钻探的基本步骤概述

  冲击钻孔

 

  冲击钻探是指把钻杆和岩芯管提到一定的高度后自由落下对土壤和软弱岩石进行冲击钻进的过程。这种钻探的适用范围较小，主要是土壤和软岩，效率较低。往往在达到一定深度以后，由于地下岩芯的抗压强度会逐渐增大，钻进效果就会慢慢减弱，除非遇到软土层，比如土壤或者软质岩在地下水位以下等这样的情况后可继续钻进。否则就要停止。

 

  钻孔保护膜以及钻孔工具的尺寸一般是150mm、200mm。对于特殊项目250mm、300mm是适用的。在地质条件良好的地层其最大的钻取深度约为60m。钻探设备的类型可能包含一个水力驱动的岩芯钻取用的钻头夹具。钻孔工具在一根钢缆上用绞盘离合器冲击，这些工具包括：粘土切割机，用于干燥的粘性土；岩芯管或者打包机，用于非粘性土；凿子，用于破碎岩石及其它坚硬的地层。粘土切割机和岩芯管提取扰动材料，这些材料一般具有充分的代表性可用来鉴别地层。

 

  回转取芯钻孔

 

  钻头在钻孔底部回转的回转钻孔方法用于岩石钻孔和有时勘查用的土壤钻孔。从表面通过空心钻杆到钻头面的钻孔液用来冷却和润滑钻头，将钻屑运送到地面，在使用特殊的钻孔液时，可以稳定钻孔。钻孔液体通常是清洁的水、空气或二者的混合物。在某些情况下，泥浆、聚合物或泡沫用于保持或支持钻孔的稳定性，协助将钻屑运送到地面并使岩心采取率最大化，特别是在表面沉积物和弱岩石构造中。必须安排钻孔液清洁和再循环，以便钻屑从钻孔底部运出。

 

  取芯钻孔，这种钻孔环形钻头固定到芯管的外回转管底部，切削在芯管装置内部管内获取的岩芯并运送到表面用于检验和试验。取芯时，通常使用临时套管来支撑不稳定土地或封堵引起钻孔液过量损失的裂缝或孔隙。钻孔液体添加剂或水泥灌浆的作用一般比较好。

 

  回转取芯钻孔通常利用传统的或配备金刚石或钨尖头取芯钻头的钢丝绳型双层或三层取芯筒(三层取芯管系统可以使用一个双层取芯管装配一个半硬质塑料衬垫模拟)进行。取芯钻孔的目的是获得与成本一致的最佳的取芯率和取芯质量。

 

  传统双层取芯管包括两个同心圆筒。外筒由钻杆旋转，在其下端携带取芯钻头。内部圆筒安装在转环上，以便其再钻孔过程中不旋转。岩芯由取芯钻头切削，向上传送到内部圆筒中，在取芯运行结束时，取芯管组件通过升高和逐个拆下每个钻杆上升到表面。利用一个取芯夹具防止岩芯落到芯管外，取芯夹具由弹簧钢构成并刚好位于取芯钻头的上方。钻孔液体在其通过取芯钻头的路上向下流过内外取芯圆筒之间的环带。岩芯自身仅在其通过取芯钻头时与钻孔液体接触。

 

  对于三层管取芯筒，非转动内圆筒包含一个可拆卸的取样管或衬垫。在每次取芯运行结束时该衬垫和其包含的岩芯一起提取并存储在一个岩芯盒中。因为衬垫在因此使做记录的地质工作者能够提取比其他套管更多的信息，衬垫可以用各种材料制成并采取对开管口、无缝管或刚性和半刚性塑料衬垫的形式。三层管取芯筒可以是专门设计的，但更通用的传统双层管取芯筒可以进行修改，采用内部半刚性塑料衬垫，并充当三层管取芯筒。

 

  有很多取芯钻头可用，能在任何给定的土地条件下提供最佳结果的类型可能必须利用试验来确定。应该承认影响最佳钻孔速率钻头选择的因素可能不同于确定岩芯质量的钻头。薄壁钻头产生的钻屑较少，允许使用较低的冲洗速率，以减少干扰。从另一方面来说，薄壁钻头通常不提供用于冲洗液的正面排放，在液体通过钻头内部和岩芯之间时可能出现一些干扰，不过这可以利用伸出或收缩型取芯圆筒避免。在某些情况下成梯状的钻头提供钻孔速率和质量优点；它们也趋向于形成较直的孔。对于强磨蚀岩石，金刚石质量和矩阵选择是重要考虑事项。

 

  钻头一般有合金钻头、金刚石钻头、复合片钻头等，每个钻头都有它适合的地层范围，合金钻头一般是土层、软岩层或者砂层。金刚石和复合片一般适用于硬质岩层。

 

  与辅助表面和采用的孔内设备匹配并适合于预计的钻孔地质条件的冲洗介质的认真选择非常重要。水和空气使用最简单也是最普通的。钻孔泥浆包括水加粘土或皂土，水加添加剂，如氯化钠、泡沫、聚合物混合物和空气/水雾，也用作冲洗介质。混合物和水加添加剂在钻屑可能以较低的冲洗速度去除中的水和空气，因此可减少切削钻头上或弱或未胶结结构中的钻孔内的干扰和冲洗。将空气用作冲洗介质可能在某些地质构造中或在对使用其他涉及含水层或地下水污染的液体施加限制时更有优势。鉴于水和聚合物可能易于增加岩芯的自然含水量，使用空气可能倾向于减少含水量。在某些构造中空气可能破坏软弱构造并形成弱路径，可能引起空气冲洗泄漏并永远变成地下水路径。

 

  国内钻探工艺的流程和要求：  国内现行的钻探工艺主要是单管旋转钻进，钻进的工具由钻杆、岩芯管、钻头及相应的现场测试工具组成。

 

  在钻探过程中，钻杆是和岩芯管钻头按照顺序收尾相接起来，由钻机上的主轴带动钻杆到钻头转动的过程。随着深度的增加，钻杆会慢慢的加长，岩芯管也会根据地质要求或者地层情况进行变径，钻头也要对应着和它相适应的地层，这样，钻探的质量和效率才能达到最大化。

 

  在钻探的过程中，钻头通过钻具在地表柴油机的带动下进行旋转，岩芯通过钻头的向上传递进入到岩芯管中，当钻探的每一个回次的长度达到地质上要求时，或者变层、遇到地下水及其他遇到的应该停止钻进的问题时，要停止钻进，向上提钻，提钻之前，要对岩芯管里现有的岩芯进行一个固定，防止岩芯管在向上提升的过程中岩芯丢失，岩芯的固定可以由以下几种方法来实现：

 

  1、 对于土层，可以在提升之前在钻孔里利用钻具向下的俯冲力墩到孔低，反复几次，直到把岩芯压实，防止丢失。

 

  2、 对于岩层，可以向钻塔顶部的钻具中投入几根短铁丝，然后再进行之前的俯冲操作，用铁丝将岩芯卡在岩芯管里。 提钻就是钻具在向上提升的同时，把钻杆一一拆卸下来，最后让岩芯管及钻头回到地表的过程，岩芯管回到地表后，要把岩芯管里面的岩芯推出到地表，一般有这样几种方法：

 

  1、 把岩芯管竖直架高，然后用大锤敲打岩芯管底部的钻头，借震动力使岩芯从岩芯管 里慢慢下滑，直到岩芯全部出来为止。

 

  2、 把岩芯管竖直架高，向下俯冲，利用产生的离心力将岩芯推出岩芯管外。

 

  3、 当钻到地下水位以下时，经过地质上同意以后，可以利用水冲时产生的推力将岩芯 推出管外。  以上这几种方法都有一个很重要的注意点，一定要按照真实的深度将岩芯推出来以后进行摆放，不能产生错误，以免误导工程技术人员对地层的顺序所作出的判断。