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钻探技术及装备现状与发展趋势.ppt

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钻探工程技术及装备 现状与发展趋势,2017/03/03,内容提要,,一、钻探工程技术应用领域 二、地质钻探技术发展 三、地质钻探装备发展 四、地质钻头发展,钻探工程是利用机械方法在岩土层(含人造固结体)中钻孔,获取地下信息或利用通道完成探测、资源开采、建造的一门工程技术;是矿产资源勘探、工程地质勘查等领域的重要技术支撑;是直接获取地下实物资料的唯一技术手段;是验证地质认识及地球物理勘探成果的关键依据。,一、钻探工程技术应用领域,,随着科技进步和经济的高速发展及生态文明建设的强化,钻探工程技术在国民经济中的应用范围越来越广,概括起来主要有以下几个方面: (一)地质勘探。包括地质找矿普查钻探、矿床勘查钻探、矿区水文地质钻探、工程地质钻探。 (二)地下流溶体勘探开发。包括水资源钻探、石油(天然气、页岩气、可燃冰)钻探、可溶性矿产钻探。,(三)矿山井下工程。包括矿山瓦斯抽排孔钻探、矿山地下通道孔钻探、矿山尾矿砂填孔钻探、钻井筒冻结孔钻探。 (四)工程地质勘查与勘测。通过钻探取样、孔内原位测试、岩样测试查明影响工程建筑物的地质情况,准确划分地层,正确鉴别地层天然结构、密度和湿度,为工程建筑提供基础设计依据;通过钻探查明大型工程基础地质构造、岩性、物理力学性质及稳定性。,,(五)岩土与地基工程。进行建筑物基础加固,如各类桩基、防渗孔、注浆孔、深基坑锚固孔等。 (六)地质灾害治理工程。借助钻探技术防止山体滑坡、泥石流、地面塌陷、地面沉降等地质灾害。 (七)地下管线铺设工程。利用定向钻进技术施工穿越建筑物、道路、江湖等障碍物的非开挖地下管线铺设工程。,,(八)国防工程。钻探导弹发射井、地下核试验取样孔等。 (九)地球科学研究工程。大陆及海洋科学钻探、环境科学钻探、考古科学钻探。,,二、地质钻探技术发展,(一)、国外地质钻探技术发展近20多年来,国外地质钻探工艺方法没有根本性的突破和发展,仍然是以小口径金刚石绳索取芯钻探技术为主,对个别矿种和地质条件下辅以不同的多工艺钻探技术。目前,美国、澳大利亚、加拿大和欧洲等一些发达国家所采用的岩心钻探方法主要有:金刚石回转钻进、三牙轮钻进和气动潜孔锤钻进;取芯方法有:常规提钻取芯、绳索取芯和反循环取样,用的较多的还是绳索取芯。,,国外钻探技术的发展趋势是: (1)钻探工作将更专业化、更技术化、更自动化; (2)钻机智能化; (3)立轴式钻机基本退出市场; (4)钻探工艺多样化; (5)钻探工作更注重健康安全环保。,(二)国内地质钻探技术发展我国钻探技术和装备水平与国外先进国家相比有很大的差距,但近年来有了长足的发展。 (1)绳索取芯钻探技术。绳索取芯技术自1978年以来得到广泛应用,深受广大地质职工欢迎,被誉为“四高、三低、两好”——工程质量高、时间利用率高、钻进效率高、钻头寿命高;事故率低、劳动强度低、设备材料消耗低;地质效果好、经济效率好。,,随着绳索取芯钻探技术的不断进步,相继研制出了绳索取芯液动潜孔锤、螺旋杆+液动锤+绳索取芯三合一钻具(该技术达到国际先进水平,中国大陆科学钻探一井就是运用此技术),明显提高了钻进效率,减少了岩心堵塞。这两项技术的成功应用,使绳索取芯钻探技术达到一个新的高度,提高了我国钻探技术水平。,,(2)液动潜孔锤钻探技术。液动潜孔锤钻探是在回转钻探的基础上通过利用现场配套的泥浆泵输送的冲洗液驱动液动潜孔锤对破碎岩石的钻头施加一定频率的冲击能量,也就是钻头上带有冲击负荷的回转钻探。液动潜孔锤安装在钻杆或岩心管与钻头(全面钻进或取芯钻进)之间,在钻进过程中对钻头持续施加冲击负荷,达到提高钻进效率的目的。液动潜孔锤钻探较好地利用了坚硬岩石脆性大而抗剪强度较低不耐冲击力的弱点,是解决坚硬岩层和某些复杂地层钻探效率低、钻孔质量差的有效钻探技术。,,(3)反循环钻探技术。空气反循环钻探方法具有钻探效率高、成本低、适合干旱缺水地区钻探施工等一系列优点。水力反循环钻进技术具有取芯质量好、判层技术及时间利用率高、劳动强度低等优点。 (4)组合钻探技术。组合钻探技术是一种将空气反循环连续取样、水力反循环连续取芯及金刚石绳索取芯钻探的优点有机结合起来的综合地质钻探新技术。特点是:采用一套双壁钻杆、同一台钻机和相同辅助器具,根据地层情况和地质要求,因地制宜,能够通过简单的组合,快速地实现上述三种不同钻探工艺,最大限度地达到提高综合钻探效率和降低成本的目的。,,(5)定向对接井技术。定向对接连通井技术是采用螺杆钻孔定向钻探技术和水平钻井技术,使地面相距数百米的两井,在地下数百米甚至上千米的目的层处对接。该技术应用范围广,应用于固体矿产勘探及可溶性矿产开采、地浸矿山开采、采用高精度定向钻进技术还可用在城市及特殊区域不开挖地表完成管道铺设等;在水井、地热井及煤层气井采用长距离定向水平井技术穿越含气、水丰
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