第四讲钻探设备及工艺
钻探设备与工艺
主要参考书
１、设计阶段
确定钻孔结构；选择设备、工具、管材；制定工 艺措施；预算台效；制定安全措施；人员组织与 管理。
２、施工阶段
施工准备（修路、机场平整、安装水电等设备） 开孔→正常钻进→终孔
３、结束阶段
封孔；拆迁；资料统计、对比、总结
四、钻探技术发展现状 Drilling technical development 钻进过程中主要解决的技术问题：
钻探设备与工艺
Drilling Equipments and Technology
2009年5月
本课程主要讲述内容
• 绪论 • 钻探工艺
岩芯钻探钻具、钻进方法、岩矿芯采取、
特种取芯方法、钻孔弯曲及其测量
• 钻探设备
岩芯钻机构造及结构原理 水井、工程钻机构造及结构原理 钻探用泵及钻塔
绪论
★钻探历史 ★现代钻探发展分类 ★钻探工作内容 ★钻探技术发展现状 ★本课程性质、目的、参考书 ★关于考试 ★几个基本概念
一、钻探历史
钻探发展经历的几个历史阶段： 1、传说时代的古井（四五千年以前的史前时期） 2、井盐钻探（公元前2-3世纪）
3、古代深井阶段（ 1041-1368 ）
4、近代深井阶段 （ 1369-1911 ）
5、现代机器钻进阶段 （ 1911- ）
一、钻探历史
1、传说时代的古井 （四五千年以前的史前时期） 《周书》记载：黄帝穿井 尧舜禹时代《击壤歌》 日出而作，日入而息， 凿井而饮，耕田而食，帝力于我何有哉 伯益作井 伯益是舜帝时期主管山川、林泽的大臣； 《世本》称颂是凿井的发明者。
精选钻探工艺方法
发生卡钻、埋钻现象时，须立刻减小油门或熄火，避免烧坏离合器；
9、静夜四无邻，荒居旧业贫。。10、雨中黄叶树，灯下白头人。。11、以我独沈久，愧君相见频。。12、故人江海别，几度隔山川。。13、乍见翻疑梦，相悲各问年。。14、他乡生白发，旧国见青山。。15、比不了得就不比，得不到的就不要。。。16、行动出成果，工作出财富。。17、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。。9、没有失败，只有暂时停止成功！。10、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。。11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。。12、世间成事，不求其绝对圆满，留一份不足，可得无限完美。。13、不知香积寺，数里入云峰。。14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。15、楚塞三湘接，荆门九派通。。。16、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。。17、空山新雨后，天气晚来秋。。9、杨柳散和风，青山澹吾虑。。10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。11、越是没有本领的就越加自命不凡。12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。。16、业余生活要有意义，不要越轨。17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。
钻头
钻头
PDC取芯钻头，适合软至中硬地层地层。
钻头
尖齿PDC取芯钻头，适合弹性致密泥岩及粘土质砂岩地层。
钻头
适合软硬交错互层。
尖齿交错金刚石钻头
钻头
适合强研磨性地层，尤其适合深孔绳索取芯钻进。
双水口长寿命金刚石孕镶钻头
钻头
适合坚硬地层。
主副水路孕镶金刚石钻头
钻探新技术与新工艺介绍
钻探新技术与新工艺介绍在石油勘探领域，钻探技术和工艺一直是不断创新和改进的。
本文将介绍一些最新的钻探新技术和新工艺，以期提高勘探效率和减少环境影响。
首先，方向钻井技术是近年来取得突破的一项钻探技术。
传统的钻井技术只能在垂直方向进行，但随着油田的逐渐开发，许多储层是以水平或倾斜方向延伸的，传统的钻井技术无法有效地触达这些储层。
方向钻井技术通过调整钻井井口的方向来控制井筒的走向，实现水平和倾斜钻井，从而有效地开发这些储层。
这项技术大大提高了钻井的效率和生产能力。
其次，超深钻井技术是另一项引人注目的钻探新技术。
随着石油和天然气资源的日益稀缺，勘探者们被迫深入更加复杂和困难的地质条件下寻找新的储层。
超深钻井技术克服了深井钻探中遇到的高压高温、井壁不稳定和岩心回收困难等问题。
此外，超深钻井技术还可以为地质实验、地震研究和地热能利用等领域提供重要的科学数据。
再次，钻井液技术的创新也为钻探工艺带来了显著的改进。
钻井液是用于冷却钻头、润滑井眼、平衡地层压力和悬浮岩屑的液体。
研发新型的钻井液可以提高钻井速度、减少钻井成本、增加井壁稳定性、减少环境毒性等。
例如，利用纳米技术开发出的纳米液晶钻井液可以在高温高压环境下保持稳定，并具有出色的抑制岩屑溢流能力。
此外，生物降解钻井液的应用也成为减少环境影响和提高可持续性的重要举措。
最后，自动化和智能化技术在钻探领域的应用也越来越广泛。
自动化系统可以实现井下作业的无人化，减少操作人员的风险和劳动强度，并提高作业的准确性和效率。
智能化技术则通过数据分析和人工智能算法，提供准确的地层信息、钻井参数和设备状态等，为决策者提供科学的指导。
这些技术的应用不仅大大提高了钻井的安全性和生产效率，还为勘探者提供了更多的数据和信息，促进了油田的可持续开发和管理。
综上所述，钻探新技术和新工艺的不断引入为石油勘探带来了新的机遇和挑战。
这些技术不仅提高了勘探效率和生产能力，还大大减少了对环境的影响。
钻探工艺培训课件
引言钻探指的是用机具钻孔取样，判定地层地质情况、获取地质信息的作业。
钻探技术发源于中国四川，其首要作用是找水喝，其次是找盐吃。
钻探技术堪称是我国四大发明之后的第五大发明。
目的就是取盐。
钻探是地质勘探工作中的不可缺少的一项重要技术手段。
用机器从地表向地下钻形成圆柱形孔就叫钻孔，用各种方法使钻孔不断向下延伸的过程叫钻进。
钻孔的作用：用以鉴别和划分地层。
从钻孔中不同深度处取得岩心、矿样、土样进行分析研究；确定岩层、矿物的储量、所处位置、矿物的种类及品质等；用以测定岩石和土层的物理、力学性质和指标，提供设计需要；下入仪器获取地球地层内部信息。
钻探工程所用钻机主要分为回转式、冲击式及冲击回转式等几种。
钻探工程按钻孔用途可分为：①固体矿产钻探；②石油天然气钻探；③水文地质钻探。
④地热钻探。
⑤工程地质钻探；⑥科考钻探；以及大口径灌注桩成孔。
孔深几百米～几千米。
第一章：钻探技术与规程（钻探工艺）第一节、硬质合金钻进利用镶焊在钻头体上的硬质合金切削具作为破岩的工具，这种钻进方法称作硬质合金钻进。
（一）硬质合金钻进特点1、由于切削具固定在钻头体上，它可以钻进任意倾角的钻孔，不受孔内、孔径孔深的限制。
所钻出孔壁及岩心其直径比较一致，表面光滑，这对于安全钻进和保证取心是有利的。
2、可以根据不同的岩性和要求，合理设计和选择钻头的结构，以便在不同的地层都取得良好的效果和满足工作的要求。
3、钻进中，操作简单、规程参数的允变范围大、容易掌握。
4、较容易保证钻孔质量、岩心采取率较高、孔斜较小。
（二）影响硬质合金钻进的主要因素1、岩层性质：如硬度、研磨性、裂隙性、不均匀性及岩层的硅化程度。
2、钻头的结构：如硬质合金的切削刃的硬度、强度韧性和抗磨性能，硬质合金切削具的形状、规格、切削具在钻头上的排列形式、数量镶焊方法及镶焊的质量等。
3、钻进时的操作技术及钻进规程：如钻压、转速、泵量等。
（三）硬质合金钻头的选择和使用1、取心硬质合金钻头的规格必须符合《地质钻探钻头图谱》中标准图纸的要求。
钻探工艺PPT课件
钻孔弯曲度测量与孔深较正
钻进过程中，每钻进50m测量钻 孔弯曲度并丈量钻具；
下套管前，进出矿体时及终孔后 各增加一次，钻孔弯曲度和丈量钻 具应同时进行，发现超差应及时采
取有效措施。 测量结果要及时填写到原始班报
表的相应位置。
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预防钻孔弯曲的措施
•
地表机械设备应经过检查，稳固可靠。
• 确保安装质量，保证“天车、回转器、孔口”三点一线 。
是否合理：钻速、钻头的总进尺和单位进尺金刚石的 耗量。
钻头唇面形状：平底形、圆弧形、半圆形、单阶梯形、多 阶梯形、锥形、锯齿形、单双块形、交错 块形、薄壁形、阶梯形底喷式、喇叭口形
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金刚石绳索取心钻进
• 优点：提高钻进效率，提高岩矿心采取率，延长钻头寿
命，有利于孔内安全和钻穿复杂地层，减轻了劳动强度。
• 扩孔时要带内导正器，换径时要带外导正器。粗径钻具 要用综合式异径接头连接，其中心线应一致。
•
换经时导正管长度要大于4m，第一回次的小径岩心管 长度要小于1m。
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降低孔深误差的措施
• 钻机场使用的铁尺应保持两端平 齐，刻度准确、清楚，并定期校 正。
• 丈量机上余尺时钻柱应停止回转 ，基准点要一致，并应准确丈量 ，及时记录。
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做好原始班报表记录的措施
记录员应在现场认真、及时 的填写好各项数据，不允许
下班后追记、补记。 班长、机长（或综合记录员 ）要及时校对原始记录，发
现错误立即修正。
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简易水文观测
按要求认真填写简易水文班报表，每回 次取出内管后，投放内管前各测量水位 一次，间隔时间应大于5分钟，并测回 次进尺时冲洗液的消耗量。详细记录孔 内涌水、掉块、坍塌、卡钻、埋钻、烧 钻、溶洞的详细位置或起止时间，应及 时记录其孔深，并全取溶洞充填物。终
石油钻探技术解析
石油钻探技术解析石油是现代社会发展不可或缺的能源之一，而石油钻探技术则是获取这一宝贵资源的关键。
本文将从石油钻探的基本原理、钻井工艺流程、常用工具设备和技术改进方面，对石油钻探技术进行深入解析。
一、石油钻探的基本原理石油钻探是通过钻井设备将钻头运送到地下，利用旋转钻进方法探测地下的油层，最终获得可采油气资源。
其基本原理包括钻柱传递旋转力矩、钻头负责钻井和钻井液起到冷却清洗的作用。
二、钻井工艺流程1. 方案设计：在进行钻井前，需要制定详细的钻井方案，包括确定钻井目标、选取井位、选择钻探工艺和设计井眼轨迹等。
2. 井位准备：根据方案确定的井位，进行地表的勘查、平整和固定，确保安全的钻井操作。
3. 钻井装备安装：安装钻井设备，如钻井平台、钻机、钻杆、钻头等。
4. 钻井作业：根据方案逐步进行钻井，包括钻进、取心、下套管、完井等环节。
5. 完井作业：在探明石油资源后，进行完井作业，包括固井、套管、测试等，确保油井的稳定生产。
三、常用工具设备1. 钻井平台：用于支撑钻机和钻井设备的基础结构，分为陆上钻井平台和海上钻井平台两大类。
2. 钻机：提供旋转力和推进力，用于将钻头运送到目标地层。
3. 钻杆和钻头：负责连接钻机和钻头，传递旋转力矩和钻进力，实现钻井作业。
4. 钻井液：冷却钻头，悬浮钻屑，维护井壁稳定，是钻井过程中的重要介质。
5. 测井工具：用于测量井内各种参数，如地层电阻率、自然电位和渗流能力等，为油层评价和储量估算提供依据。
四、技术改进方面1. 钻头材料改进：采用更坚硬、耐磨的金刚石钻头，提高钻井效率和寿命。
2. 钻井液技术改进：研发新型钻井液，降低粘度，提高清洗效果，减少环境污染。
3. 钻井压裂技术：通过注入高压流体，使油层裂缝扩大，提高产量。
4. 成像测井技术：通过电子测井仪器，实时采集地层信息，帮助判断油气储量和控制钻井作业。
5. 智能井控技术：借助传感器和数据分析技术，实现对油井的远程监控和智能控制，提高生产效率和安全性。
钻探工操作培训课件
钻探工操作培训课件钻探工操作培训课件随着石油和天然气资源的日益枯竭，深水钻探等复杂环境下的石油勘探和开采成为当今石油行业的重要挑战。
而钻探工作作为石油勘探和开采的核心环节，对于钻井设备的操作熟练程度和安全意识的提高至关重要。
因此，钻探工操作培训课件的编制和使用变得越来越重要。
一、课件的编制目的钻探工操作培训课件的编制目的在于提供一种系统的、易于理解和掌握的学习工具，以帮助钻探工人员掌握必要的知识和技能，提高工作效率和安全意识。
通过培训课件的使用，钻探工人员可以更好地理解和掌握各种钻探设备的操作原理和步骤，从而提高操作技术和工作质量。
二、课件内容的安排1. 钻探工作基础知识在钻探工作操作培训课件的开头，可以安排一些基础知识的介绍，包括石油勘探和开采的基本概念、钻井设备的分类和组成部分等。
这些基础知识的介绍可以帮助钻探工人员对整个钻探过程有一个整体的了解，为后续内容的学习打下基础。
2. 钻井设备的操作原理和步骤接下来，可以详细介绍各种钻井设备的操作原理和步骤。
例如，钻头的选择和安装、钻柱和钻杆的组装和拆卸、钻井液的配制和循环等。
通过对这些操作原理和步骤的介绍和演示，钻探工人员可以更好地理解和掌握各种设备的使用方法，提高操作技术和效率。
3. 钻探现场的安全措施在钻探工作中，安全意识和安全措施的重要性不言而喻。
因此，在培训课件中应该加入一些关于钻探现场安全措施的介绍，包括个人防护装备的使用、现场安全规范的遵守等。
通过对这些安全措施的介绍和演示，钻探工人员可以增强自己的安全意识，降低工作风险。
4. 钻探故障排除和维护钻井设备在使用过程中难免会出现一些故障，因此，钻探工人员需要具备一定的故障排除和设备维护的能力。
在培训课件中，可以加入一些关于钻探设备故障排除和维护的内容，包括常见故障的识别和解决方法、设备的日常维护等。
通过对这些内容的学习，钻探工人员可以更好地应对设备故障，提高工作效率。
三、课件的设计原则1. 简洁明了钻探工操作培训课件的设计应该简洁明了，避免过多的文字和复杂的图表。
钻探工艺方法讲解
钻机操作注意事项
• 注意安全，严格遵守安全操作规程； • 熄火加油； • 熄火换挡； • 熄火加减钻杆，尤其在使用垫叉时，必须
保证发动机熄火； • 加减钻杆时，需保证动力头锁紧，防止出
现手柄打人现象； • 螺旋钻进时，开钻前必须握紧手柄，防止
手柄脱手伤人；
钻ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ操作注意事项
• 发生卡钻、埋钻现象时，须立刻减小油门 或熄火，避免烧坏离合器；
一个孔的布孔方式，酌情布置多条剖面； • 在关键的部位可单独布置异常检查孔； • 钻孔不要一次布完，最好采取边打边部的办法，
这样可以最大限度的节省工作量。
2 浅钻工作量计算方法
• 单纯以米定价会造成施工队伍与甲方利益 的严重对立，不利于甲方对浅钻质量的监 管。
• 建议采取钻进米数与所取样品相结合的定 价方式，使施工队可以取得与甲方一致的 利益，这样才可以促进浅钻技术的推广。
析； • 一定范围内的基岩样品综合分析可以推断
地层变化情况和火山岩活动情况； • 含矿样品可用于品位鉴定和储量计算
6 浅钻与化探
• 在森林沼泽浅覆盖区传统的土壤化探难以 奏效，浅钻取样可以有效穿透地表的覆盖 层；
• 浅部隐伏矿床地表被无矿地层覆盖，土壤 化探无法探测到下部的隐伏矿床。使用浅 钻化探的方法钻取残破积层可以大大提高 浅部隐伏矿床被发现的几率。
4 浅钻取样标准
• 浅钻化探：取残破积层碎石不少于150克； • 填图取样：取到基岩长度不少于30cm； • 物化探异常检查取样：取到基岩长度不少
于30cm； • 代替槽井探取样：取出完整的风化基岩，
并取到新鲜基岩30cm
5 浅钻样品综合利用
• 残破积层样品可用于浅钻化探； • 新鲜基岩样品可用于地质填图和原生晕分
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用于岩心钻探的钻机分为：机械式钻机(包括立轴式钻 机和转盘钻机)、全液压钻机。
当然还有旋挖钻机、车装钻机、履带式钻机。
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(二)钻探方法的分类
1、根据钻进时取心的特点分类——岩心钻探和不取心 (无岩心、无心、全面)钻探。
2、根据钻孔用途分类——按钻探的应用范围分出相应 类型。
3、根据钻孔中心线的倾角和方位角分类——垂直孔(上、 下垂)、下斜孔、上仰孔、水平孔。
4、根据钻孔位置的分类——地表钻探、水上(河、湖、 海)钻探、地下坑道钻探。
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四、钻探工程的应用范围和分类
(二)钻探方法的分类
5、根据钻孔布置方法分类——丛状钻探 (图2.2)、多井 筒钻探(图2.3)、多孔底钻探 (图2.4)。
图2.2 丛状布孔
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图2.3 多井筒布孔 图2.4 多孔底布孔
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四、钻探工程的应用范围和分类
③第三阶段——小口径深井钻凿工艺的完善和提高时 期(明清)。
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2、近代与现代钻探发展过程
①钻探工程用途越来越广，钻探工程量逐年上升(局 部时期徘徊或下降)；
②钻探设备种类越来越多，功能更多，性能更佳； ③钻头等钻具品种种类越来越全，性能越来越优； ④钻进方法越来越多，越来越先进； ⑤中国与发达国家在钻探领域的技术差距较大。
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2.2 钻探设备
2.2.1 钻 机 2.2.2 泥 浆 泵 2.2.3 动 力 机 2.2.4 钻塔及其附属设备 2.2.5 其它设备
2.2.1 钻 机
一、钻探工艺对钻机功能的基本要求
1、提供使钻杆柱及碎岩钻具(钻头)破岩所需的回转动力； 2、提供钻具克入岩石的压力，并能调节； 3、具有起下钻具的能力。
(二)钻探方法的分类
6、根据破岩形式分类 (1)物理方法破岩：①高温（1400℃～3500℃）、高压
（200~250MPａ）破岩；②用超声波和低声波破岩； ③用爆破、高压水射流等方法破岩。 (2)化学方法破岩：此法使用较少，如溶解、软化岩石 等。 (3)机械方法破岩：使用最为广泛，其分类如图2.5所示。
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(二)钻探方法的分类 7、根据钻进使用的冲洗液分类 清水钻进； 乳化液钻进； 泥浆钻进(含加重泥浆)； 饱和盐溶液钻进(钻盐井，以防溶解岩心和孔壁)； 空气钻进； 泡沫钻进； 雾化钻进； 充气泥浆钻进(降低泥浆比重，以防漏失)。
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冲击钻进
手动冲击钻进
机械冲击钻进 手动回转钻进
冲击器钻进 钻机钻进
液动冲击器钻进 风动冲击器钻进
硬质合金钻进
回转钻进 机械回转钻进 钻粒钻进 金刚石钻进
转盘钻进 深井回转钻进
涡轮钻进
螺旋钻进 其它 震动钻进
井底发动机钻进 螺杆钻进 电钻进
冲击回转钻进
图2.5 机械破碎岩石的钻探方法分类
①第一阶段——大口径浅井时期：从公元前255年至 公元1040年(自秦至宋初)。
李冰任蜀郡太守后，率领人民兴修都江堰工程的过程 中，发现了多处盐泉，通过认真考察，初步掌握了水文地 质条件，并创造性地运用大口径水井开凿方法，成为了开 凿我国第一口盐井的开拓者。
②第二阶段——小口径深井发明与推广时期：公元 1041－1048年(北宋庆历年间)。
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四、钻探工程的应用范围和分类
(一)应用范围
1、地质勘探：普查找矿钻探；矿产勘探钻探；水文地质钻探； 工程地质钻探。
2、开采矿产资源钻探：打水井；石油(天然气)钻探；盐井钻 探。
3、煤矿井下钻探：地质勘探钻探；瓦斯抽放钻探；排放水钻 探；锚杆锚索钻探；救援钻探。
4、工业钻探：加固建筑物的基桩孔；建大桥的大直径(桥墩施 工用空间)钻孔；以测量地面沉降精确变比资料的标孔；加 固水坝、防漏水的防渗漏墙；利用钻孔灌注水泥防治地质灾 害(地面锚索、杆孔)；铺设管道、电缆的技术孔；矿山的竖 井、通风井及多种辅助井；代替开挖隧道打大断面的地下坑 道；用于军事，如导弹的发射井。
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图2.1 钻探现场布置全貌图
1-钻头；2-岩心；3-岩心管；4-异径接头；5-钻杆柱；6-固定空口管；7-钻机；8-回转器； 9-卡盘；10-提引水龙头；11-游动滑车；12-游动钢绳；13-天车；14-钻塔；15-钻机房；
16-升降机；17-高压胶管；18-泵；19-电动机；20-循环槽；21-沉淀池；22-泥浆池； 23-吸水管；24-拉力表；25-出水管
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三、钻探施工过程
1、钻孔的概念
钻孔是从地表(或坑道中)向岩石中开凿的圆形断 面的空间，一般具有较小的直径和较大的深度。直径 在25～500mm之间，称为钻孔。钻孔的深度从数厘米 到数千米，目前的钻孔深度已超过10000m。
钻孔包括孔口、孔底、孔壁。
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三、钻探施工过程
2、钻探施工的主要工序
钻进现场布置图见图2.1所示。 钻进按下列工序进行： 用升降机把钻具下入孔内； 连接好所有接头，开泵； 给钻具加压，并带动其回转，破碎岩石； 提钻取心或更换钻具； 下钻继续钻进； 钻进一段时间后及时测斜； 提出全套钻具，停钻； 封孔。
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Hale Waihona Puke (二)钻探方法的分类 8、根据冲洗液循环方式分类
冲洗液正 循环钻进
全孔反循 冲洗液反 环钻进 循环钻进 孔底局部反
循环钻进
钻孔冲洗液的循环方式
示意图如图2.6所示。
图2.6 钻孔冲洗液的循环方式
a-全孔正循环；b-全孔反循环；c-孔底局部反 循环.1-来自泵；2-往冲洗液沉淀系统
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第二章 钻探设备与工艺
2.1 钻探方法的选择 2.2 钻探设备 2.3 钻探工艺
2.1 钻探方法的选择
一、钻探工程的定义
钻探工程是用一定的工具，在地壳内按着 一定的工艺破碎岩土体并取岩土试样的整个过 程，这项工程的结果即地壳内的钻孔。
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二、钻探工程的发展简史
1、中国古代盐井钻凿技术发展时期