《复杂条件地质钻探与取样技术/中国水电关键技术丛书》系国家出版基金项目《中国水电关键技术丛书》之一,总结和提炼了中国水电开发建设过程中复杂条件地质钻探与取样方面的关键技术和新成果,同时对钻探取样、声波钻探、大斜度定向钻进、大口径反井技术进行了前瞻性分析,并融合地质岩芯钻探、水文水井钻探和石油天然气钻探等领域的先进钻探技术,为复杂条件地质钻探与取样提供了新的解决方案。
《复杂条件地质钻探与取样技术/中国水电关键技术丛书》内容翔实,重点突出,针对性强,具有较好的理论和实用价值,可供从事水电水利工程勘察、设计、勘探、管理等专业的工程技术和科研人员借鉴,也可供相关专业的大专院校师生参阅学习。
钻探工程是一门既古老而又年轻的工程技术学科,经过几十年的发展,已经形成包含众多分支的系统工程,其服务领域正逐步拓宽,得到广泛应用。与石油天然气钻探、地质岩芯钻探、水文水井钻探等相比,水电工程钻探工作具有更鲜明的特点,虽然其钻探深度不大,但作业环境和地质条件更为复杂,如钻场的地形复杂、位差大、毗邻水域或在水域面上施工、环境多变,目标地层多为堆积体、断裂带,地层条件复杂等。
本书为《中国水电关键技术丛书》之一,全书共分7章。第1章绪论,总结分析了钻探与取样的作用与特点、技术现状和发展趋势,厘定了复杂环境和复杂地层的内涵,分析了形成复杂条件的地质成因,并进行了相应的分类。第2章从经典钻探与取芯工艺出发,总结了钻进原理与取样技术,拉开了复杂地质钻探的序幕。第3章融合了众多行业的钻探取芯关键技术,系统总结了复杂条件下取芯取样技术,包括SDB系列半合管取芯钻具、超前型和隔离型取芯取样钻具、孔底局部反循环取芯技术、冲击回转取芯技术、多工艺组合取芯技术、声波钻进取芯技术、岩芯定向取样技术、密闭取芯技术和天然气水合物取芯技术等。第4章作为本书的重点之一,总结归纳了复杂地层钻探与取样技术,包括浅部杂填层、滑坡堆积体、砂卵砾石层、硬脆碎地层、软弱夹层、岩溶与漏失地层、水敏性地层、深厚湿陷性黄土层、冻土层、深厚覆盖层、松散砂层、含浅层气地层、高温地层等钻进特征和关键技术。第5章从复杂环境条件出发,系统总结了河流湖泊水上钻探、急流水上钻探、近海钻探、高海拔气候环境钻探、寒冷气候环境钻探和干旱缺水环境钻探技术,对类似环境条件的钻探工作具有较强的指导意义。第6章阐述了特殊孔钻探技术,包括定向钻探、倒垂孔、斜孔和大直径钻孔等,这些钻探技术在工程建设中具有特殊意义。第7章典型工程案例,作为本书的“收官”章节,列举了钻探工程的典型成果和亮点工程,也是本书的精华所在。
本书与其他钻探书籍相比,其主要特色在于:
(1)以复杂环境和复杂地层为主线,针对复杂条件中的钻探技术进行了较详细阐述,对钻探工程实践具有较强的指导作用。
(2)与常规钻探相比,急流水域、近海、高海拔地区以及其他特殊区域环境的钻探施工难度更大,钻前工程和钻探技术配套要求更为复杂,本书可为类似条件的钻探工程提供借鉴。
(3)复杂地质条件在水电行业中的钻探具有典型性,该书以复杂地层为研究单元,针对性地讨论了地层的工程特征,并提出钻探对策,对行业工程实战具有较好的指导价值。
(4)岩样采取质量是钻探工程中非常重要的指标,本书特色之一是全面总结、归纳了钻探取芯取样技术,涵盖了工程钻探取芯、地质和石油钻探取芯、科学钻探取芯、大口径取芯、声波钻进取芯、定向取样等技术,具有较高的实用价值。
(5)本书收集了16个标志性工程钻探成果,总结了钻探的经验和教训,此为本书的一大特色。系列案例对类似工程具有很好的参考价值和指导意义。
本书是作者根据多年的工程经验、钻探实践、教学和科研成果完成的,在行业系列标准的基础上,进一步融合了国内外最新技术,汇集了钻探行业的关键技术问题,集成了中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司(以下简称“华东院”)、浙江华东建设工程有限公司、中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司(以下简称“中南院”)、中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司(以下简称“贵阳院”)等单位的钻探工程成果,并融入了中国地质大学(武汉)、中国地质调查局勘探技术研究所、无锡金帆钻凿股份有限公司(以下简称“无锡金帆”)的部分成果。全书针对性强,既有经典钻探技术理论体系,又有复杂条件钻探关键技术和工程案例支撑,适于工程地质及钻探技术人员阅读,也可作为大专院校相关专业师生和专业人员的参考教材和培训教材。
本书由华东院单治钢任主编,周光辉、张明林任副主编,并对全书进行统稿。牛美峰、许启云、叶晓平、赵金昌参与了资料收集和归整工作。组稿过程得到了中国地质大学(武汉)窦斌教授、胡郁乐教授的大力支持;中南院陈安重、刘良平、李永丰,贵阳院张文海、龙先润,无锡金帆罗强参与了系列工程案例的撰写工作。本书的参与人员还有中国地质大学(武汉)工程学院刘乃鹏、吴天予、肖鹏、夏杰勤等。
本书某些部分也引用了相关高校、科研院所和部分厂家的产品内容或理念,在此一并表示衷心感谢!
限于本书作者的水平,疏漏和错误之处在所难免,敬请广大读者批评指正。
丛书序
丛书前言
前言
第1章 绪论
1.1 钻探与取样的作用与特点
1.1.1 概述
1.1.2 钻探的作用与特点
1.1.3 取样的作用和特点
1.2 钻探与取样的技术现状和发展趋势
1.2.1 钻探与取样的技术现状
1.2.2 钻探与取样技术的发展趋势
1.3 钻探作业的主要复杂条件
1.3.1 复杂环境
1.3.2 复杂地层
第2章 钻探与取芯
2.1 钻探的基本过程
2.2 钻探设备与机具
2.2.1 钻机
2.2.2 泥浆泵
2.2.3 钻塔
2.2.4 钻探机具
2.3 钻进机理与钻头
2.3.1 碎岩机理
2.3.2 钻头
2.4 钻探工艺与方法
2.4.1 钻孔结构设计
2.4.2 硬质合金钻进
2.4.3 金刚石钻进
2.4.4 冲击回转钻进
2.4.5 管钻钻进
2.5 取芯
2.5.1 单层岩芯管取芯
2.5.2 双层岩芯管取芯
2.5.3 三层岩芯管取芯
2.6 钻探泥浆与护壁堵漏
2.6.1 钻探泥浆
2.6.2 护壁堵漏
第3章 复杂条件取芯取样器具与技术
3.1 取土器
3.1.1 贯入式取土器
3.1.2 回转式取土器
3.2 取砂器
3.2.1 内环刀取砂器
3.2.2 三重管单动取砂器
3.2.3 双管单动内环刀取砂器
3.3 底质取样器
3.3.1 蚌式采泥器
3.3.2 振动活塞取样器
3.3.3 重力活塞柱状取样器
3.3.4 双管水压式取样器
3.4 SDB系列半合管取芯钻具
3.4.1 结构特点
3.4.2 规格参数
……
第4章 复杂地层钻探与取样技术
第5章 复杂环境钻探与取样技术
第6章 特殊孔钻探技术
第7章 典型工程案例
参考文献
索引