钻探新技术、新工艺介绍一、金刚石取心跟管钻进技术二、不提钻换钻头技术三、潜孔锤取心跟管钻进技术四、喷反钻具取心技术一、金刚石取心跟管钻进技术项目提出的背景：覆盖层钻探是主要的技术难题，特别是孔壁的坍塌问题。

“九五”国家科技攻关项目：高坝工程快速勘测“钻探新技术开发和应用”。

专题：“冲击式金刚石取心跟管钻进技术研究”。

（国电三等奖）（一）概述1、作用：实现在钻进过程中跟进套管，即：不提钻下套管2、适应地层：该套钻具适用于河床砂卵砾石层、冰积、滑坡等堆积层、第四系覆盖层和断层破碎带等钻进困难的复杂地层。

能够有效地预防孔壁坍塌、掉块、冲洗液漏失等孔内事故。

（二）复杂地层分类:1、坍塌掉块的地层:砂卵砾石层、堆积体、松散土层、缩径的地层等。

2、冲洗液漏失的地层:裂隙发育的地层,有洞、孔、地下暗河等的地层。

（三）造成复杂钻孔的因素1、地质因素: 岩石的性质、地质构造运动、风化作用、地下水作用等。

2、技术因素(外界因素): 过快的起下钻、过大的钻进压力、冲洗液的性能调节不好、钻孔结构不合理等。

孔内事故造成坍塌、埋钻、断钻等。

（四）下套管方法1、常规下套管法2、放炮下套管法3、管鞋钻头下套管法4、潜孔锤下套管法5、绳索取心下套管法6、双回转器下套管法等下套管的方法传统下套管方式：钻进至预定孔深后，将孔内钻杆钻具提至地表，方可向孔内下入套管。

问题：①钻进过程中，钻孔是裸露的，没有套管护壁。

②下套管困难或根本无法下入孔内，因为孔壁裸露太久，已坍塌。

跟管钻进法：边钻进，边下套管；套管随着钻进而跟进。

①同步连续跟进：套管跟进与钻进完全同步。

现今空气潜孔锤跟管钻进就是属于这一类。

②间隙跟进：每钻进数米后，停止钻进，然后将套管延伸数米。

冲击式金刚石跟管钻进技术属于这种。

同径跟管钻进（简称跟管钻进）：它是通过采用跟管钻具在套管下部钻进，钻孔直径略大于套管，套管靠其重力作用自动向孔底延伸。

它可以实现长孔段跟管，适用范围也广，是研究得最多的一种跟管钻进方法。

在金刚石取心跟管技术中，目前只能做到间隙跟管。

套管扩孔跟管：它属于传统下套管的方式，只是套管下端的管鞋可以破碎岩石，从而实现套管的延伸。

因跟管长度受管鞋的寿命制约，现很少使用。

锤击跟管（放炮锤击跟管）：它属于间隙跟管钻进。

直接把套管下入孔中，换径采用小一级别的钻具钻进2—5米，然后在孔底放炮将套管下部岩石振松，再用吊锤打击套管，强力使套管延伸。

这种方法在水电勘察工程中经常使用，但存在诸多缺陷：①具有炸坏套管的可能；②套管容易在锤击时变形；③同一级别套管难以实现长孔段跟管。

④带有一定的盲目性，容易造成孔内事故。

⑤在扫孔辅助工序中需要消耗大量的泥浆和其它材料，增加不必要的钻探成本。

（五）下套管的目的①孔口管②止水（隔离地表水，防止其侵入地下）③防漏、防渗④防止孔内事故（如隔离溶洞，预防断钻杆）⑤防坍塌（目的可以是单一的，也可以同时包含几种）（六）套管脱扣的预防和判断1、要避免使用弯曲钻杆。

2、该跟管钻具的工艺要求套管处于悬空状态，所以预防套管脱扣非常重要。

3、采用合理的钻进规程参数。

4、尽可能采用反扣连接的套管。

采用反扣套管进行跟管钻进,钻杆回转(正转)产生的颤动作用不仅消除了套管脱扣可能性,而且还具有拧紧套管的能力。

这是跟管钻进技术预防套管脱扣的最好技术措施。

套管脱扣的预防和判断1、正扣套管回扣的预防每钻进4-6回次或每次跟管时，借用短钻杆将套管直接下到孔底，合上立轴并采用极限低转速拧紧孔内套管柱，然后将套管提到孔口夹紧，恢复正常钻进。

2、套管脱扣的判断钻进时，一旦发现孔内出现异常响声或蹩车现象，应及时提钻和检查钻具磨损情况，如扩孔钻头的上部锥面出现磨损，表明孔内套管脱离，应立即进行处理。

（七）结构原理1、钻具特点:在套管下面扩孔钻进，有收敛功能2、冲击式金刚石取心跟管钻具由张敛式跟管钻具、液动冲击器和金刚石取心钻具三部分组成①跟管钻具②液动冲击器③金刚石取心钻具金刚石取心跟管钻进技术1、钻具结构原理：2、动力传递问题3、水路问题4、张开和收缩方式5、副钻头尺寸6、套管固定等7、其他（八）应用效果1、金刚石取心跟管钻具设计合理、组配科学。

2、与常规跟管法比较，可大幅度减少孔内事故，降低材料消耗，提高钻进效率。

3、简化钻孔结构。

4、为处理预想不到的孔内事故提供了条件。

5、岩心采取率高和取心质量好。

6、操作简单、易于掌握，易于推广应用。

⏹φ108/φ89（简称φ108，以套管直径命名）⏹φ89/φ73（简称φ89）二、不提钻换钻头技术（具有时代意义的技术）（一）概述不提钻换钻头钻进技术：通过使用专用钻具，不提升钻杆，就可以更换孔底钻头。

不提钻换钻头钻具1、与绳索钻具的区别:2、与取心跟管钻具的区别:（二）BH系列不提钻换钻头技术BH系列不提钻换钻头钻具是我国于八十年代研制成功的一套钻具，曾获部成果一等奖，国家发明三等奖。

它借助同径绳索取心的钻杆、打捞器和绞车钢绳，在每个取心回次，都利用绳索将孔内主副钻头提升至地面，从而进行观察或更换，实现不提升钻杆就能更换钻头的目的。

不提钻换钻头技术背景BH系列辉煌在八十年代。

1986-1987年，有近百台BH－75钻具在投入使用，使用最深孔深为997.26m，最长提钻时间间隔达16天，不提钻（杆）最高钻进进尺达285.29m。

进入90年代以后，由于市场的原因，该技术停止了发展，目前，地质工作的发展又带来了新的发展机遇。

（三）钻具结构原理和技术特征1、整个钻具分打捞部分和非打捞部分，前者称为主钻具，后者称为副钻具。

2、钻具主要由打捞、报信报警、悬挂、张敛、瞄向定位、限位、密封和单动双管等系统组成。

（1）主钻具在投放时，通过限位机构保持在收敛状态。

（2）投入到孔底后，通过初瞄定向，进入悬挂状态，到位与否，可通过报信系统来判断。

（3）开泵输送钻井液，迫使副钻头完成向外张开，钻具进入钻进状态。

（4）钻进回次结束后，投入打捞器，向上提升可迫使副钻头收敛后，将主钻具带至地表。

1、下孔前，检查钻具张敛灵活性，要求对主钻具与副钻具进行调试。

2、将副钻具与钻杆连接下入钻孔，并控制副钻具底端与孔底距离，要求有主钻具下放到位的空间位置。

3、将主钻具投入孔内，如漏失孔，须打捞器送入孔底；（初次使用时要求在孔口先作孔口试验，实测报信压力值）4、合立轴，开泵，依靠钻井液压力将副钻头打开，判断到位后方可钻进。

（六）钻进工艺--孔口钻具张开报信试验⏹孔口试验（初次使用时一定要作，因为判断钻具到位非常重要。

到位的概念，到位：到达预定位置且张开到设计尺寸）⏹首次使用钻具，应先在孔口作钻具张开报信试验，测定具体的报信压力值Pm，以作为判断孔内钻具工作状态的依据。

试验方法：⏹报信压力值Pm测试：将钻具直接与钻机立轴连接，并保证钻具的扩孔钻头露出孔口，采用常用泥浆和常规泵量开泵送水，观察泵压表和扩孔钻头的变化情况，扩孔钻头张开时的稳定泵压就是钻具张开报信压力Pm；（七）钻进工艺--孔内钻具工作状态的判断⏹将钻具下到孔底，开泵送水后，当泵压上升到报信压力(Pm+沿程损失P1）后又回到P1并保持基本稳定，表明钻具张开呈钻进工作状态，可以进行扫孔和钻进；⏹如果出现憋泵现象，说明钻具仍处于收敛状态，此时可活动钻具并观察泵压，憋泵现象仍不能解除，应提钻检查和排除钻具的张敛故障。

（八）钻进工艺--钻进工艺参数⏹钻压：主要施加在主钻头上，所以需要压力较小。

推荐5-7kN，不宜超过8kN，不允许超过10kN。

当副钻头处于不碎岩状态时，钻压不允许大于5-6kN。

⏹转速：实践检验结果以400-800转/分为宜。

⏹泵量：因其碎岩面积比S75大19%，故泵量也应该大19%，通常增加10-20L/min。

显然，其泵压也必然随之增高，增高值一般为0.3-0.5MPa。

（九）使用效果BH系列不提钻换钻头钻具辉煌在八十年代。

1986-1987年，有近百台BH－75钻具在投入使用，使用最深孔深为997.26m，最长提钻时间间隔达16天，不提钻（杆）最高钻进进尺达285.29m。

主钻具到位成功率大于92.8%，打捞成功率大于93.8%。

平均纯钻时间率为55.7%。

随着地质工作的发展，我们相信，该技术在深孔钻进中，有其技术优势。

（十）不提钻换钻头技术前景⏹随着新一轮地质大调查工作的开始，地质钻探朝着深部发展，有越来越多的深孔钻探任务，目前有许多施工单位对BH系列不提钻换钻头技术感兴趣，要求购买并进行技术服务．我们现在根据国、内外动力头钻机及绳索取心钻杆的特点，将进行专门的研制开发工作．结论金刚石钻进不提钻换钻头钻具，是我国首次研制成功并进行了生产性试验的一种新型钻具，在不提钻岩心钻探技术的世界领域内是一个突破。

钻具设计合理，结构简单，性能比较可靠，收敛动作灵活，到位报讯易于观察并可以调整泵压，悬挂装置可靠，拆卸方便。

生产试验表明，该钻具可减少提钻次数，增加纯钻进时间，减轻体力劳动强度等，达到了国际先进水平。

三、潜孔锤跟管取心钻进技术问题的提出1、地质勘探在松散、破碎、无胶结地层钻孔跨塌严重，取心困难。

2、水电工程在深厚的架空层，钻进效率十分低下，难以取到原状岩样，取心率极难满足规范要求。

3、地质灾害滑坡勘查当前滑坡钻探工程中普遍采用液态冲洗液，容易诱发滑坡、原状岩样采取质量不高、钻进速度慢。

解决问题的办法研究开发一种钻进速度快、取样质量好、护壁能力强的钻探取样技术。

风动潜孔锤钻头风动潜孔锤钻头跟管钻具DP型偏心潜孔锤跟管钻具SP型偏心潜孔锤跟管钻具DT型同心跟管钻具（如图）综合上述钻进技术方法，我们认为：潜孔锤跟管取心钻探技术方法可以满足要求！钻具特点（1）钻具结构采取同步、同心跟管钻进原理，从结构上保证孔底始终具有钻具到位的径向和轴向空间位置，所以，钻具不存在地层的垮塌因素造成钻具到位故障。

（2）采用中心钻头（唇面）超前套管钻头的阶梯钻进原理，同时将高压气流通道与低压通道分开，使高压气流直接从高压排气孔排除，避免高压气流冲刷孔底岩心，岩心始终处于岩心管的屏蔽保护下，所以，能够取得高质量的岩心和高的采取率。

（3）钻具采用双管（外管和岩心管）和三层管（外管、岩心管和半合管）两种结构方法，可以满足不同砾石（用单管）和松散地层（用双层管）的取芯要求。

（4）钻具采用的外管和岩心管均为地质钻探以及石油钻井的标准管材系列，市场货源充足，互换性好。

（5）与金刚石回转钻进不同，空气潜孔锤取芯跟管钻进由于采用冲击为主的破碎岩石方式，其岩心主要是靠挤压方式形成，从而消除了金刚石钻进那种高速回转对岩心的扰动破坏因素，所以可以取得能够客观反映地层情况（层位、包裹情况等特性）；在卵砾石和漂石中，尽管所取岩心的圆柱状几何形状没有金刚石钻进哪样规则，然而并不影响地质方面对地层情况（岩石的力学特质、层位界限和岩石的组分等特性）的分析。