勘探钻进原理
钻探技术在地质勘察工程中的应用
。根据不同的地层条件和钻孔深度，选择合适的钻具对于提高钻探效率
和降低成本至关重要。
03
泥浆泵
泥浆泵是用于输送泥浆和冲洗液的设备，通过循环泥浆可以起到冷却钻
头、携带岩屑、稳定孔壁等作用。
钻探技术的操作流程
现场踏勘
对钻探地点进行实地考察，了解地层结构、岩 土性质和地下水等情况。
01
安装设备
将钻机、泥浆泵等设备运至现场并进 行安装调试。
03
钻探技术在地质勘察工程中的 应用
矿产资源勘探
矿产资源勘探是钻探技术应用的重要领域之一。通过钻探技 术，可以深入地下了解矿体的分布、规模、品位等信息，为 矿产资源的开发利用提供科学依据。
在钻探过程中，可以采集到大量的岩心样品，通过对这些样 品的化验分析，可以确定矿石的种类、含量、品质等信息， 为矿山的开发设计提供数据支持。
高效化
环保化
随着环境保护意识的提高，钻探技术 正朝着环保化方向发展，采用低污染 或无污染的钻井液和钻探工艺，减少 对环境的破坏。
为了提高钻探效率，钻探技术不断优 化，采用新型钻头、钻具和钻井液， 降低钻探时间和成本。
钻探技术面临的挑战
复杂地质条件
钻探技术面临复杂地质条件的挑 战，如坚硬岩层、软土层、溶洞 等，需要采取相应的钻探工艺和
某地震多发区钻探技术应用
总结词
安全、可靠
详细描述
在某地震多发区，钻探技术被用于地壳结构探测和地震活动规律研究。通过钻孔观测地 层应力变化、地下水位波动等，分析地震活动的规律和潜在危险，为地震防范提供了科
学依据。
某地下水勘察项目钻探技术应用
总结词
环保、节能
VS
详细描述
在某地下水勘察项目中，钻探技术被用于 探测地下水水位、水质和储量。通过合理 布置钻孔、控制钻进参数等手段，确保地 下水资源的可持续利用，为当地经济发展 和环境保护提供了有力支持。
钻进式井壁取芯技术简介
钻进式井壁取芯器（FCT）
火工取芯
取芯成本低 占井周期短 针对油层有目的地取芯 深度准确 取芯成功率低 岩芯质量差
钻壁取芯
取芯成本低 占井周期短 针对油层有目的地取芯 深度准确 取芯成功率高 岩芯质量好
钻进式井壁取芯器工作流程
地面仪器和井下仪器通过两个微处理器之间的主从应答 实现通讯。在通讯中，地面仪器下井下仪器发出命令，用以 控制井下仪器自然伽马信号的采集；控制机械部分推靠臂钻 头岩芯推杆的伸出和收回。 井下仪器的电子部分将采集到的伽马信号，和从机械部分 采集到的岩芯的芯长，位移等一系列数据编码后传输到地面， 地面微处理器将接受的数据处理之后显示出来或进行记录， 地面操作人员可以根据井下传输的信息有针对性的控制井下 仪器进行取芯操作，最终达到从裸眼井硬地层井壁上取得完 整的、不变形的25mm-48mm的岩芯。
校深垂直分辨率
0.2m
最大一次下井取颗数
25
钻进式井壁取心注意事项
1、 对井况的要求 井径范围：160mm—380mm。 要求取芯段泥饼不能过厚，以利于取出较长的岩芯。 在井下拐点上下50米，需打玻璃微球降粘剂，以防仪器遇阻和遇卡。 井斜小于15度，对大于15度井斜的井会影响取芯的收获率，并增加测井风险。
2、 对泥浆的要求 因为旋转式井壁取心每个点约需5~7分钟左右，极易造成仪器及电缆的粘卡，所以
要求泥浆中打入防卡剂。短起下结束后充分循环泥浆，做粘卡试验，保证仪器能在井下 安全静止5~7分钟。
循环泥浆3周以上，充分除砂、除岩屑。 对于高温井应采取降温措施。 泥浆性能要求，粘度〈60s；含砂量〈0.5%；失水量〈8ml;比重〈1.4g/cm3 泥浆静止8小时以上，必须再次通井循环泥浆3周以上。 3、对电源的要求 钻进式井壁取心时所需电源功率较大（380V），所以井队应提供功率相对较大，电压 波动相对较小的接电场所供测井队使用，并在测井施工过程中不能断电。如确需倒电 必须征得测井队同意。
石油工程与地质勘探
石油工程与地质勘探近年来，石油工程和地质勘探成为了国内外的热门领域。
这两个领域有着密不可分的联系，都是为了追求更有效地开采石油资源和更准确地找到油藏。
本文将从石油工程和地质勘探两个角度出发，分别进行详细介绍。
一、石油工程石油工程主要是指对油田和天然气田的勘探、开发、生产、储存和运输等过程进行科学研究和工程设计的学科。
其包括五个主要的领域，分别是地震勘探、钻井工程、采油工程、储运工程和石油化工。
1、地震勘探地震勘探是石油工程中最为重要的一个环节，其通过在地表或井下对地层产生震动，观测和记录反弹波的信息，来确定地下石油和天然气的存在及分布规律。
该技术的主要原理是利用声波在不同地层之间传播速度的差异来获取地下介质的信息。
目前，地震采集设备已经逐步实现了自动化，数据处理速度和精度也得到了大幅提升。
2、钻井工程钻井工程主要是指通过钻井设备将钻头打入地下，获取地下信息或者开采石油和天然气等资源。
该技术包括了钻井设计、井壁固井、井下装备安装等多个环节。
此外，钻井涉及到的许多问题，如井底温度、压力、井眼稳定性、钻井液性能等，都需要进行科学合理的分析和研究。
3、采油工程采油工程主要是指通过地面或井下的运作设计，从油田或天然气田中提取石油和天然气资源。
其包含了中央集输、注水、增压、油藏开发、油井维护等多个方面的内容，其中，中央集输技术被广泛应用于石油生产和储运领域，可以实现油田生产的信息化、自动化、智能化。
4、储运工程储运工程主要是指将石油和天然气等能源以及相关产品进行存储、运输、加工等一系列环节。
由于石油和天然气等能源是非常重要的能源资源，因此，其储存和运输的稳定性、安全性等问题，都是相关工程师在设计时必须考虑到的。
储运系统必须保证输油管道、储罐和贮存设备等的完整性、可靠性和安全性，同时，考虑到环境污染和资源保护等因素，还必须进行相关的环保防控、监测和预防措施。
5、石油化工石油化工是将石油提炼、精炼、加工成各种化学品和燃料的工程领域。
矿用液压钻机 液压原理
矿用液压钻机液压原理矿用液压钻机是一种利用液压原理工作的设备，广泛应用于矿山开采、地质勘探等领域。
液压原理是指利用液体传递压力和能量来实现机械运动的原理。
矿用液压钻机通过液压系统实现钻孔、钻进和钻杆提升等动作，具有结构简单、操作方便、效率高等优点。
液压原理的核心是利用液体的压力传递力量。
在矿用液压钻机中，液压系统由液压泵、液压缸、液压阀等组成。
液压泵通过机械运动产生液压能，将液体压力传递给液压缸。
液压缸接受液压能，产生推力或拉力，驱动钻杆进行钻孔或提升。
液压阀控制液体的流动方向和流量，实现钻机的各项动作。
矿用液压钻机的液压系统具有很高的工作压力和流量。
液压泵在工作时，通过吸入液体并产生高压，将液体推送给液压缸。
液压缸接受液体的推力，将其转化为机械能，驱动钻机进行工作。
液压阀控制液体的流向和流量，确保液压系统的正常工作。
液压系统的工作原理是基于帕斯卡定律的。
帕斯卡定律指出：在一个密闭的容器内，施加在液体上的压力会均匀传递到容器的各个部分。
矿用液压钻机中的液压系统就是利用了这个原理。
当液压泵施加压力时，液体将沿着管道传递，并将压力传递给液压缸。
液压缸接受到液体的压力后，产生推力或拉力，驱动钻机进行工作。
在矿用液压钻机中，液压系统的工作过程通常包括几个步骤。
首先，液压泵从液体储存器中吸入液体，并将其压力增加。
然后，液体通过液压阀进入液压缸，产生推力或拉力。
液压缸的运动驱动钻机进行相应的工作，例如钻孔或钻杆提升。
最后，液压泵将液体排出，完成一个工作循环。
矿用液压钻机的液压系统具有很高的工作效率和可靠性。
液压系统可以根据需要调整液压泵的工作压力和流量，以适应不同工况的需求。
液压系统的结构简单，操作方便，维护成本较低。
同时，液压系统的工作过程相对平稳，减少了机械的振动和噪音，提高了工作环境的安全性和舒适性。
矿用液压钻机的液压原理是通过液体的压力传递力量，实现钻孔、钻进和钻杆提升等工作。
液压系统是矿用液压钻机的核心部件，具有工作效率高、操作方便等优点。
定向钻进原理与应用
深度和直径。
技术挑战与解决方案
加强钻屑处理和环保措施
采用环保型的钻屑处理技术，减少对环境的污染，同时加强施工现场的环保措 施。
合理选用和维护设备
根据实际需求选用合适的定向钻进设备，并定期进行维护和保养，确保设备的 正常运行和使用寿命。
06
定向钻进未来发展趋势
技术创新与进步
钻进工艺优化
通过改进钻头设计、优化钻进参数等手段，提高钻进效率，降低 成本。
地下管线施工
地下管线施工
定向钻进技术适用于地下管线施 工，如电力、通讯、燃气等管道
的铺设和维修。
非开挖施工
定向钻进技术可以实现非开挖施工， 避免对地面和建筑物的影响，降低 施工成本和风险。
管道修复
定向钻进技术可以对旧管道进行修 复和更换，提高管道的耐久性和安 全性。
城市非开挖施工
城市非开挖施工
定向钻进技术适用于城市非开挖施工，如地铁、 隧道、桥梁等工程的施工和维护。
定向钻进钻具是用于控制钻孔方向的工具，包括弯接头、无 磁钻杆、减震器等。
弯接头可以根据需要选择不同的弯曲角度，以控制钻孔的方 向。无磁钻杆则可以在磁场干扰较大的区域使用，避免磁力 干扰对定向精度的影响。减震器则可以减小钻孔过程中的震 动，提高钻孔精度。
定向钻进测量仪器
定向钻进测量仪器是用于监测和测量钻孔位置、方向和深度的设备，包括测斜仪、陀螺仪、 GPS定位系统等。
泥浆性能的稳定。
测量与纠偏
测量定位
纠偏措施
使用测量设备对钻孔的位置和角度进 行实时监测，确保钻孔的准确性。
在钻进过程中，如发现钻孔偏离预定 轨迹，采取相应措施进行纠偏，以确 保钻孔质量。
数据记录
记录钻孔的各项参数，如钻进深度、 角度、方位等，为后续分析提供数据 支持。
地质工程勘查中钻探技术的方法及应用分析
地质工程勘查中钻探技术的方法及应用分析摘要：在地质勘探中，钻探技术是影响勘查质量的关键技术。
在我国，这种技术已有相当长的历史。
本技术的主体设备为钻机，勘探时使用钻机对地面进行勘探，钻探时在地面上形成一根圆筒。
同时，通过与其他有关技术的协作，可以得到有关地层参数等信息。
将钻探技术用于岩土工程勘察，可以有效地提高地质勘探工作的效率，从而达到很好的经济效益和社会效益。
在这一背景下，文章对地质勘探中的钻探技术及其在地质勘探中的应用进行了分析和讨论。
关键词：地质工程；勘探；钻探技术；方法与应用前言：近年来，随着我国地质勘探与勘探技术的发展和应用，钻探技术也呈现出较大的技术发展趋势。
随着我国钻探技术的不断向自动化、智能化、精细化发展，对我国钻探地质矿产资源勘探技术开发和地质科学钻探技术勘查发展来说，具有一定的重要技术理论促进作用。
如何将钻探技术应用于地质勘探，已成为当前亟待解决的课题。
一、钻探工艺的重要意义地质钻探技术是一项具有悠久历史的技术，它在人类的生产和生活中占有举足轻重的地位。
人类通过地质钻探技术来探寻自然之谜，并获得天然资源。
我国幅员辽阔，矿产资源十分丰富，而地下埋藏的矿产要靠地质钻探技术来开采，而要利用这些技术来开采和开采，就必须依靠地质钻探技术。
除了勘探地下矿藏以外，勘探建设项目的地质情况，以及地下水的勘探和开发，都离不开地质钻探技术的支撑。
因此，地质钻探技术在人类的生产和生活中发挥着举足轻重的作用。
我国的地面矿产资源虽然丰富，但由于地质勘探技术和钻探技术的滞后，使我国的矿产资源利用率很低，有的甚至出现了供不应求的现象。
近年来，随着我国矿产资源的紧缺，政府对地质勘探项目的支持越来越多，而地质勘探技术的重要性也得到了越来越多的关注，根据实际的情况合理的采用地质钻探技术，从而更快、更准确的发现各种资源。
二、钻探技术在地质调查中的缺陷与分析1、钻探工艺设备落后，智能化程度不高虽然我国已有多年的地质工程勘察经验，但在实际作业中，我们的勘探与钻探设备大多采用老式的设备，虽然，有些施工单位对原有的设备进行了改进，但整体上显示出落后的智能程度和落后的装备，不利于其真正价值的实现。
金刚石钻进
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四、金刚石的品级和量度 (一)天然金刚石的品级和量度 1．天然金刚石分级的依据 钻探用天然金刚石可根据以下几方面进行分级： (1)结晶形态：分四面体、六面体、八面体、十二面体及聚形等。质量以菱形 十二面、八面体为最好； (2)外形：外形呈圆的、浑圆的或近似球形的金刚石，强度高、质量好；而片 状、针状的金刚石较差，一般不能使用； (3)表面特征：表面光滑、发亮、有金刚石光泽的金刚石质量较好；而表面发 毛、有凹坑、有松散表层的质量差； (4)透明度：透明程度越高的金刚石质量越好；深色透明度不好的金刚石，质 量较差； (5)内部结构晶体质纯而匀，无裂纹、无杂质及缺陷的金刚石，质量好。反之， 较差； (6)按密度(比重)分：同一类中，密度愈大者质量愈好； (7)按产地分：不同产地的金刚石，其性质差异亦大。如南非的金刚石较好， 而刚果的金刚石则较差。
• 4．钻探用天然金刚石的粒度范围及标准 • (1)矿山，地质勘探用表镶钻头：金刚粒度一般用80～100 粒/克拉； • (2)石油钻井用表镶金刚石钻头：其粒度一般在0.5～15粒/ 克拉；而更多地采用2～12粒/克拉的范围；表镶钻头用金 刚石的粒度标准，见表 3-5所示。 • (3)孕镶钻头常用的金刚石粒度为150～400粒/克拉或20～ 100目；孕镶钻头用金刚石粒度标准，见表 3-6所示。 • (4)扩孔器用的金刚石粒度比钻头用的金刚石粒度要大 些．表镶扩孔器常用15～30粒/克拉；孕镶扩孔器同孕镶 钻头所用粒度。
• (4)热性能 金刚石是热的良导体，它散热比 硬质合金刃具快。金刚石的线膨胀系数很 低，仅为硬质合金的1/4～1/5，钢的1/8～ 1/10，但随温度的升高而增长较快，这对金 刚石钻头的包镶和使用产生不利影响。金 刚石容易受到热损伤，虽然温度尚低于其 燃烧温度，但金刚石的强度、耐磨性已受 到严重影响。所以钻进中必须充分冷却， 防止发生金刚石钻头烧钻事故。
地质钻钻头工作原理
地质钻钻头工作原理
地质钻钻头是用于地质勘探和矿产开采的工具，其工作原理是利用旋转和冲击力将岩石破碎并进行钻孔。
具体工作原理如下：
1. 旋转力：地质钻钻头通过连接在钻杆上，由钻机或钻探设备提供旋转力。
当旋转力施加到钻头上时，钻头开始旋转，以增加钻进速度和穿透力。
2. 切削岩石：钻头的前端通常设置有硬质合金切削齿或钻具。
当钻头旋转时，切削齿会切削、破碎和磨损岩石，使得岩石颗粒被钻孔中的冲洗液带出。
3. 冲击力：钻杆与钻头之间通常会通过冲击装置传递冲击力。
冲击力能够帮助增加钻头的穿透力，尤其在遇到较硬岩石或其他障碍物时。
冲击力的施加方式可以通过液压冲击装置、压缩空气或电动力装置来实现。
4. 冲洗液：为了减少摩擦、冷却钻头和清除岩屑，冲洗液（通常为水、泥浆或稀土）被注入钻杆中，通过钻头孔洞进入岩层。
冲洗液的流动和压力有助于将破碎的岩石颗粒带至地面并保持钻索通畅。
以上即是地质钻钻头的工作原理，通过旋转、冲击和冲洗液的配合，钻头能够有效地钻进不同类型的岩石，实现地层分析和矿产勘探。
第八章钻孔弯曲与定向钻进
第八章 钻孔弯曲与定向钻进 第二节 钻孔空间位置要素
钻孔在空间的轨迹基本要 素是顶角、方位角和孔深。 如图所示，在三维坐标系 中原点O代表开孔点，x 轴代表南北方向，y轴代 表东西方向，z轴代表向 下方向。OABC是钻孔的 空间轨迹。
工程钻探学课件
第八章 钻孔弯曲与定向钻进 第二节 钻孔空ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ位置要素 其基本要素为：
工程钻探学课件
第八章 钻孔弯曲与定向钻进 第三节 钻孔弯曲的原因和规律 3、钻探操作上的原因 主要指操作不一致，给压不均匀，忽大忽小。遇有变层， 如由软变硬时，没有及时采取减压钻进，如由硬变软时， 没有及时提动钻具，采取重新扫孔钻进。钻机转速选用不 当，给水量掌握不好以及钢粒钻进时投砂量不合理等。
工程钻探学课件
第五节 定向钻进
一、定向钻孔分类 按孔身轨迹的不同，可分为： 2、空间弯曲定向钻孔 包括孔身轨迹某段在某一曲面内既有顶角变化又有方位角变 化的钻孔；以及顶角不变、方位角发生变化的螺旋线状钻孔。 空间弯曲定向钻孔特别适用于岩层造斜作用强烈、钻孔顶角 和方位角自然弯曲规律都很明显的矿区。另外，钻孔需要绕 过地下障碍物时，也可采用此类钻孔。
工程钻探学课件
第四节 钻孔弯曲的测量方法与仪器 一、钻孔弯曲测量原理 1、顶角测量原理 重锤测量钻孔顶角的原理
当仪器在垂直孔内时，刻度盘上 的0°正对准弧形竖板T上的标线， 即顶角为0°；
当仪器在倾斜孔内时，弧形竖板 倾斜一个角度，此角度就是钻孔 顶角θ
工程钻探学课件
2、方位角测量原理 1）地磁场定向原理
第八章 钻孔弯曲与定向钻进 第一节 钻孔弯曲与定向钻进的概念 在钻探工作中，为了达到一定的地质目标，必须根据地质 要求和施工条件，合理设计钻孔轨迹（即孔身在地下空间延 伸的路径）。但是，在施工过程中，由于种种因素的影响， 实际的钻孔轨迹往往偏离设计的钻孔轨迹。这种现象称为钻 孔偏斜或钻孔弯曲。
钻探技术讲义
钻探技术讲义1.覆盖层钻进技术1.1概述覆盖层是指位于基岩之上的松散地层，如土壤、砂、砾卵石．漂石．碎石与块石等。
在河流上游河床中一般由砂层．砂卵石．漂石所组成。
在峡谷两岸、河谷坡脚以及山坡上常有较厚的泥土、块石堆积层。
块石之间充填碎石、砂土与腐植物等，或无充填物而形成架空层。
这些地层的特点是松散、未胶结，结构及粒径变化较大。
在河流中、下游一般为第四纪冲积层，由各种土层、淤泥、粉细砂、中粗砂、砂夹土层、砂砾卵石等地层组成。
1.2 覆盖层钻进特点这些地层在钻进时容易发生坍塌、掉块、涌砂、漏失或膨胀、缩径等现象，孔壁不够稳定。
往往给钻进造成很大困难。
钻进中应根据不同的地层，采取不同的有效措施，以确保钻进顺利进行。
1.3砂卵石层的钻进及取样1.3.1砂卵石层结构特点砂卵石层结构为松散胶结、局部有架空层，渗透性强，漏失严重；质地坚硬，结构复杂，松散和软硬不均。
其成分由火成岩、变质岩与沉积岩组成；颗粒级配无规律性，有粉细砂、中粗砂、卵砾石和大漂石；取心取样较困难。
常规钻探只能取出部分大粒径漂卵石，细颗粒被冲洗液冲失，因而要查明其结构与颗粒级配极为困难。
1.3.2砂卵石层钻进方法1.3.2.1常规钻进方法及特点目前一般采用钢粒钻进、清水冲洗、跟管扩孔或采用泥浆循环，保护孔壁的常规钻进方法。
在深厚砂卵石层中，必要时，则采用孔内爆破法进行处理。
对于松散、破碎、架空、渗透性强，漏失严重砂卵石层钻进，必要时，可先采用水泥砂浆将松散、破碎的孔段封填浇筑，待水泥砂浆凝固后再进行钻进。
取芯（样）则采用回转钻进干钻、管钻冲击钻进，钢丝钻头捞取等方法。
这种方法钻进砂卵石层，钻机负荷大、管材消耗多、工序复杂、孔内事故多、钻进效率低、取样质量差、劳动强度大、勘探周期长。
泥浆循环钻进虽然能够护壁堵漏，提高钻时效率，但是取样质量问题仍无法解决。
对于以砂卵石层为基础的水利枢纽工程，要查明地基的承载力、应力分布与有关砂层液化等问题，则需要质量很高的试验样品。
煤矿井下定向钻进技术在矿井地质勘探中的应用
煤矿井下定向钻进技术在矿井地质勘探中的应用摘要：煤矿开采是一项比较特殊的工作。
该作业的施工与工人的生命安全之间存在高度相关性。
如果运营中出现问题，不仅会在一定程度上影响煤矿企业的经济效益，还会威胁煤矿工人的安全。
因此，加强先进技术在煤矿开采中的应用，是保障采矿作业人员生命安全的基础，定向钻技术是一种较为先进的煤矿开采技术，可以为煤矿工人的安全提供保障，值得推广应用。
关键词：煤矿井下定向钻进技术；矿井地质勘探；应用1定向钻进技术概述定向钻进是一种新的采煤技术，在勘探和开采中得到了广泛的应用。
在我国煤矿勘探的发展中，定向钻井技术最重要的应用是防治煤矿瓦斯等有毒气体的开采。
同时，该技术的应用可以有效地保证矿山勘探的有序进行，创造相对安全的开采和施工环境，为矿山的发展提供有力的保障。
在该技术的具体应用中，通常是将工艺设备、测量工具及其井下作业工具相结合，通过动态、连续地调整钻头的运动轨迹，使钻头在规定的方向上达到预定的目标位置，从而有效地提高实际工作效率。
降低运营和建设成本，取得更理想的效果。
对后续的运行和施工具有参考和指导作用，大大提高了运行和施工的安全性。
与常规钻井技术相比，定向钻井技术在支洞施工中普遍具有以下优点：①随着钻井的发展，对勘探信息进行了计算和保存。
在地层结构中计算并创建相应的三维坐标，误差较小，然后使用定向分支技术计算该点的坐标。
通过建立多个三维坐标系，可以更有效地建立全局三维模型，从而以相对较小的误差探索区域的地质构造。
通过对几个地质钻孔与已完煤层实际断面的对比，探讨了相应地质钻孔的偏移规律，分析了相关影响因素。
通过与实践的比较，可以更准确地确定地质钻孔的偏移规律。
2定向钻进技术工作原理在矿山地质勘探过程中，定向钻进技术是应用最广泛的技术，直接决定着整个勘探工作的质量，关系到全体煤矿工人的生命财产安全。
技术人员只有掌握该技术的工作原理，才能体现其应用价值，为以后的工作打下基础。
现阶段，随着科学技术的显著进步，定向钻井技术水平有了很大提高。
钻探工艺学
• 1、内容 岩石的物理力学性质与碎岩机理 钻头与钻进工艺 钻探质量（钻孔弯曲、取芯等）
• 2、地位 2.1 从专业课的课时分配上说明 2.2 从与其它专业课的关系上进行说明 2.3 从专业历史沿革进行说明
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钻探工艺学
二、钻进技术的用途
Application fields of drilling technology
载荷作用下，碎岩工具对岩石的作用具有以下的特点：
1. 轴向力和切向力共同作用时，可视为碎岩工具对孔底岩石表面
以某一角度施加作用力。岩石破碎效果将由此作用力的数值和方向来
决定。轴向力和切向力之间存在最优比值，或者说有最优的作用力方
向。这一方向对于不同的岩石可能是不同的。所以钻进不同岩石时，
轴向压力和回转速度应用一个合理的配合关系。
图2－15 轴向力作用时岩石 内的应力分布
图2－16 轴向力和切向力共同作用时岩石内的应力分布
（a）等应力线图；（b）应力状态特征 Ⅰ－压应力区；Ⅱ－拉应力区；Ⅲ－过渡区
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钻探工艺学
在回转钻进中，破碎岩石工具以轴向和切向载荷作用于岩石上。
弹性力学研究表明：只有轴向力单独作用于压头时，弹性半无限体内
• 找矿（地质普查、地质勘察、水文地质钻探、工 程地质钻探、油气钻探、地热钻探、海洋钻探、 极地钻探、科学钻探）
• 开采矿产资源 • 工程施工（桥墩、大坝防渗注浆、铺设管道钻孔、
通风孔等）
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钻探工艺学
三、钻进方法的分类
Classification of drilling method
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钻探工艺学
1.4.2 划分岩石可钻性的具体方法
地质勘探套管钻进技术
一、套管钻进概况
套管钻进技术起源于石油钻井行业，称为套管 钻井；地质勘探行业称之为套管钻进。
（一）套管钻进的意义
采用套管钻进，通过随钻下套管的方法，使套 管顺利穿过和有效隔离复杂地层，避免孔壁不稳定 因素导致的钻孔垮塌、掉块、漏失等现象，最大限 度减少孔内故障和孔内事故（例如频繁扫孔、卡钻、 埋钻等），钻孔质量，提高钻探效率。
钻具工作原理：
水压副钻头张开，副钻
头将主、副钻具连接，
主
套管带动钻具钻进。
钻
具
回次钻进结束， 打捞主钻具取心， 同时可更换钻头。
套
管
柱
、
副 钻
孔口投主钻具
具
钻进（状态）
打捞
钻具结构：
右图是处于工作状态的 Φ114钻具。其中：主钻具由钻 头架19、张敛轴22、副钻头20 、Φ89单动双管钻具31等40余 个零件组成。副钻具由Φ122扩 孔器10、上外管11、密封环15 和定位端管18等5个零件组成。
除上述外，套管钻进需要泥浆（工艺）辅助。
Φ114套 管钻进技 术组成图
Φ114mm套管 Φ114mm套管取心钻具 配套器具
辅助工艺—泥浆护 壁工艺
Φ114套管夹持器 Φ114套管提引器 绳索打术 Φ114套管（特制套管）
配套钻头 Φ114套管取心钻具
2、Φ114套管取心钻具
（2）套管钻进类型
套管钻进的关键技术是套管取心钻具—不提钻换 钻头取心钻具，所以，套管钻具的类型取决于钻具结 构类型。
钻具主要类型有扩孔张敛式、整体倒转式、钻头 拼装式三种，其中，扩孔张敛式具有良好的实用性。 工艺所的套管钻进属于扩孔张敛式。
不提钻换钻头取心钻具结构类型
扩孔器张敛式
地质钻机工作原理
地质钻机工作原理
地质钻机是一种用于地下钻探的工具，其工作原理可以简要概括如下：
1. 钻杆系统：地质钻机通过钻杆系统来传递旋转力和下压力。
钻杆由多节钻杆组成，通过螺纹连接在一起。
旋转力来自钻机的动力系统，通过钻杆传递到钻头上使其旋转，同时下压力也通过钻杆传递到钻头上进行钻进。
2. 钻进钻头：地质钻机的钻头通常由硬质合金制成，具有坚硬的切削边缘。
钻头在旋转和下压力的作用下，将岩层或土壤削碎并推进到钻孔底部。
3. 钻进液体循环系统：地质钻机通过钻进液体循环系统来冷却钻头、控制钻孔稳定性，并将钻屑从钻孔中排出。
钻进液体（通常是水或泥浆）被泵送到钻杆内部，通过钻杆和钻头的喷嘴喷出，冲刷钻进面并带走钻屑，然后通过钻孔周围的空间返回到地面。
4. 钻芯获取系统（可选）：在需要获取岩芯的地质勘探任务中，地质钻机可配备钻芯获取系统，用于获取和保护完整的地层样本。
该系统由取心器、钻芯管和钻芯捕捉器组成，它们可以在钻进过程中将岩芯捕捉并存储在钻杆内，以便进行后续岩芯分析。
总之，地质钻机通过钻杆系统传递旋转力和下压力，利用钻进钻头削碎岩层或土壤，并通过钻进液体循环系统冷却钻头、控
制钻孔稳定性和排出钻屑。
在需要的情况下，地质钻机还可以配备钻芯获取系统来获取和保护地层样本。
钻探法的名词解释
钻探法的名词解释钻探法，也称为钻探技术，是一种用于地质勘探和工程勘测的技术手段。
它通过钻取地球表面的岩石或土壤样本，以及测量地球内部的物理参数和化学成分，来获取有关地下地质构造和资源分布的信息。
一、钻探的原理和类型钻探法主要依靠钻具进行施工。
钻具通常由钻头、钻杆、钻带和钻机组成，钻机可以为人力操作，也可以是机械设备。
钻探作业分为两个基本阶段：钻孔和取样。
1. 钻孔：钻孔是指用钻具在地球表面钻进地下，以获取地下信息的过程。
它主要包括钻探设备的安装、钻杆与钻头的连接、钻孔标定以及钻进操作。
钻孔的深度一般根据勘探或工程需要来确定。
2. 取样：取样是指在钻孔达到一定深度后，使用钻具或其他取样工具，采集地下物质的过程。
取样是为了进一步分析地下构造、化学成分以及含有的资源，例如矿石、水源等。
取样的方法多种多样，可以是岩心取样、土样取样等。
根据勘探或工程需要，钻探可以分为各种类型。
常见的包括地质钻探、岩土工程钻探、水文地质钻探等。
不同类型的钻探有不同的目的和方法，但基本原理相似。
二、钻探法在勘探和工程中的应用1. 地质勘探中的应用：地质勘探是研究地球内部构造和地质现象的科学，而钻探法是地质勘探中最重要的手段之一。
通过钻探法，可以获取各种类型的地质信息，如地层岩石性质、岩石成分、地下水矿物质含量等。
这些信息对于矿产资源勘查、地质灾害研究以及地下水资源评价等都具有重要意义。
2. 岩土工程中的应用：岩土工程是为了利用地下土壤和岩石来建设工程结构的学科。
钻探法在岩土工程中起到了非常关键的作用。
通过钻探法，可以了解地下土壤和岩石的物理参数，如密度、强度、水分含量等，这些参数对于工程结构的设计和施工有着重要影响。
此外，通过钻探还可以评估土壤和岩石的稳定性，为工程的安全性提供科学依据。
3. 水文地质中的应用：水文地质研究地下水资源的形成、分布和运动规律。
钻探是水文地质中获取地下水信息的主要手段之一。
通过钻孔取样，可以获得地下水的深度、流量、水质等信息，对于地下水资源的开发和管理起到了重要作用。
地震勘探钻机结构篇
2、组成：绞车、游动系统（钢丝绳、 天车、大钩等）以及井架。蜗轮减速 器、链轮、链条及井架等。
井架
井架的作用主要是作为动力头加压马达 的支架，承受钻井过程中所产生的轴向 力和旋转扭矩。
车装钻机多采用“”型框架结构
WTZ—150钻机井架
WTZ—300钻机穿绳方法
WTZ—50钻机气控系统
WTZ—100钻机气控系统
WTZ—300钻机气控系统
WTZ—50钻机传动系统
WTZ—50钻机链轮箱
WTZ—50钻机分动箱
WTZ—50钻机分动箱
WTZ—100钻机传动系统
WTZ—100钻机空压机传动轴
WTZ—100钻机分动箱
WTZ—150钻机传动系统
WTZ—150钻机分动箱
WTZ—150钻机离合器
1—弹簧 2—固定盘 3—摩擦片 4—驱动板 5—压力板 6—绝热板 7—气囊总成 8—档板 9—锁紧螺母 B1—销 B2—螺钉
WTRZ—305钻机井架
WTRZ—305钻机井架支架
WTRZ—2000钻机井架与支架
WTZ—50钻机加压装置（1）
WTZ—50钻机加压装置（2）
WTZ—100钻机加压装置
WTZ—150钻机加压装置
WTZ—300钻机加压装置
钻机循环系统
1、作用：悬浮和携带钻屑，保持孔底 清洁；稳定井壁，防止井塌；防止 漏失；冷却、润滑钻具。
WTRZ—307 钻机油泵框架总成
WTRZ—2000钻机传动系统
WTRZ—2000钻机油泵框架总成
钻机液压系统
1、作用：液压油泵将动力系统的机械能 转化为液体的压力能通过管路传递到各 个执行机构（液压马达、井架油缸、支 腿油缸），将压力能转化为机械能输出， 从而完成钻具的加压、提升、旋转，井 架起落等工作。
定向钻进原理与应用
定向钻进技术也用于电力、通信等电 缆的铺设，减少对现有设施和环境的 破坏。
地下水治理
地下水监测
定向钻进技术用于监测地下水水位、水质等参数，为地下水治理提供数据支持。
污染治理
定向钻进技术可用于对地下水污染源进行定位和封堵，控制污染扩散。
考古挖掘
遗址定位
定向钻进技术用于定位和发掘古代遗址，了解古代文明和历史。
定向钻进原理与应用
目 录
• 定向钻进原理概述 • 定向钻进设备与工具 • 定向钻进技术应用 • 定向钻进技术优势与挑战 • 定向钻进工程案例分析
01 定向钻进原理概述
定向钻进定义
定向钻进是一种利用钻孔设备在地层中按照预定方向进行钻 进的施工技术。通过控制钻孔的方向和深度，实现钻孔轨迹 的精确控制，以满足特定的工程需求。
02 定向钻进设备与工具
定向钻进钻机
01
02
03
钻机类型
根据不同的地质条件和应 用需求，定向钻进钻机可 分为轻型、中型和重型。
钻机结构
定向钻进钻机由钻杆、钻 头、泥浆泵、控制系统等 组成，其中钻杆和钻头是 主要的切削工具。
钻机特点
定向钻进钻机具有结构紧 凑、操作简单、适应性强 等特点，能够在复杂的地 质条件下进行高效钻进。
定向钻进泥浆系统的主要作用是 冷却钻头、携带岩屑、稳定孔壁
和润滑钻具等。
泥浆材料
定向钻进泥浆的原材料一般为水和 膨润土，根据不同的地质条件和钻 进需求，添加适量的泥浆添加剂。
泥浆循环
定向钻进泥浆循环系统由泥浆泵、 泥浆管、水槽等组成，通过循环将 泥浆输送到钻孔中，并将岩屑带出。
定向钻进测量仪器
测量仪器类型
定向钻进广泛应用于石油、天然气、水井、地热等领域，也 可用于穿跨越河流、湖泊、高速公路等复杂地形的管道铺设 。
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第三节 岩石的力学性质
Mechanical properties of rocks
• 岩石的力学性质是岩石在外力作用下表现出来 的特性。主要有变形特性、强度特性和表面特 性。
• 变形特性：弹性、塑性和脆性 • 强度特性：抗压强度、抗拉强度、抗剪强度和
抗弯强度 • 表面特性：硬度和研磨性
1.3.1、变形特性
二、钻进技术的用途
Application fields of drilling technology
• 找矿（地质普查、地质勘察、水文地质钻探、工 程地质钻探、油气钻探、地热钻探、海洋钻探、 极地钻探、科学钻探）
• 开采矿产资源 • 工程施工（桥墩、大坝防渗注浆、铺设管道钻孔、
通风孔等）
三、钻进方法的分类
Chapter 1 Drilling process of rocks and fracturing mechanism
• 第一节、岩石的物理力学性质 • 第二节、岩石可钻性及其分级 • 第三节、钻头碎岩刃具与岩石作用的主
要方式 • 第四节、静载作用下的岩石应力状态 • 第五节、外载作用下岩石的破碎过程
第一节 岩石的物理力学性质
Physical & mechanical properties of rocks
一、岩石的组成与分类
岩石是矿物颗粒的ห้องสมุดไป่ตู้合体。按成因分：岩浆岩、沉积岩和变 质岩。
岩浆岩：内力地质作用的产物，系地壳深处的岩浆沿的壳 裂隙上升冷凝而成。
沉积岩：在地表条件下母岩风化剥蚀的产物，经搬迁、沉 积和硬结等成岩作用而形成的岩石。组成沉积岩的物质成分有 颗粒和胶结物两大类。
Classification of drilling method
• 按钻头所用切削材料分类：金刚石钻进、硬质 合金钻进、钢粒钻进
• 按碎岩方式分类：回转钻进、冲击钻进、冲击 回转钻进、回转冲击钻进。
• 按冲洗液循环方式钻进：正循环钻进、反循环 钻进、孔底局部反循环钻进
• 按钻进目的分类：地质钻进、石油钻进、水井 钻进、工程施工钻进
图1－1 晶体结构类型 图1-2 胶结物的类型 图1－3 层理产生的原因
花岗岩
花岗石
白云岩
岩石照片
花岗石
第二节 岩石的自然性质
Natural properties of rocks
岩石的自然性质：岩石在生成过程中，构造变动和风化 过程中自然形成的特性。
密度:单位体积岩石的质量.容重:单位体积岩石的重量. 比重:单位体积岩石骨架体积的重量.岩石体积=固相骨架 体积+岩石中孔隙体积. 一般来说,密度越高,强度越大。 孔隙度:岩石中孔隙体积与岩石总体积之比。一般来说, 孔隙度越大,强度越低. 含水性:W=(GW-GD)/GD 透水性:KW=ŋql/A(Pi- Po) 岩石的孔隙越大,裂隙越多,水对它的影响就越大。如石 灰岩,用水浸透后,强度下降明显。
第一章 岩石钻进过程与破碎机理
Chapter 1 Drilling process of rocks and fracturing mechanism
• 第一节、岩石的物理力学性质 • 第二节、岩石可钻性及其分级 • 第三节、钻头碎岩刃具与岩石作用的主
要方式 • 第四节、静载作用下的岩石应力状态 • 第五节、外载作用下岩石的破碎过程
1、岩石物质成分 2、岩石结构构造 3、应力状态 4、载荷性质 5、受力条件 6、温度和湿度
岩石弹塑性的测定
Measure of rock’s elasticity and plasticity
Kp=SOABC/ SODE
图 1.1－10 由应力－应变曲线确定弹性模数
变质岩：沉积岩或变质岩本身在地壳中受到高温高压及化 学活动性流体的影响而变质形成的岩石（原岩成分和变质岩特 有的，如石墨、滑石，蛇纹石，硅灰岩等）。
二、岩石的结构与构造
岩石的微观组织特征，即岩石的结构，它与矿物粒度的 大小、形状和表面特征有关，反映了岩石非均质性和孔隙性。
岩石构造是表示岩石宏观组织特征，它说明矿物颗粒之间 的组合形式和空间分布状况，它决定了岩石的各向异性和裂 隙性。岩石的结构和构造与岩石的成因类型、形成条件及存 在环境有紧密的联系。
（a）正循环
（b）正循环
（c）孔底局 部 反循环
四、学习本课程应注意的问题
Problems noted in learning the subject
• 1.理论联系实际，课本描述性语言多, 注意总结,结合实践,上升理论；
• 2.理论、实践并重； • 3.注重实验课； • 4.注重工程实例。
第一章 岩石钻进过程与破碎机理
岩浆岩是由岩浆冷却形成凝固而形成的岩石，由于生成 环境和冷却速度不同，岩浆化学成份和其中挥发物的含量不 等，形成不同的结构和构造。
岩浆岩：晶质结构岩石一般强度较高，同时断面粗糙者 往往研磨性较大。
沉积岩：颗粒和胶结物组成，沉积岩的主要构造特征是 有钻进过程中产生的层理，与钻进有关。
变质岩：主要构造特征是片理（+如石墨和滑石）.岩石 沿平行平面分裂为薄片的能力叫做片理化。
一、“勘探钻进原理”课程的内容、地位
Contents and status of “Exploration Drilling Principles”
• 1、内容 岩石的物理力学性质与碎岩机理 钻头与钻进工艺 钻探质量（钻孔弯曲、取芯等）
• 2、地位 2.1 从专业课的课时分配上说明 2.2 从与其它专业课的关系上进行说明 2.3 从专业历史沿革进行说明
（deformation properties）
• 弹性变形 • 塑性变形
脆性破坏
岩石破坏的形式
Broken form of rocks
塑脆性破坏（弹性变形不明显，塑性破坏）
(a)
(b)
(c)
影响岩石弹性、塑性和脆性的因素
（Facts affecting rocks elasticity and plasticity）
勘探钻进原理
Exploration drilling principals
主讲：段隆臣博士
Lectured by Dr. longchen Duan
绪 论 (Preface)
• 一、“钻探工艺学”课程的内容、地位 和任务
• 二、钻进技术的用途 • 三、钻进方法的分类 • 四、学习本课程应注意的问题