空氣鉆探空氣鉆探介質(zhì)

用壓縮空氣作為鉆孔沖洗介質(zhì)或同時(shí)又作為孔底碎巖的能量的一種鉆探方法。在一定條件下，可以代替清水或泥漿鉆探，因此又稱(chēng)“無(wú)水鉆探”。壓縮空氣由空氣壓縮機(jī)供給，因此空氣鉆探的實(shí)施就是在原有鉆探設(shè)備的基礎(chǔ)上，再配備具有一定性能的空氣壓縮機(jī)即可進(jìn)行?？諝忏@探主要是靠空氣有足夠的上返風(fēng)速來(lái)排除巖粉，所以合理選用壓縮空氣的壓力、排量和上返風(fēng)速等參數(shù)是保證正常鉆探的主要技術(shù)措施，地質(zhì)鉆探一般上返風(fēng)速不應(yīng)低于15米/秒。

把空氣作為鉆孔沖洗介質(zhì)使用，大約始于20世紀(jì)30年代,起初用于嚴(yán)重缺水地區(qū)鉆探石油,以后逐步擴(kuò)展到水文地質(zhì)、地?zé)帷⒐こ痰刭|(zhì)、巖心鉆探等領(lǐng)域?？諝獠粌H取之不盡、并具有可壓縮性、與清水和泥漿比較空氣是一種低密度沖洗介質(zhì)，能有效地鉆進(jìn)低壓油、氣、水層、地?zé)釋?因而能保護(hù)這些儲(chǔ)層不至被損壞(壓裂、壓走、封堵等)以及造成嚴(yán)重漏失，同時(shí)它還有助于提高鉆速和鉆頭壽命。

空氣鉆進(jìn)技術(shù)包括循環(huán)介質(zhì)、循環(huán)方式、碎巖方法和應(yīng)用領(lǐng)域的多工藝空氣鉆進(jìn)技術(shù)體系。其主要特點(diǎn)如下：低密度介質(zhì)有利于提高碎巖速度；能有效冷卻鉆頭、清除巖屑和快速判層；能在不穩(wěn)定地層中保護(hù)孔壁和少污染環(huán)境；有利于保護(hù)含水層和低壓油氣層并提高產(chǎn)出率；特別有利于在干旱缺水地區(qū)和嚴(yán)寒、凍結(jié)層施工；亦利于忌用液體循環(huán)的抗滑錨固孔和露天礦爆破孔施工；空氣潛孔錘鉆進(jìn)能大幅度提高硬巖鉆孔速度；氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)能實(shí)現(xiàn)2～3m以上大直徑井孔和超過(guò)2000m深井施工。

在空氣鉆探時(shí)地層中的水常滲入鉆孔，可根據(jù)鉆孔地層具體條件，分別不同的空氣鉆探方式。

空氣鉆探干空氣鉆探

干空氣鉆探用純空氣作為循環(huán)介質(zhì)，主要適用于完全干涸無(wú)水地層，或干空氣氣流能吸收滲入井內(nèi)的少量水的基巖地層、不含水的覆蓋層和嚴(yán)重漏失地層等。干空氣鉆探時(shí)，返回地面的巖屑稱(chēng)為一股粉塵時(shí)鉆進(jìn)效果最好，其經(jīng)濟(jì)效果也是最好的，所以干空氣鉆探又成粉塵鉆探。干空氣鉆探的特點(diǎn)是鉆進(jìn)速度快，鉆頭壽命長(zhǎng)，對(duì)井壁和巖心無(wú)污染，取樣及時(shí)準(zhǔn)確。但在潮濕地層鉆進(jìn)時(shí)，很容易在粗徑鉆具上方形成“泥環(huán)”，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)韪魵饬鳎荒芾^續(xù)進(jìn)行鉆探。

干空氣鉆探空氣氣流的上返流速在20世紀(jì)50年代確定為15.24m/s為空氣上返速度標(biāo)準(zhǔn)值，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，空氣鉆探的上返流速有的已達(dá)20~30m/s。

干空氣鉆探所用鉆具與液體循環(huán)鉆基本一致，可以是硬質(zhì)合金鉆進(jìn)，金剛石鉆進(jìn)、也可以是剛粒鉆進(jìn)、牙輪鉆頭鉆進(jìn)；可以取心鉆進(jìn)，也可以全面鉆進(jìn)。

空氣鉆探泡沫鉆探

在空氣流中壓入一定量的化學(xué)起泡劑,使介質(zhì)在循環(huán)中產(chǎn)生大量的穩(wěn)定性泡沫，形成用泡沫流體沖洗鉆孔。泡沫兼?zhèn)錃庖簝上嗔黧w的良好性能，對(duì)巖粉糊包鉆頭、泥堵或巖粉結(jié)固等有稀釋、解阻作用。鉆探時(shí)所需風(fēng)量小，上返速度也低，但其循環(huán)壓力較純空氣鉆探為高，注入方法最好用變量泵。

泡沫鉆探時(shí)除需有灌注系統(tǒng)外，其他工藝方法和干空氣鉆探相同。

空氣鉆探泡沫泥漿和充氣泥漿鉆探

在充氣鉆探的空氣氣流中，注入發(fā)泡劑的同時(shí)，注入一定量的經(jīng)過(guò)處理的優(yōu)質(zhì)泥漿（泥漿中的粘土對(duì)泡沫具有穩(wěn)定作用），泥漿與泡沫在流動(dòng)過(guò)程中形成泡沫泥漿。泡沫泥漿具有泡沫和泥漿的特性，即密度小、懸浮能力強(qiáng)且能在井壁上形成堅(jiān)韌的泥皮，適用于漏失、易塌，以及不穩(wěn)定地層鉆探。

充氣泥漿是在泥漿循環(huán)系統(tǒng)中加入發(fā)泡劑，形成低密度的充氣泥漿（也可以將壓縮空氣和泥漿同時(shí)通過(guò)鉆桿送入井底）。充氣泥漿的密度能在較大范圍內(nèi)調(diào)整，減少液柱的靜壓水頭，實(shí)現(xiàn)對(duì)地層的壓力平衡鉆進(jìn)，減少和避免沖洗液介質(zhì)的漏失，同時(shí)泥漿又能起到更好的護(hù)壁作用。充氣泥漿的相對(duì)密度受到泥漿工作泵的限制，一般不能低于0.8，再低就會(huì)導(dǎo)致泥漿泵因“氣塞”而停止工作。

空氣鉆探氣動(dòng)潛孔錘鉆探

又稱(chēng)氣動(dòng)孔底沖擊回轉(zhuǎn)鉆探，這種鉆探方法，壓縮空氣既被利用作為沖洗介質(zhì)又作為氣動(dòng)能量。在鉆頭與鉆桿間，連接一個(gè)風(fēng)動(dòng)潛孔錘，借以把通過(guò)鉆桿輸入的壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械沖擊能，并用活塞沖擊鉆頭實(shí)現(xiàn)孔底沖擊碎巖的一種工藝，其回轉(zhuǎn)仍靠鉆桿驅(qū)動(dòng)，鉆桿又為鉆機(jī)所驅(qū)動(dòng)。特點(diǎn)是沖擊功能大、回轉(zhuǎn)速度低、軸向鉆頭壓力低、碎巖效率高、鉆頭使用壽命長(zhǎng)，適合鉆探中硬以上巖層，與一般回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)相比，可提高鉆速5～10倍,一個(gè)球齒潛孔錘鉆頭可鉆石灰?guī)r2000余米。主要用于鉆基巖水井和有關(guān)工程孔等，在多年厚凍結(jié)層分布廣的地區(qū)及無(wú)水沙漠和高山地區(qū)也常能得到很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

在鉆探工程中，主要應(yīng)用機(jī)械方法破碎巖石，根據(jù)外力作用的性質(zhì)和方式，可分為沖擊鉆探、回轉(zhuǎn)鉆探、沖擊回轉(zhuǎn)鉆探、振動(dòng)鉆探和噴鉆探等。

若按鉆探時(shí)所用切削工具不同可分為硬質(zhì)合金鉆探、金剛石鉆探和鋼粒鉆探；

按鉆探時(shí)所用沖洗液和循環(huán)方式可分為清水鉆探、泥漿鉆探、空氣鉆探、正循環(huán)鉆探、反循環(huán)鉆探等；

按鉆探區(qū)域不同可分為陸地鉆探、水域鉆探、極地鉆探、月面鉆探等；

按鉆探目的和作用不同可分為固體礦產(chǎn)鉆探、水文地質(zhì)鉆探、工程地質(zhì)鉆探、砂礦床鉆探、地?zé)徙@探、石油天然氣鉆探、科學(xué)（超深孔）鉆探和地表取樣鉆探等。

此外，一些效率高的鉆探方法如熱力法（如火焰噴射鉆、高頻電流鉆、微波鉆）、熔融法（如電熱鉆、等離子鉆、激光鉆等）、化學(xué)方法（利用化學(xué)反應(yīng)破碎巖石）等，由于技術(shù)難度大、成本高還未推廣應(yīng)用。

發(fā)明涉及一種用一鉆探設(shè)備進(jìn)行的鉆探方法，用一種鉆探設(shè)備進(jìn)行的鉆探方法，該鉆探設(shè)備有一鉆探裝置，創(chuàng)始于中國(guó)的一種古老的鉆井方法，于11世紀(jì)傳入西方。

是指向地下鉆孔破碎孔底巖石的方法及鉆進(jìn)工藝的總稱(chēng)。為了滿足不同的鉆探目的，要求采用不同的技術(shù)裝備和工藝，從而形成各種不同的鉆探方法。

深海鉆探計(jì)劃（DeepSeaDrillingProgram，DSDP）是1968年至1983年期間實(shí)施的一項(xiàng)海洋鉆探計(jì)劃，其目的是在世界大洋打大量不太深的鉆井，采集沉積巖心，取得洋底地殼上層的資料。

鉆探歷史

1964年5月，邁阿密大學(xué)海洋科學(xué)研究所、哥倫比亞大學(xué)拉蒙特－多爾蒂地球觀測(cè)所、加利福尼亞大學(xué)斯克里普斯海洋研究所及伍茲霍爾海洋研究所聯(lián)合組成了地球深部取樣海洋研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合體（Joint Oceangraphic Institutions Deep Earth Sampling，JOIDES)，不久華盛頓大學(xué)加入聯(lián)合體。1965年，JOIDES 在美國(guó)佛羅里達(dá)半島東海岸鉆了14口井，取得了一些很有價(jià)值的成果。1966年6月24日，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)指定加利福尼亞大學(xué)斯克里普斯海洋研究所為 JOIDES 的操作單位，與之簽訂協(xié)議，由基金會(huì)提供1260萬(wàn)美元實(shí)施深海鉆探計(jì)劃，以取代耗資不菲的莫霍計(jì)劃。1968年，深海鉆探計(jì)劃的專(zhuān)用鉆探船，由環(huán)球海洋鉆探公司建造的“格羅瑪·挑戰(zhàn)者號(hào)”建成下水并交付使用。

鉆探實(shí)施過(guò)程

在1968年至1983年的15年里，“格羅瑪·挑戰(zhàn)者號(hào)”完成了96個(gè)鉆探航次，總里程超過(guò)60×10公里，在624個(gè)鉆位上鉆探了1092個(gè)深海鉆孔，采集深海巖心總長(zhǎng)超過(guò)97公里，采集范圍覆蓋了除北冰洋之外的全球各大洋。隨著第一階段（1-9航次）、第二階段（10-25航次）和第三階段（26-44航次）的順利展開(kāi)，1975年，蘇聯(lián)、聯(lián)邦德國(guó)、英國(guó)、日本等國(guó)也加入了該項(xiàng)計(jì)劃，深海鉆探計(jì)劃進(jìn)入了大洋鉆探的國(guó)際協(xié)作階段（International Phase of Ocean Drilling，IPOD）。1983年11月，“格羅瑪·挑戰(zhàn)者號(hào)”退役，接替它的是更加先進(jìn)的“喬迪斯·決心號(hào)”，深海鉆探計(jì)劃也隨之改稱(chēng)為大洋鉆探計(jì)劃。

一個(gè)主要的技術(shù)進(jìn)步是在鉆孔后擴(kuò)大使用孔。鉆探期間和之后進(jìn)行了地球物理和地球化學(xué)測(cè)量，偶爾在孔中安裝了長(zhǎng)期的地震監(jiān)測(cè)裝置。這擴(kuò)大了對(duì)板塊構(gòu)造涉及的動(dòng)態(tài)過(guò)程的理解。另一項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步涉及1979年引進(jìn)液壓活塞芯（HPC），允許恢復(fù)幾乎未受干擾的沉積物核心。這大大增強(qiáng)了科學(xué)家研究古代海洋環(huán)境的能力。

鉆探成果

深海鉆探計(jì)劃最重要的成果就是驗(yàn)證了海底擴(kuò)張學(xué)說(shuō)和板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)。此外還還根據(jù)海底鉆探所取得巖心，重建了大西洋的海底擴(kuò)張歷史，提出距今約9000萬(wàn)年前，南極洲與澳洲、南美洲先后脫離，逐步形成了大西洋。還證明了印度板塊曾以超過(guò)10cm/a的速度向北漂移，在近6500萬(wàn)年移動(dòng)了4500km。