地质岩心钻探规程.docx
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地质岩心钻探规程
前言
本规程包括了岩心钻探工程设计的编制、钻探方法和设备选择、通用的工艺方法、冲洗介质及施工守则、钻孔质量保证、钻探施工的人身健康、安全、环境保护和生产管理等方面的内容，是不同领域岩心钻探工程及各种专项钻探工艺技术方法的基础性规程。
本规程是地质岩心钻探工程设计、施工、管理和检查验收等各项工作的重要依据和准则。
对于不同的勘查对象、勘查阶段、勘查目的而有所变更的一些特殊要求和技术指标，应符合相关的规程、规范或通过协议、合同做出明确规定。
本规程是遵循GB／T1．1—2009的起草规则，首次以技术标准形式发布。
本规程由中国地质调查局提出。
本规程由国土资源部归口。
本规程起草单位：
中国地质科学院勘探技术研究所。
本规程主要起草人：
王达、赵国隆、肖亚民、陈星庆、汤松然、孙建华、张林霞、刘秀美、戴智长。
本规程由国土资源部负责解释。
地质岩心钻探规程
1范围
本规程规定了钻探施工过程所有工序的技术要求及相关管理规定。
本规程中对“岩心”的界定是广义的，指能采集到的各类岩石样品，即除圆柱状的岩心外，也包括各种岩块、岩样和岩屑，故各种反循环连续取心也被纳入岩心钻探的范围。
本规程主要适用于地质岩心钻探，工程勘察、工程施工、水文水井钻探和油气井钻探的小口径钻孔施工，可参照本规程。
本规程适用于孔深3000m以内的钻孔施工。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB／T标准化工作导则第1部分：
标准的结构和编写
GB／T3787手持武电动工具的管理、使用、检查和维修安全技术规程
GB／T5005钻井液材料规范
GB6722爆破安全规程
GB／T9151钻探工程名词术语
GB15848铀矿地质勘查辐射防护和环境保护规定
GB／T16950金刚石岩心钻探钻具设备
GB／T16951金刚石绳索取心钻探钻具设备
GB／T硬质合金牌号第二部分：
地质、矿山工具用硬质合金牌号
GB50194建设工程施工现场供用电安全规范
AQ2004地质勘探安全规程
DZ／T0032--1992地质勘查钻探岩矿心管理通则
DZ／T0053液动冲击回转钻探技术规程
DZ／T0054定向钻进技术规范
DZ／T0078固体矿产勘查原始地质编录规定
DZ／T0088地质钻探用钻塔系列
3基本规定
钻孔口径系列
地质岩心钻探口径系列是钻探工程最基础的规定，依照国际通用的标准采用R、E、A、B、N、H、P、S作为代号，规格代号及对应的公称口径见表1。
表1规格代号及对应的公称口径规格代号
单位为毫米
规格代号
R
E
A
B
N
H
P
S
公称口径
30
38
48
60
76
96
122
150
公称口径只代表理论钻孔口径尺寸，以便于统一钻具的规格系列，实际的钻头、扩孔器外径尺寸可根据不同的钻进方法和地层情况在合理范围内确定。
钻孔深度
不同的应用领域钻孔深度的划分标准不同，地质岩心钻探钻孔深度划分见表2。
表2仅适用于地表地质钻孔深度划分，不适用于坑道内钻孔、工程地质钻孔、油气钻孔、水文地质及地热钻孔等的深度划分。
表2地质岩心钻孔深度分级
单位为米
钻孔类别
浅孔
中深孔
深孔
特深孔
深度范围
<300
300～1000
1000～3000
>3000
岩石钻进特性
3.3.1岩石可钻性
GB／T9151中规定，岩石可钻性是岩石被碎岩工具钻碎的难易程度，即岩石的抗钻性能，与岩石的强度、硬度、弹塑性、研磨性和结构特征相关。
地质岩心钻探岩石可钻性分级采用综合分级法，是以岩石物理力学性质和岩石局部抗机械破碎能力作为统一定级的基础，主要以岩石压入硬度为主，分为12个级别，见表3。
表3岩心钻探岩石可钻性分级
岩石
可钻
性级
别
岩石物理力学性质
钻进时效指标
代表岩石举例
压入硬度
／（kg／mm2）
摆球硬度
统计效率／
（m／h）
弹跳
次数
塑性系数
金刚石
硬质
合金
1～4
<100
<30
>
>
粉砂质泥岩、碳质页岩、粉砂岩、中粒砂岩、透闪岩、煌斑岩
5
90～190
28～35
～
～
硅化粉砂岩、碳质硅页岩、滑石透闪岩、橄榄大理岩、白色大理岩、石英闪长玢岩、黑色片岩、透辉石大理岩、大理岩
6
175～275
34～42
～
～
角闪斜长片麻岩、白云斜长片麻岩、石英自云石大理岩、黑云母大理岩、白云岩、蚀变角闪闪长岩、角闪变粒岩、角闪岩、黑云石英片岩、角岩、透辉石榴石矽卡岩、黑云白云石大理岩
7
260～360
40～48
～
～
1．40
白云母斜长片麻岩、石英白云石大理岩、透辉石化闪长玢岩、混合岩化浅粒岩、黑云角闪斜长岩、透辉石岩、自云石大理岩、蚀变石英闪长玢岩、黑云母石英片岩
8
340～440
46～54
~
~
花岗岩、矽卡岩化闪长玢岩、石榴子矽卡岩、石英闪长斑岩、石英角闪岩、黑云母斜长角闪岩、伟晶岩、黑云母花岗岩、闪长岩、斜长角闪岩、
9
420~520
52~60
~
~
混合片麻岩、凝灰岩、混合岩化浅粒岩、混合岩化浅粒岩、花岗岩、斜长角闪岩、混合闪长岩、斜长闪长岩、钾长伟晶岩、橄榄岩、混合岩、闪长玢岩、石英闪长玢岩、似斑状花岗岩、斑状花岗闪长岩
10
500~610
59~68
~
~
硅化大理岩、矽卡岩、混合斜长片麻岩、钠长斑岩、钾长伟晶岩、斜长角闪岩、安山质熔岩、混合岩化角闪岩、斜长岩、花岗岩、石英岩、硅质凝灰质砂砾岩、英安质角砾熔岩
11
600~720
67~75
～
～
凝灰岩、熔凝灰岩、石英岩、英安岩
12
>700
>70
<
<
石英岩、硅质岩、熔凝灰岩
测定岩石可钻性的方法还有微钻法、破碎比功法、切槽法等，其指标也可作为确定岩石可钻性级别的参考。
3.3.2岩石研磨性
岩石研磨性是岩石对碎岩工具的磨损能力。
岩石研磨性按标准钢杆研磨法分为三类八等；按标准金刚石杆研磨法分为三类四等，见表4。
表4岩石研磨性分类
研磨性分类
岩石研磨性测试方法
按钢杆研磨法
按金刚石杆研磨法
研磨性等级
研磨性指标／mg
研磨性等级
研磨性指标／mg
弱研磨性
1
<5
1
≤
2
≤
中等研磨性
3
5～10
2
～
4
10～18
3
～
5
18～30
强研磨性
6
30～45
4
>
7
60～90
8
>90
3.3.3岩石完整程度
岩石完整程度一般分为完整、较完整、搅破碎、破碎、和极破碎五类.
钻探方法
3.4.1钻探方法的主要类型
按机械碎岩石分有回转钻探、冲击钻探、冲击回转钻探等;按碎岩工具或磨料分有钢粒钻探、硬质合金钻探、金刚石钻探、复合片钻探、牙轮钻头钻探等;按获取岩心的方式分有提钻取心、绳索取心、反循环连续取心取样等;按冲洗液类型分有清水钻探、泥浆钻探、空气钻探等;按冲洗液循环方式分有正循环钻探、反循环钻探、孔底局部反循环钻探等.此外还有一些特殊的方法,如井底动力驱动钻探、定向钻探等,也可以是上述方法的组合.
地质岩心钻探采用的主要钻探方法硬质合金钻探、金刚石钻探（含绳索取心钻探）、复合片钻探、冲击回转钻探、定向钻探、反循环取心取样钻探等.
3.4.2确定钻探方法的基本原则
a）应满足地质要求和任务书（合同）确定的施工目的.
b）在适应钻进地层特点的基础上,优先采用先进的钻探方法;
c）以高效、低耗、安全环保为目标,保证钻探质量、降低劳动强度,争取好的经济和社会效益;
d）适应施工区的自然地理条件.
3.4.3钻探方法的选择
3.4.3.1针对主要岩层特点,依据岩石硬度、研磨性及完整程度,结合口径、钻孔深度等,选定钻探方法.
3.4.3.2一般5级以下岩石选用硬质合金钻进方法,6级以上岩石以金刚石钻进方法为主;金刚石复合片及聚晶金刚石钻进适用于4~7级部分8级岩石;坚硬致密打滑岩层宜采用冲击回转钻进方法.依据岩石钻进特性选择主要钻进方法见表5
表5依据岩石钻进特性选择主要钻进方法见表5
3.4.3.3中深孔、深孔钻探为减少提钻次数，宜采用金刚石绳索取心钻进方法；在坚硬破碎、坍塌、漏失复杂地层钻进，如钻孔深度适宜、条件具备推荐采用空气反循环连续取心（样）钻进方法；定向孔、多分支孔及孔斜治理宜采用定向钻进方法。
3.4.4钻探工程主要工序
钻孔的施工过程，包括定孔位一平整场地与修筑地基一安装钻探设备及附属设备一临时设施建造一安装验收一开孔前的准备工作一开孔及下孔口管一换径一钻进一岩矿心整理和保管一其他工作（下套管、校正孔深、简易水文观测、钻孔弯曲测量）一终孔起拔套管一封孔一废浆处理和场地环境恢复一钻孔验收一拆迁。
4钻探工程设计
设计的基本要求
a）每项钻探工程施工前应进行工程设计，未经审批不得施工；
b）一个工区若施工多个钻孔，整个工区的钻探工程应有总体施工设计，并选择有代表性的钻孔进行设计；孔深600m以上或地层变化较大时，应进行单孔施工设计。
设计依据
a）项目的地质设计；
b）钻探工程的技术要求；
c）有关的规程、规范和标准；
d）合同或协议。
设计编写的主要内容与要求
4.3.1前言
说明项目名称、工作性质、目的任务、工程期限及施工要求等。
4.3.2施工工区的基本情况
4.3.2.1工区地理、交通位置、矿产种类、地形地貌、当地气候等。
4.3.2.2工区及矿体简要地质特征；岩矿层的划分、产状；水文地质情况；地层构造、断裂、破碎情况等。
4.3.2.3施工工区岩石的主要物理机械性质及可钻性分类，包括影响钻探施工的主要地质因素、岩石种类、主要矿物成分及结构、岩层倾角、软硬程度、可钻性、研磨性、节理裂隙发育程度、破碎程度及其他可能给钻进带来的影响等。
4.3.3钻孔及钻探工作量
4.3.3.1按勘探线及矿段，说明工程间距、钻孔布置情况及施工顺序（可附图）。
4.3.3.2按钻孔性质（勘探孔、普查孔、水文孔）列表说明各类钻孔数及工作量，见表6。
表6工区钻孔设计工作量汇总表
工区名称
设计孔深／m
普查孔
勘探孔
水文孔
……
合计
钻孔数
工作量
钻孔数
工作量
钻孔数
工作量
钻孔数
工作量
钻孔数
工作量
个
m
个
m
个
m
个
m
个
m
0～100
101～300
30l～600
601～1000
……
……
合计
4.3.3.3列出钻孔设计孑L深、开孔角度、穿矿口径和平均岩石可钻性级别，见表7。
表7钻孔设计一览表
工区名称：
序号
孔号
设计孔深／m
设计角度／（。
）
穿矿口径／mm
平均岩石可钻性级别
备注
倾角
方位角
1
2
3
4
5
6
7
8
说明
1．备注栏内注明对钻孔的特殊要求，如电测、专门水文试验工作等；
2．平均岩石级别计算公式
各级岩石级别与岩层厚度乘积之和
平均岩石级别=
各类岩层厚度的和
4.3.4钻探技术设计
单孔设计时，推荐以下方法。
4.3.4.1钻进方法和钻具组合
a）按口径分段确定钻进方法并说明依据；
b）确定钻头类型、钻具组合及钻进技术参数；
c）制定分层钻进技术要求和措施。
4.3.4.2钻孔结构设计
a）根据地质设计要求确定相应的穿矿口径和终孔直径；
b）根据地层条件、钻孔设计深度、钻进方法、护壁措施及设备能力等因素，合理确定开孔直径、换径次数及其深度，阐明选择钻孔结构的依据；
c）确定套管的规格、数量、下人深度和程序；
d）编制施工设计指示书，同时对照绘制地质柱状图和钻孔结构设计图，见表8。
表8钻孔施工设计指示书
矿区名称：
孔号：
序号
地质情况
钻探工程设计
累计孔深／m
岩层厚度／m
岩石名称
地层与岩性描述
地质柱状图
地质结构图
岩石可钻性级别
钻进方法
主要钻进参数
冲洗液
主要质量指标
主要技术措施
转速／（r/min）
钻压/kN
泵量／（L/min）
岩矿心采率/%
顶角／（°）
方位角/
（°）
1
2
3
4.3.4.3冲洗液类型与制定护壁堵漏措施选择
a）不同地层选用的冲洗液类型及性能，说明选择依据；
b）冲洗液的配制、性能调整的方法，黏土、处理剂及润滑剂的用量计划；
c）护壁堵漏措施；
d）冲洗液循环租固控系统的布置。
4.3.4.4钻探设备选择
根据地层条件、钻孔深度、终孔直径和钻进方法确定钻探设备类型，包括钻机、泥浆泵、动力机、钻塔及拧管机、泥浆搅拌机和照明发电机的规格及数量，注明主要设备的性能参数。
4.3.4.5新技术应用
采用受控定向钻进和空气反循环取样钻进时需制定专门的设计和技术措施。
4.3.5供水设计
根据当地水源条件以及施工用水量、钻孔标高、钻孔布置情况，确定供水方法、供水设备、蓄水池位置、供水线路、水管规格及数量。
4.3.6供电设计
采用电力驱动时，计算发电机和电缆容量、数量，确定发电机安设位置和线路方案。
4.3.7钻孔质量要求及保证措施
4.3.7.1工程质量指标
根据地质设计确定钻孔六项质量指标（见第16章）的具体要求。
4.3.7.2质量保证措施
a）取心方法，取心工具的配备、使用及操作；
b）测斜仪器选择，易斜地层的防斜、纠斜措施；
c）封孔设计，包括封填孔段、架桥或封孔材料及灌注方法、检验方法等；
d）保证质量的具体技术措施，薄弱环节技术攻关方案
4.3.8孔内事故预防及处理措施
根据工区以往工作经验，对主要孔内事故提出预防与处理措施。
4.3.9安全技术措施
防寒、防火、防洪和防滑坡等灾害及钻探安全技术要求和措施。
0成本预算与钻探施工安排
4.3.10.1根据岩石可钻性、定额、钻进方法及岩层复杂程度计算台时，确定全工区年平均台月效率、钻机开动数等，做出成本预算。
4.3.10.2根据平均钻机开动数及设计工作量，按工区工期要求，分季度安排每个机台的全年钻探施工进度。
4.3.11施工组织与管理措施
针对特定的工程，确定施工组织，制定具体管理措施
5钻探设备的选择和安装
钻探设备的选择
5.1.1岩心钻机的选择
5.1.1.1按照钻探的目的，应满足工程的各项要求。
5.1.1.2具有按选定的钻探工艺施工的能力，适应可能出现的钻探方法的变换。
5.1.1.3依据施工区域的地形地貌、道路、水源、电力供应、气候等条件选择适用设备。
5.1.1.4优先选用技术性能先进、易于维修及经济效益好的钻机。
5.1.2泥浆泵的选择
根据钻探方法、钻机类型、钻孔结构及钻探工艺要求选择泥浆泵。
5.1.3动力机的选择
动力机的功率及型号应依照钻机、泥浆泵及附属设备等说明书中的要求配置。
优先采用电驱动；缺电地区可建立发电站集中供电或用发电机组单机供电；供电十分困难的边远偏僻地区，可使用柴油机驱动；高海拔地区，应适当增加柴油机功率。
5.1.4钻塔的选择
依照DZ／T0088的规定，根据不同的钻孔深度、钻机型式及钻孔倾角选择三角塔、A字塔或四脚钻塔。
除整体式钻探机组和配有桅杆式钻架钻机外，散装钻机施工100m左右的浅孔推荐使用9m以内的三角塔；300m～600m的钻孔推荐采用13m～18m钻塔；1000m以上钻孔可采用18m～23m或更大型的钻塔。
斜孔应选用直斜两用钻塔或A字塔。
5.1.5附属设备的选择
根据选择的钻机和钻具，选配拧管机、泥浆搅拌机、泥浆固控设备、活动工作台、小型发电照明设备等。
5.1.6仪表的选择
岩心钻探设备应配有孔底压力指示表和泵压表，推荐配备扭矩表、转速表、冲洗液流量表或钻孔多参数仪，电力驱动应有电压表、电流表和功率表。
设备安装
5.2.1平整场地
5.2.1.1根据地质设计和选用的设备类型平整场地。
场地面积要满足施工需要，不占或少占用农田；在满足设备布置摆放的前提下减少修筑工作量；强风地区应避开当地季风风向直吹场房的侧面。
5.2.1.2在倾斜地面平整场地时要做到以下各点：
a）当靠山坡一面是坚硬稳固的岩石时，坡度为60。
～80。
；若为松散岩石、土层，应不大于45。
；应排除坡面活石，必要时在场地上方挖积石排水沟；
b）填方的面积不得超过场地面积的1／4，填方部分应采取措施防止坍塌和溜方；孔深超过600m及土层松散、地形坡度大于30。
时，塔基不允许安装在填方部位；
c）在悬崖下修筑场地，要除掉崖上活石；
d）注意可能发生的洪水、泥石流、崩塌、滑坡等自然灾害，避开泄水区或修筑坚固的防洪坝；河滩、沟谷施工注意场地纵长方向应与水流方向一致；
e）爆破作业时应遵守GB6722的规定。
5.2.2修筑地基
场地松软需要增加抗压强度时，应修筑地基。
地基应水平，主要受力部位承载能力无显着差别，否则应加固。
常见的地基形式有：
a）浅槽：
在基台枕铺设部位，挖掘浅槽。
垫入碎石、黏土夯实后置入基台枕；卧枕局部加固：
在设备重要着力点，如塔腿、钻机等部位，埋放卧枕承载基台；
b）竖桩地基：
用于松软、填方场地，在铺设基台枕的部位夯入竖桩，上铺基台枕并用螺栓牢固联接；
c）深孔或土层松软场地，钻塔基础应采用混凝土地基；
d）在坡地修筑地基，可采用桩柱结构钢筋混凝土地基。
5.2.3机台的安装
5.2.3.1除整体车装、履带装钻机外，钻探设备应固定在连成一体的基台上。
基台由型钢地梁组成，通常分作上下两层，用螺栓固定，钢质基座的主要着力点下应垫放木板或枕木。
5.2.3.2基台长度应比钻塔底盘长出200mm～500mm，联接型钢的螺栓不得小于φ16mm，并加防松垫片。
联接后的整体基台要规方，并用水平仪校正。
5.2.4钻塔的安装、拆卸
5.2.4.1安装、拆卸钻塔应在安装队长或机长的指挥下进行。
工作人员应严格遵守高空作业安全守则。
5.2.4.2钻塔安装前应严格检查钻塔构件、工具、绳索和挑杆的可靠性。
5.2.4.3安装钻塔自下而上进行，安装的连接件应装全、装牢并保证钻塔稳固、周正。
安装结束后应进行检查、调整。
5.2.4.4拆卸钻塔应自上而下进行，不准许先拆下部构件或者同时拆卸上下部构件。
5.2.4.5夜间或遇五级以上强风、雷雨、大雪或浓雾天气，不允许进行钻塔安、拆作业。
冬季施工注意清除冰霜。
5.2.4.6安装A字塔采用整体法。
使用绞车或人力起落时，塔腿应架起一定高度，塔顶先拴好绷绳，检查塔脚销轴是否灵活可靠；采用液压起落钻塔或桅杆时，起落前应检查液压系统是否稳定；起落后，液压系统应锁定。
钻塔起落范围内不准有人，注意观察绷绳调整方向。
5.2.5机械设备的安装
5.2.5.1钻机安装应周正、水平、稳固。
车装钻机支腿要垫实；立轴式钻机要求钻塔天车、回转器轴线和钻孔中心处于同一直线。
5.2.5.2泥浆泵应用螺栓固定在基台上。
5.2.6附属设施及安全防护设备的安装
5.2.6.1应根据当地气候条件选择场房类型，场房内铺设厚度要大于40mm木质地板，塔上台板厚度要大于50mm。
5.2.6.2座式天车要有安全挡板，吊式天车要装安全保险绳。
5.2.6.3有皮带传动的部位要安设防护罩，钻塔要包挂塔衣并与塔架连接牢靠，采用φ12．5mm以上钢绳作钻塔绷绳，塔高18m以下的设四根，23m及以上的设八根；各绳张力应均衡，位置对称，与水平面夹角要小于45。
5.2.6.4活动工作台应安装牢靠，并有可靠的制动、防坠装置。
用φ9mm～φ10mm的钢丝绳作平衡绳和导滑绳。
平衡重砣接近地面部位应设有围栏。
活动工作台围栏高度为1．2m，底盘周围的护板高度应在150mm以上。
5.2.7钻探设备的拆卸与搬运
5.2.7.1设备拆卸时不允许猛力敲打。
做好拆下零部件的保存工作，防止气孔、油孔或油路被污物堵塞。
5.2.7.2不允许向山下抛掷和滚放构件、器材或工具。
汽车运输器材要放稳捆牢，装卸时要有足够强度的搭板、跳板。
人力搬运应有专人指挥，注意转弯坡道处的安全。
5.2.7.3地形平缓，钻孔距离较近，可采用整体或半整体迁运，必要时应有拖拉机在两侧用钢绳控制钻塔直立前行，行进中密切注意地形、高压线等影响。
安装验收
设备安装完成后，应调试、维护和试运转。
经安全、设备、生产、技术和地质等部门验收合格方可正式开钻。
6硬质合金钻探
硬质合金钻头的选择
6.1.1根据岩石类别选用GB／T18376．2中推荐的G5～G50类硬质合金，根据钻头直径、地层特性等选择钻头用硬质合金的型号、规格、数量、镶焊角度和切削具出刃量。
一般软岩用直角薄片或方柱状合金；中硬岩用不同规格的八角柱状合金。
硬质合金镶嵌的技术参数见表9、表10及表11。
表9硬质合金镶焊数
单位为颗
钻孔口径
N
H
P
S
岩石可钻性级别
1～3
6～8
8～l0
8～10
10～12
4～6
8～10
9～12
10～14
14～16
卵砾石层
9～12
12～14
14～16
16～18
表10硬质合金镶嵌角（切削角）及刃尖角
岩性
镶嵌角／（°）
刃尖角／（°）
1～4级均质岩石
4～6级均质岩石
7级均质岩石
7级非均质裂隙岩层
70～75
75～80
80～85
90～一15
45～50
50～60
60～70
80～90
表11硬质合金钻头切削具出刃规格单位为毫米
岩石
内出刃
外出刃
底出刃
松软，塑性，弱研磨性岩石
中硬、强研磨性岩石
～
～
～
～
～
～
6.1.2胶结性的砂岩、黏土、亚黏土、泥岩以及风化岩层、遇水膨胀或缩径地层，宜选用肋骨钻头或刮刀式钻头；3～5级中、弱研磨性地层，铁质、钙质岩层、大理岩等，宜用直角薄片式钻头或单双粒品字型钻头；研磨性强、非均质较破碎、稍硬岩层，如石灰岩等用犁式密集钻头或负前角斜镶钻头；软硬不均、破碎及研磨性强的岩层，如砾岩等宜用大八角钻头；砂岩、砾岩等也可用针状合金钻头。
硬质合金钻进技术参数
应根据岩石性质、钻头结构、设备条件和质量要求等因素合理确定钻探技术参数。
6.2.1钻压
取心硬质合金钻头以镶嵌合金型号、数量确定钻压值，一般每颗取0．5kN～1kN。
中硬完整岩层取较大值，较软及破碎岩层选用
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