岩土钻掘工程学所有重点资料
岩土钻掘工程学第5章-回转钻进工艺
回转钻进工艺的历史与发展
01
回转钻进工艺起源于19世纪中叶 ，随着工业技术的发展和市场需 求的变化，回转钻进工艺不断得 到改进和完善。
02
现代回转钻进工艺已经实现了自 动化、智能化和信息化，提高了 钻进的效率和精度，为岩土工程 的发展提供了有力支持。
02
回转钻进工艺原理
回转钻进工艺的基本原理
回转钻进工艺是通过钻机的回转运动 ，带动钻杆和钻头连续旋转，利用钻 头切削牙齿的旋转切削作用，破碎岩 石，实现钻孔的目的。
要点二
详细描述
在某油田区块，采用回转钻进工艺进行石油天然气勘探。 通过先进的钻井技术和设备，成功地钻穿了复杂的地质构 造，发现了高产油层。这为该地区的能源开发提供了有力 支持，促进了当地经济发展。
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岩土钻掘工程学第5章-回转钻 进工艺
目
CONTENCT
录
• 回转钻进工艺概述 • 回转钻进工艺原理 • 回转钻进工艺流程 • 回转钻进工艺应用 • 回转钻进工艺的挑战与解决方案 • 回转钻进工艺案例分析
01
回转钻进工艺概述
定义与特点
定义
回转钻进工艺是一种利用钻头旋转切削岩土，并通过钻杆将切削 下来的岩土带出孔外的钻进方法。
详细描述
钻孔质量问题通常是由于钻具磨损、钻压和转速控制不当、钻孔结构不合理等原因引起的。为了解决这一问题， 需要定期检查钻具，确保其完好无损；合理选择和控制钻压和转速，避免过大的磨损和失稳；优化钻孔结构，采 取相应措施提高钻孔质量。
钻具磨损与预防措施
总结词
钻具磨损是回转钻进工艺中的另一个重 要问题，它会影响到钻孔质量和施工效 率。
例如，在地热能开发中，通过回转钻进工艺钻取地热井，将地热能转化为热能或电能；在矿产资源勘 探中，通过回转钻进工艺获取岩心样本，进行矿产资源的评估和开发。
《岩土钻掘工程学》课件
地下水开发目的： 满足人类生活、 生产用水需求
地下水开发方法： 钻井、抽水、监 测等
地下水开发实例 ：某地地下水开 发项目
地下水开发效果 ：提高地下水供 应能力，改善水 质，减少污染
矿产资源开发实例
矿产资源类型：煤炭、铁矿、铜 矿等
钻掘工程技术：钻探技术、采矿 技术、运输技术等
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土的渗透性：土中水通过的能力
土的压缩性：土在外力作用下体积 减小的特性
土的抗剪强度：土抵抗剪切破坏的 能力
土的力学性质
土的强度：抗压强度、抗剪强度、抗拉强度等 土的变形：压缩变形、剪切变形、拉伸变形等 土的渗透性：水在土中的渗透速度、渗透系数等 土的抗冻性：土在低温环境下的抗冻性能、抗冻系数等
01
01
岩土钻掘工程施工技术
岩土钻掘施工方法
钻孔：使用钻机进行钻孔，包 括钻头、钻杆、钻具等
钻孔液：使用钻孔液进行冷却、 润滑、清洗等
取芯：使用取芯器进行取芯， 包括取芯器、取芯管等
岩土钻掘施工技术：包括钻孔、 钻孔液、取芯等步骤，以及钻 孔液的配比、钻具的选择等
钻孔施工过程控制
钻孔设备选择：根据工程地质条 件和钻孔深度选择合适的钻孔设 备
岩石的力学性质
岩石的强度： 抗压、抗拉、
抗剪等
岩石的变形： 弹性、塑性、
脆性等
岩石的稳定 性：抗滑移、
抗倾覆等
岩石的渗透 性：水、气 等流体的渗
透能力
岩石的抗腐 蚀性：抵抗 酸、碱等化 学物质的侵
蚀能力
岩石的物理 性质：密度、 孔隙率、吸
水性等
土的物理性质
土的密度：单位体积内土的质量
土的含水量：土中水的质量与干土 质量的比值 土的孔隙率：土中孔隙体积与土总 体积的比值
岩土钻掘工艺学知识点总结
岩土钻掘工艺学知识点总结一、岩土钻掘概述岩土钻掘是一种常见的地质勘探和地下工程施工方法，主要用于地下资源勘探、建筑基础施工、地下隧道开挖等工程。
岩土钻掘工艺学是研究利用机械设备对不同类型的岩土地层进行钻掘、取样和勘探的技术学科，是岩土工程领域的重要分支，其技术发展和应用对于促进地下资源勘探和地下工程施工具有重要意义。
二、岩土钻掘工艺学的分类岩土钻掘工艺学可以根据钻掘设备的类型、钻掘方式、地层特性等不同因素进行分类。
常见的分类包括：1. 根据钻掘设备的类型，可以分为钻机钻探、手持式钻探、旋挖钻掘、钻爆法等；2. 根据钻掘方式，可以分为旋转钻探、冲击钻探、冲击旋转钻探、旋喷钻掘等；3. 根据地层特性，可以分为岩石钻掘、土壤钻掘、淤泥钻掘等。
三、岩土钻掘设备1. 钻机钻机是进行岩土钻掘作业的主要设备，根据其结构和钻掘方式的不同，可以分为旋转钻机、往复钻机、旋喷钻机等。
钻机主要包括钻杆、钻头、钻管、钻井液泵等部件，通过转动和下压等动作完成岩土地层的钻掘作业。
2. 钻探工具钻探工具是配合钻机进行钻掘作业的工具，包括不同类型的钻头、钻杆、钻管、钻井液等。
钻探工具的选择应根据地层特性、钻掘方式和要求等不同因素进行合理搭配，以提高钻掘效率和质量。
3. 安全设备岩土钻掘作业中需配备相关的安全设备，如钻井液循环系统、防护罩、安全带等，以保障作业人员和设备的安全。
四、岩土钻掘工艺流程1. 前期准备进行岩土钻掘作业前，需对作业地点进行勘察和测量，确定地质情况和地下障碍物等信息，制定钻掘方案和安全措施。
2. 钻井布置根据前期勘察的结果，确定钻井点的位置和钻井布置，在地表进行钻井架的搭设，并进行定位和调整。
3. 钻井操作根据钻掘方案和地层情况，选择合适的钻机和钻探工具，进行钻井作业，注意调整钻掘参数和钻进速度，确保钻孔质量和完成进度。
4. 取样分析在钻掘过程中进行地层取样，在取样地层进行分析和测试，了解地层结构和物理性质，为后续的地质勘探和工程施工提供依据。
岩土钻掘工程学 第二章 钻进方法1
２、回转切削过程
当切削具切入岩石并作回转运动时， 切削具在切削力作用下压迫其前面上的 岩石发生塑性变形，并不断地向自由面 滑移，这一过程称为切削作用。
切削力
在其切屑的裂隙尚未发展到全部 横截面、并断下来之前，下一部分 切屑又开始发生滑移。
（一）塑性岩石的碎岩
Fragmention Process of Plasticity Rocks
硬质合金是20世纪初期研制成功的一种坚硬材料。
其主要成份是 WC＋Co
具有很高的硬度（HRA90）和相当大的强度。
适用于钻进中等硬度 以下的岩层，即1~7级 和部分8级的岩层。
一、硬合金钻进的井底碎岩过程 Fragmention Process of Rocks
硬合金钻进的过程，包括两个方面内容： 硬合金切削具在外载作用下不断破碎岩石的过程； 岩石不断磨损硬合金切削具的过程。
y 2tg
2
R
r
fPy
(R
r)nt
y 2fPy (R r)nt (R r)tg
f ——岩石与切削具的摩擦系数； R - r ——切削具宽度； R + r ——钻头平均直径。
二、关于切削具的磨损和钻进
t 当钻进 (min)后，切削具实际切入深度（瞬时切入深度）：
H hav mnt
Py
2
(R r)tg 3
2、回转切削过程
岩石上切削槽的宽度 基本上是有规则的宽窄 相间地变化着。
切削槽的底部也不是 平整一致的，槽底呈 相应的高低起伏不平 的状态。
（二）脆性岩石的碎岩
Fragmention Process of Brittleness Rocks
2、回转切削过程
硬合金钻进脆性岩石的特点：
《岩土钻掘工程学》学习指南
《岩土钻掘工程学》学习指南一、课程的重点课程注重基础性、系统性和实用性，突出理论联系实际和工程理念。
课程的重点主要指：岩土钻掘破碎原理，现代钻掘工程设备、仪表的工作原理，浆液护壁堵漏原理，钻孔弯曲与定向钻进原理，施工过程最优化准则，钻探取样技术原理等内容。
二、课程的难点（1）教材的内容往往偏重于系统理论和成熟技术，但随着经济的繁荣，岩土钻掘新技术、新工艺不断涌现，如何处理传统工艺技术与现代新技术的关系是授课中的难点之一。
（2）相关专业多数学生来自农村，对各类钻掘机械和工具非常生疏，而理论和技术是通过钻掘机械与工具来体现的。
如何尽快帮助学生建立工程意识是难点之二。
（3）课程涉及到工程力学、流体力学、数理化、机械和电学，如何在有限的学时内，建立基础理论与专业技术之间的传承关系是难点之三。
三、解决办法（1）提炼知识结构：虽然新技术、新工艺层出不穷，但它们总是从原有技术中产生的。
本课程特别重视从已有的基础中提炼所需的知识结构，这对培养学生创造性运用知识的能力很有好处。
同时，指定反映国外最新技术的文献供学生阅读，将我们最近的科研成果及时融入课程教学中（例如，钻井液教学中融入了充气钻井液、暂堵型钻井液、特殊植物胶钻井液等新技术），以拓宽知识面。
另外，学生大量阅读专业学术期刊杂志文章，对课程学习帮助会较大。
（2）加强实践性教学环节：一是安排学生在本课程开始前进行3周教学实习，增加学生的感性认识；二是把某些章节安排在实验室上课，面对剖开的教学模具讲解工作原理，学生更容易掌握；三是安排学生在本课程结束后进行7周生产实习，培养学生理论联系实际的能力。
因此，学生需按《岩土钻掘工程学实验教学大纲》、《岩土钻掘工程学实验指导书》、《岩土钻掘工程学》实训大纲一（教学实习）、《岩土钻掘工程学》实训大纲二（生产实习）等的相关要求认真执行。
（3）课堂教学：在课堂教学过程中特别强调基础理论与专业技术之间的传承关系。
对于重点难点，采用“CAI+黑板演绎+案例探究”的方式，学生的思维需跟着教师走，通过理论联系实际，课堂互动的方式，激发学习兴趣。
国家精品课程：岩土钻掘工程学第2章——钻具与钻塔
第二章
钻具与钻塔
国家精品课程
岩土钻掘工程学
§3. 套管柱（通常自下而上设计钻孔结构）
钻孔由开孔至终孔，各孔段的深度和口径的变化情况。 开孔前根据以下资料来设计钻孔结构：
(1) 所钻岩石的物理-力学性质，硬度、稳定性和水敏性等；
(2) (3) 拟用的钻进方法，钻探工具和孔内测量仪器的外径尺寸；
2019/1/27
中国地质大学(武汉)勘察与基础工程系
第二章
钻具与钻塔
国家精品课程
岩土钻掘工程学
§2.钻杆柱的工况
钻进时，由于钻杆柱自身的偏心和自重失稳而产生的某 些弯曲，造成钻杆柱有一定的质量偏离回转中心。产生 的离心力，更促使钻杆柱弯曲。 钻柱上还有由自重、钻机给进力及摩擦力合成的纵向压 力。在离心力、纵向压力和扭矩的联合作用下，钻柱轴 线一般呈变节距的空间螺旋弯曲曲线形状。 弯曲程度取决于这三种力的大小。弯曲的钻杆柱轴线在 孔底螺距最小 ，往上逐渐加大。
第二章
钻具与钻塔
国家精品课程
岩土钻工程学
钻具一般是指钻头以上，水接头以下的全部钢管 柱，由岩心管、异径接头、取粉管、扶正器、钻 铤、钻杆和主动钻杆等组成。 钻杆是钻具组成中的主要成员，多根钻杆借助接 头连接成相当于孔深长度的钻杆柱。 钻塔的主要任务是升降钻具和套管。钻塔的高度 应与钻杆立根的长度相匹配。
2019/1/27 中国地质大学(武汉)勘察与基础工程系
第二章
钻具与钻塔
国家精品课程
岩土钻掘工程学
我们把钻杆柱中心线和钻孔的轴线相交两点间的一段纵向 长度称为半波长，可根据萨尔基索夫的理论计算。 （1）钻杆柱围绕自身弯曲轴线旋转（自转）。钻杆在整个圆 （2）钻杆柱围绕钻孔轴线旋转并沿着孔壁滑动（公转）。钻 （3）钻杆柱围绕钻孔轴线旋转，但不是沿着孔壁滑动而是沿 着孔壁反向滚动（公转与自转的结合），钻杆柱同时围绕 自身轴线和钻孔轴线旋转。其磨损均匀，也受到交变弯曲 应力作用，但循环次数比第一种形式低得多。
岩土钻掘工程复习重点
岩土钻掘工程复习重点题型：填空（20*1）判断（10*2）简答（8*5）论述（20）考试时间：20周周四（7.5）1-2节教一A401 座位号：10第一章：1、岩土钻掘工程包括了钻探工程和坑探工程。
2、目前钻孔工艺方法：①回转钻进、冲击钻进、复合钻进；②无冲洗液循环钻进；③正、反循环钻进。
3、岩土钻掘工程的应用范畴：普查找矿钻探、矿产勘探钻探、水文地质及水井钻、油气田钻探、工程地质勘察钻、工程施工钻、环境监测、非开挖施工技术、其它施工、冰川钻探。
4、施工设备的发展：小型轻便化、大型多功能化、特殊专用化。
5、松散性：整体岩石被破碎后，自然堆积的体积比整体岩石的体积增大，这种特性称为岩石的松散性(又称碎胀性)。
松散状态的岩石体积与原岩体积之比，称为岩石松散系数。
岩石的松散性，在选择装岩运输设备与提升容器时必须考虑它。
6、孔隙度：单位体积岩石中空隙的大小，用单位体积岩石中所含空隙体积的百分比来表示，这个比率叫孔隙度。
孔隙度大的岩石，组织结构不紧密，一般易于钻进和爆破，但孔隙度大的岩石，不仅能含水，钻孔时冲洗液漏失，亦能渗透气体，所以，要特别注意在凿岩爆破时的涌水和瓦斯喷出的可能。
7、安息角：颗粒间缺乏凝聚力的松散性岩石，堆放时能保持其外形，由于颗粒的自重和颗粒之间摩擦力的作用而不坍塌，此时其斜面与水平面所夹之角，称为岩石的自然安息角。
岩石安息角的大小，随岩石颗粒的形状与尺寸以及湿度等因素而变化。
对颗粒间缺乏凝聚力(如松散岩块和土壤)的岩石称为安息角；而颗粒之间具有凝聚力(致密坚硬岩石)的岩石则称为内摩擦角。
当确定平巷、竖井与斜井井口的加固方法以及确定探槽的边坡时，必须考虑岩石的安息角或内摩擦角。
8、岩石强度的大小取决于其内聚力和内摩擦力。
9、岩体的复杂性表现在：不连续性、非均质性、各向异性、岩体中存在着天然应力场、岩体赋予一定的地质环境中，岩体中的水、温度、应力场对岩体性质有较大的影响。
10、岩石可钻性定义：钻进过程中岩石抵抗破碎的强度。
岩土钻掘工程学 第一章 岩芯钻探钻具
76
75
61
73
5.0 63.0
59
58.5
45
57
4.5 48.0
46
45.5
32.5
44
3.5 37.0
36
35.5
22.5
34
3.0 28.0
第二节 钻杆柱 drill string/column
一、钻杆柱的功用
１．传递动力
钻压 bit pressure 转矩 rotary torsion
2．作为通道
一、钻探设备的组成
3．钻塔derrick/mast(轻便) 用于升降钻具的构筑物。
二、钻机的分类
1．钻机按用途分类 石油天然气勘探与开发钻机 地质勘探钻机 矿山地质钻机 水文地质与水井钻机 工程地质勘察钻机 工程施工钻机
二、钻机的分类
1．钻机按用途分类 石油天然气勘探与开发钻机 地质勘探钻机 矿山地质钻机 水文地质与水井钻机 工程地质勘察钻机 工程施工钻机
钻探设备中，以钻机作为主机来配备其它设备。
一、钻探设备的组成
1．钻机drill/rig
是进行钻探工作的主要设备。它的功能一般包括两个方面: 带动钻具向地层深部钻进； 通过升降机起、下钻具。
2．泥浆泵及泥浆制备、净化设备 泥浆泵 mud pump/slush pump向孔内输送冲洗液
以清洗孔底、冷却钻头和润滑钻具。 泥浆搅拌机 mud mixer 用于制备泥浆及其它类型的冲洗液。 泥浆净化设备mud purifying device:振动筛和泥浆旋流除砂器。
单根single 立根stand，多为三根
主动钻杆drive pipe/kelly： 孔口钻杆， 与动力机相接 水笼头water swivel： 输送冲洗介质的高压胶管与回转
工程岩土最全复习资料
一、土的物质组成1、土的概念：土是由固体相（岩屑或矿物颗粒及有机物质）、液体相（液态水）和气体相三相物质组成的。
土的三相基本组成相互联系，相互作用，共同形成土的工程地质性质，是构成土的工程地质性质的基础。
固体颗粒是土的主要的物质成分，也是最稳定、变化最小的成分，构成了土的骨架主体，在三相之间相互作用过程中居主导地位。
2、土的组成：土颗粒、水和气体。
3、粒度成分：各种不同粒径的颗粒在土中的相对含量称为力度成分,也称粒度级配。
4、分析方法：筛析法——粗粒土（d>0.075mm）, 静水沉降法——细粒土。
目前测定细粒土粒度成分的方法有虹吸比重瓶法、移液管法、密度计法。
5、粒组的划分粒组：大小相近，性质相似的组别称粒组（粒级）。
划分原则：①在一定的粒度变化范围内，工程地质性质相似；②与目前粒度成分的测定技术相适应。
划分方案：按粒径由粗到细分为：漂粒组，卵粒组，砾粒组，砂粒组、粉粒组和粘粒组。
方案三：巨粒（60mm）粗粒（0.075mm）细粒 .各粒组的性质①漂、卵、砾粒组：多为岩石碎块。
孔隙粗大，透水性极强，粒间没有连结，既无可塑性，也无胀缩性；压缩性极低，强度较高。
②砂粒组：主要为原生矿物颗粒，成份大多是石英、长石、云母等。
孔隙大，透水性强，毛细上升高度很小；湿时粒间具有弯液面力，可将细颗粒连结在一起；干时及饱水时，粒间没有连结，既无可塑性，也无胀缩性；压缩性极弱，强度较高。
③粉粒组：是原生矿物与次生矿物的混合体。
性质介于粘粒与砂粒之间。
湿润时略有粘性，失去水分时粘结力降低，有一定压缩性，强度较低。
④粘粒组：主要由次生矿物组成。
孔隙很小，透水性极弱，有可塑性，胀缩性；失水时连结力增强使土变硬；湿时具有较强压缩性，强度较低。
6、土的粒度成分的表示方法:（1）列表法：将粒度分析结果用表格形式表达。
优点：可以清楚的用数量说明土的各粒组的含量；缺点：大量土样比较时较困难。
（2）累计曲线法：以粒径 d 为横坐标，以该粒径的累计百分含量 Xd 为纵坐标，在直角坐标系中表示两者的关系曲线。
岩土钻掘工程学_第4章
式中： k0——钻速下降的特征系数，k0=θ/S0。 钻头在t时间内
总进尺为
2015/8/29
H vm dt 得到
0
t
vm
v0 (1 k 0 t )
中国地质大学勘查教研室
第一节 硬质合金钻进孔底碎岩过程
2015/8/29 中国地质大学勘查教研室
第一节 硬质合金钻进孔底碎岩过程
（二）弹塑性岩石的孔底破碎过程
弹塑性岩石是硬质合金钻头的主要钻进对象。理论上，切 削具切入需要很大的轴向力，而在双向力的同时作用下实 际的Py力为（1/6~1/13）。 碎岩显著特点：以跳跃式的剪切破碎为主。岩石破碎大体 分三个阶段：
④ 振动钻进。
使用最广泛的是回转钻进。冲击回转钻进是在回转的基础上 增加孔底冲击载荷；钢丝绳冲击钻进主要用于水井施工；振 动钻进、长螺旋干式回转钻进主要用于在土壤和软岩中打浅 孔（工程施工）。
2015/8/29 中国地质大学勘查教研室
回转钻进用钻头
回转钻进选择钻头的一般原则是： ① 在软岩和中硬岩层中用硬质合金回转钻头； ② 在中硬及部分中硬以上岩层中采用铣齿牙轮钻头； ③ 在硬岩中采用金刚石钻头或钢粒钻头；
1、切入岩石，岩石剪切破碎，前移碰撞刃前岩石。 2、刃前接触面很小，挤压力较大，小剪切破碎。继续前移 产生若干次小剪切。
2015/8/29
中国地质大学勘查教研室
第一节 硬质合金钻进孔底碎岩过程
3、当刃前接触面较大时，前进受阻。继续挤压刃前岩石（部 分被压成粉状）；同时，Px 力急剧增大，当Px 力达到极限值时， 产生大的剪切破碎，然后Px力突然减小。
岩土钻掘工程学所有重点
岩土钻掘工程学所有重点第一章1.岩石的物理——力学性质有哪些？岩石力学性质是岩石在受外力作用后所表现的性质，包括岩石的变形特性、强度特性、表面特性等。
变形特性包括弹性塑性和脆性；强度特性包括抗压抗剪抗拉和抗弯强度；表面特性包括硬度和研磨性，这些力学性质对钻进速度、碎岩功耗和钻头寿命等有直接的影响。
3.岩石在静载作用下的破碎机理在平底压头受载时，在第一极值带会形成环形裂纹，呈圆锥形向深部延伸，到一定深度后截止，而对称轴上的第二危险值带朝边缘发展，形成镰刀状极限状态区，继续加载时极限区的体积和压力增大，他向外趋于排挤或排开周围岩石的力也增大，由于岩石的抗剪抗拉强度很小，一旦侧压力达到某一极值时，周围的岩石便突然崩离并形成破碎穴，周围岩石崩离后，丫头下方的圆锥被压碎，压头突然入侵到一定深度。
特点是塑性变形+“跳跃性”剪蹦,破碎坑穴大于切削具的断面积4.岩石在动载作用下的破碎机理当冲击能量不大时，在岩石的表面只能见到压头冲击的痕迹—边缘出现裂纹。
增加冲击能后，在边缘之外变出现环形崩离体，称之为脆性破碎第一形态，随着冲击能的增加，崩离题的体积稍有增加。
冲击能量达到一定值后，压头地下的岩石发生与静压时相似的脆性破碎，称之为脆性破碎第二形态，再继续增大冲击能，不会引起破碎形态的明显的质的变化，余下的能量使压头的侵深有所增加，并使接触面周围的岩石，崩离体出现，当冲击能达到相当大的数值的时候，则出现稳定的第三破碎形态。
特点:“跳跃性”剪蹦,体积破碎5.影响碎岩效果的因素载荷大小的影响，;碎岩工具形状的影响，;加载速度的影响，液柱压力的影响.6.岩石可钻性分级的方法：1）按岩石的物理力学性质分级：压入硬度法、摆球硬度法、普氏系数法、综合力学性质法；2）利用现场实际钻进资料，即实钻法；3）利用破碎岩石单位体积所消耗功，即比功法；4）利用模拟钻进实验台对岩石进行标定，即微钻法。
7.岩石的强度和硬度的区别和联系：强度是固体物质在外载作用下抵抗破坏的能力。
岩土钻掘资料总结
《岩土钻掘工程学》总复习题（一）钻进方法与钻探质量（1）、名词解释：1、磨锐式硬质合金钻头：指具有刃尖角的硬质合金切削具在钻进过程中被岩层不断磨钝,接触面增加,再次使用时需要重新修磨变锐,这类钻头称为磨锐式钻头。
适用软至中硬地层的硬合金钻头。
坚硬且研磨性岩层时,切削具很快被磨钝,钻速迅速下降,甚至不能进尺,因此不能使用这种形式的钻头。
2、自磨式硬质合金钻头：是指硬质合金切削具在钻进过程中虽经磨损,而接触面保持不变的钻头。
（机械钻速基本平稳）适用于硬且研磨性强的岩层（大钻压，高钻速，小泵量）3、钻进规程：为提高钻进效率、降低成本、保证质量所采取的技术措施，通常指可由操作者人为改变的参数组合。
分类：最优规程、合理规程、专用规程。
4、优质钻进规程：（最优规程）当地质技术条件和钻进方法已确定时，在保证钻孔质量指标（钻孔方向、岩矿心采取率等）的前提下，为获取最高钻速或最低每米钻进成本而选择的钻进参数搭配叫做最优规程。
5、强力钻进规程：（合理钻进规程）在给定的技术装备条件下，当钻进规程参数的选择受到某种制约时（例如设备功率不足，钻机的转速达不到要求，钻具强度不够，冲洗液泵量不足等），在保证钻孔质量指标的同时争取最大钻速的钻进参数组合叫做合理规程。
专用规程：为完成特种取心，矫正孔斜，进行定向钻进等任务所采用的参数搭配称之。
表镶金刚石钻头：将较大颗粒金刚石以一定的排列形式单层固嵌在钻头工作表面上的钻头。
孕镶金刚石钻头：较小颗粒金刚石埋藏于胎体中能实现“自锐”（自磨出刃）的钻头。
6、孕镶金刚石钻头的100%浓度：当金刚石的体积占胎体工作层体积的1/4时，其浓度即为100%浓度。
7、阀式正作用液动冲击器：它以液体压力推动冲锤下行进行冲击，而以弹簧力作用恢复其原位，故称之为正作用液动冲击器。
工作原理：冲锤活塞5在锤簧6的作用下处于上位，其中心孔被活阀4盖住，液流瞬间被阻，液压急剧增高而产生水锤（也称水击）效应。
在液压作用下，冲锤活塞和活阀一同下行，压缩阀簧3和锤簧；当活阀下行到一定位置时，活阀被阀座9限制，活阀停止运行并与冲锤活塞脱开，液流经冲锤活塞中心孔而流向孔底，液压下降，活阀在阀簧作用下返回原位；冲锤活塞在动能作用下利用惯性继续运行，冲击铁砧7，冲击能量经铁砧-岩心管接头-岩心管等传至钻头，冲击之后，冲锤活塞在锤簧力作用下弹回；再次与活阀接触，完成一个冲击周期。
岩土钻掘工艺学复习资料
岩土钻掘工艺学复习资料岩土钻掘工艺学复习资料岩土钻掘工艺学是土木工程领域中的重要学科之一，它涉及到岩土体的性质、结构和力学行为等方面的研究。
在工程实践中，岩土钻掘工艺学的知识和技术被广泛应用于地基处理、隧道工程、水利工程等领域。
本文将对岩土钻掘工艺学的一些重要内容进行复习总结。
一、岩土体的性质与分类岩土体是由岩石和土壤组成的地球物质，它们具有不同的性质和特点。
岩土钻掘工艺学首先要了解岩土体的性质与分类，以便选择适当的钻掘方法和工艺。
岩土体的性质包括颗粒大小、密度、含水量、孔隙度等，而岩土体的分类则根据其成分和结构特点进行划分，如岩石的分类可以根据岩石的成因、岩性和结构等进行划分。
二、钻掘工艺与设备钻掘是岩土工程中常用的一种开挖方法，它适用于各种地质条件下的地下工程。
在钻掘工艺中，需要选择合适的钻掘设备和工艺流程，以确保施工的效率和质量。
常见的钻掘设备包括钻机、钻头、钻杆等，而钻掘工艺则包括钻孔布置、钻孔参数设计、钻孔施工等方面。
三、地基处理技术地基处理是岩土钻掘工艺学的重要内容之一，它是为了改善地基的承载力、稳定性和变形性能而采取的措施。
地基处理技术包括灌注桩、搅拌桩、土体加固等方法，这些方法可以通过改变地基的物理性质和力学特性来提高地基的承载能力和稳定性。
四、隧道工程中的钻掘工艺隧道工程是岩土钻掘工艺学的重要应用领域之一，它需要采用合适的钻掘工艺和设备来完成隧道的开挖和支护。
在隧道工程中，钻掘工艺的选择和施工过程的控制至关重要，它直接影响到隧道的质量和安全。
因此，需要对隧道工程中的钻掘工艺进行深入研究和实践。
五、水利工程中的钻掘工艺水利工程中的钻掘工艺主要应用于水库、渠道、堤坝等工程的建设和维护。
在水利工程中，需要采用合适的钻掘工艺和设备来进行土体的开挖和处理。
钻掘工艺的选择和施工过程的控制对于水利工程的安全和效益具有重要意义。
六、岩土钻掘工艺学的发展趋势随着科技的进步和工程技术的发展，岩土钻掘工艺学也在不断演进和创新。
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第一章1.岩石的物理——力学性质有哪些？岩石力学性质是岩石在受外力作用后所表现的性质，包括岩石的变形特性、强度特性、表面特性等。
变形特性包括弹性塑性和脆性；强度特性包括抗压抗剪抗拉和抗弯强度；表面特性包括硬度和研磨性，这些力学性质对钻进速度、碎岩功耗和钻头寿命等有直接的影响。
3.岩石在静载作用下的破碎机理在平底压头受载时，在第一极值带会形成环形裂纹，呈圆锥形向深部延伸，到一定深度后截止，而对称轴上的第二危险值带朝边缘发展，形成镰刀状极限状态区，继续加载时极限区的体积和压力增大，他向外趋于排挤或排开周围岩石的力也增大，由于岩石的抗剪抗拉强度很小，一旦侧压力达到某一极值时，周围的岩石便突然崩离并形成破碎穴，周围岩石崩离后，丫头下方的圆锥被压碎，压头突然入侵到一定深度。
特点是塑性变形+“跳跃性”剪蹦,破碎坑穴大于切削具的断面积4.岩石在动载作用下的破碎机理当冲击能量不大时，在岩石的表面只能见到压头冲击的痕迹—边缘出现裂纹。
增加冲击能后，在边缘之外变出现环形崩离体，称之为脆性破碎第一形态，随着冲击能的增加，崩离题的体积稍有增加。
冲击能量达到一定值后，压头地下的岩石发生与静压时相似的脆性破碎，称之为脆性破碎第二形态，再继续增大冲击能，不会引起破碎形态的明显的质的变化，余下的能量使压头的侵深有所增加，并使接触面周围的岩石，崩离体出现，当冲击能达到相当大的数值的时候，则出现稳定的第三破碎形态。
特点:“跳跃性”剪蹦,体积破碎5.影响碎岩效果的因素载荷大小的影响，;碎岩工具形状的影响，;加载速度的影响，液柱压力的影响.6.岩石可钻性分级的方法：1）按岩石的物理力学性质分级：压入硬度法、摆球硬度法、普氏系数法、综合力学性质法；2）利用现场实际钻进资料，即实钻法；3）利用破碎岩石单位体积所消耗功，即比功法；4）利用模拟钻进实验台对岩石进行标定，即微钻法。
7.岩石的强度和硬度的区别和联系：强度是固体物质在外载作用下抵抗破坏的能力。
硬度是岩石抵抗外部更硬物体压入其表面的能力。
前者时抗压强度是固体抵抗整体破坏时的阻力，硬度是故意表面对另一物体局部压入或侵入时的阻力。
硬度指标更接近于钻探过程的实际情况。
一般硬度和抗压强度成正相关。
8. 为啥说岩石的单轴抗压强度与钻探工程的关系密切？因为在回转钻进中，岩石破碎工具在岩石表面移动时，是在局部侵入的同时是岩石发生剪切破碎。
岩石的抗压硬度为单向抗压硬度的（1+2n）倍。
9.影响岩石强度的因素：影响岩石强度因素可分为自然因素和工艺因素两类。
（1）一般造岩矿物强度高者其岩石的强度也高。
但沉积岩的强度取决于胶结物所占的比例及成分。
（2）岩石的孔隙度增加，密度降低，其强度则降低，反之亦然，一般岩石的强度随埋深的增大而增大。
（3）岩石的强度具有明显的各向异性。
（4）岩石的受载方式导致岩石的强度值差异很大。
(5）多向应力状态下的岩石强度比简单应力状态下的强度高出许多倍。
（6）外载作用速度的增加使岩石的应变速率增大，大幅度地提高岩石的强度；加载速度对塑性岩石强度的影响大于对脆性岩石强度的影响。
10. 影响岩石硬度的因素分为自然因素和工艺因素两大类（1）岩石中石英及其他坚硬矿物或碎屑含量愈多，胶结物的硬度越大，岩石的颗粒越细，结构越致密，则岩石的硬度越大。
而孔隙度高，密度低，裂隙发育的岩石硬度将会降低。
（2）岩石的硬度具有明显的各向异性。
但层理对岩石硬度的影响正好与对岩石强度的影响相反。
垂直于层理方向的硬度值小，平行于层理的硬度最大。
（3）在各向均匀压缩的条件下，岩石的硬度增加。
在常压下硬度越低的岩石，随着围压增大，其硬度值增长越快。
（4）随着加载速度增加，将导致岩石的塑性系数降低，硬度增加。
11. 影响岩石研磨性的自然因素和工艺因素，（1）岩石颗粒的硬度越大，岩石的研磨性也越强，富含石英的岩石具有强研磨性。
（2）岩石胶结物的粘结强度越低，岩石的研磨性越强。
（3）岩石颗粒形状尖锐，颗粒尺寸越大，则岩石的研磨性越强。
（4）孔隙性岩石表面粗糙，在与工具接触的局部易产生应力集中，从而增强岩石的研磨性。
（5）硬度相同的时，单矿物岩石的研磨性较低，非均质和多矿物的岩石研磨性较强。
（6）介质会改变岩石的研磨性，湿润和含水的岩石硬度和研磨性都会降低。
12. 影响岩石可钻性的固有因素和技术因素固有因素——岩石自身因素和自然环境因素；技术因素——设备因素、工具方法、工艺参数。
第四章：1.金刚石的特性：金刚石为碳的结晶体，晶体结构为正四面体，碳原子之间以共价键相连，结构非常稳定，典型的晶型有：立方体，八面体，十二面体。
金刚石是世界是最硬、抗压强度最大、抗磨碎能力最强的材料。
2.天然与人造金刚石各分几个等级：天然金刚石品级：TT TY TB TD TX TS人造金刚石品级：RT RY RB3.表镶金刚石的碎岩过程：即金刚石沿同心圆运动时，它向岩石传递一定的能量，岩石吸收能量后产生破碎并形成小的沟槽。
在弹-脆性岩石中，由于大小剪切体的产生，沟槽的宽度大大超过了金刚石吃入岩石的深度。
在破碎岩石时，金刚石逐渐被磨钝。
这时磨钝的金刚石在抽载的作用下使岩石产生应变，应变的结果是在岩石中出现一些微小的裂纹，使岩石的致密结构改变最终导致岩石破坏破碎。
4.孕镶金刚石钻头的孔底碎岩过程其破岩机理是类似于砂轮摩削工件，即以唇面上多面而小的硬质点(金刚石)对加工件（孔底岩石）进行刻画、磨削，并随着硬质点的逐渐磨损和消失及粘结胎体的不断磨损，新的硬质点又裸露出来参加工作。
按照钻探的步骤进行操作，致使岩石结构的致密性被破坏，反复的对孔底岩石进行补充轴荷载致使岩石出现裂隙发生破坏。
5.表镶金刚石钻头的结构要素：金刚石的粒度，金刚石在唇面的排列，钻头的唇面形状，钻头的水口和水槽6.孕镶金刚石钻头的结构要素：粒度的选择，金刚石在台体中的浓度，钻头的台体性能，钻头的唇面形状，钻头的水口和水槽7.金刚石的制造方法：冷压—烧结法；冷压—浸渍法；无压浸渍法；普通热压烧结法；真空热压烧结法第五章1.衡量钻进效果的指标有哪几个？平均机械钻速，回次钻速，技术钻速，经济钻速，循环钻速3.硬合金钻进，金刚石钻进，钢粒钻进规程参数（主要包括钻压、转速、冲洗液量）的确定：硬质合金钻进：钻压：开始事就以允许的最大初始钻压钻进转速：转速不宜过高，应考虑钻头的形式，冲洗液类型等具体情况而定冲洗液量：为提高钻速，在有可能的条件下应尽量选用清水做冲洗液，若泥浆应考虑低固相泥浆。
金刚石钻进：钻压：要考虑地层岩性和水力冲洗引起的孔底转速转速应在尽可能高些，安全转速为150r/min冲洗液量：曼祖唤醒孔间最低反流速度的要求钢粒钻进：投砂方法及投砂量：一次投砂法和结合投砂法前者投砂量取决于岩石性质和回次进尺的长短；后者投砂量是在次回开始前先投入所需钢粒的50%到60%待到确认孔底钢粒已消耗的差不多时，再从钻杆中分1-2次补投其余的钢粒。
钻压的选择：钻速的选择：泵量的选择：第六章1.冲击回转钻进的优点：1)冲击力以应力波作用于岩石，应力集中，岩石易于实现体积破碎2)冲击产生破碎坑穴为回转切穴创造条件3)冲洗量大，孔底干净，不产生重复碎片4)钻压低，钻头磨损小，使用寿命长5)钻孔质量好，冲击回转具有防斜抑制孔弯及减少孔内事故的作用6)冲击器高频冲击，岩石分子产生高频震荡而形成疲劳破坏2.阀式正作用液动冲击器：它以液体压力推动冲锤下行进行冲击，而以弹簧力作用恢复其原位，故称之为正作用液动冲击器。
工作原理：冲锤活塞5在锤簧6的作用下处于上位，其中心孔被活阀4盖住，液流瞬间被阻，液压急剧增高而产生水锤（也称水击）效应。
在液压作用下，冲锤活塞和活阀一同下行，压缩阀簧3和锤簧；当活阀下行到一定位置时，活阀被阀座9限制，活阀停止运行并与冲锤活塞脱开，液流经冲锤活塞中心孔而流向孔底，液压下降，活阀在阀簧作用下返回原位；冲锤活塞在动能作用下利用惯性继续运行，冲击铁砧7，冲击能量经铁砧-岩心管接头-岩心管等传至钻头，冲击之后，冲锤活塞在锤簧力作用下弹回；再次与活阀接触，完成一个冲击周期。
这种冲击器结构简单，技术成熟，冲锤活塞向下作功时，可利用高压室中巨大的水锤能量；但回动弹簧的反作用力将抵消相当大的冲击力。
易损件事弹簧。
3.阀式反作用液动冲击器：它是利用高压液流的压力推动冲锤活塞上行，并压缩工作弹簧储存能量，经弹簧释能而作功。
工作原理：高压液流进入冲击器对冲锤活塞3产生作用，当冲锤活塞上下端压力差超过工作弹簧1的压缩力和冲锤活塞本身的质量时，迫使冲锤活塞上行，并压缩工作弹簧储存能量；与此同时，铁砧4的水路被逐步打开，高压液流开始流向孔底，液压下降，冲锤活塞利用惯性继续上行，当上行到上死点时，由于冲锤活塞自身质量和工作弹簧释放储存能量，便驱动冲锤活塞急速向下运动而冲击铁砧；产生冲击作用的同时，由于冲锤活塞与铁砧相接触而又封闭了液流通向孔底的通路，液压开始上升，当上升到一定值，再次作用于冲锤活塞，使其上行，开始第二个工作周期。
这种冲击器由于被压缩弹簧释放出的能量与冲锤活塞自重同时作用，故可获得较大的单次冲击功，冲击器内部压力损失小，能量利用率高。
但弹簧寿命低。
4. 阀式双作用冲击器：它的冲锤活塞正冲程和反冲程均由液体压力推动。
工作原理：当钻具到达孔底时，由于钻具自重作用，使活接头f被压紧到外套上的g处，这时冲击器内压力工作腔d处的液流，分别作用在活阀2和塔形冲锤活塞6上，由于活阀上下两端的压差，迫使活阀上移到最上位置；由于冲锤活塞上、下两端面积不同而产生的压力差，迫使其也向上移动；当冲锤活塞上行到与活阀接合时，通道d1被关闭，冲锤活塞与活阀便一起急速下行，当下行h时，活阀被支撑座4限止，冲锤活塞与活阀分离，借助惯性作用继续下行，下行到s时，冲击砧子9；由于冲锤活塞中心通道被打开，液流又恢复循环，在液流压力作用下，活阀急剧上升，冲锤活塞也急剧上行，如此运行，周而复始进行。
这种冲击器采用差动运动方式，故必须有既滑动又隔压的密封件，为使冲击器内部能形成一个压力差，在铁砧部位设有"节流环"、"下阀"等元件，在与冲锤活塞中间部位和活阀上部对应的外壳处设有"呼吸孔"。
从理论上讲，该冲击器的液流功率恢复较高。
（无弹簧），水泵的利用率高。
寿命长。
5. 无阀射流式冲击器：射流式冲击器是我国独创的一种采用双稳射流元件作为控制机构的新型钻具，工作原理：高压液流从射流元件1的喷嘴喷出，假如在附壁作用下先附壁于右侧，高压液流便由E输出，进入缸体2的上部，推动活塞3下行。
此时，与活塞连接的冲锤4便冲击砧子5，因砧子与岩心管6相连，冲击能量便经岩心管传至钻头7上，完成一次冲击作用。
活塞冲程末了，上缸液压升高，反馈讯号回到F 控制孔，促使射流由E切换到C输出，液流经C进入缸体下缸，推动活塞上行，做返回动作。