加钻具的稳定性；⑷润滑钻具；卡簧与卡簧座的配合尺寸：卡簧座与钻头内台阶的间隙是0·3-0·4㎜,以确保水流畅通或岩心进入内管不被堵塞。卡簧自由内径：应比岩心外径大0·3-0·4㎜。三必提五不扫：三必提：①下钻遇阻，轻转无效必提；②岩心堵塞必提；③钻速骤降必提；五不扫；①不用金刚石钻头扫孔；②不用金刚石钻头扫探头石；③不用金刚石钻头扫脱落岩心；④不用金刚石钻头扫残留岩心；⑤不用金刚石钻头扫掉块；如何处理地层打滑：①适当加大钻压，强迫钻头进尺，迫使钻头进尺，使金刚石出露，待正常后恢复钻压；②减小泵量，借孔底增加残留岩粉来加速对钻头胎体磨损，使金刚石出露；③在孔内投入或在冲洗液在加入摩擦剂，如硬岩粉等，增加钻头与孔底的摩擦，促使金刚石出露。残留岩心：孔底残留岩心超过0·2m时应专门捞起。钢粒钻进的优点：钢粒钻进的翻滚碎岩产生纵向脉动冲击，可以破碎硬度比钢粒本身还大的岩石。可钻7级以上的、坚硬致密的或研磨性很大的岩层。在钻进过程中，钢粒消耗后可继续补给钢粒，从而可以延长回次钻进时间，这对钻进坚硬、研磨性强的岩层十分有利。钢粒钻进技术参数：钢粒钻进技术参数包括投砂方法及投砂量、钻压、转速和冲洗液量等。钻头水口形状：a、双斜边水口b、单弧形水口c、双弧形水口d、斜弧形水口。投砂方法：一次投砂法：就是在钻进开始前把一个回次所需的钢粒一次投入孔底。孔壁完整时，可从孔口直接投入；孔壁破裂时，应当把钻杆下至接近孔底时，从钻杆中投入。从投砂方法来说，一次投砂比较简便，所以使用较广。结合投砂法：又称分批投砂法，这种方法是在回次开始前先投入一定数量的钢粒，待钻进一定时间后再分别补投1~2次。这种方法在一定程度上改善了一次投砂法刚投入孔底时，孔底钢粒多、扩孔严重和磨细岩心的缺点。冲击钻进钻头:冲击钻进钻头的刃角取决于岩性，一般对软岩层取65°~80°；中硬岩层取90°~110°；硬岩层取110°~120°.刃面角一般为180°，当地层较软时，可制成小于180°的刃面角，以加速孔底岩石破碎。为了使钻头在运动中减少与孔壁的摩擦，在切削刃外端保留一间隙角（4°~8°）。钻头形状有一字形，工字形，十字形，马蹄形或圆形。目前较普遍的是十字形带副刃的钻头。钢丝绳冲击钻进技术参数：钻具质量冲击高度冲击次数④岩粉密度。土样的种类及质量要求：“不扰动土样”或“原状土样”的基本质量要求是：没有结构扰动；没有含水率和孔隙比的变化；没有物理成分和化学成分的改变。对土样采取的要求：1、钻进要求：5\n使用合适的钻具与钻进方法。一般应采用较平稳的回转式钻进。若采用冲击、振动、水冲等方式钻进时，应在预计取样位置1m以上改用回转钻进。在地下水位以上一般应采用干钻方式。在软土、砂土中宜用泥浆护壁。若使用套管护壁，应注意旋入套管时管靴对土层的扰动，且套管底部应限制在预计取样深度以上大于3倍孔径的距离。应注意白痴钻孔内的水头等于过稍高于地下水位，以避免产生孔底管涌，在饱和粉土、细砂土中尤应注意。2、取样要求：到达预计取样位置后，要仔细清除孔底浮土。孔底允许残留浮土厚度不能大于取土器废土段长度。清除浮土时，需注意不致扰动待取土样的土层。下放取土器必须平稳，避免侧刮孔壁，取土器入孔底时应轻放，一避免撞击孔底而扰动土层。贯入取土器力求快速连续，最好采用静压方法。如采用锤击法，应做到重锤少击，且应有导向装置，以避免锤击时摇晃。饱和粉土、细砂土和软黏土，必须采用静压法取样。④当土样贯满取土器后，在提升取土器前应旋转2~3圈，也可静置约10min，以使土样根部与母体顺利分离，减少逃土的可能性。提升时要平稳，切忌陡然升降或碰撞孔壁，以免失落土样。岩（矿）心采取的要求：1、岩（矿）心采取率：岩（矿）心采取率即实际自孔内取上的岩（矿）心长度与实际钻进进尺的比值。对于岩（矿）心的一般要求：岩心不低于65%，矿心不低于75%，如果不足，应进行补取。2、完整性：要求取上的岩（矿）心保持原生结构和原有品味，以便划分矿石类型，观察矿物原生结构和共生关系；尽量避免人为破碎，颠倒和扰动。3、纯洁性：要求取上的岩（矿）心不受外物的侵蚀、污染和渗进，以免影响矿石的品味、品级和物理性质。如煤心混入黏土将使样品的灰分增加，滑石混入泥浆将使二氧化硅含量提高等。4、避免选择性磨损：矿心的选择性磨损，会使其内在物质成分发生变化，造成矿物人为贫化和富集，歪曲原品味和品级。5、取心部位准确：要求取上岩（矿）心的位置准确，为了得到岩（矿）层准确的埋藏深度、厚度和产状，以准确地计算矿产储量和确定其地质构造。影响岩（矿）心采取的因素很多，包括地质因素、工艺因素、人为因素。取土的方法：压入法：分为连续压入法和断续压入法两种。前者是用滑轮组合装置将取土器一次快速的压入地层中，适用于较软土层中的取样；后者是将取土器分两次货多次压入地层中。击入法：击入法一般适用于较硬与坚硬的土层取样，分为孔外击入法和孔内击入法两种，回转击入法：采取坚硬土层中的土样或岩样时，若上述取土方法无法采取，可采用机械回转钻进用的回转压入式取土器（双层取样器）。若须在岩层中采取原状样品，则可在岩心钻探的岩心中直接挑选原状样品。常用岩（矿）取心方法：卡料卡取法；卡簧卡取法；干钻卡取法；④沉淀卡取法；⑤楔断器卡取法。常见取土器类型：贯入式取土器：贯入式取土器取样时，采用击入或压入的方法将取土器贯入土中。这类取土器又可以分为敞口取土器和活塞取土器两类。敞口取土器按取样管壁分厚壁、薄壁和束节式三种，活塞取土器又有固定活塞、水压固定活塞、自由活塞等几种。回转式取土器：回转式取土器的基本结构与岩心钻探的双层岩心管相同，分为单动三重管取土器和双动三重管取土器。回转式取土器可采取较坚硬、密实的土类以至软岩的样品。单动三重管取土器适用于软塑—坚硬状态的黏性土和粉土、粉细砂土额，土样质量Ⅰ~Ⅱ级。双动三重管取土器适用于硬塑—坚硬状态的黏性土、中砂、粗砂、砾砂、碎石土及软岩，土样质量亦为Ⅰ~Ⅱ级。常用取心（岩（矿）心）工具：1、单层岩心管钻具2、双管钻具：双动双管钻具；单动双管钻具。3、绳索取心钻具是一种不提钻取芯的钻进装置，即在钻进过程中，当内岩心管装满岩心或岩心堵塞时，不需要把孔内全部钻杆提升到地表，而是借用专用的打捞工具和钢丝绳把岩心管从钻杆柱内捞取上来，只有当钻头被磨损需要检查或更换时，才提升全部钻杆柱。SC-56型绳索取心钻具的主要机构①捞矛机构。②弹卡机构。③缓冲机构。④单动机构。⑤调节机构。⑥打捞机构。4、反循环取心钻具岩心整理：岩心清理；岩心丈量；岩心的整理。钻孔的空间位置：①孔深L：孔深L是指孔口到测点钻孔轴线的长度。在钻进过程中，对孔深随时都有记录。②顶角θ：顶角θ是钻孔轴线与铅垂线之间的夹角。倾角γ是水平面与钻孔轴线的夹角。顶角与倾角互余。当θ=0°时，钻孔为垂直孔；当θ=90°时，钻孔为水平孔；当0°<θ<90°时，钻孔为倾斜孔。③方位角α：方位角α是指钻孔轴线的水平投影与正北方向之间的夹角。从正北方向起按顺时针方向计算。钻孔弯曲的类型：顶角弯曲：如果钻孔轨迹只有顶角变化，而无方位角变化，则这样的钻孔轨迹是垂直平面内的曲线。顶角变化亦称为顶角弯曲。顶角增大时，称顶角上漂；顶角减小时，称顶角下垂。在这种情况下钻孔轨迹的水平投影是一直线，而它的剖面是一曲面。这种曲线可能拟合为单一的圆弧、抛物线或其他曲线，也可能拟合为不同直径的圆弧或其他曲线组成的复杂曲线。方位角弯曲：方位角变化称为方位弯曲。方位角增大时，方位弯曲为正值；方位角减小时，方位弯曲为负值。（1）如果只有方位角变化，而无顶角变化，则钻孔轨迹呈螺旋状，为一空间曲线。（2）如果钻孔轨迹既有顶角变化，又有方位角变化，则这样的钻孔轨迹即可能是空间曲线，也可能是倾斜平面内的曲线。顺层跑：当遇层角小于15°，且互层的软硬相差较大时，钻孔则沿硬岩层层面弯曲，俗称顺层跑。顶层进：当遇层角大于30°时钻孔将向与硬岩层层面相垂直的方向弯曲，俗称顶层进。保证安装质量安装设备前，地基要平整、坚实、填方部分不得超过1/3，机台木要水平、稳固。并使天车、孔口、立轴三点成一线。钻孔弯曲测量的原理：1顶角测量原理：液面水平原理悬锤原理。2、方位角测量原理：地磁场定向原理：当罗盘的磁针呈水平状态时，将永远指向大地磁场。利用这一特性，可测钻孔磁北方位角。地面定向原理：在地面用经纬仪，油已知坐标点导测一通过孔口中心的方向作为定位方向，然后，将此定位方向设法传到孔内各测点。惯性定向原理：利用陀螺测斜仪对有磁性干扰的钻孔进行测斜，无论在工作效率还是测量精度上，都比前述两种定向方法高。钻孔空间位置的确定：常用三种方法来处理测斜数据：原角全距法，即将某点所测得的数据用以控制此测点至下一测点整个孔段；原角半距上移法，即将某测点所测得的数据，用以控制该测点上下各一半距离；均角全距法，即将上下两侧点所测得的数据取平均值，作为计算这个孔段用。受控定向钻进工具：保持原来钻孔方向的工具；增加钻孔自然弯曲强度的工具；使钻孔按预定方向弯曲的工具。钻探施工中，采用人工导斜工具或利用钻孔自然弯曲规律使钻孔的实际轴线按设计轴线延伸，以达到地质目的或其他工程目的一种钻进方法，称为定向钻进。钻孔冲洗与护壁堵漏的目的：1、清洁孔底，携带岩屑；2、冷却和润滑钻头及钻柱；3、平衡井壁岩石侧压力；4、平衡（控制）地层压力；5、悬浮岩屑和加重剂；6、在地面能沉除砂子和岩屑，调配后能循环利用；7、有效传递水利功率；8、承受钻杆和套管的部分重力；9、提供所钻地层的大量资料；10、水利破碎岩石。冲洗液的类型：水基冲洗液：水基冲洗液是一种以水位分散介质，以黏土（膨润土）、加重剂及各种化学处理剂为分散相的溶胶悬浮体混合体系。水基冲洗液还可分为淡水盐水冲洗液（包括海水及咸水钻井液）、钙处理冲洗液、饱和盐水冲洗液、混合乳化（水包油）冲洗液、不分散低固相聚合物冲洗液、钾基冲洗液、聚合物冲洗液。5\n油连续相冲洗液：油连续相冲洗液（习惯称为油基冲洗液）是一种以油（主要是柴油或原油）为分散介质，一加重剂、各种化学处理剂及水等为分散相的溶胶悬浮混合体系。其主要组成是原油、柴油、加重剂、化学处理剂和水等。气体型钻井流体：气体冲洗液是以空气或天然气作为钻井循环流体的冲洗液。冲洗液的性能要求：①良好的冷却散热能力和润滑性能；②良好的剪切稀释性能；③良好的护壁、防漏、稳定性；④不腐蚀钻具。泥浆的性能：黏度：黏度是指液体流动时具有不同流速的各层间内部摩擦力的表现。泥浆黏度，是泥浆流动时固体颗粒之间、固体颗粒与液体之间和流动分子之间等得内摩擦的反映。泥浆黏度的大小主要取决于泥浆中的固相含量及其分散程度，固相颗粒的聚结（絮凝）稳定状况，，液相的性质和高分子处理剂的性质、分子量及浓度等。相对密度：泥浆的相对密度是泥浆质量与同体积水质量的比值。泥浆相对密度的大小主要取决于泥浆中固相（黏土、岩粉、加重剂等）得含量和固相物质的密度。含砂量：含砂量是指泥浆中大于74μm的不易分散的固体颗粒（即200目筛网通不过的颗粒）含有量占泥浆总体积的百分数。所谓含砂，是指上述不易分散的固体颗粒，一般指泥浆中的非黏土矿物。泥浆中含砂量高，不仅会增加对泥浆泵和钻具的磨损，而且会使在孔内形成的泥皮疏松，渗透性大，失水量高，泥皮厚，易引起泥皮垮塌，造成孔内事故，因而在钻进过程中必须做好泥浆的除砂净化工作。④滤失量：泥浆在规定的压力差下，在30min的时间内通过一定过滤断面而失去的自由水量，称为泥浆的滤失量，单位为mL/30min。滤失又称试水，滤失量亦称为失水量。所谓滤失量，是指在定压差下，规定时间内冲洗液的液相渗入地层的数量。⑤胶体率：胶体率是冲洗液静止规定时间后胶体成分体积与总体积之比。泥浆的胶体率是以泥浆中黏土颗粒分散和水化程度，以及保持悬浮状态的状况粗略衡量的。测定方法是将100mL的泥浆倒入有刻度的量筒中，静置24h，观察量筒顶部泥浆析出的水分情况。如上部析出5mL水，则胶体率为95%。通常要求泥浆胶体率在96%以上。⑥稳定性：稳定性主要指沉降稳定性。沉降稳定性是分散体系中的固体颗粒在种类场作用下维持其浓度均匀分布的特性。⑦静切力：泥浆在静止状态时，受外力影响开始流动所需最小的力，称为静切力。静切力一般是指破坏1cm²面积上泥浆内部网状结构所需的最小的力，单位为帕（Pa)。泥浆的护壁作用：泥浆具有造壁能，形成泥皮，保护孔壁的作用。复杂地层分类：复杂地层常分为漏失地层与不稳定地层两大类，其中漏失地层又分为孔隙类地层、裂隙类地层和溶隙类地层；不稳定地层包括力学不稳定地层（松散多地层，破碎带，承压水，油，气地层）和物理化学不稳定地层（水敏性地层、易溶地层）。复杂地层的护壁措施：孔隙类地层：中小型裂隙采用高黏，高切泥浆钻进；大容量型还可考虑惰性材料充填、化学浆液堵漏和套管隔离；大厚度型用泡沫泥浆钻进、化学快速注浆堵漏和孔底局部反循环钻进。裂隙类地层：以水泥注浆堵漏和套管隔离为主。洞隙类地层：中小型用惰性材料填充和套管隔离，大容量型可采用惰性材料填充后注浆或人工造壁后堵漏，大厚度型采用孔底局部反循环钻进和套管隔离。④松散地层（如流砂层、破碎带等）：其表现为岩石结构松散，孔壁极不稳定，孔壁受钻杆柱振动冲打，液柱压力小于地层压力时掉块、坍塌，冲洗液渗漏，起下钻受阻。对这类地层主要采用优质泥浆钻进，以防漏、防塌为主，必要时泥浆做增黏、加重处理，同时要保证孔内液柱压力，另外也可在钻穿后用套筒隔离的办法。在承压水、气、油地层，地下承压层压力大于液柱压力，从钻孔内涌出，引起孔壁坍塌，可采用加重泥浆并保持孔内液柱，钻穿后用套筒隔离的方法。⑤水敏地层：地层因吸水而引起膨胀或松散，进而造成缩径或超径，严重时导致孔内各类事故发生，这类地层用优质泥浆护壁，以降低失水为主。常用护壁堵漏方法：泥浆护壁堵漏；水泥护壁堵漏；化学浆液护壁堵漏；④惰性材料护壁堵漏；⑤套管护壁堵漏。一般孔内事故：断落钻具；卡埋钻具；套管事故；④钻孔偏斜超差；⑤钻孔漏失。特殊孔内事故：在泥质和吸水性岩层易发生的泥包和吸附卡钻事故；在卵砾石层易发生的孔壁失去稳定性而卡埋钻具事故；在溶洞裂隙地层易发生的漏失和折断钻具事故；④在含盐地层和冻结层施工易发生的钻孔超径和钻孔坍塌现象等；⑤在急倾斜、软硬互层中易发生的钻孔偏斜事故；⑥在风化蚀变带和破碎带易发生的岩（矿）心采取率不足现象。孔内事故的处理原则：对事故发生部位、事故钻具位置及孔内情况要摸准摸清；处理事故前，认真研究事故发生前后的征兆，初步确定事故原因、性质，慎重决定处理方法、步骤，并认真地选择和检查处理工具；处理事故要做到快、稳、准、勤。要抓紧时间，及时排除，避免事故恶化。常见的处理方法：⑴捞⑵提⑶串⑷扫⑸冲⑹打⑺顶⑻反⑼透⑽炸⑾扩⑿割⒀劈⒁磨⒂偏。钻具折断事故：钻具折断的事故分析：由于钻杆长时间在孔内工作，与孔壁岩石发生摩擦，补课避免地被磨薄、磨偏，使得钻杆的强度下降。钻具脱落与跑钻事故的原因：实行螺纹联结的钻具，由于联结部分松动、脱落，在钻孔中造成掉钻事故。钻孔出现钻具脱落，初步怀疑为丝扣磨损旷量大或钻具自转脱扣造成。钻具挤夹事故的原因：施工过程中，孔内钻具受到极大阻止，回转或升降遇到困难，通常提示发生了夹钻事故。表现为：动力机响声异常或电流表值增高；钻具回转吃力，提动困难；皮带运转不平稳，跳动厉害；孔口冲洗液突然中断或泵压升高；孔内有异常响声。钻具卡阻事故：所钻岩层节理裂隙发育，当岩石破碎、有坍塌掉块时，部分破碎地层因倾角大产生下滑卡钻；钻进时由于钻具稳定性差对孔壁产生“敲帮”，增加了掉块和探头石卡钻的可能性；冲洗液的质量变坏，尤其是失水量过大，造成吸水膨胀岩石缩径或松散不稳定岩层坍塌掉块而卡钻；④钻孔弯曲严重的孔段，有时会产生键槽现象卡阻钻具升降，在松软岩层钻进时，由于钻速过高也会造成螺旋孔对钻具造成卡阻。埋钻事故的原因：地质条件复杂。如遇节理发育的砂岩、泥灰岩，易发生钻孔坍塌、掉块，造成埋钻；孔内岩粉聚集。钻进过程中，孔内岩粉聚集通常会造成埋钻事故；操作不当。当遇到下列情况时，必须校正孔深：正常钻进每50~100m；遇到主矿层前后。当矿层厚小于3m时，见矿时应校正一次；过矿后，可不校正；换径或下套管和终孔等。封孔的条件：钻孔验收后，凡属下列情况的钻孔应予回填封孔：揭露两个或两个以上含水层或对水文地质条件有影响的钻孔；位于江、河、湖、海防护堤附近的钻孔；穿过工业矿体及在开采矿区施工的钻孔；④位于或邻近建筑物地基上的钻孔；⑤对土地耕作及道路安全有影响的钻孔；⑥无开采意义或非探采结合的承压自流水钻孔。封孔材料：黏土封孔；水泥砂浆封孔。水井钻探：水井钻探是为工农业及生活用水而进行的钻探工程。水文水井钻探的特点：1地层复杂。2钻孔（井）深度小；3钻进方法的多样性；4设备类型繁多；5劳动强度大。水文水井钻进方法的分类：1、回转钻进；2、空气钻进；3、反循环钻进；4、冲击钻进；5、潜孔锤钻进；6、振动钻进。反循环钻进方式：泵吸反循环：泵吸反循环是利用砂石泵的抽吸力量，使冲洗液进行反循环的管路布置方法。泵的进水口与钻杆上水龙头相连，排水口与供水池想通。由钻头、钻杆、水龙头、砂石泵组成了抽吸系统；由砂石泵、出水胶管、供水池等组成了排渣系统。钻进的深度不可超过70米。压气反循环：压气反循环又称气举反循环。其基本原理是利用空气压缩机将压缩空气通过双壁钻杆送至井下的气水混合室，使钻杆内的水-气混合，形成比重小于管外液体的气水混合液，这样在钻杆内外形成压力差。在此压力差的作用下，钻杆内气水混合液携带岩屑后，被派出钻孔而流入沉淀池中，经沉淀后又以自流的方式流向孔内环状间隙，完成了压气反循环过程。5\n射流式反循环：射流式反循环的工作原理，是利用高速的液流（清水或泥浆）经喷嘴射入循环管路，造成负压，这种负压能使管路产生抽吸作用。其工作原理与岩心钻探中的“喷反钻具”相同。水文水井成井工艺：1、冲井破壁。冲井换浆。探井。2、下管（一）井管组成：井壁管。滤水管。沉砂管：沉砂管是连接在井管最下端，起沉砂作用的管子。沉砂管长度根据出水量和出砂的可能来考虑，一般为2~10m。沉砂管下端为井底。（二）下管：下管方法钻机升降机提吊下管法。提吊加浮力塞法。托盘安装法。④钻杆托盘二级下管法。⑤综合法下管。砾料的选择：砾料的形状要求滚圆度较好，不带棱角，以圆球状为最佳。砾料的成分应选择坚硬、不易起化学作用的石英砂或其他硅化岩砾。在含水层矿化度较高地区不可选用钙质砾料，以防与地下水起化学作用而造成砾料自动黏结。填砾厚度与高度：填砾厚度一般为75~100mm，细砂地层要适当增加填砾厚度，可采取局部扩孔增加填砾厚度。在确定填砾高度时，应考虑到洗井抽水过程中，砾料会密实下沉（一般下沉1/5~1/10）。填砾高度应超过含水层顶板，由于开采条件不同，要求含水层顶板填砾3~5m。当开采含水层靠近咸淡水界面时，填砾要低于咸淡水界面5m以上。填砾方法：①静水填砾法②管外返水投砾法③抽水填砾法。止水：止水的目的有：水文地质工程地质的止水是为了取得分层（组）的水位、水量、水质、水温及岩石的渗透系数等资料，达到正确的评价水文地质工程地质条件。止水是为了封闭有害含水层，如在咸淡水界面以下止水，可将不可利用的咸水层隔离。临时止水：海带止水粘土球止水胶塞止水。永久止水：黏土止水和水泥止水。止水方法有：泵入法：利用水泵压力，将水泥浆通过钻杆柱压到井管与井壁之间。灌注器送入法：利用灌注器将水泥浆送到井管与井壁之间。孔内混合法：利用塑料袋装入水泥干浆（小水灰比），送至孔底后，再下入粗径钻具将水泥浆挤入井管与井壁之间。洗井的目的：1、彻底清除井内岩屑和泥浆及孔壁上的泥皮。2、抽出滤水管周围的含水层中的泥、土和粉细砂，以疏通含水层，并使滤水管周围形成一个良好的人工滤水层，借以增大啊井管周围的渗透性能，使其达到它应有的出水量和使用寿命。洗井方法：冲孔器洗井活塞洗孔空压机振荡洗井④液态二氧化碳洗井。水位观测：1、水位的观测应以一固定点为零点进行观测，抽水之前应先观测静止水位；2、静止水位应采用试验抽水后的恢复水位；3、抽水试验开始的观测时间间隔为1、3、5、10、15、30min。水位稳定后每隔30min观测一簇；4、水位稳定标准：一般水位上下波动误差不超过落程的1%即为稳定；5、恢复水位的观测时间间隔为1、3、5、7、10、15min。待水位恢复到接近静止水位并等待30min无变化时，可结束观测。工程地质钻孔的类型：测绘孔勘探孔控制孔④试验孔。工程地质钻探方法：钻孔深度较浅，一般不超过50m。钻孔直径一般不超过150m。人力冲击和回转钻进机械冲击和回转钻进振动钻进④螺旋钻进。地基处理的基本方法：置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学等方法。5