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第一章 中国水资源现状及节水钻探问题的提出1

第一节 概述1

第二节 中国水资源的特点及缺水现状2

一、人均、地均水资源拥有量少2

二、水资源时空分布极不均衡2

三、水资源与人口、耕地、矿产资源分布不匹配4

四、中国的缺水现状4

第三节 节水是缓解我国水资源短缺的重要措施6

一、水资源短缺的基本形式6

二、节水是缓解我国水资源短缺的重要措施7

三、节水钻探新技术在水资源短缺的形势下应运而生8

第二章 干旱缺水地区现有的节水钻探方法12

第一节 无泵反循环钻进12

一、无泵反循环钻进的工作原理及特点12

二、无泵反循环钻进的适用范围14

三、无泵钻具的结构14

四、无泵钻具的钻进规程及操作注意事项14

第二节 空气钻探技术15

一、空气钻探技术的发展背景及应用领域15

二、空气钻进的工作原理及特点16

第三节 气动冲击-回转钻进技术17

一、气动冲击-回转钻进技术概述17

二、气动潜孔锤的结构及工作原理18

三、气动潜孔锤与液动冲击器的比较22

四、气动潜孔锤的钻进工艺23

五、气动潜孔锤钻进的主要设备及配套机具26

第三章 泡沫钻探技术27

第一节 泡沫钻探技术的发展概况27

一、国外泡沫钻探技术发展概况27

二、国内泡沫钻探技术发展概况28

第二节 泡沫钻进的工作原理及特点29

一、泡沫钻进的工作原理29

二、泡沫钻进的特点30

第三节 泡沫流体的组成和性能31

一、泡沫流体的组成31

二、泡沫流体的性能32

第四节 泡沫钻进的主要设备37

一、地矿系统常用的泡沫钻进设备37

二、石油系统常用的泡沫钻进设备39

第五节 泡沫钻进工艺40

一、泡沫钻进的循环方式与灌注方法40

二、泡沫溶液的浓度、气液比和泡沫质量的控制42

三、泡沫钻进的空气量、泡沫灌注量的确定42

四、泡沫洗井时的注入压力43

五、泡沫钻进的钻压、转速参数44

六、金刚石泡沫钻进应注意的问题44

第六节 泡沫流体的消泡与安全技术45

一、泡沫钻进中的消泡技术45

二、机械消泡装置46

三、泡沫钻进中的安全技术46

第四章 孔内局部循环节水钻探新方法48

第一节 实现孔内局部循环的基本方法48

一、建立孔内冲洗液局部循环的方法与机具48

二、对现行孔内局部循环钻进工艺的评述48

三、实现孔内局部循环节水钻探的基本原则与思路51

第二节 孔内局部循环节水钻探系统的结构52

一、往复式潜水泵的结构52

二、地表专用单缸柱塞泵的结构53

三、排气阀的结构55

第三节 孔内局部循环节水钻探的工作原理56

一、节水钻探系统的组成56

二、节水钻探的工作原理56

第四节 孔内局部循环节水钻探关键部件的设计58

一、总的设计思路58

二、往复式潜水泵的设计60

三、脉动式双向阀的设计70

四、地表单缸柱塞泵的设计70

第五节 孔内局部循环节水钻探工艺74

一、节水钻探系统的操作规程75

二、节水钻探系统可能出现的故障及排除方法77

三、节水钻探取心方法77

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82

第一节 地表单缸往复泵的运动规律82

一、单缸往复泵的工作原理82

二、单缸往复泵主要参数的计算82

第二节 地表单缸往复泵的压头84

一、实际液体不稳定流的伯努利方程84

二、吸入过程液缸内压头变化规律85

三、排出过程液缸内压头变化规律87

第三节 冲洗液循环时的压力损失88

一、在钻杆中的压力损失88

二、在环状空间中的压力损失89

三、在接头中的压力损失89

四、在岩心管和钻头中的压力损失90

第四节 往复式潜水泵柱塞的运动规律90

第五节 节水钻探系统的计算机仿真92

一、仿真程序的开发92

二、往复式潜水泵的工作特性95

三、地表单缸往复泵的工作特性98

第六节 节水钻探系统的计算机仿真结果分析99

一、单缸泵容积效率对往复式潜水泵泵量的影响99

二、往复式潜水泵在孔内的深度对单缸往复泵泵压的影响99

三、孔深对单缸泵泵压的影响100

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101

第六章 节水钻探新方法的配套技术104

第一节 气动球体冲击器104

一、问题的提出104

二、国外回转-冲击钻进用的钢球振动器、冲击器结构分析105

三、球体冲击器的结构分析108

四、球体冲击器的工作原理109

五、球体冲击器关键部件的设计110

六、球体冲击器的实验研究111

第二节 新型旋流除砂器115

一、问题的提出115

二、传统旋流除砂器除砂效果分析116

三、手动旋流除砂器118

四、自动旋流除砂器120

五、新型旋流除砂器的室内外试验研究121

第三节 多功能防事故接头125

一、问题的提出125

二、多功能防事故接头的结构126

三、多功能防事故接头的工作原理127

四、多功能防事故接头的使用效果128

第七章 节水钻探新方法的衍生技术129

第一节 节水型液动冲击器129

一、问题的提出129

二、节水型液动冲击器的结构130

三、节水型液动冲击器的工作原理132

第二节 节水型液动冲击器的测试与研究134

一、节水型液动冲击器性能参数的测试方法134

二、泵压的测试135

三、冲锤位移的测试137

四、冲击频率及冲锤的速度曲线137

五、借助位移曲线的傅里叶级数表达式求单次冲击功139

六、节水型液动冲击器初步试验效果141

第三节 潜水提水泵142

一、问题的提出142

二、由节水钻具改型的潜水提水泵143

第四节 孔内打入式取样器145

一、问题的提出145

二、由节水钻具改型孔内打入式取样器145

第八章 节水钻探新技术的室内外试验研究147

第一节 室内试验研究147

一、检测节水钻探往复式潜水泵工作柱塞的伸缩量147

二、检测往复式潜水泵的局部循环流量147

三、孔内实钻试验149

第二节 野外实地生产试验（一）151

一、试验概况151

二、试验总结与建议153

第三节 野外实地生产试验（二）153

一、概述153

二、ZK225号孔的实钻试验154

三、ZK228号孔的实钻试验157

四、山西试验的总结与建议158

第四节 节水钻探新技术的应用与示范159

一、概述159

二、现场生产应用与示范160

三、节水钻探新技术应用与示范座谈会纪要161

参考文献163

后记164