巖心鉆探操作講座-鉆探基礎(chǔ)知識(shí)（第一講）

第一講 鉆探基礎(chǔ)知識(shí)

一、鉆探的基本概念

1、鉆探：用鉆機(jī)按一定設(shè)計(jì)角度和方向向地下鉆孔，通過(guò)取出孔內(nèi)的巖芯、巖屑或在孔內(nèi)下入測(cè)試儀器，以探明地下礦產(chǎn)儲(chǔ)量、了解地層結(jié)構(gòu)、巖石性質(zhì)及滿足其它工程施工要求等，這種工程稱為鉆探。

2、巖芯鉆探：鉆進(jìn)時(shí)，在孔底保留巖芯，并主要以提出的巖芯來(lái)研究、了解地下地質(zhì)和礦產(chǎn)情況的鉆探方法。

3、鉆進(jìn)：利用鉆頭在孔底工作，破碎巖石和繼續(xù)加深鉆孔的作業(yè)。它包括破碎孔底巖石和使鉆孔按要求延伸兩個(gè)方面。

4、鉆進(jìn)方法：向地下鉆孔時(shí)，破碎孔底巖石的方法和技術(shù)措施的總稱。

5、鉆探工藝：如何利用一定的設(shè)備和工具來(lái)破碎巖石（土層），在地層中造成一個(gè)有一定直徑和深度的圓滑規(guī)則的鉆孔，并采取一定的技術(shù)措施以保證鉆進(jìn)工作順利進(jìn)行的全部工作。

6、鉆孔：為進(jìn)行礦床勘探或其它工程目的，采用鉆探機(jī)械設(shè)備或其它方法帶動(dòng)鉆頭而鉆得的圓柱形孔。它具有深度大、直徑小、方向任意的特點(diǎn)。

7、鉆孔空間三要素

①孔深（L）：孔口至測(cè)點(diǎn)的鉆孔軸線的長(zhǎng)度；

②頂角（θ）：測(cè)點(diǎn)處鉆孔軸線（或其切線）與鉛垂線的夾角；

③方位角（α）：測(cè)點(diǎn)處鉆孔軸線在水平面上的投影與磁北方向的夾角。

8、鉆孔結(jié)構(gòu)：指由開(kāi)孔至終孔，孔身口徑的變化。它包含著鉆孔口徑、換徑次數(shù)、下套管層數(shù)、管徑、長(zhǎng)度、換徑深度及套管底部止水封固方法等。

9、循環(huán)：泥漿泵通過(guò)鉆柱內(nèi)孔（或鉆柱與孔壁間隙）將沖洗液送到孔底，完成沖洗孔底、冷卻鉆頭作用后，沿鉆柱與孔壁之間的環(huán)狀間隙（或鉆柱內(nèi)孔）返回地表并將巖粉攜帶出孔外的過(guò)程。

10、地質(zhì)巖心鉆探的目的：是從地下取出巖礦心。通過(guò)對(duì)巖礦心的分析研究、觀察、鑒定和化驗(yàn)，可以直觀了解礦體的厚度、埋藏深度、產(chǎn)狀、分布規(guī)律、礦物組成、礦石品位、化學(xué)成分、礦石和巖石的物理力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)構(gòu)造等。巖礦心采取數(shù)量和品質(zhì)，直接影響著判斷地質(zhì)構(gòu)造、評(píng)價(jià)礦產(chǎn)資源、提交礦產(chǎn)儲(chǔ)量和礦山開(kāi)采設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和可靠性。地質(zhì)巖心鉆探是獲得地下實(shí)物樣品的最有效方法。鉆探過(guò)程中不僅要求有較高的鉆進(jìn)效率，而且要求所采取的巖礦心在數(shù)量上有足夠的體積，在質(zhì)量上能夠盡可能的保持原生結(jié)構(gòu)和含礦品位。這些要求在巖心鉆探質(zhì)量管理中用巖礦心采取率表示。

二、鉆探的分類

1、按施工目的分類見(jiàn)下表

1巖芯鉆探普查找礦鉆探

為了揭露地表覆蓋層，探察基巖的性質(zhì)及產(chǎn)狀、了解地質(zhì)構(gòu)造或驗(yàn)證物探資料等而進(jìn)行的普查找礦鉆探。特點(diǎn)：這類鉆孔都比較淺。

礦產(chǎn)勘探鉆探

詳細(xì)查明一個(gè)礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造，探明礦體的產(chǎn)狀、品位、求得礦產(chǎn)的儲(chǔ)量，為礦產(chǎn)的開(kāi)采提供必要的地質(zhì)資料而進(jìn)行的礦產(chǎn)勘探鉆探。特點(diǎn)，這類鉆孔一般屬中深鉆孔，鉆探工作量比較集中。

2水文水井鉆探

為了查明某地區(qū)地下水的賦存狀況、水質(zhì)、水量和在地下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律等水文地質(zhì)情況，叫水文地質(zhì)鉆探。為開(kāi)采地下而進(jìn)行的鉆探稱水井鉆探。

3油、氣井鉆探為勘探和開(kāi)采石油、天然氣礦產(chǎn)而進(jìn)行的鉆探。

4工程地質(zhì)鉆探為查明建筑物或構(gòu)筑物的地基承載力而進(jìn)行的鉆探。

5工程施工鉆探為達(dá)到某種工程施工目的而進(jìn)行的鉆探，例如鉆孔灌注樁等。

6其它鉆探地?zé)徙@探、海洋鉆探、科學(xué)深鉆等。

2、按碎巖工具（或稱為磨料）分類

硬質(zhì)合金鉆進(jìn)、鋼粒鉆進(jìn)、金剛石鉆進(jìn)、牙輪鉆頭鉆進(jìn)等。

3、按施加外力的性質(zhì)和方式分類：沖擊鉆進(jìn)、回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)等。

4、按沖洗液類型分類： 清水鉆進(jìn)、泥漿鉆進(jìn)、乳狀液鉆進(jìn)、飽和鹽溶液鉆進(jìn)、泡沫鉆進(jìn)、空氣鉆進(jìn)等。

5、按沖洗液循環(huán)方式分類：正循環(huán)鉆進(jìn)、反循環(huán)鉆進(jìn)等。

6、按是否取心分類：取心鉆進(jìn)、全面鉆進(jìn)等。

7、按巖心從孔內(nèi)輸送至地表方式分類

提鉆取心、不提鉆取心（繩索取心鉆進(jìn)和反循環(huán)連續(xù)取心等）

8、特殊的鉆探方法

繩索取心、定向、潛孔錘、跟管、中心取樣、井底動(dòng)力鉆進(jìn)等。

三、巖芯鉆探生產(chǎn)過(guò)程

1、鉆探施工過(guò)程：就是從平地基開(kāi)始，直到鉆孔終孔后將設(shè)備拆卸完為止的全過(guò)程。它包括定孔位→平整與修筑地基→安裝鉆探設(shè)備及附屬設(shè)備→安裝驗(yàn)收→開(kāi)孔前的準(zhǔn)備工作→開(kāi)孔及下孔口管→換徑→鉆進(jìn)→巖礦芯整理、編錄和保管→其他工作（下套管，校正孔深，簡(jiǎn)易水文觀測(cè)，鉆孔彎曲測(cè)量、測(cè)井）→終孔起拔套管→封孔→封孔質(zhì)量檢驗(yàn)。

2、鉆進(jìn)前準(zhǔn)備。是鉆孔進(jìn)入開(kāi)孔之前進(jìn)行的全部準(zhǔn)備工作，如平地基、安裝設(shè)備（鉆塔、鉆機(jī)、水泵、動(dòng)力機(jī)等），安裝附屬設(shè)施（場(chǎng)房、安全設(shè)施、循環(huán)系統(tǒng)、水管、照明等），安裝驗(yàn)收和試鉆。

3、鉆進(jìn)過(guò)程。是指鉆孔從開(kāi)孔鉆進(jìn)到終孔的施工過(guò)程。

4、終孔。是指鉆孔停止鉆進(jìn)到設(shè)備拆卸完為止所進(jìn)行全部工作，包括鉆孔彎曲測(cè)量、測(cè)水位、抽水試驗(yàn)、封孔、起拔套管、拆卸設(shè)備等。

5、巖芯鉆進(jìn)過(guò)程：由動(dòng)力機(jī)帶動(dòng)鉆機(jī)回轉(zhuǎn)，由鉆桿、巖心管和鉆頭組成鉆柱，并由鉆機(jī)供給鉆柱一定的軸向壓力和扭矩，從而使帶切削具的鉆頭產(chǎn)生刻取巖石的作用，以達(dá)到不斷往深部鉆進(jìn)的目的。

鉆進(jìn)時(shí)該取下來(lái)的巖粉，隨著由泥漿泵通過(guò)鉆柱送入孔底的沖洗液，經(jīng)孔壁的環(huán)狀間隙沖到地表。鉆進(jìn)中巖芯進(jìn)入巖芯管，通過(guò)提升鉆具或其它取芯方法將巖芯卡斷，從孔底提至地表。從下鉆到提鉆取巖芯，算一個(gè)鉆程，叫做一個(gè)回次。升降鉆具是通過(guò)鉆塔和鉆機(jī)的卷?yè)P(yáng)機(jī)來(lái)完成的。

四、巖心鉆探的主要內(nèi)容

鉆探設(shè)備、鉆進(jìn)方法（鉆探工藝）、鉆探質(zhì)量及測(cè)量、鉆孔沖洗與護(hù)壁堵漏、事故預(yù)防及處理、機(jī)場(chǎng)生產(chǎn)管理、安全技術(shù)、相關(guān)知識(shí)（機(jī)械基礎(chǔ)知識(shí)、機(jī)械加工修理知識(shí)、電工知識(shí)、地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)、礦床知識(shí)）等。

五、巖石的可鉆性

1、巖石可鉆性的概念：在一定技術(shù)條件下，反映鉆進(jìn)巖石難易程度的綜合指標(biāo)。一般以機(jī)械鉆速（m/h、m/s）作為可鉆性指標(biāo)。

2、巖石可鉆性的分級(jí)

原地質(zhì)部1958年頻布的巖石可鉆性分級(jí)表和地礦部1984年頒布的金剛石巖心鉆探可鉆性分級(jí)表均把巖石可鉆性分為12級(jí)。

3、劃分級(jí)

四類十二級(jí)：軟的―相當(dāng)可鉆性1~3級(jí)；中硬的―相當(dāng)可鉆性4~6級(jí)；硬的―相當(dāng)可鉆性7~9級(jí)；堅(jiān)硬的―相當(dāng)可鉆性10~12級(jí)。

六、鉆孔口徑知識(shí)

公稱直徑

46           59             75           95(91)       （108）       150

AQ          BQ            NQ              HQ            PQ           SQ

47.75      59.69       75.44         95.76         122.30        150

DCDMA標(biāo)準(zhǔn)

說(shuō)明：DCDMA標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)金剛石鉆機(jī)制造者協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)。

七、鉆探生產(chǎn)的特點(diǎn)：

1、“小、實(shí)、全”。小—組織結(jié)構(gòu)小，是地勘單位最基層的行政單位；實(shí)—講工作最具體、最實(shí)在；全—指鉆探生產(chǎn)管理十分全面。

2、鉆探施工主要是為國(guó)家基本建設(shè)服務(wù)。

3、工作對(duì)象是巖石。由于巖石和地層構(gòu)造千變?nèi)f化，所以它的施工工藝、技術(shù)規(guī)范很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，鉆進(jìn)效率高低受鉆進(jìn)巖石可鉆性的影響大。

4、鉆探生產(chǎn)在野外施工，工作流動(dòng)分散，生產(chǎn)條件和生活條件艱苦。

5、氣候變化對(duì)鉆探生產(chǎn)有一定的影響。