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第1章 概论1

1.1 概述1

1.2 世界钻探技术发展简史1

1.3 中国钻探技术发展简史5

1.4 钻探技术体系7

1.5 主要钻探技术体系的特征9

1.5.1 地质岩心钻探技术体系9

1.5.2 石油钻井技术体系10

1.5.3 科学钻探技术体系11

1.6 钻探主要术语12

1.6.1 通用术语12

1.6.2 设备与器具13

1.6.3 钻探工艺15

1.6.4 钻孔弯曲与测量16

第2章 岩石钻进特性18

2.1 岩石基本类别18

2.1.1 固结性岩石18

2.1.2 黏结性岩石18

2.1.3 松散性岩石19

2.1.4 流动性岩石19

2.2 岩石基本物理性质19

2.2.1 密度与容重19

2.2.2 孔隙度21

2.2.3 各向异性22

2.3 岩石基本力学性质23

2.3.1 强度23

2.3.2 硬度26

2.3.3 弹性、脆性、韧性和塑性30

2.4 岩石研磨性及其分级33

2.4.1 研磨性33

2.4.2 研磨性测试方法及其分级33

2.5 岩石可钻性及其分级37

2.5.1 可钻性37

2.5.2 可钻性分级38

2.5.3 坚固性系数及其分级44

2.6 岩石完整程度和裂隙性分级46

2.6.1 完整程度46

2.6.2 裂隙性分级47

2.7 岩石稳定性和渗透性47

2.7.1 稳定性47

2.7.2 渗透性48

2.8 岩石钻进特性的应用49

2.8.1 钻探工艺设计依据49

2.8.2 钻进方法选择51

2.8.3 钻孔结构设计51

第3章 地质钻探设备53

3.1 钻探设备组成和分类53

3.2 立轴式岩心钻机54

3.2.1 立轴式钻机结构特点55

3.2.2 典型立轴式钻机主要结构55

3.2.3 其他立轴式钻机结构特点65

3.2.4 立轴式岩心钻机技术参数66

3.3 全液压动力头式岩心钻机68

3.3.1 全液压动力头式钻机结构特点68

3.3.2 典型动力头式岩心钻机68

3.3.3 动力头式岩心钻机关键部件70

3.3.4 液压动力头式岩心钻机技术参数74

3.4 电驱动顶驱岩心钻机78

3.4.1 电驱动顶驱岩心钻机结构特点78

3.4.2 典型电驱动顶驱岩心钻机79

3.4.3 电驱动顶驱岩心钻机关键部件81

3.4.4 电驱动顶驱岩心钻机技术参数87

3.5 坑道钻机88

3.5.1 全液压动力头式坑道钻机88

3.5.2 机械动力头式坑道钻机95

3.5.3 液压给进立轴式坑道钻机96

3.6 水井钻机98

3.6.1 水井钻机分类98

3.6.2 典型转盘式水井钻机98

3.6.3 转盘式水井钻机主要技术参数101

3.7 工程勘察钻机101

3.7.1 工程勘察钻机的特点101

3.7.2 典型工程勘察钻机105

3.7.3 工程勘察钻机主要技术参数105

3.8 浅层取样钻机108

3.8.1 浅层取样钻机分类108

3.8.2 典型浅层取样钻机108

3.8.3 国内浅层取样钻机型号与技术参数116

3.9 往复式泥浆泵117

3.9.1 往复式泥浆泵分类117

3.9.2 往复式泥浆泵工作原理118

3.9.3 BW系列泥浆泵119

3.9.4 BW系列泥浆泵型号与技术参数119

3.10 移动式空压机122

3.11 钻塔124

3.11.1 钻塔类型和特点124

3.11.2 钻塔规格参数125

3.12 动力设备128

3.12.1 地质钻探用动力机种类和特点128

3.12.2 动力机选型及动力计算129

3.13 附属设备129

3.13.1 固控系统129

3.13.2 提引装置133

3.14 国外钻探设备148

3.14.1 国外地表岩心钻机148

3.14.2 国外车装水井钻机154

3.14.3 国外全液压坑道钻机158

3.14.4 国外浅层取样钻机160

第4章 钻探管材163

4.1 地质钻探管材性能要求163

4.1.1 管材钢级和性能163

4.1.2 管材尺寸偏差要求163

4.1.3 管材几何公差164

4.1.4 管材其他技术要求165

4.1.5 管材规格165

4.2 地质钻杆柱170

4.2.1 地质岩心钻探钻具代号170

4.2.2 普通钻杆171

4.2.3 绳索取心钻杆181

4.2.4 地质加重钻杆191

4.2.5 铝合金钻杆192

4.2.6 水文水井管材195

4.3 石油钻柱198

4.3.1 石油钻杆198

4.3.2 石油钻铤204

4.3.3 石油钻杆接头螺纹205

4.4 地质套管210

4.4.1 套管规格210

4.4.2 套管螺纹213

4.5 地质取心钻具管材214

4.5.1 地质取心钻具管材常规匹配214

4.5.2 岩心管规格215

4.5.3 取心钻具螺纹220

4.6 国外钻探管材标准221

4.6.1 DCDMA钻探系列标准222

4.6.2 国际标准化组织（ISO）钻探标准223

4.6.3 宝长年绳索取心钻杆标准224

4.6.4 日本钻具工业标准（JIS）226

4.6.5 俄罗斯钻具标准228

第5章 钻头与扩孔器243

5.1 钻探用切磨材料244

5.1.1 硬质合金244

5.1.2 天然金刚石246

5.1.3 人造金刚石单晶248

5.1.4 人造金刚石聚晶250

5.1.5 金刚石复合片252

5.2 取心钻头254

5.2.1 硬质合金取心钻头254

5.2.2 金刚石取心钻头257

5.3 全面钻进钻头282

5.3.1 牙轮钻头282

5.3.2 硬质合金全面钻头287

5.3.3 复合片全面钻头287

5.3.4 其他型式金刚石全面钻头289

5.4 专用钻头290

5.5 扩孔器292

5.5.1 单管扩孔器292

5.5.2 双管扩孔器294

5.5.3 绳索取心扩孔器296

5.6 美国DCDMA标准298

5.7 金刚石钻头制造方法300

第6章 金刚石与硬质合金钻进301

6.1 钻头选择和使用301

6.1.1 硬质合金钻头的选择301

6.1.2 金刚石钻头的选择302

6.1.3 钻头的合理使用303

6.2 主要钻进技术参数的选择304

6.2.1 钻压304

6.2.2 转速311

6.2.3 泵量313

6.3 钻头的磨损314

6.3.1 正常磨损315

6.3.2 非正常磨损315

6.4 改善钻具稳定性技术措施318

6.4.1 合理选择钻头与钻具级配318

6.4.2 钻具振动原因及预防措施318

6.5 金刚石钻进操作技术要求319

6.5.1 下钻319

6.5.2 钻进320

6.5.3 取心321

6.5.4 复杂岩层钻进321

6.5.5 坚硬致密弱研磨性（打滑）岩层钻进321

6.5.6 其他操作技术要求322

6.6 硬质合金钻进操作技术要点322

第7章 绳索取心钻进323

7.1 绳索取心钻具323

7.1.1 钻具功能及技术要求323

7.1.2 钻具总成结构324

7.1.3 打捞器总成328

7.1.4 主要规格型号系列329

7.1.5 绳索取心钻头和扩孔器330

7.1.6 绳索取心钻杆331

7.2 绳索取心钻探工艺333

7.2.1 适用条件333

7.2.2 钻进技术规程参数333

7.2.3 现场操作要领335

7.2.4 钻进冲洗液要求337

7.3 国外绳索取心钻具339

7.3.1 宝长年公司绳索取心钻具339

7.3.2 利根公司绳索取心钻具339

7.3.3 希斯－舍伍特公司绳索取心钻具341

7.3.4 德国KTB超深孔绳索取心钻具341

7.3.5 俄罗斯绳索取心钻具343

7.4 不提钻换钻头钻进348

7.4.1 不提钻换钻头技术348

7.4.2 BH不提钻换钻头钻具349

第8章 取心技术354

8.1 单层岩心管钻具及取心技术354

8.1.1 单层岩心管钻具的结构特点354

8.1.2 单层岩心管钻具卡心方法355

8.1.3 常用单层岩心管钻具357

8.2 双层岩心管钻具及取心技术358

8.2.1 双层岩心管钻具的结构特点358

8.2.2 双动双管钻具358

8.2.3 单动双管钻具359

8.3 三层岩心管钻具及取心技术367

8.3.1 三层岩心管钻具的结构特点367

8.3.2 典型三层岩心管钻具及取心技术367

8.4 孔底局部反循环取心技术373

8.4.1 无泵反循环取心373

8.4.2 喷射式孔底反循环取心375

8.5 复合钻具钻进取心技术381

8.5.1 喷射式局部反循环绳索取心381

8.5.2 孔底动力取心382

8.5.3 螺杆马达液动锤绳索取心385

8.5.4 定向造斜钻进中的绳索取心387

8.6 岩心定向技术388

8.6.1 岩心定向方法388

8.6.2 岩心定向器具390

8.6.3 岩心产状参数复位与测量392

8.7 补取岩心技术396

8.7.1 补取岩（矿）心的方法和工具396

8.7.2 侧壁补样397

8.7.3 偏斜侧钻补样402

8.8 密闭取心技术403

8.8.1 密闭取心工具403

8.8.2 保压密闭取心技术406

8.8.3 保形密闭取心技术409

8.9 天然气水合物取心技术410

8.9.1 取心器类型及技术指标410

8.9.2 天然气水合物保温保压取心工具412

第9章 孔底动力钻进418

9.1 螺杆钻具418

9.1.1 螺杆钻具结构特征418

9.1.2 螺杆钻具工作特性424

9.1.3 螺杆钻具使用方法427

9.1.4 螺杆钻具分类与技术要求432

9.1.5 国内螺杆钻具型号与规格435

9.1.6 国外螺杆钻具型号与规格450

9.2 涡轮钻具465

9.2.1 涡轮钻具结构特征465

9.2.2 涡轮钻具工作特性469

9.2.3 涡轮钻具使用方法470

9.2.4 国产涡轮钻具471

9.2.5 国外涡轮钻具478

9.3 液动潜孔锤486

9.3.1 阀式正作用液动潜孔锤486

9.3.2 阀式反作用液动潜孔锤490

9.3.3 YS阀式双作用液动潜孔锤492

9.3.4 YZX系列复合式双作用液动潜孔锤494

9.3.5 射流式液动潜孔锤497

9.3.6 射吸式液动潜孔锤500

9.3.7 绳索取心液动潜孔锤503

9.4 液动冲击回转钻进工艺510

9.4.1 液动冲击回转钻进技术要求511

9.4.2 冲击回转钻头511

9.4.3 冲击回转钻进规程参数516

第10章 空气钻进518

10.1 空气钻进技术体系519

10.1.1 钻机选择519

10.1.2 空压机选择519

10.1.3 地面管汇系统521

10.2 风动潜孔锤521

10.2.1 阀式潜孔锤521

10.2.2 无阀式潜孔锤523

10.2.3 贯通式潜孔锤524

10.3 钻具及附属工具525

10.3.1 潜孔锤钻头525

10.3.2 双壁钻杆528

10.3.3 附属工具530

10.4 循环介质533

10.4.1 雾化钻进534

10.4.2 泡沫钻进534

10.5 空气潜孔锤钻进工艺536

10.5.1 潜孔锤正循环钻进536

10.5.2 潜孔锤局部反循环钻进537

10.5.3 潜孔锤局部反循环取样钻进539

10.5.4 贯通式潜孔锤反循环连续取样钻进541

10.5.5 潜孔锤跟管钻进550

第11章 钻孔弯曲与测量555

11.1 钻孔弯曲原因及危害555

11.1.1 钻孔弯曲基本要素555

11.1.2 钻孔弯曲基本类型556

11.1.3 钻孔弯曲原因556

11.1.4 钻孔弯曲危害557

11.2 钻孔弯曲规律与预防558

11.2.1 钻孔弯曲规律558

11.2.2 钻孔弯曲预防558

11.3 测斜仪分类与选用原则559

11.4 磁性测斜仪560

11.4.1 罗盘照相测斜仪561

11.4.2 磁性电子测斜仪563

11.4.3 磁性测斜仪一览表564

11.4.4 磁性测斜仪操作要点和故障诊断567

11.5 陀螺测斜仪569

11.5.1 机械陀螺测斜仪569

11.5.2 压电陀螺测斜仪571

11.5.3 动调陀螺测斜仪571

11.5.4 光纤陀螺测斜仪573

11.5.5 陀螺测斜仪一览表574

11.5.6 陀螺测斜仪操作要点和故障诊断574

11.6 测斜仪配套设备577

11.6.1 测斜电缆577

11.6.2 测斜绞车578

11.6.3 测斜仪校验台578

11.6.4 其他配套器具581

11.7 减小测斜误差技术措施582

11.8 钻孔轴线空间位置计算583

11.8.1 均角全距法584

11.8.2 全角半距法585

11.8.3 曲率半径法586

第12章 定向钻进589

12.1 定向钻进分类和应用589

12.1.1 定向钻进方法分类589

12.1.2 定向钻孔分类589

12.1.3 定向钻进方法的应用589

12.2 定向钻孔设计590

12.2.1 定向钻孔设计依据591

12.2.2 定向孔设计原则591

12.2.3 定向孔轴线设计592

12.3 定向钻探造斜工具594

12.3.1 偏心楔594

12.3.2 连续造斜器596

12.3.3 孔底动力钻具598

12.3.4 辅助造斜件600

12.3.5 造斜工具特性和技术参数601

12.4 定向钻进施工工艺601

12.4.1 定向钻进施工工艺流程601

12.4.2 偏心楔定向钻进工艺602

12.4.3 连续造斜器定向钻进工艺604

12.4.4 螺杆钻具定向钻进工艺606

12.4.5 钻孔轨迹控制609

12.5 定向钻进测控方法和仪器609

12.5.1 定向钻进测控方法分类609

12.5.2 有线随钻测量仪611

12.5.3 泥浆脉冲式随钻测量系统612

12.5.4 随钻测井系统614

12.5.5 电磁波随钻测量系统615

12.5.6 旋转导向钻井系统（RSS）617

12.5.7 地质导向钻井系统620

12.5.8 定向钻进中靶导向系统622

12.6 常见事故预防与处理623

12.6.1 钻具事故预防与处理623

12.6.2 偏心楔事故预防与处理625

12.6.3 连续造斜器事故预防与处理626

12.6.4 螺杆马达事故预防与处理626

12.6.5 仪器孔内事故预防与处理627

第13章 钻孔冲洗629

13.1 钻孔冲洗基础理论629

13.1.1 冲洗液胶体化学基础629

13.1.2 冲洗液流变特性633

13.1.3 冲洗液水力计算635

13.1.4 冲洗液压力平衡钻进637

13.2 冲洗液基本材料638

13.2.1 黏土材料638

13.2.2 加重材料639

13.2.3 无机处理剂641

13.2.4 有机处理剂644

13.3 冲洗液基本类型与性能652

13.3.1 冲洗液基本类型652

13.3.2 冲洗液配制与性能调节658

13.4 冲洗液性能测试659

13.5 复杂地层冲洗液技术663

13.5.1 压力异常地层冲洗液技术663

13.5.2 松散不稳定地层冲洗液技术663

13.5.3 水敏性地层冲洗液技术663

13.5.4 水溶性地层冲洗液技术665

13.6 特定条件下的冲洗液667

13.6.1 低温冲洗液667

13.6.2 高温冲洗液668

13.6.3 硅酸盐冲洗液671

13.6.4 新型微泡冲洗液672

13.6.5 油基冲洗液672

13.6.6 合成基冲洗液673

13.7 冲洗液净化与废浆处理674

13.7.1 冲洗液与环境保护674

13.7.2 冲洗液净化与固控675

13.7.3 废弃冲洗液的处理677

第14章 护孔与堵漏678

14.1 不稳定地层类型与孔壁失稳原因678

14.1.1 不稳定地层类型678

14.1.2 孔壁失稳原因678

14.2 孔壁稳定性主要评价方法679

14.2.1 泥页岩水化分散性试验679

14.2.2 泥页岩膨胀性试验680

14.2.3 页岩稳定指数法（SSI）试验680

14.3 冲洗液护孔技术681

14.3.1 压力平衡护孔681

14.3.2 抑制膨胀缩径684

14.3.3 抑制分散坍塌685

14.4 套管护孔技术685

14.4.1 普通套管685

14.4.2 膨胀套管686

14.5 漏失分类与特征687

14.5.1 漏失通道基本形态和分布规律687

14.5.2 漏失分类691

14.5.3 漏层特征694

14.6 常用堵漏材料697

14.6.1 桥接堵漏材料698

14.6.2 高失水堵漏材料699

14.6.3 化学堵漏材料701

14.6.4 无机胶凝堵漏材料704

14.7 堵漏方法与技术706

14.7.1 孔隙或微裂隙漏失706

14.7.2 压差引发的漏失708

14.7.3 裂缝和破碎带漏失709

14.7.4 涌漏交替或漏失带存在径流710

14.7.5 大裂缝或溶洞漏失711

第15章 孔内事故的预防与处理714

15.1 孔内事故预防714

15.1.1 卡、埋钻事故预防715

15.1.2 烧钻事故预防715

15.1.3 钻具折断事故预防716

15.1.4 套管事故预防716

15.1.5 孔内落物事故预防717

15.2 常用事故处理工具718

15.2.1 打捞丝锥718

15.2.2 偏心接头719

15.2.3 水力式内割刀720

15.2.4 机械式内割刀720

15.2.5 可退式打捞矛721

15.2.6 可退式倒扣捞矛722

15.2.7 磁力打捞器723

15.2.8 丝锥卡捞器723

15.2.9 套管扩孔器723

15.2.10 震击器724

15.2.11 领眼磨鞋725

15.2.12 凹底磨鞋726

15.2.13 铅模726

15.2.14 外平反丝钻杆727

15.2.15 液压千斤顶727

15.2.16 吊锤728

15.3 孔内事故处理728

15.3.1 卡、埋钻事故处理729

15.3.2 烧钻事故处理733

15.3.3 折断钻具事故处理734

15.3.4 套管事故处理734

15.3.5 孔内落物事故处理735

第16章 坑道钻探737

16.1 坑道钻探的特点与类型737

16.1.1 坑道钻探特点737

16.1.2 坑道钻探类型738

16.2 坑道钻探钻具738

16.2.1 坑道钻探钻杆738

16.2.2 坑道钻探PDC钻头747

16.3 坑道定向钻进工艺750

16.3.1 坑道定向钻进应用领域750

16.3.2 坑道定向钻孔设计751

16.3.3 稳定组合钻具钻进工艺756

16.3.4 螺杆钻具钻进工艺758

16.3.5 坑道钻探事故预防与处理762

16.4 坑道绳索取心钻进工艺764

16.4.1 坑道绳索取心钻具结构特点764

16.4.2 坑道绳索取心钻进工艺特点768

16.5 坑道钻探钻孔轨迹测量与计算769

16.5.1 钻孔轨迹测量769

16.5.2 钻孔轨迹计算775

16.6 松软突出煤层钻进工艺777

16.6.1 松软突出煤层的钻进特点777

16.6.2 松软突出煤层钻进的排粉工艺777

16.6.3 松软突出煤层空气钻进净化装置778

第17章 科学钻探782

17.1 海洋科学钻探783

17.1.1 海洋科学钻探发展简史783

17.1.2 海洋钻探设备785

17.1.3 海洋钻探取心技术786

17.2 大陆科学钻探793

17.2.1 大陆科学钻探概况793

17.2.2 科拉超深孔钻探技术797

17.2.3 联邦德国大陆深钻计划（KTB）799

17.2.4 美国卡洪山口科学钻孔802

17.2.5 夏威夷科学钻探项目804

17.2.6 中国大陆科学钻探工程——科钻一井钻探技术805

17.2.7 青海湖国际环境钻探项目809

17.2.8 中国白垩纪大陆科学钻探工程——松科一井项目概况810

17.3 极地科学钻探811

17.3.1 冰层钻探方法分类和特点811

17.3.2 承载电缆电力热熔钻具812

17.3.3 承载电缆电动回转钻具813

17.3.4 承载电缆电动螺旋钻具817

17.3.5 有杆螺旋钻具818

第18章 其他钻探方法与技术820

18.1 水域地质钻探820

18.1.1 水域钻探平台及其安装固定820

18.1.2 水域地质钻探设备及其安装822

18.1.3 水域地质取样技术822

18.2 砂矿钻探827

18.2.1 砂矿钻进方法828

18.2.2 砂矿取样方法和取样工具829

18.2.3 砂矿钻进工艺829

18.2.4 砂矿钻机及工具830

18.3 水力反循环连续取心钻进831

18.3.1 水力反循环连续取心钻进原理831

18.3.2 水力反循环连续取心钻进配套设备832

18.3.3 水力反循环连续取心钻进规程参数835

18.3.4 岩心堵塞预防和解堵837

18.4 地源热泵钻探837

18.4.1 地源热泵系统构成838

18.4.2 地源热泵系统工程勘查840

18.4.3 垂直埋管钻探技术840

18.4.4 地源热泵成井工艺847

18.5 声频振动钻探848

18.5.1 声频振动钻进原理848

18.5.2 声频振动钻进技术特点850

18.5.3 国内外典型声频振动钻机850

18.6 热熔钻进853

18.6.1 热熔钻进原理853

18.6.2 热熔钻进关键技术854

18.6.3 热熔钻进试验855

18.7 激光钻探856

18.7.1 激光钻进原理856

18.7.2 激光钻探发展趋势857

18.8 金刚石优化钻进技术860

18.8.1 钻进过程基本规律861

18.8.2 优化钻进典型模式865

18.8.3 优化钻进参数监测与控制系统868

第19章 钻探工程管理870

19.1 钻探工程设计870

19.1.1 设计依据870

19.1.2 设计步骤870

19.1.3 矿区钻探工程设计870

19.1.4 单孔钻探工程设计873

19.2 生产管理876

19.2.1 生产作业计划876

19.2.2 施工现场管理877

19.3 钻探工程质量管理882

19.3.1 钻探工程质量指标882

19.3.2 钻探工程质量技术措施887

19.4 钻探工程成本管理888

19.4.1 成本构成888

19.4.2 成本管理内容889

19.4.3 成本控制方法890

19.5 HSE管理891

19.5.1 健康管理891

19.5.2 安全管理891

19.5.3 环境保护管理895

19.6 招投标和合同管理897

19.6.1 招标要点897

19.6.2 投标书商务报价898

19.6.3 投标注意事项900

19.6.4 钻探工程合同主要内容900

19.7 境外钻探工程注意事项901

19.7.1 了解工程所在地政策901

19.7.2 境外施工应具备的条件901

19.7.3 境外工程物资供应901

19.7.4 境外工程人员和资金管理902

19.8 技术档案管理904

19.8.1 立档基本要求904

19.8.2 立档注意事项904

19.8.3 档案种类904

附录906

附录1 物理量单位符号906

附录2 单位换算表908

附录3 地层年代表与地质年代表913

附录4 化学元素周期表914

附录5 常用几何体计算公式915

附录6 常用材料密度表919

附录7 常用钻探英文词语缩写922

附录8 标志名称和图形937

附录9 标准型材规格表940

附录10 国内外常用钢钢号对照表945

附录11 国内外常用铝及铝合金牌号对照表951

附录12 常用钢丝绳技术规格952

参考文献954