岩心钻探钻进方法4-冲击回转钻进

地层取芯中的岩石可钻进性与钻进方法引言：在地层取芯中不同岩石理化特性有很大差异。

从宏观到微观通过研究岩石的理化特征，以及相应的钻进手段对对岩石钻进的影响对岩石钻进时钻进效率进行分析，做到高效钻进。

本文主要讨论的是硬地层取芯中的诸多问题。

首先我们探讨岩石的可钻性。

对不同岩石的理化性质进行逐步分析。

然后介绍目前常见的取芯钻进方式，在不同岩石和不同钻进方式之间建立对应关系，对不同岩是做到对症下药逐个击破。

钻进效率最优。

最后，会讨论一些钻进时的辅助手段，从另一个侧面提高钻进效率做到百尺竿头更进一步。

岩层的钻进方法钻进方法的分类方法很多，有的根据钻进目的分类，有的根据碎岩方式分类，还有的根据冲洗介质的种类以及循环方式分类。

根据钻进目的可分为地质钻进、石油钻进、水进钻进、工程施工钻进等。

根据机械碎岩方式可分为回转钻进、冲击钻进、螺旋钻进、振动钻进等。

在回转钻进中，根据所用的钻头不同又可分为金刚石钻进、硬质合金钻进、牙轮钻进以及钢粒钻进等岩石的力学性质岩石的力学性质是岩石在外力作用下表现出来的特性。

主要有变形特性、强度特性和表面特性。

变形特性：弹性、塑性和脆性强度特性：抗压强度、抗拉强度、抗剪强度和抗弯强度表面特性：硬度和研磨性岩石强度：岩石在载荷作用下变形到一定程度就发生破坏。

破坏前岩石所能承受的最大载荷，单位面积上的最大载荷。

根据受力条件不同，岩石强度又可分为抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度、抗压强度。

有单向应力状态下的强度，多向应力状态下的强度。

岩石的硬度：岩石表面对工具压入的反抗特性。

岩石硬度与抗压强度有一定联系，又有很大区别。

岩石抗压强度是岩石整块抗破碎的能力。

岩石抗压入硬度为单向抗压强度的（1+2π）倍。

测定压入硬度实际上使岩样产生局部破碎，而这种局部破碎是在多向受压状态下进行的。

岩石的研磨性：在用机械方法破碎岩石的过程中，钻头与岩石产生连续的或间断的接触和摩擦。

钻头破碎岩石的同时，其自身也受到岩石的磨损而逐渐变钝。

第三讲岩心钻探工艺第一部分：钻进基本知识一、钻孔结构1、定义：指由开孔至终孔，孔身口径及长度的变化。

亦即钻孔的技术剖面。

2、内容：包括钻孔口径、换径次数、下套管层数、管径、长度及换径深度、套管底部止水封固方法等。

3、要求：在保证钻孔质量和安全的前提下，尽可能采用优质泥浆、水泥浆或化学浆液护壁堵漏，力争少换径，少下或不下套管，最大限度地简化钻孔结构。

4、下套管的目的：隔离复杂地层。

5、在下列情况下，往往需要换径和下入套管：①钻进松散的砂砾石层、流砂层，受地下水影响泥浆护孔无效时。

②穿过较厚的节理裂隙发育的破碎带，坍塌掉块严重，采用泥浆或其它护孔方法无效时。

③钻孔遇到含水构造与大裂隙贯通，严重漏水，用其它方法止水无效时。

④钻孔达到一定深度后，为了适应设备负荷的能力可换径钻进。

6、钻孔结构的选择因素岩石性质、水文地质条件、终孔口径、钻孔深度、钻进方法、钻孔用途、护孔措施、施工设备等。

7、钻具级配：钻杆直径与钻孔直径（钻头直径）的配合关系。

它反映了孔壁间隙的大小，对钻杆的工作状态、冲洗液的流动、钻具回转阻力的大小都有重要影响。

二、钻进基本知识1、钻进方法：向地下钻孔时，破碎孔底岩石的方法和技术措施的总称。

2、钻探工艺：如何利用一定的设备和工具来破碎岩石（土层），在地层中造成一个有一定直径和深度的圆滑规则的钻孔，并采取一定的技术措施以保证钻进工作顺利进行的全部工作。

3、钻进方法分类①根据破碎岩石的外力和方式不同，分为回转钻进、冲击钻进和冲击回转钻进等；②根据碎岩工具（磨料的材质）不同，分为硬质合金钻进、钢粒钻进、金刚石钻进等；③根据冲洗循环方式不同，分为正循环、反循环和孔底局部反循环钻进。

④根据是否取心分为取心钻进和全面钻进。

4、如何选择钻进方法：主要根据岩石的物理机械性质选择钻进方法。

①软的和部分中硬岩层，选用硬质合金钻进；②部分中硬至硬的岩层，选用针状合金、金刚石复合片或钢粒钻进；③中硬至坚硬岩层，选用金刚石、钢粒或潜孔锤钻进。

地质钻探工艺
地质钻探工艺主要包括以下几种：
1. 冲击钻进：利用钻具自重对孔底进行冲击而破碎岩（土）体的钻进方法。

人力冲击一般适用于浅孔和地下水位以上的土层钻进。

机械冲击则是采用机械向下冲击，适于各类土层钻进。

2. 回转钻进：在轴心压力作用下，利用筒状钻头用回转研磨方式切削岩石的一种取芯钻进方法，适于各种岩石钻进，通常称为岩芯钻探。

根据钻头研磨材料，可将其分为硬质合金钻进、钻粒钻进和金刚石钻进。

3. 反循环钻探技术：包括空气反循环技术和水力反循环技术。

空气反循环钻探技术是将压缩空气用作循环介质，利用双壁钻杆外管将压缩空气送至孔底，空气的剧烈膨胀会产生冲击力，驱动孔底潜孔锤作用于岩石上，同时空气作用后通过钻杆中心通道重新回到地表，并携带岩屑。

水力反循环钻探技术则是将泥浆或水用作循环介质，其循环方式与空气反循环相同，都是利用钻杆将介质传送到孔底，获取的柱状岩心则通过钻杆携带回地面。

4. 组合钻探工艺：结合了绳索取心技术、反循环取样、取心技术，吸取了各种钻探技术的优点，能依据地质钻探要求和地层情况提高钻探效率，减少额外劳动和成本。

此外，还有一些新工艺和新材料的应用，例如新型节水钻探技术、新型泥浆体系和泥浆材料等。

这些新技术的应用可以提高生产效率、增加钻头使用寿命、提高钻进速度等。

综上所述，地质钻探工艺是一个综合性的工艺系统，不同的工艺适用于不同的地质条件和需求。

在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的工艺以提高钻探效率和保证工程质量。

冲击回转钻进概述钻探工程以机械方式破碎岩石，最早是采用冲击钻进方法．以后才发展到以回转钻进为主的钻进方法。

近几十年来．钻探工作者根据动载荷比静压载荷能够更加有效破碎坚硬岩石的原理．研制成功了冲击回转钻进技术。

一、冲击回转钻进的实质冲击回转钻进是有机地综合了冲击钻进(单次破碎岩石作用)和回转钻进(连续破碎岩石作用)的一种钻进方法。

冲击回转钻进主要是指在回转钻进的基础上，加人一个冲击器以提高钻进效率。

在钻头上或岩心管上联结一个专门的冲击器，在钻进中给钻具以一定的轴向压力和回转运动，同时冲击器给钻具以一定频率的冲击能量，在冲击和回转共同作用下，钻头破碎岩石，进行钻进。

它是在地面以动力带动全套钻具进行回转(并通过钻具给钻头一定的轴向压力)的同时，孔内冲击器以每分钟几百次至几千次的频率进行冲击。

此冲击力通过岩心管或直接传至钻头：钻头上同时作用两种载荷，即回转方向的回转力和轴向方向的冲击力。

如图0-1所示。

所以称为冲击回转钻进。

图0-1冲击回转钻进与冲击钻进、回转钻进的碎岩比较示意图a–回转钻进；b–冲击钻进；c–冲击回转钻进P静–轴向力；M–回转力；P冲–冲击力根据岩石破碎原理，在一定的轴向压力下冲击破碎岩石，岩石强度要降低50%～80%，所以上述冲击回转钻进比钢绳冲击钻进效率要高3～5倍。

又由于冲击器放置在孔底，冲击能量直接施加在钻头上，能量损失较少，因此它比地表冲击器的钻进效率也要高许多。

又由于在冲击载荷作用下，坚硬岩石易于实现体积破碎过程，所以，冲击回转钻进比一般的回转钻进，其效率也要高。

冲击回转钻进提高钻进效率的原因，归纳起来有下列几点：(1)冲击载荷的特点是接触应力瞬时可达极高值，应力比较集中。

由于岩石的动硬度要比静硬度小，固易产生微裂纹。

并且冲击速度愈大，岩石脆性增大，有利于裂隙发育，因此，不大的冲击功就可以破碎坚硬岩石，而静压入时则需要很大的力。

(2)切削刃的磨损减少。

在冲击回转钻进中切削刃具磨损减少的原因有：①冲击破碎岩石时刃具与岩石的作用时间很短；②体积破碎的摩擦系数低于表面破碎时的摩擦系数，而在冲击回转钻进中很容易达到体积破碎；③钻速快，切削具的相对磨损就减少。

岩心钻探工艺一、前言钻探工程是获得地下蕴藏的真实地质资料（如岩、矿、地温、地下水等）和直接信息的一种技术。

通过钻探可对所取得的地质和矿产资源参数作出最终可靠的评价。

探矿工程包括钻探工程、坑探工程、矿产管理、安全技术等多方面的技术，其中以钻探工程的工作量为最大，作业范围也很广。

钻探工程包括钻进工艺和钻探设备两方面。

两者之中，以钻进工艺为主，钻探设备是实现钻进工艺要求的专业机械设备，它对钻进工艺具有重要的保证作用。

新中国成立后，百业待兴，党和政府十分重视地质勘探工作，1952年成立了地矿部，建立了探矿科研和设计机构，开展了钻探科学技术的研究和新设备的研制，建立了探矿机械厂和地质仪器厂，创建了地质院校，举办了专门训练班，培养了大批的钻探技术人才，成立了专业的地质队伍，钻探技术有了飞速的发展，技术水平不断提高。

钻探工作者不断努力辛勤劳动取得了卓越的成就，1956年3 月3 日至6 月22 日，我国第一口定向双筒井钻成；1963年人造金刚石研制成功，并用于制造金刚石钻头，开启了中国人造金刚石钻进的篇章；1974年6月，我国第一条钻井船——“勘探一号”，在黄海试钻成功，谱写了海上油气钻探的新篇章；1978 年我国第一条坐地式钻井船——“胜利一号”开始作业。

矿山勘探成果显著，有六十多种矿产取得了可供工业设计使用的储量。

先后建立了石油、煤炭、钢铁、有色金属、化工产品等大型矿产基地，形成了能源与原材料矿产品的强大供应系统，推动着我国工农业生产、国防科技、国民经济等蓬勃发展，国家日益强盛，人民生活水平不断提高，中国从此摘掉了一穷二白的贫穷帽子。

改革开放以来，由计划经济转向市场经济，钻探工作的服务领域发生了巨大变化，钻探技术迅速向水利、建筑基础工程、地质灾害防治、环境调查保护等诸多领域拓展。

钻探技术已经紧紧融入了我们的生活：建造高楼大厦需要钻探技术提供地层的承载力、边坡治理需要钻探技术锚固、桥基、坝址、水库、路基建设需要钻探技术提供支撑，地灾评估需要钻探技术提供依据，石油、天然气、矿产的勘探及开采需要钻探技术提供资料，开发地下热水、热能、坑道掘进指示孔、探气孔、深水孔、通风孔、投料孔、灌浆孔、避难孔以及建筑安装管线的钻孔等都离不开钻探技术，钻探技术的发展与一系列国计民生重大事业密切相连与国家繁荣富强息息相关。