A. 三门峡金刚石钻头钻进技术介绍
张鉴新 师殿才
新中国诞生后，人民政府为治理黄河水害，进行黄河流域水利水电枢纽地质勘探工作，1951年至1953年，由燃料工业部水电局承担黄河流域选坝的地质钻探；1954年之后由地质部水文地质局和当时的电力部(后为水利电力部)水电局等共同承担黄河三门峡的初设和技施设计的地质勘探工作。
黄河流域选坝址钻探，1951年至1953年，先后完成由刘家峡至三门峡的坝址，计有：
1951年，黄河朱喇嘛峡；
1952年，黄河三门峡、刘家峡、牛鼻子峡、龙口；
1953年，黄河小沙弯、万家寨。
上述选坝址钻探，水电局任命汪鸿为队长，张鉴新、吴中浩、原应亨为副队长，并组成三个分队，分别承担以上钻探工程，经过朱喇嘛峡、三门峡两个选坝的实际工程中，培训50多名钻探人员，特别是通过三门峡培训的钻探人员，多成为全国水利水电地质钻探队伍中的主要技术力量。
在上述选坝钻探中，除少数钻孔，试用直径为ϕ73mm的铁砂钻头外，均用小孔径金刚石钻头钻孔，这些金刚石钻头是1946年至1947年，美国人承担长江三峡选坝钻探用的器材，新中国诞生后，属燃料部所有。
1954年之后，由于帝国主义封锁我国，金刚石材料严重缺少，改用铁砂钻头钻孔。
金刚石钻头，比铁砂钻头钻孔，钻速快，质量好。
现介绍黄河三门峡选坝钻探，使用小孔径金刚石钻头钻进技术，并以砥柱石、张公岛、神门岛的钻孔为例，说明钻进中的实情。
一、黄河三门峡选坝勘探，使用的小孔径金刚石钻头，是天然金刚石钻头
天然金刚石，其化学成分是纯碳元素，在地下高压作用下，由岩浆中产生，比重为3～3.52，按莫氏硬度标准，金刚石硬度为10，在10类岩石硬度作标准中，金刚石硬度最高，金刚石重量以克拉为单位计算，米制，一克拉等于200mg(
美国人承担长江三峡坝址钻探使用的机镶粉粒金刚石钻头，是用充实法制作的，是将粉粒金刚石与金属粉末混合后，再将混合体充实在环状压模上，放入高温下烧结，制成圆环，焊在钻头胎体的底端上。
机镶法，能把较多的金刚石镶焊在钻头上，例如，直径为ϕ46mm(AX型)钻头，可镶焊10克拉以上金刚石，这是手镶法办不到的。
由于金刚石价格贵，为降低成本，国际上多采用小直径金刚石钻头钻孔。
二、使用的钻探设备
(一)钻机：沙利文(水压)100～150型，由汽油内燃机12Hp为动力机。
1.三挡变速：400、600、800转/分钟。
2.使用水压力，加压钻进。钻机立轴两侧各安装一个水压缸，缸体内通过活塞及活塞连杆与钻机立轴上的横梁相连接，活塞受到水泵水压后，推动活塞及活塞连杆，带动立轴上下运行，再由主轴的卡盘，卡住钻杆给钻头加压。
活塞直径约为D0=ϕ80mm；
活塞连杆直径约为d0=ϕ20mm；
3.逰星式起重机：整体结构与我国生产的100～150型油压式钻机相似。
(二)水泵：单缸往复式，Q(水量)=60L/min，P(水压)=30kg/cm2。
(三)钻具
1.钻杆直径近似ϕ42mm。
2.岩心管：双层单动岩心管，钻进中外管转动内管不转动；冲洗液由内外管之间流经岩心管卡簧器的槽口及钻头水口，将岩粉冲洗到岩心管的外管与孔壁之间，流出孔口。
当钻头的水口被岩粉堵住，这时冲洗液经岩心管内管与岩心之间反向流，经异径接头的反出孔，流经岩心管的外管与孔壁之间，冲洗钻头，起到暂时冷却钻头的作用。
钻进中，如水泵的泵压表指针突然增大，即反映钻进中的冲洗液受到堵住现象，需要及时处理，以免发生烧钻事故。
3.锥形岩心卡簧器
锥形长度约25mm，锥度为13.7°，水槽深1.5mm，宽11mm，缺口宽12mm，其上(大)端的外径大于岩心管内管的外径2mm，下(小)端的外径大于钻头唇部的内径2mm，卡簧器的内径小于岩心直径0.1mm。
将岩心卡簧器放在钻头锥形体位置，距钻头底端10～15mm，距岩心管内管底部5mm，当钻头钻进岩层岩心进入钻头内部即被套住，这时钻头转动，而卡簧套住岩心不转，但它却随着钻头进尺，被岩心管的内管压住顺岩心向下移动，待岩心装满岩心管的内管，起钻时，卡簧器在钻头锥体内向下移动、收紧，卡住岩心，随着吊起钻头，把岩心卡断，留在岩心管的内管内，吊出钻孔。
三、钻进
(一)天然金刚石钻头钻孔，需掌握以下知识
1.金刚石硬度高，但富有脆性，碰撞易碎，在钻孔中金刚石钻头不能受到碰撞。
2.前已说明，机镶金刚石钻头，是将制成的粉粒金刚石圈环镶焊在钻头胎体上的底端，钻头下入钻孔底，如被孔底尚留未断岩心(长度1.5cm～2cm左右)，卡住金刚石圈环，若处理不妥当，开动钻机带动钻头，会扭断圈环与钻头胎体的焊接。
1947年在长江三峡南津关选坝钻孔中，1948年初在新安江街口选坝钻孔中，1952年在黄河三门峡选坝神门岛的钻孔中，均发生这种扭断金刚石钻头的严重孔内事故，因此需掌握不会发生这种事故的操作事项。
3.手镶金刚石钻头，在钻进中由于包镶金刚石颗粒的金属体，磨损后易使金刚石松动，因此要经常检查金刚石钻头上的金刚石是否有松动现象，严禁使用有松动金刚石的钻头，以防发生金刚石脱落孔内。
(二)开孔
按照钻孔安全操作规程要求，做好钻机设备安装定位后，钻孔定点位置的岩层面铲平，并凿成直径与开孔钻头直径相等的圆孔，深1～1.5cm。
1.依据钻孔结构，把钻孔导向的开孔钻进工作做好；
开孔不能偏移或偏斜，由于是浅孔，可用ϕ56cm(BX型)手镶金刚石钻头开孔，结合钻具的实际情况，可使用长度1.0～1.5m的短节双层岩心管，每钻的岩心，装满岩心管后取出岩心，累计钻孔深度满足孔口导向管的长度(包括钻孔换径后的岩心管长度)后，下入孔口导向管。
导向管要高出钻场台面2cm，并附有管口保护装置，严防杂物落入孔内，然后改用直径ϕ46mm(AX型)机镶金刚石钻头钻进。
2.下入AX型钻头前，要用十字型钻头清理孔内残留岩心，再下入钻具。
3.为防止AX型钻头开钻后，由于岩粉未尽，AX钻具与导管发生夹钻事故，要用大量冲洗液，清理孔内岩粉，然后慢速小压力钻进，等钻头超过导向管底部10cm以上，可逐渐加快钻速钻进。
(三)下入钻具前的准备工作
1.检查钻头质量要合格，对于同规格两个以上钻头要按新旧或磨损小、磨损大的顺序编号，先用新钻头(或磨损小的钻头)，后用旧钻头(或磨损大的钻头)，否则会发生钻头卡在钻孔狭窄位置，损坏钻头外侧金刚石。
2.卡簧器，放在钻头的锥体内，转动要自如，并加些机油；卡簧内径要小于岩心外径0.1mm，卡簧器弹性要好，锥度要与钻头内部的锥度相同，断口宽≤12mm，高度为25～30mm，放在钻头锥体可高出2mm。
3.拧上或拧下金刚石钻头，应使用专用弓形搬子，严防拧伤钻头上的金刚石。
4.检查扩管器(或扩孔器)上的金刚石是否磨损严重，其外径要大于岩心管外管的外径1mm以上。
5.钻杆、岩心管等丝扣要无损伤，不用弯曲的钻杆和岩心管，要妥善存放钻杆和岩心管，不要受到弯曲压力。
岩心管上，变径接头的输水孔眼要畅通。
(四)选择合适的钻速
1.下降钻具
(1)钻具下入孔底前，要计算孔深所需钻杆的数量，并在最后一根钻杆做出标记，标明钻头降到距孔底15cm，这个标记正落到孔口。
(2)钻头下到距孔底15cm，可将下降钻杆与钻机立轴内钻杆相连接，然后慢速下降，同时向孔内送水，并用小管钳转动钻具，边转动边下降钻头，直至钻头轻轻落到孔底，把残留未断岩心顺利套在钻头内，当手感；转动没阻力，表明孔底状态良好。
2.在孔口返回的冲洗液中，确认孔底岩粉已清理后，钻头在无压状态下开动钻机，由慢速至快速，压力由小到大，逐渐选择合适的钻进速度。
机镶钻头的钻速可达到：
砂岩层中钻进纯进尺可达16.6cm/min。
煤系岩层钻进纯进尺可达15cm/min。
为避免烧坏钻头，冲洗液的水量和水压必需把岩粉及时冲出孔外。
3.水量计算：
水量与钻速相关，黄河三门峡的钻速，可选用煤系岩层的纯进尺15cm/min来计算所需水量，通常按以下计算水量：
(1)Q=FV (1)
式中：
Q=水量(L/min)；
F=孔壁与钻杆之间面积=0.785(D2-d2)；(2)
D=孔壁直径=ϕ(46+3)=ϕ4.9cm
d=钻杆直径=ϕ42mm=ϕ4.2cm
V=冲洗液的流速=a(Uw+UC) (3)
a=水流不均匀系数 选用a=1.2；
Uw=钻屑岩粉在静水中下降速度，可使用；
黄河三门峡水利枢纽工程地质勘察史
K=钻屑岩粉形状系数(按圆球)K=51.1；
δ=钻屑岩粉大小=
Ψ0=钻进不均匀系数=2～3选取Ψ0=3；
S0=最大钻速，煤系，S0=15cm/min；
N=钻头转数，N=400转/分钟；
M=钻头块数，当小水口为二个，M=2；
γN=岩粉比重，2.6；
γI=冲洗液比重，清水，γI=1；
UC=冲洗液带钻屑岩粉上升的速度，可使用：
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F0=孔底钻开相当面积=0.785(D2—
K=岩心直径=ϕ28mm
S=每秒钟进尺=
P=
γI=冲洗液比重，清水γI=1
γ2=返回液比重，γ2=1.015
(2)以上数据代入(7)(5)(2)(6)(4)(3)(1)后；
F0=0.785(D2—
δ=
F=0.785(D2-d2)=0.785(0.492-0.422)=0.05dm2
黄河三门峡水利枢纽工程地质勘察史
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V=a(UW+UC)=1.2(2.044+7.5)=11.4528≈11.5dm/s
Q=FV=0.05×11.5=0.575L/s≈0.6L/s=36L/min。
4.水压计算
基本数据：
孔深：按40m；水量：Q=0.6L/s；
(1)钻杆内径的水压阻力：
①数据：钻杆：外径d=ϕ42mm；内径d1=ϕ33mm；
内径面积：F1=0.785×0.332=0.08dm2
内径流速：U1=Q/F1=
②水压阻力：h1=
λI=0.02+
γI=(清水)=1
由(8)式：h1=0.03144×1×
(2)孔壁与钻杆间的水压阻力：
①数据：孔径D=ϕ49mm；钻杆d=ϕ42mm；
孔壁现钻杆间面积F=0.05dm2；(前面已算过)
流速U2=
②水压阻力h2=
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雷诺数通式：Re=
L0=断面线长=D-d=4.9-4.2=0.7cm；
(清水粘滞系数)v=0.01(清水)cm2/s；(20℃水=0.01)
由式(11)Re=
由式(10)λ2=0.02+
v2=1.015
取Ψ2=1.1(考虑返回冲洗液中带有较大粉粒钻屑系数)
由式(9)h2=0.0385×1.015×1.1×
(3)钻杆接头内径水阻压力；
①数据：接头内径d2=16mm；
接头内径面积；F2=0.785(0.16)2=0.02dm2
接头内径流速；U3=
每根钻杆长度：l=4m
②钻杆接头内径水压阻力：
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(4)水龙头，岩心管，钻头堵塞，等的水压阻力，通常经试验测得，一般可估算为：水龙头阻力为10m；h4=10m；
岩心管水压阻力为5m；h5=5m；
钻头堵塞水压阻力为40m～50m；取h6为45m；
(5)Σh=h1+h2+h3+h4+h5+h6=1.1+18+3+10+5+45=82.1m；
水泵需承担水压：H=K0Σh
取K0=1.5(安全系数)
H=1.5×82.1=123.15m≈123.5m=12.35kg/cm2；
5.转数
使用机镶金刚石钻头，钻进中选用的转数；
砂岩层：800转/分钟；
闪长玢岩层：600转/分钟；
煤系岩层：400转/分钟。
在冲洗液的水量和水压充足情况下，确认不烧坏钻头，可使用上述转数。
沙利文钻机是汽油动力机，加油量(转速)可由小到大，转数因而由慢到快，通过加油量的由小到大来控制钻具转数，是调整钻速至最佳状态的有效方法之一。
6.钻进给压
前已说明，钻进给压是使用两个活塞，由水泵给水加压，带动钻机主轴传给钻具加压钻进。
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式中：б=钻头单位面积上承压；
P=两个活塞的压力=2×0.785(
D0=活塞直径=ϕ80mm；
d0=活塞连杆直径=ϕ20mm；
P0=水泵压力(kg/cm2)
f=钻头净面积=0.785(
D=钻头直径=ϕ49mm；
DK=钻头内径=ϕ28mm；
b=钻头上每个水口宽度为11mm，共两个水口；
由式(13)P=2×0.785(82-22)P0=94.2P0
由式(14)f=0.785(4.92-2.82)-2×1.1(4.9-2.8)÷2=12.693-2.31=10.383≈10.4cm2
由式(12)
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(1)闪长玢岩层，钻进中水泵压力常为10～12kg/cm2；
取P0=11kg/cm2
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(2)煤系岩层，钻进中水泵压力，常为8～10kg/cm2
取P0=9kg/cm2
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综合钻进压力(表)
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7.综上
金刚石钻头，在孔深300m钻孔中钻进技术操作顺序：
检查钻具合格后→把钻具下到孔底→给钻孔送入冲洗液→在返回的冲洗液中已无钻屑岩粉→钻头在无压状态下用管钳转动钻具，确认钻头在孔底转动正常→开动动力机，带动钻机，慢速转动钻具→给钻头加压→边增加钻头转数、边增加钻头压力→快速钻进。
当钻头快速进尺时，操作人员要密切注意：孔口返回水、水泵及动力机的负荷状态等，确属正常，表明钻头在孔底可正常钻进。
经过钻进进尺计算，岩心已装满岩心管，即可起钻，取出岩心，按地质质检要求：编号、装箱，保存在安全可靠的地方。
8.附图
机镶金刚石钻头钻具图见后；
注：图中构件请参阅《水利水电勘探钻具图册》的相关部分。
机镶金刚石钻钻具图
1—金刚石钻头；2—岩心卡簧；3—扩孔器；4—内管短节；5—内管；6—外管；7—钢球；8—推力轴承；9—密封圈外壳；10—套筒；11—心轴；12—异径接头；13—锁母；14—轴承外壳
注：双层单动金刚石钻头钻具，计有三种构造，本图是其中之一，详见《水利水电勘探钻具图册》的相关部分
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C. 三门峡～吋大口径供水孔钻进技术总结
黄河三门峡地质勘探总队
为了解决三门峡水利枢纽施工及居民区的用水问题，我们于1955年第四季度开始，在此地区内进行了水文地质勘探，找到水源后于1957～1958年两年又钻进了9个大口径的供水孔，以满足用水的需要。
供水勘探孔唯一显著的特征是口径大，当时并没有巨型钻机，因此，如何利用KAM-500型钻机，完成钻10～14吋大口径钻孔的任务，是当时生产中的一个主要关键，总队党委对此亲自做了布置，号召同志们解放思想，打破保守，同时要求工地一定要做到及时总结，交流经验，并要注重推广工作。同志们依着党委的指示，努力钻研，大胆创造，克服了很多困难，终于正确地掌握了施工方法，摸索出一些利用500型钻机钻大孔的施工经验，1958年施工又丰富与发展了这些经验，效率较前提高了两倍，替以后一米大口径钻孔奠定了思想基础。
一、基岩中大口径(10～14吋)钻孔的钻进工作
(一)钻孔结构及钻进方法的选择
1.根据勘探的目的与要求来确定钻孔结构，如果单纯是供水生产孔其结构即可简单，如果既做供水生产井用，又要了解不同地层的水文地质情况，两者相兼的供水勘探孔，因要进行分层封孔止水工作，故钻孔结构即须复杂，并促使开孔口径增大，例如373号供水勘探孔即是如此，致使开口口径定为ϕ14″(376mm)。
2.钻进方法的选择：闪长玢岩中使用铁砂或钢粒钻进，煤系中用硬质合金钻头钻进，而在石灰岩中多用铁砂钻进，用合金钻头钻进也可，因成本较高，故少用之。
(二)钻进所用的设备
1.KAM-500型钻机一台。
2.水泵选用200/40型水泵，闪长玢岩中漏水性不大，故在其中钻进，有一台水泵即够用，在漏水大的岩层中钻进时，有时需同时用两台水泵。
3.动力机：用匈式双缸重式25匹马力柴油机和旅大造20 匹马力柴油机分别带动钻机和水泵，1957年三门峡地区供电后，即改用电动机，既方便经济又节省人力。
4.钻具
(1)钻杆：使用50mm钻杆，两端墩厚，车外扣，特制碗形锁接头连接钻杆。其优点为：1)接头内径大，供水充足；2)易于接卸，节省时间；3)可用垫叉卸钻杆，既节省了工具又可使钻杆不再被管钳掏磨，增长了钻杆使用期限。
(2)碾砂钻头(图1)：是用钢管制成，内外各加焊一层3mm厚的铁板，为的是使钻头外径较岩心管外径大一些，钻进时不易卡钻，内径较岩心管内径小一些，钻出的岩心细，不会憋水。
(3)合金钻头(图2)：在煤系岩层和质软的石灰岩中，可使用硬质合金钻头，我们采用了单双粒镶法，并吸取了楚库洛夫型钻头的理论，经使用结果，效果很好，节省了合金数目，效率并未降低。
图1
图2
(4)岩心管：用粗径钢管制成，为防止钻孔偏斜，在岩心管上每隔2～3m，也可加焊一个3mm厚铁板箍圈(或不是整圈，而由6～8块长方形铁板围组而成也可)(图3)。
图3
图4
(5)取粉管的装置：大口径钻具也应使用取粉管，以防止掉块，发生卡钻事故，同时也可带出锥粉，有利钻进，取粉管的连接最好是用丝扣连接或是利用导向装置将其稳定于钻杆上也可(图4)。
(6)岩心管接头(图5)：也是用同级钢管制做，应注意坚牢，防止脱落。
图5
(7)钻具相互之间均以方扣相连，为的是接卸方便，具体规格见“钻具制造与机械修配技术总结”。规格统一，便于应用。
(三)保证钻孔垂直的几项主要措施
依照规范来讲，用500型钻机，钻进10 吋以上口径的大孔，是超过规定的，但由于我们钻孔保证了垂直，运转起来即轻快得多，钻进工作也就能顺利进行，具体注意事项如下：
1.镶孔壁管要直，表层若是堆石层或风化岩石时，在上部可采用开挖的方法，开挖一定深度后，镶入井壁管。ϕ12″钻具钻进，应镶ϕ14″钢管，ϕ14″钻具钻进，因没有更大的钢管，故只可镶入木套管或是浇注混凝土作为井壁管。总之不论用什么作为井壁管，均要求其垂直不偏，这样才能保证钻孔开孔直，以后也容易保证垂直。
2.使用长钻具，钻头岩心管与锥粉管总长度应为6～8m，别怕钻具重，钻机带不动，只要是孔直，钻进仍然轻松，并不费劲，钻具也不易折断，使用长钻具是保证孔直的一个很重要的措施，一定要做到。
图6
3.使用导向器，钻进10m，即应加用导向器(图6)，每一根钻杆或两根钻杆使用一个，其主要功用可保证孔直，又能预防钻杆磨损与折断。
4.加用钻铤，为避免钻杆过度扭甩和防止因过大加压后，引起钻孔歪斜，所以尽量少加压力，而以钻具自重钻进为宜，如使用木制导向器，在水中有浮力，这就更需要钻具自身有一定重量，所以应该使用加重钻杆或是钻铤。
5.立轴与井壁中心要对正，在钻进中须经常注意找正。500型钻机用ϕ12″或ϕ14″钻具时，钻具过粗，起下钻具时，横轴箱部分有阻碍，不能垂直上下起落，所以开口部分应要大一些，好让钻具顺利下落和起出。
6.其他
(1)基础应坚实，安装机械要稳牢。
(2)使用钢粒钻进。
(3)转速与水量要适当。
(四)采取和打捞岩心
大口径钻进，岩心的直径大，不易折断，最好是靠其天然裂断面提取较为方便，每次钻进后，尽量将此段岩心取出，否则将给下次钻进带来困难，钻具不易到底，具体办法如下：
1.在坚硬完整岩层中钻进时，凭借给进把的感觉及观察钻进具体情况，觉得岩心已断时，不管进尺多少，即应下卡料，提出岩心，而后再行钻进，若岩心总也没断，最好是多钻些，超过2～3m，再下卡料，卡住扭断提升，因为岩心长易断，否则卡料也卡住了，扭也扭不断，反而造成了事故，增加麻烦。
2.在坚硬完整的岩层中，若岩心实在不易扭断时，可采用冲击钻冲碎岩心，而后捞出的办法。我们在闪长玢岩中钻ϕ14″口径的钻孔时，即采用过ϕ12″的十字钻头(重约1 t左右)冲击的办法，每次可冲碎岩心长度50cm左右，将岩粉捞出后，再次冲击，这个方法的缺点是拿不出岩样，费时也较长，但在困难中确是有效而安全的办法。
3.岩石比较破碎，有时会发生“研磨”情况(即岩心堵塞在钻头中不再进尺)，应立即起钻，岩心可全部拿出。
4.岩层很破碎，有时需要进行打捞，可用弹簧钻头捞取，弹簧钻头是在钻头内镶好弹簧片或钢绳，用以卡取岩心，弹簧片可以用废岩心管制作，淬火后锤炼而成，柔韧而有力，ϕ10″钻头镶8～10片，ϕ12″钻头镶10～12片即可。
5.岩心卡住后，提升钻具要平稳，缓慢上升，不使钻具受震，防止岩心脱落，影响钻进。
(五)技术操作中的几个问题
1.立轴回转数，若依每秒一米的线速度来计算，则10″、12″钻头的转数均应小于80转/分，这样效率极低，根据操作经验证明，8～10″钻具钻进，立轴回转数约为120～150转/分，12″～14″钻具钻进，立轴回转数约为100～120 转/分，钻头线速度约为1.7～2m/s，较小口径钻头速度要快。
2.轴心压力：钻头大，工作底面积大，所需压力也大。以单位面积10kg/cm2计算，则10″钻具需压力860kg，14″钻具需压力1120kg。若钻具自重不够时，可考虑加用钻铤，钻孔深了有时还需利用平衡器减压，操作中应适当地掌握轴心压力，以利进尺。利用500型钻机进行大口径钻孔时，若采用铁砂钻进，则轴心压力约为8～12kg/cm2即可，太大了，钻机带动也费劲。
3.用水量：大口径钻进用水量要多一些，在完整岩层中钻进时，用水量约为70～90L/min，14″钻具钻进用水量约为100～180L/min，所以一台200/40型水泵即够用，但岩层破碎或有大溶洞，钻孔内漏水量大时，需水量也大，常常大于200L/min，所以需用两台水泵供水。
4.水口问题：水口不能过长或过宽，它的形状、大小对冲洗液流速及岩粉沉淀影响很大，10″以上的钻具，可以割2个水口，出水均匀，不仅可以提高钻进效率，预防钻杆折断，而且也利于开钻起动。
5.投砂方法：采用一次投砂与零星给砂相结合的办法，先一次投入较多量的铁砂。闪长玢岩中14″钻具钻进，一次投砂约为12～14kg，12″钻具钻进投砂约为10～12kg，均可进尺1m左右。5度石灰岩中钻进，8″钻具每次约投入8～10kg，10″钻具每次投入10～12kg，可进尺1～1.5m左右。当钻进很正常，但孔内含砂不多时，可再零星给些铁砂，钻进一些再起钻，要注意孔内砂量不宜过多，一般以不超过0.5m为宜。
(六)工作中的体会
1.大口径钻进中，保证钻孔垂直是最主要的关键，要经常观测，歪斜若超过规定，立即纠正。一般规定在开孔钻进5～10m后，即应观测一次，以后每进尺10～20m再行观测。事实证明，若是钻孔垂直，则利用500型钻机钻进8～14″钻孔，完全是可以的。
2.加强检查工作。口径粗，扭力大，所以在每次下钻前对钻具的检查极为重要，尤其是对丝扣部分，更应加强检查，防止事故，不合规格的钻具，严禁使用。
3.使用三套钻具。一、二套作为钻进用，另一套专为打捞岩心用。
4.水泵要好用，压力及排水量要大。因钻具粗，钻孔大，流速慢，故一般岩粉多由锥粉管取出，水泵应保持一定的压力与水量，随钻进随将孔底岩粉冲上，利于钻进。
5.ϕ50钻杆特制碗形锁接头连接既坚牢又好用，应该推广使用。
6.钻具总长度为6～8m，这是保证孔直的一个主要措施。
二、10吋供水孔的泥浆钻进
(一)一般情况
1.会兴地区地层情况，表层是黄土，在施工区域内，表层黄土厚度为10～25m。下面是卵石层，厚度为12～20m，卵石直径最大的达80cm。而后即是砂层，砂粘、粘砂和粘土等相互交错。其中在“三门系”砂层中含有丰富的地下水源。
2.供水生产开采用ATH-8型深井泵抽水，所以需要下入8″铁管做过滤管，为此要求最终孔径应大一些。
3.钻孔深度为30～100m。
4.钻孔结构：
(1)表面土层开挖，在一般情况下，挖穿卵石层为止。采用双挂钓支撑维护井壁。
(2)开挖至32m，仍未挖穿卵石层时，停止开挖，改为钻进。
(3)用10″钻具加镶肋骨钻进，直钻到孔底，可保持孔径为290mm。
5.采用设备：500型钻机、水泵各一台，中间架一个，电动机一个，12m高木制钻塔一个，泥浆搅拌机一台(附带动力机)，另外选用50mm钻杆，并以特制碗形锁接头相连。
6.为保证钻孔垂直，便于顺利下放过滤管起见，规定钻具长度为6～8m。
7.采用泥浆钻进。
8.开动两部钻机同时工作。
(二)泥浆的配制与检查
1.每台钻机备有泥浆搅拌机一台，容量为0.6m3左右，每分钟约为60转。
2.采用会兴镇“三门系”的灰绿色粘土作为原料，搅拌时间为1.5～2小时。
3.配制与使用泥浆的技术标准：
黄河三门峡水利枢纽工程地质勘察史
4.勤检查泥浆质量，勤测定，不合规格的泥浆，禁止使用，应另换新浆。
5.如果地层变换了，欲使用稠度较稀的泥浆时，应该使用搅拌机搅拌稀浆逐渐调换，不可在泥浆箱中加水变稀，也不得使用清水代替泥浆送入孔内。
6.如果在卵石层钻穿后，没下套管保护孔壁，则在以后钻进中应特别掌握泥浆的稠度及比重，不能太稀，虽对进尺有些影响，也应维持适当的稠度与比重，为的是保护孔壁，防止坍塌。
7.粘土在搅拌前，先用水湿泡2～3天，以利搅拌均匀。
(三)开孔工作
1.挖卵石层而到砂层时(图7)
图7
(1)在试坑底部挖一小凹坑，深约 1～1.5m，将ϕ12″套管一根根地连好，下入凹坑中。
(2)套管放入后，要仔细找正，使其垂直，而后用木段、木方将套管在坑内固定，并使套管仅能上下运动，不能左右推动。
(3)用6～8m的ϕ10″钻具，下入套管中，试其是否能顺利到底，并且回转无阻。若发现ϕ12″套管弯曲，长钻具下不到底时，应即纠正。
(4)用吊锤轻轻敲打ϕ12″管，并在套管内部用钻具捞砂钻进，使ϕ12″套管进入砂层中2m左右。
(5)用粘土将凹坑填平，分层夯实，尤其是粘土与管壁及凹坑壁接合处必须夯紧。
(6)凹坑填平后，在试坑底部再回填粘土及黄土，分层夯实，其厚度约为2～2.5m。
(7)向ϕ12″套管内注入泥浆，泥浆不漏可以循环了，即可正式开钻。
2.若挖到32m仍为卵石层时，只可将ϕ12″套管座在卵石层上了。以后施工步骤与前同，仅是挖小凹坑要深一些，放入套管后，凹坑底部可先用水泥封住，上部再回填黄土粘土，分层夯实，回填厚度可深一些，防止泥浆漏出。
3.封管工作很重要，应仔细小心去做，防止漏浆返工。
4.若卵石层疏松，上下串浆时，有时须将卵石层部分全部回填夯实，方可将浆止住，不再外冒。
(四)各种地层中的钻进
1.砂层中钻进
(1)使用肋骨合金钻头(图8)。ϕ10″钻头割成8个锯齿，齿深50～60mm，其上镶5×5×10或7×7×13块状合金，合金外出刃2.5～3mm，内出刃3～3.5mm，或可更多一些，以消灭岩柱，肋骨厚度10mm，高50mm，宽20mm，约略呈斜形，镶在锯齿上，距钻头底边2cm左右，肋骨下端，加镶合金，防止很快地将肋骨磨损成沟。
图8
(2)操作时约略下压，运转中不要上下提动，下进一拍子后，可稍提升一次，为的是使冲洗液大力冲洗一下，将井内砂粒携出孔外。
(3)砂层中进尺快，注意钻机能拉转，有进尺即可，不要加太大的压力。
(4)水量要大，转速约为120～140转/分。平均效率为7～9米/班。
2.粘土、砂质粘土层中钻进
(1)钻头与砂层用的钻头相同，除硬合金已镶内出刃外，还可在锯齿边上，割一小斜口，向内打弯，扩大内出刃范围，有利钻进。
(2)操作中要轻压快转，每钻进10～15cm，提升钻具一次，距离不超过5cm，同时要开大水门，使泥浆冲洗孔底一次。
(3)粘土层中钻进，泥浆要稀，甚至可以使用清水，但因要维护卵石层和砂层的孔壁，所以泥浆也不能太稀，这样就影响进尺效率了。
(4)同样的是压力不可以太大，不要上下常提动，水量要大，转速120 转/分左右即可。
3.砾石层中钻进
图9
图10
(1)钻头割成的锯齿要大(即水口小)(图9)。合金内外出刃要小一些，肋骨底部与钻头底部相齐，肋骨上加镶合金。
(2)小的卵石层可用合金钻进，遇有超过钻头直径的大块孤石时，应采用铁砂钻进，铁砂由钻杆内下投。钻头所用的肋骨要大、要多(图10)。或是使用基岩钻粒钻进中所用的钻头形式，在钻头外面加焊一圈10mm厚的铁板，用以保持钻孔口径，在钻穿孤石后，原用的锯齿肋骨钻头可以顺利下去，继续钻进，不再扩孔，若所用肋骨小，磨损多，即使将孤石钻穿后，口径也小，常需再行扩孔后，原有钻具才能下去，这样既不经济，又影响效率。
(3)砾石层中钻进时，也不要上下常提动钻具，每钻进一段后，应将卵石捞尽，而后再行钻进。
(4)在卵石层钻进时，即采用弹簧钻头，在钻头内镶有弹簧片或镶钢绳，边钻进，边将卵石拿出。若没有拿尽时，在钻完一段后，应专下打捞钻头捞取。
(5)卵石层中钻进，应用慢速，约为80～100转/分。
(6)小径卵石易钻，进尺效率高。直径大又纯为卵石层者，进尺效率低。
(7)钻进中注意泥浆稠度，不应低于24秒，以防止孔壁坍塌。
(五)钻孔后的清洗工作
为不影响水文地质观测条件，在钻孔结束后，要大力进行清洗工作。
1.当钻孔竣工后，用长钻具自上而下再清扫一次，通行无阻，即可下入8″过滤管。
2.下完过滤管后，用提筒提取过滤管内的泥浆，提抽至一定程度时砂层即行坍塌，地下水涌入管内，管内水位不再下降时，停止。
图11
3.再下冲洗器(图11)，用水泵送水自上而下，自下而上逐段地，反复地上下冲洗，将过滤网上的泥浆冲洗干净。冲洗器是用ϕ146mm的岩心管做成，长约1～1.5m，四周钻有一二百个ϕ2～3mm的小孔，作为喷水之用。
4.冲洗完毕后，下入扬水管及风管，先利用空气压缩机抽水洗孔2～3天，将过滤管内的泥浆及细砂等抽出，防止损坏深井泵。用空气抽水洗孔，因埋藏深度限制，出水量小，仅为3～4L/s。
5.因此，最后仍需下入深井泵抽水洗孔，水量大，能达到8～10L/s，加速洗孔效率，至抽出的水完全清净时止。在一般情况下，空气抽水与深井泵抽水洗孔总计约6～8日。
6.洗孔结束后，即可开始正式抽水试验。做一次降低或三次降低。
(六)采取岩样
地质要求，每两米需取岩样一个，利用小径钻具(ϕ127mm)采取岩样。
1.粘土层中用勺形钻采取土样。
2.砂层中可用勺形钻或锯齿合金钻头干钻捞取。
3.砾石层中可用弹簧钻头捞取。
4.凭借给进把感觉、进尺快慢及钻进情况，很易分清地层情况，要详细记在记录上，作为校对地层资料的参考。
5.在钻进中，采用“先取样，后进尺”的办法，取完样后，即钻进，不再注意岩心。
(七)事故的预防
1.在钻场设置能起重3～5 t的绞磨和双滑车。如因故停钻或发生卡钻时，立即用之提升。
2.钻机因故停钻时，需立即提升钻具，不超过1～2小时，可提升15～20m，如超过两小时，需将钻具提出孔外，防止淤卡。
3.注意检查泥浆质量，不合格者弃之不用，另换新浆。
4.要使用肋骨钻头，加大岩心管与孔壁间的间隙，防止卡钻。
5.勤检查钻具，防止折断事故。
6.若要下套管封孔时，下好套管后，应先用长钻具试探一下，长钻具能顺利下去，再行封孔。
(八)几点体会
1.根据不同的地层，换用不同粘度的泥浆，在泥浆钻进中，泥浆质量与供应很重要。我们这次是一个机组设一个搅拌机，并指定专人负责泥浆工作，完全保证了泥浆质量与泥浆供应，构成了钻进的有利条件，全部钻进时间，没有发生一次事故，又提高了钻进效率。
2.大口径不同地层的供水孔泥浆钻进，技术复杂，班长应亲自负责操作与指挥，凭借给进把的感觉与钻进具体情况，掌握压力、转速与泥浆的规格等，小心操作，防止事故。
3.经过本期工程实践证明，在卵砾石层中是完全可以使用泥浆钻进的，效率也不低，同时也可以不下套管，仅用泥浆保护孔壁。所以下次再遇到此类地层情况钻进时，开孔即可用机钻，而不再采取开挖办法了。
4.在土层或砂粘层中，使用泥浆钻进时，钻头内出刃要大一些，这样岩柱细，易于折断，随钻具转动而破碎。压力水泵要好用，压力要大，流量也要大，边钻进，边将岩粉冲出，钻孔内不存岩柱，每次下钻均能顺利到底，提高了钻进效率。为此对水泵要维护好，常检查修理，使其永远维持正常运转，是保证顺利进尺的主要因素。同时，在条件允许下，应另用动力机带动水泵，更为方便，可以防止事故。
5.其他一些体会与基岩中钻进相同。
(原载于《三门峡工程》1959年第三期)