钻孔工程设计培训教程.doc

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1、钻孔工程设计第一节 钻孔结构一、概念钻孔结构是指开孔至终孔孔身口径的变化。换径次数愈多，钻孔结构越复杂，反之越简单。钻孔结构的选择，要充分考虑矿区的岩石性质、水文地质条件、终孔口径、钻孔深度、钻进方法、钻孔用途等因素。二、确定钻孔结构总的原则以终孔直径做为拟定钻孔结构的标准，对照理想岩层剖面自下而上拟定各段的口径和开孔直径。在保证钻孔质量和安全钻进的前提下，尽可能地采用泥浆护孔从而减少或不下套管和少换径，最大限度地简化钻孔结构。三、钻孔结构选择示例勘探某金属矿床时，设计孔深700米，采用金刚石钻进，地质剖面包括以下层位：（1）0至100米为可钻性1-7 级

2、的岩石，该段全漏水不循环；（3）100至700米为可钻性9至10级的稳定岩石；（4）地质取样要求以59mm终孔。试确定该钻孔结构。[分析]从已知条件，自160米至终孔适于一径到底，不下套管；分析地质剖面，该钻孔下孔口管和一层套管即可；为封闭漏失层，套管下放深度为120-130米，管鞋伸进稳定层10至20米，套管直径为73mm，因此该孔段须用76mm钻进；孔口管长18至20米。直径89mm，因此开孔取91或110mm。据此可作出如上图的钻孔结构图。在矿区钻探技术设计书中，值得注意的是应该将矿区的钻孔结构划分为简单钻孔结构和复杂钻孔结构二种类型加以作图说明，同

3、时作图时应将各要素如直径、换径深度等标明。第三节钻进方法目前岩心钻探工作中，一般根据各矿区地层岩石力学特性、结构与构造，结合钻探设备与护壁堵漏措施等因素，常采用合金与金刚石分层钻进的方法。一般地，开孔采用合金钻进至完整岩面3至5米，然后扩孔下孔口管隔离上部松散层、覆盖层等不稳定地层，然后改用金刚石钻进至终孔。因此，在此只介绍这二种钻进方法。一、硬质合金钻进 1概念将具有一定强度和形状的硬质合金，按钻进要求固定于钻头上，在一定的技术条件下，作为切削具破碎岩石的一种钻进方法。2钻探对硬质合金的要求 合金钻进是靠固定在钻头体上的硬质合金来破碎岩石的，而各种岩石都

4、具有一定的强度和研磨性，钻进时钻头上受力也很复杂，因此，所使用的硬质合金应具有如下性能：①硬度大且耐磨性强。便于钻头能有效地切入或压入岩石，并能抵抗岩石对硬质合金的磨蚀作用。②抗弯强度大且韧性好。便于能承受破碎岩石过程中各种变化的负荷而不至于崩刃和碎裂。③热硬性好而导热性高。钻进中孔底会产生很高的温度，因此要求较高的热硬性，而且在冲洗液中易于释放热量。④成型性好，容易镶焊在钻头体上。地质勘探用的硬质合金主要是钨钴合金，这类合金其性能满足上述要求。3硬质合金钻头 钻探用的硬质合金钻头的结构合理与否直接影响到钻进效率、钻头寿命、钻孔质量以及材料成本，因此要认真

5、对待合金钻头的结构要素的研究与选择。它一般分为二大类：取心钻头和全面钻头。地质勘探中一般都只采用取心钻头。①钻头体：它是镶嵌切削具的基体，用D35或D45号无缝钢管制成，针状合金钻头的内外出刃应与相应的金刚石钻头一致，钻头体长度不得短于95mm，其中丝扣部分长度40mm，钻头钢体壁厚7至9mm，过厚克取岩石面积大，消耗功率多，过薄影响强度而容易变形。壁厚在保证足够强度与刚度的条件下力求减小，以使克取面积减少以提高钻进效率。②合金镶焊数目和排列形式：应根据岩石性质、钻头直径、合金质量、钻具强度和设备功率等因素来确定。钻头直径大、孔较深、岩石硬度大和研磨性较高

6、时，合金数量要适当增加。地质勘探中常用的数量如下表所示。钻头规格（mm）合金数量（个）岩石性质3646597691110130150研磨性较强的岩层3-43-44-666-88-1010-1412-14弱研磨性岩层3-43-444-666-8810在排列形式上一般采用均匀单环排列。③切削具的出刃：主要是底、内、外三种出刃。其中底出刃起切入并破碎岩石的任务，大出刃利于破碎岩石和冲洗液流通，但过大容易造成崩刃与折断；内外出刃主要是形成环状间隙，以保证冲洗液流通，较大的内外出刃会导致钻头回转阻力增大，容易崩刃折断，但有利于排粉和减少岩心堵塞的机会，太小了则容易造

7、成岩心堵塞和影响排粉效果甚至会造成糊钻等不良现象。因此，出刃的大小应根据岩石性质来考虑，实际工作中可参考下表进行选择。岩石性质内刃（mm）外刃（mm）底刃（mm）松软、弱至中等研磨性岩石1.5-2.52.5-32-3中硬、强研磨性岩石1-21-21.5-2.5④镶焊角：合金颗粒与钻头唇面的夹角，一般采用正前角镶焊，这种镶焊切削具有自磨作用也有利于排粉，但所需轴向压力要较其他方法大些。⑤水口及水槽：起到冲洗液流通冷却钻头和携带岩粉的作用，其形状与大小应根据岩层性质、钻头结构形式、冲洗液种类的不同而考虑。一般地，水口面积的总和要大于钻头与岩心之间或钻头与孔壁之

8、间的环状面积，以减少循环阻力。4合金钻进技术参数合金钻进的技术参数