节水钻探技术

第一章中国水资源现状及节水钻探问题的提出

第一节概述

第二节中国水资源的特点及缺水现状

一、人均、地均水资源拥有量少

二、水资源时空分布极不均衡

三、水资源与人口、耕地、矿产资源分布不匹配

四、中国的缺水现状

第三节节水是缓解我国水资源短缺的重要措施

一、水资源短缺的基本形式

二、节水是缓解我国水资源短缺的重要措施

三、节水钻探新技术在水资源短缺的形势下应运而生

第二章干旱缺水地区现有的节水钻探方法

第一节无泵反循环钻进

一、无泵反循环钻进的工作原理及特点

二、无泵反循环钻进的适用范围

三、无泵钻具的结构

四、无泵钻具的钻进规程及操作注意事项

第二节空气钻探技术

一、空气钻探技术的发展背景及应用领域

二、空气钻进的工作原理及特点

第三节气动冲击－回转钻进技术

一、气动冲击－回转钻进技术概述

二、气动潜孔锤的结构及工作原理

三、气动潜孔锤与液动冲击器的比较

四、气动潜孔锤的钻进工艺

五、气动潜孔锤钻进的主要设备及配套机具

第三章泡沫钻探技术

第一节泡沫钻探技术的发展概况

一、国外泡沫钻探技术发展概况

二、国内泡沫钻探技术发展概况

第二节泡沫钻进的工作原理及特点

一、泡沫钻进的工作原理

二、泡沫钻进的特点

第三节泡沫流体的组成和性能

一、泡沫流体的组成

二、泡沫流体的性能

第四节泡沫钻进的主要设备

一、地矿系统常用的泡沫钻进设备

二、石油系统常用的泡沫钻进设备

第五节泡沫钻进工艺

一、泡沫钻进的循环方式与灌注方法

二、泡沫溶液的浓度、气液比和泡沫质量的控制

三、泡沫钻进的空气量、泡沫灌注量的确定

四、泡沫洗井时的注入压力

五、泡沫钻进的钻压、转速参数

六、金刚石泡沫钻进应注意的问题

第六节泡沫流体的消泡与安全技术

一、泡沫钻进中的消泡技术

二、机械消泡装置

三、泡沫钻进中的安全技术

第四章孔内局部循环节水钻探新方法

第一节实现孔内局部循环的基本方法

一、建立孔内冲洗液局部循环的方法与机具

二、对现行孔内局部循环钻进工艺的评述

三、实现孔内局部循环节水钻探的基本原则与思路

第二节孔内局部循环节水钻探系统的结构

一、往复式潜水泵的结构

二、地表专用单缸柱塞泵的结构

三、排气阀的结构

第三节孔内局部循环节水钻探的工作原理

一、节水钻探系统的组成

二、节水钻探的工作原理

第四节孔内局部循环节水钻探关键部件的设计

一、总的设计思路

二、往复式潜水泵的设计

三、脉动式双向阀的设计

四、地表单缸柱塞泵的设计

第五节孔内局部循环节水钻探工艺

一、节水钻探系统的操作规程

二、节水钻探系统可能出现的故障及排除方法

三、节水钻探取心方法

第五章孔内局部循环节水钻探系统的数学模型及计算机仿真

第一节地表单缸往复泵的运动规律

一、单缸往复泵的工作原理

二、单缸往复泵主要参数的计算

第二节地表单缸往复泵的压头

一、实际液体不稳定流的伯努利方程

二、吸人过程液缸内压头变化规律

三、排出过程液缸内压头变化规律

第三节冲洗液循环时的压力损失

一、在钻杆中的压力损失

二、在环状空间中的压力损失

三、在接头中的压力损失

四、在岩心管和钻头中的压力损失

第四节往复式潜水泵柱塞的运动规律

第五节节水钻探系统的计算机仿真

一、仿真程序的开发

二、往复式潜水泵的工作特性

三、地表单缸往复泵的工作特性

第六节节水钻探系统的计算机仿真结果分析

一、单缸泵容积效率对往复式潜水泵泵量的影响

二、往复式潜水泵在孔内的深度对单缸往复泵泵压的影响

三、孔深对单缸泵泵压的影响

四、高压管线中残留空气对单缸泵泵压和往复式潜水泵泵量的影响

第六章节水钻探新方法的配套技术

第一节气动球体冲击器

一、问题的提出

二、国外回转－冲击钻进用的钢球振动器、冲击器结构分析

三、球体冲击器的结构分析

四、球体冲击器的工作原理

五、球体冲击器关键部件的设计

六、球体冲击器的实验研究

第二节新型旋流除砂器

一、问题的提出

二、传统旋流除砂器除砂效果分析

三、手动旋流除砂器

四、自动旋流除砂器

五、新型旋流除砂器的室内外试验研究

第三节多功能防事故接头

一、问题的提出

二、多功能防事故接头的结构

三、多功能防事故接头的工作原理

四、多功能防事故接头的使用效果

第七章节水钻探新方法的衍生技术

第一节节水型液动冲击器

一、问题的提出

二、节水型液动冲击器的结构

三、节水型液动冲击器的工作原理

第二节节水型液动冲击器的测试与研究

一、节水型液动冲击器性能参数的测试方法

二、泵压的测试

三、冲锤位移的测试

四、冲击频率及冲锤的速度曲线

五、借助位移曲线的傅里叶级数表达式求单次冲击功

六、节水型液动冲击器初步试验效果

第三节潜水提水泵

一、问题的提出

二、由节水钻具改型的潜水提水泵

第四节孔内打入式取样器

一、问题的提出

二、由节水钻具改型孔内打入式取样器

第八章节水钻探新技术的室内外试验研究

第一节室内试验研究

一、检测节水钻探往复式潜水泵工作柱塞的伸缩量

二、检测往复式潜水泵的局部循环流量

三、孔内实钻试验

第二节野外实地生产试验(一)

一、试验概况

二、试验总结与建议

第三节野外实地生产试验(二)

一、概述

二、ZK225号孔的实钻试验

三、ZK228号孔的实钻试验

四、山西试验的总结与建议

第四节节水钻探新技术的应用与示范

一、概述

二、现场生产应用与示范

三、节水钻探新技术应用与示范座谈会纪要

参考文献

后记

　　本书从中国的水资源现状出发，阐述了研究节水钻探新技术的迫切性；回顾了干旱缺水地区现有的节水钻探方法无泵反循环钻进、空气钻进、气动冲击－回转钻进和泡沫钻进的工作原理与特点；并在分析前述方法优缺点的基础上，提出了实现孔内局部循环节水钻探的基本原则与思路，详细介绍了节水钻探系统的结构与工作原理、关键部件的设计、节水钻探工艺(用户操作指南)，并从数学模型及计算机仿真的层面上对节水钻探系统的运动规律进行了较深入的探讨；书中还用一章的篇幅介绍了我们开发的节水钻探配套技术可取代传统地表泵的“单缸柱塞泵”，新型高效“旋流除砂器”，可用于中软岩石进行回转一冲击钻进的“球体冲击器”，防止孔底岩屑糊钻、埋钻的“多功能防事故接头”和可提高钻探效率又不用地表水驱动的“节水钻探液动)中击器”等；最后，归纳了若干次室内外试验的节水效果，介绍了由中国地质调查局科技外事部主办、中国地质大学(武汉)承办、河南省地矿局第四地质探矿队协办的“节水钻探新技术现场示范与培训班”的学习交流情况。　　本书在概述我国水资源分布现状的基础上，分析国内外各种传统钻进方法的特点及其消耗地表水的情况；提出非传统节水钻探方法的创新思路；总结中国地质大学(武汉)近5年来在节水钻探领域中开展的中俄合作成果，详细论述以脉动式双向周和潜水柱塞泵为主的节水钻探关键技术，全面介绍其结构和参数设计的理论依据和优化结果；研讨开发配套技术的必要性，逐项展开配套技术的结构设计及其操作要点；最后通过若干工程实例介绍钻探生产试验，取得既节水90％，又提高钻进效率、降低生产成本的实际效果，并给出生产单位推广应用该技术的用户操作指南。　　本书反映了中俄钻探界科技合作的成果，可供广大从事地矿与油气钻探、水文水井、工程地质钻探、岩土工程与地质灾害治理钻孔施工的技术人员、生产管理人员及大专院校相关专业的师生使用。