内 容 简 介

本书阐述了钻进过程中气体和气液混合物运动、岩屑运送和热交换过程

的计算和理论基础；论述了利用气液介质进行钻进工艺的有效性；提供了表

面活性剂的配方、控制压缩空气和气液混合物的专用设备和仪器；在永冻层

中空气吹洗钻进时压缩空气人工冷却和干燥的技术。

本书可供从事地质勘探孔钻进的工程技术人员参考。

目 录

序 言

主要符号

第一章 钻进用气体、气液介质及其合理的应用范围

1.1低密度、低热容冲洗介质作为完善钻进工

艺的手段

1.2低密度冲洗介质的发展及其合理应用范围

1.3低密度冲洗介质的优点和缺点

第二章 钻屑输送规律

2.1球体在介质中自由降落的速度

2.2玻璃球在钻孔模型中临界速度的试验研究

2.3颗粒形状和环空限制性影响的试验研究

2.4实际条件下临界速度的影响因素及其计算

2.5空气钻进时要求的气流上升速度，速度诺谟图

第三章 吹洗钻进时循环过程的规律性

3.1吹洗规程计算方法

3.2钻孔内纯空气循环系统中的压力损失

3.3实际条件下钻杆柱内的压力损失

3.4钻杆柱内空气泄漏及其对压力损失的影响

3.5钻孔环状间隙中运送岩屑的压力损失

3.6供气规程计算，所得计算关系式可靠性的评价

第四章 气液介质钻进时循环过程的规律性

4.1充气冲洗液循环时压力损失的计算方法

4.2泡沫钻进冲洗循环过程的规律性

4.3确定泡沫冲洗工艺参数的指南

第五章 压缩空气和气液介质钻进的热交换过程

5.1碎岩工具的温度规程

5.2钻孔和围岩的温度规程

5.3冻结岩层空气钻进温度因素的正常化

5.4泡沫钻进冻结岩层的优越性

第六章 气体介质制备和应用的专用设备

6.1空压设备及其选择、安装和使用特点

6.2孔口装置

6.3辅助设备

6.4设备布置和管汇系统

6.5空气钻进的专用设备

第七章 空气洗孔钻进工艺

7.1无岩芯钻进

7.2取芯钻进

7.3涌水条件下钻进的工艺特点

7.4负温岩层钻进的工艺特征

第八章 气液混合物钻进

8.1制备和注入气液混合物的方法和器具

8.2定量供给泡沫剂的方法和器具

8.3气液混合物的消泡方法和器具

8.4泡沫钻进装备的布置与安装

8.5气液混合物的性能和配方

8.6气液混合物清洗孔底的钻进工艺

第九章 气动冲击钻进

9.1气动潜孔锤的结构和工作

9.2取芯钻具及辅助工具

9.3地质勘探气动潜孔锤钻进工艺

9.4气动冲击钻进的发展途径

结束语

参考文献

第一章 钻进用气体、气液介质

及其合理的应用范围

1.1 低密度、低热容冲洗介质作为

完善钻进工艺的手段

直至不久前，钻探用的冲洗介质，密度为（0.84—2.5）.103

kg/m3。固体矿产钻探，密度范围要小一些，为（0.84—1.3）·103kg/

m3，个别情况能达2.0·103kg/m3。冲洗介质为工业用水和低固相

泥浆，其密度为（1.0—1.05）·103kg/m3；普通泥浆密度为（1.05—

1.3）·103kg/m3；很少情况下用加重泥浆，密度可达2.0.103kg/

m3。在高纬度地区钻探，用盐水、乳化液、柴油、原油作冲洗介

质，最小密度为0.84·103kg/m3。冲洗介质密度和热容量可以选

择的范围有限，完全没有密度小于0.84·103kg/m3的冲洗介质，

常导致正常钻探过程中断，产生复杂情况和事故。部分高费用的

钻孔不能完成自己的任务。

用压气及气液混合物作冲洗介质，使密度能达到0.6kg/m3

以下。并可用改变冲洗介质气液比的方法，在很宽的范围调整它

的密度（图1－1）。

空气的热容量等于1·103J/kg·℃，是水热容量的1/4。用低

热容量冲洗介质，促使常年冻土带地层钻进工艺过程的改善。分

析实际资料和理论研究证明，在冻土带快速安全钻进的条件是保

持孔壁冻土岩层的自然物态和温度状态。忽视温度因素，由于冲

洗液在孔内冻结，或冰胶结的松散岩层因加温失去粘结，丧失稳

定性，从而导致钻孔复杂情况的出现［15］。

用冲洗液钻进冻结层，最常见的复杂情况如下：

孔壁冲毁和坍塌是用热水或高浓度盐水作冲洗液，由于加温

和冰层破环造成的。岩石加温而坍塌，常造成卡钻或冲洗液在孔

内重新冻结，而导致持久的事故；

孔口冲毁是由充满冰的岩层被烘烤而引起。孔口冲毁的后果

是导管偏斜及下沉，钻机不能正常工作，钻塔基座和支承失稳。

孔口冲毁后，常常不可能修复，因为冲毁的漏斗直径可达若干米；

水基冲洗液的局部冻结，随后在孔眼内形成冰凌和在孔壁上

结冰。这既可能发生在钻进过程中，也可能发生在起下钻具冲洗液

短暂停止循环时。钻进过程中孔壁结冰，造成从孔内提升钻具困

难，有时成为不可能；而在起下钻具之间结冰，则使下钻至孔底

的时间消耗增大；

冲洗液完全冻结是由于水泵或发动机损环、断电或处理断钻

卡钻缺乏必需的工具，冲洗液长时间停止循环而引起的。弄清停

工原因之后，在孔内重新钻进冰层，需要很长时间。如果冲洗液

冻结时，孔内有钻具，会发生严重的事故（重新钻进或烘烤冰

层，同时拧开钻具，逐根提出）。消除事故，变得如此之难和需

要很长时间，以至于重新钻一个新孔，在经济上更为合算；