岩土钻掘工程学
【大学课件】岩土钻掘工程学
Ⅷ~Ⅸ级岩石不宜硬合金钻进，在钻杆强度 范围内钻压不能使钻速直线增长。
2020/11/5
中国地质大学勘查与基础工程系
第二节 硬质合金钻进工艺
国家精品课程
岩土钻掘工程学
应充分发挥切削具初刃的切入优势。硬质合金钻进开始时就应以允许的最 大初始钻压钻进。等切削具磨钝后，再增大钻压也不可能获得好的钻效。
中国地质大学勘查与基础工程系
第二节 硬质合金钻进工艺
国家精品课程
岩土钻掘工程学
重点是磨锐式硬质合金钻头钻进，自磨式强调异同点。 一、钻头压力的选择 钻压是决定硬质合金钻头机械钻速的最重要参数。在图5-1中，a点继续
增加钻压，其钻速将呈直线增长。 不同岩石钻压增大一倍时钻速增长率是不同的。
中硬—硬（Ⅵ~Ⅶ级）岩石最敏感。
对钻速的提高会造成不利影响(硬岩层中)。
2020/11/5
中国地质大学勘查与基础工程系
第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
国家精品课程
岩土钻掘工程学
对孕镶和自磨式钻头，若遇到弱研磨性岩石，为保持钻头自锐能力，必须 在孔底保存一定的岩粉，过大的水功率将导致钻速下降，甚至抛光钻头。
5、冲洗液性能对钻速的影响 5.1冲洗液密度对钻速的影响 冲洗液密度决定着孔内液柱压力与地层孔
隙压力之间的压差
孔底压差对刚破碎的岩屑有压持作用，阻 碍孔底岩屑及时清除，压差增大将使钻速 明显下降。
2020/11/5
中国地质大学勘查与基础工程系
第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
国家精品课程
岩土钻掘工程学
5. 2 冲洗液粘度对钻速的影响 其他条件一定时，冲洗液粘度的增大,将使孔底压差增大，浮
岩土钻掘工程学复习资料
岩土钻掘工程学复习资料1.钻井工程全过程一回次：配钻具→下钻→扫孔→钻进→冲孔→卡芯→起钻由若干回次叠加2.冲洗液循环正循环：冲洗介质由钻杆柱中心进入孔底，由钻头水口处流出经钻杆与孔壁的环状间隙上返孔口反循环：冲洗介质经钻杆与孔壁的环状间隙进入孔底由钻头水口处进入由钻杆柱中心上返地表。
孔底局部反循环：整个钻孔大部分仍是正循环，仅在孔底岩心管部分实现反循环，使冲洗液的流动方向与岩心的进入方向一致。
岩石性质物理性质：粘结状态、孔隙度、密度、结构和构造。
A 粘结状态分坚固岩石、粘结性岩石、松散型岩石、流动性岩石B.孔隙比、孔隙度岩石的孔隙比kP ：岩石中的孔隙体积VP 与岩石中固相骨架的体积Vc 比 kP=VP/Vc 岩石的孔隙度P ：岩石中的孔隙体积VP 与岩石总体积V 的百分比3.岩石的孔隙性削弱了岩石的强度。
一般沉积岩具有高的孔隙度，随着埋深的增大，岩石的孔隙度降低。
岩石的容重γs ：是岩样重量G 与其总体积V 之比D. 结构和构造岩石结构说明岩石的微观组织特征。
与矿物颗粒的大小、形状和表面特征有关，反映岩石的非均质性和孔隙性。
岩浆岩主要具有块状结沉积岩的成因广泛，故其结构也比较复杂。
碎屑岩具有碎屑结构，按碎屑的大小可分为 砾状结构（碎屑直径＞2mm ）、粗粒结构（碎屑直径1~2mm ）、中砂结构（碎屑直径0.1~1m m ）、粉砂结构（碎屑直径0.01~0.1mm ）。
力学性质：强度、硬度、弹性、脆性、塑性和研磨性强度：岩石在载荷作用下抵抗破坏的能力。
破坏前所能承受的最大载荷称为极限载荷，单位面积上的极限载荷称为极限强度硬度：岩石的硬度反映岩石抵抗外部更硬物体压入（侵入）其表面的能力。
弹性（塑性）：当除去外力时岩石能（不能）恢复原状的特性研磨性：岩石磨损工具的能力。
11.岩石的破碎方式切削一剪切型、冲击型、冲击一剪切型三类%1001%100%100⨯+=+⨯=⨯=P P P c P P k k V V V V V P V Gs =γ12.钻柱中和点：钻柱轴向力等于零处称为零断面或中和点13.钻井装备：泵、动力、钻塔总程、钻具总程、拧卸工具、采心工具、测斜工具、事故处理工具14.硬质合金（成分、性能、形状、适应地层、破岩方式）成分：钻探用的钨(WC) -钴(Co)合金,以碳化钨粉末为骨架性能：含钴量↑——相对密度↓,硬度↓,耐磨性↓,抗弯强度↑,冲击韧性↑；WC的颗粒↓——硬度↑,耐磨性↑；反之WC的颗粒↑——则抗弯强度↑、韧性↑。
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
添加标题
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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
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
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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
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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
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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。
中国地质大学(武汉)202X考研大纲：911岩土钻掘工程学
中国地质大学(武汉)202X考研大纲：911岩土钻掘工程学考研网为大家提供中国地质大学(武汉)202X考研大纲：911岩土钻掘工程学，更多考研资讯我们网站的更新!中国地质大学(武汉)202X考研大纲：911岩土钻掘工程学中国地质大学研究生院硕士研究生入学考试《岩土钻掘工程学》考试大纲题型比例：名词解释约20%简答题约40%论述题约40%一、岩石的物理力学性质及其破碎机理考试内容岩石的组成和组织特点，岩石的物理力学性质及其影响因素，岩石可钻性及可钻性分级方法，岩石破碎机理和岩石破碎过程。
考试要求1、了解岩石的组成和分类、岩石的结构和构造。
2、掌握岩石的密度和孔隙度、含水性和透水性、岩石的强度、硬度、岩石的弹性和塑性、岩石的研磨性等基本概念，理解岩石的物理力学性质的影响因素及相互之间的关系，了解岩石的物理力学性质的测量方法。
3、理解岩石可钻性的概念、岩石可钻性划分的意义、划分方法及各方法的优缺点。
4、了解碎岩工具与岩石作用的主要方式，理解和掌握外载作用下的岩石应力状态、岩石在外载作用下的破碎过程。
二、回转钻进用钻头考试内容硬质合金钻头及其钻进时的孔底碎岩过程、金刚石钻头及其钻进时的孔底碎岩过程、牙轮钻头及其钻进时的孔底碎岩过程、全面钻头。
考试要求1、了解钻探用硬质合金的组成与性能特点，理解硬质合金钻进孔底的碎岩过程及硬质合金的磨损。
2、了解硬质合金钻头的基本类型，理解硬质合金钻头的各个结构要素，掌握钻头结构要素的确定方法及用于不同地层的硬质合金钻头的特点。
3、了解钻探用金刚石的性能特点和要求，理解金刚石钻进孔底的碎岩过程，了解金刚石钻头与扩孔器的基本类型与特点、钻头结构参数形式与特点，理解钻头结构参数、胎体性能与所钻岩石的匹配性。
4、了解牙轮钻头的组成结构，理解牙轮钻进的碎岩机理，理解牙轮钻头结构与地层之间的适应关系。
5、了解全面钻头的基本类型、特点及其参数的确定。
三、回转钻进工艺考试内容钻进效果指标、钻进规程参数对钻进效果的影响、硬质合金钻进工艺、金刚石钻进工艺、钢粒钻进工艺、牙轮钻进工艺。
岩土钻掘工程学试题及答案2套
《岩土钻掘工程学》课程试题库1一. 判断题（请选择正确的观点或方案）1.减压钻进时，钻杆柱的受力状态：A.上部钻杆柱受拉，下部钻杆柱受压；B.上部钻杆柱受压，下部钻杆柱受拉；C.全部钻杆柱受压；D.全部钻杆柱受拉。
2.轴向力等于零处称为钻杆柱的中和点。
钻杆柱中和点处的应力状态是：A.纯扭；B.压扭；C.拉扭。
3.钻杆柱各个截面受扭矩作用都产生剪应力。
其中扭矩最大处在：A.孔口处；B.在孔底处。
4.用硬质合金钻头回转钻进中硬及中硬以下岩石时，A.应以高转速为主；B.应以高钻压为主。
5.硬质合金切削具在孔底磨损的实际状况：6.钻进过程中切削具处于表面破碎状态的条件是：A.σ ＞σ0 ，其中σ—切削具上作用的比压，σ0—岩石的压入硬度；B.σ ＜σ0 ，其中σ—切削具上作用的比压，σ0—岩石的压入硬度。
7.取心式硬质合金钻头的切削具底出刃设计成阶梯式，其主要目的是：A.增加自由面——体积破碎；B.利于排除岩粉；C.增大比压。
8.金刚石钻进时，孔底碎岩效果主要取决于钻头自磨出刃(自锐)状态的是：A.表镶金刚石钻头；B.孕镶金刚石钻头。
9.用孕镶金刚石钻头回转钻进坚硬致密岩层时，A.应选用硬胎体；B.应选用软胎体。
10.金刚石钻头的水路设计原则是：A.孕镶金刚石钻头加工小水口、多水口；B.表镶金刚石钻头加工小水口、多水口。
11.在钻压基本不变的条件下，那种钻头将表现出机械钻速逐渐下降：A.针状硬质合金自磨式钻头；B.磨锐式硬质合金钻头；C.表镶金刚石钻头；D.孕镶金刚石钻头。
12.13.为保证好的钻进效果，钢粒钻头的唇面硬度应：A.大于钢粒的硬度；B.等于钢粒的硬度；C.小于钢粒的硬度。
14.牙轮钻头的孔底碎岩过程中，牙轮的自转是：A.ωb；B.ωc。
15.牙轮钻头破碎岩石时，造成钻头对地层产生冲击、压碎作用主要靠：A.牙轮牙齿与孔底单齿、双齿交替接触；B.牙轮的超顶、复锥和移轴结构。
16.确定最优回次钻程时间的依据是：A.岩心管已打满；B.回次钻速达最大值；C.机械钻速达最大值。
《岩土钻掘工程学》课程教学大纲
《岩土钻掘工程学》课程教学大纲（2013年修订，58学时）该课程是一门实践性非常强的主干专业本课程。
因此，该课程教学分三大部分：课堂（理论）教学46学时、伴随课堂教学的实验教学12学时、实训教学（课堂教学前的教学实习3周、课堂教学后的生产实习7周，课外执行）。
本大纲主要针对课堂教学和实验教学部分。
一、课程的性质与任务1、性质：专业课2、目的和任务：本课程主要讲述钻探过程中的的基本工艺原理、各主要钻进方法的工艺技术及保证钻探质量的各种工艺原理及方法。
通过本课程教学，使学生全面掌握钻探过程中的基本工艺原理，基本掌握各种工艺方法。
通过实践教学环节使学生掌握一个机台的基本组成情况（人员及技术力量、设备、钻具、仪器、材料等）。
从生产技能上讲应具有能组织一个机台生产的能力，具有一个熟练班长的基本技能。
从技术水平上讲，应对一个矿区的钻探生产起到一个工程师的作用，应能根据地质、岩层等情况和地质要求进行整个矿区的钻探工艺设计和钻探施工管理，保证钻探六大质量指标全面完成。
二、课程的基本内容：第一章绪论第1节岩土钻掘工程的发展和应用第2节钻进的基本过程第3节钻进方法分类第二章岩土的物理力学性质及其破碎机理第1节岩石的物理力学性质概述第2节外载作用下岩石的应力状态第3节岩石在外载作用下的破碎机理第4节岩石的可钻性指标及坚固性系数第三章钻掘设备及管具第1节钻机第2节钻塔第3节泵及钻井液处理装置第4节空气压缩机第5节钻杆及套管第四章回转钻进钻头与工艺第1节钻进效果指标及钻进规程参数间的关系第2节硬质合金钻进碎岩过程及钻进工艺第3节金刚石钻进碎岩过程及钻进工艺第4节牙轮钻进碎岩过程及钻进工艺第5节钢粒钻进碎岩过程及钻进工艺第6节全面钻头及其钻进工艺第五章冲击、振动载荷作用下的钻进技术第1节概述第2节冲击碎岩机理第3节冲击回转概述第4节液动冲击器及其原理第5节气动潜孔锤原理第6节冲击回转钻头第7节冲击回转钻进规程第8节钢丝绳冲击钻井第9节振动及声波钻井第六章钻井液第1节钻井液的功用与分类第2节泥浆性能及其测试方法第3节造浆粘土与处理剂第4节钻井泥浆配方设计第5节无粘土与气体型钻井液第6节钻井液的循环与固控第七章护壁堵漏第1节复杂地层分类及治理方法综述第2节井壁稳定性及漏涌地层分析第3节水泥护壁堵漏第4节化学浆材及特殊护壁堵漏工艺第八章钻孔弯曲与防治第1节钻孔弯曲及其危害第2节钻孔弯曲的原因及规律第3节钻孔弯曲度测量及仪器第4节钻孔轨迹的描述方法第5节钻孔弯曲的预防与纠正第九章钻探取样第1节钻探取样概述第2节常用取心工具及方法第3节绳索取心工具第4节反循环钻进取心第5节水平井钻进取心钻具第6节岩粉采集和岩样补取第7节特种取心技术三、课程的基本要求注重基础性、系统性和实用性，突出理论联系实际和工程理念。
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。
岩土钻掘工程学课程教学大纲
岩土钻掘工程学课程教学大纲《岩土钻掘工程学》课程教学大纲(60学时)一、课程的性质与任务1. 性质:专业课2. 任务:本课程主要讲述钻探过程中的的基本工艺原理、各主要钻进方法的工艺技术及保证钻探质量的各种工艺原理及方法。
通过本课程教学，使学生全面掌握钻探过程中的基本工艺原理，基本掌握各种工艺方法。
通过实践教学环节使学生掌握一个机台的基本组成情况(人员及技术力量、设备、钻具、仪器、材料等)。
从生产技能上讲应具有能组织一个机台生产的能力，具有一个熟练班长的基本技能。
从技术水平上讲，应对一个矿区的钻探生产起到一个工程师的作用，应能根据地质、岩层等情况和地质要求进行整个矿区的钻探工艺设计和钻探施工管理，保证钻探六大质量指标全面完成。
二、课程的基本内容:第一章绪论 (2学时)1 地质勘探工作的阶段2 钻探过程的分类(按服务内容)3 钻探工程的基本过程第二章岩土的物理力学性质及其破碎机理(8学时)1 岩石的物理力学性质概述2 土的物理力学性质特征3 岩石在外载作用下的破碎机理4 岩石的可钻性指标及坚固性系数第三章设备与钻具(4学时)1 钻杆柱2 钻塔3 各类钻机4 钻探用泵第四章回转钻进钻头与工艺(10学时)1 硬质合金钻进的孔底碎岩过程2 硬质合金钻头3 钻探用金刚石及其孔底碎岩过程4 金刚石钻头与扩孔器5 钢粒钻头及其孔底碎岩过程6 牙轮钻头及其孔底碎岩过程7 全面钻头8 钻进效果指标及钻进规程参数间的关系9 硬质合金钻进工艺10 金刚石钻进工艺11 钢粒钻进工艺12 牙轮钻进工艺13 全面钻头钻进工艺第五章冲击钻进钻头与工艺(6学时) ?1 概述2 液动与气动冲击器3 冲击回转钻进用钻头4 冲击回转钻进工艺5 钢丝绳冲击钻进与振动钻进工艺第六章钻孔冲洗介质(10学时) ?1 钻井泥浆的分类与造浆粘土 ?2 粘土水化分散与泥浆体系稳定原理 ?3 泥浆性能及其测试方法 ?4 泥浆的设计与配制5 砂、砾层中使用的泥浆 ?6 节溶蚀性地层泥浆7 硬岩钻进用泥浆8 耐高温泥浆和高、低重度泥浆第七章护壁堵漏(6学时) ?1 复杂地层分类2 井壁稳定力学分析3 井眼漏涌水的研究、测试 ?4 遇水不稳定地层的研究 ?5 水泥护壁堵漏6 化学浆液与惰性材料护壁堵漏第八章钻孔弯曲(8学时) ?1概述2钻孔空间位置要素3钻孔弯曲的原因与规律4钻孔弯曲的测量及仪器5 钻孔弯曲的预防与纠正第九章钻探取样(4学时) ?1岩矿心采取的要求及影响因素 ?2 单层岩心管取心工具3 双层岩心管钻具取心4绳索取心钻进的优缺点及应用范围 ?5绳索取心钻具6冲洗液孔底反循环钻进取心 ?7 冲洗液全孔反循环钻进取心第十章岩土掘进概论(2学时)三、课程的基本要求注重基础性、系统性和实用性，突出理论联系实际和工程理念。
国家课程岩土钻掘工程学土样与岩矿心的采取课件
国家精品课程
岩土钻掘工程学
第一节 土样的采取（另一门课程将展开，自习）
第二节 岩矿心采取
钻探工程是获得实物地质资料的唯一手段，直接影响着判断 地质构造、岩层性质、矿产资源及水文地质与工程地质的准 确性与可靠性。 对提交地质调查及矿产储量有重要意义；
工程地质勘察中取岩土样，了解地层的物理力学性质； 抽心验桩时，取心样以检查桩基的质量； 硬岩层中钻大直径钻孔时，为提高钻速也可采取取心钻进以
绳索取心钻具配套设备较多，一次性投资较大。 地质条件：适于各种地层，在6~9级中硬岩层中效果最好。
一般不宜钻10~12级岩石。这时钻效极低，钻头极易磨损， 不能充分发挥绳索取心钻进的优越性。
绳索取心与液动冲击器相配合，钻进硬地层有良好的前景。 绳索取心一般在深孔中采用。通常钻孔越深其经济技术效果
岩土钻掘工程学
双管钻具结构特点
为减弱机械力对岩 心破坏，钻具中设 置避振缓冲装置.
为减轻对岩心冲刷 作用，钻具中设置 隔水和分流装置.
为防止或缓解岩矿心互磨，双管钻具中增加减磨防磨装置. 为防止岩矿心污染，设置隔浆活塞、压入式内管钻头、密封
装置等.
为防止岩矿心脱落，设置爪簧、压卡装置、隔水球阀等.
倒，影响岩矿心的完整性，歪曲岩矿心的层次。
三、岩矿心取心难度分类
根据我国目前钻探工作所遇到的岩矿层，可大致分为五 类。是研究选用取心方法和工具的依据（表7-2）。
2024/3/3
国家课程岩土钻掘工程学——土样与岩 矿心的采取课件
第七章 土样及岩矿心的采取
国家精品课程
岩土钻掘工程学
第三节 常用取心工具及方法
2024/3/3
国家课程岩土钻掘工程学——土样与岩 矿心的采取课件
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。
岩土钻掘工程学
岩土钻掘工程学
岩土钻掘工程学
• 据世界银行资料(2019)，按人均拥有水资源量中国属于严重 缺水的国家，其中占全国总面积1/3的西北地区，水资源量 仅占8%，严重制约了经济的发展。
• 我国每年地质灾害的损失达几百亿元，地质灾害治理正是
本学科的主要服务领域。
大量钻探队伍
承担着道路桥梁及 工民建的地基与基 础施工任务。
岩土钻掘工程学
发41～1048年 冲击 竹篾
人工、耕牛 石、木、竹套管
横刃配圆刃
1808～1831年 冲击 钢绳
蒸气机 木、钢套管 一字形凿形
岩土钻掘工程学
岩土钻掘工程学
随着工业技术的进步，破岩磨料及钻探工具都在不断改进。 19 19世纪末期，美国在硬岩（裂隙性）岩石中使用钢粒钻进。 1953~54年瑞典和美国GE公司合成了单晶人造金刚石，前苏联
•加深岩心将充满岩心管。 清洁孔底、冷却钻头切削具后，携带岩屑的冲洗液上返 流出孔口，并在沉淀槽、沉淀池中清除掉岩屑后，清洁的
•液体再流回泥浆池，如此循环。 把钻具提至地表，从岩心管内取出岩心。重新配好钻具， 再下放至孔内继续钻进。
钻孔冲洗方式可分为四种方式：
(1) 全孔正循环 (2) 全孔反循环 (3) 孔底局部反循环 (4) 孔底局部正循环
岩土钻掘工程学
岩土钻掘工程学应包括原“钻探工艺学”和“坑探工程学 ”的内容。但在目前市场经济条件下，本专业涉及的与“钻 ”有关的工作量更大，服务领域更宽。因此，本课程的讲授 以“钻”为主，兼顾“探”与“掘”。
1994年美国政府在“国家钻探和采掘技 术
（NADET）计划”中指出 ：钻探和采 掘
是石油、矿业、现代交通、地下公用设 施等关键部门所急需的…，其未来的状 况取决于我们钻采技术的领先程度。在 美国的“NADET”计高划新，技从术另流一行个的角今度天说，明这了些岩并土不钻诱掘人工的 部程门是的与生国命计力民对生我息们息的相持关续、繁保荣证和国昌民盛经是济必可不持可续少发的展。不可替 代的重要技术手段。
岩土钻掘工程学实验
一、实验目的： 1、了解压入硬度计和摆球硬度计的结构及测 试原理，掌握其操作方法； 2、了解岩石超声波测试仪的的测试原理和岩 石微钻速度的测试方法； 3、一般了解肖氏硬度计，洛氏硬度计的测试 原理及使用操作；． 4、根据测得的岩石硬度值，声速值及微钻速 度后进行岩石可钻性分析；
二、实验仪器：
钻进和金刚石钻进章节后而进行的实验，其目的如下： 1．根据岩石性质正确选择钻进方法，钻头类型及
钻进规程参数； 2．通过实验台钻进实验测量钻进规程参数，并能
分析它们对钻速的影响及相互关系； 3．一般了解钻机的操作及钻进规程参数常见的测
量方法；
二、实验设备
钻机、钻塔、水泵、电动机及相关测试仪表。
三、实验注意事项:
5. 打捞工具
钻探工作中由于种种原因，往往会发生钻具折断，卡钻， 埋钻、烧钻以及套管事故等。要求选用合理的打捞工具，处 理这些孔内事故，把孔内事故时间压缩到最低限度，常用的 打捞工具主要有：千斤顶、丝锥、套管公锥、冲击把手、吊 锤、钻杆冲击接头，反事故接头、套管割刀、套管铣刀、捞 管器、反管器、磁力打捞器及其它工具等。
（3）钢粒钻头
本次实验主要测量钢粒钻头的内、外径，高度， 丝扣长度，水口规格，形状，钻头壁厚。
（4）牙轮钻头
牙轮钻头分为铣齿式和镶齿式，注意两类钻头的 结构特点。
2．扩孔器
金刚石钻进必须配备扩孔器，其作用是修整孔 壁，保持孔径，减轻钻具摆动，提高钻头寿命。在 单管钻具中还起限制卡簧上移的作用。扩孔器由金 刚石，胎体，钢体三部分组成。
（2）硬质合金钻头
硬质合金钻头也可分为全面钻头和取心钻头。常 用的全面钻头有三翼阶梯式，矛式，刮刀式，鱼尾式， 三翼补强式等，常用的取心钻头有，螺旋式肋骨合金 钻头，阶梯式肋骨合金钻头，品字型、三八连续掏槽 式，大八角合金钻头，内外镶合金钻头，单双粒合金 钻头和破扩式合金钻头。
岩土钻掘工程学
岩土钻掘工程学
咱来说说岩土钻掘工程学是啥。
有一次啊，我路过一个工地，看见有个大机器在那嗡嗡响，往地下钻呢。
我就好奇这是干啥呢？后来一打听，才知道这是岩土钻掘工程。
岩土钻掘工程学呢，就是研究怎么在土里、石头里钻洞的学问。
比如说，要建个高楼，就得先在地下打个深深的桩，这就需要岩土钻掘工程。
就像那个工地，他们用那个大机器，一点一点地往地下钻，把土和石头都弄出来。
这可不是个简单的活儿，得考虑好多因素呢。
比如说，地下的土质不一样，有的硬，有的软，得用不同的方法去钻。
还有地下水啊，也会影响钻掘的过程。
我看着那个大机器在那努力地工作，就觉得岩土钻掘工程学还挺厉害的。
要是没有这门学问，好多工程都没法进行呢。
所以啊，岩土钻掘工程学就是让我们能在地下打出各种洞来，为建设工程服务。
下次你看到工地有大机器在钻地的时候，也可以想想
岩土钻掘工程学哦。
嘿嘿。
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岩土钻掘工程学 Apo. Apo. Apo. Apo. Apo. Apo.
11 12 14 15 16 17 111111 246000 210000 222222 000111 000111 000555 000110
岩土钻掘工程学
国家科技 部“九五” 曾提出8字方 针：
“上天、 入地、 下海、 登极”，
• 据世界银行资料(1997)，按人均拥有水资源量中国属于严重 缺水的国家，其中占全国总面积1/3的西北地区，水资源量 仅占8%，严重制约了经济的发展。
• 我国每年地质灾害的损失达几百亿元，地质灾害治理正是
本学科的主要服务领域。
大量钻探队伍
承担着道路桥梁及 工民建的地基与基 础施工任务。
岩土钻掘工程学
多维 教材
纸质 教材
电子 教材
岩土钻掘工程学
教科书 教学参考书 电子教案 多媒体教学软件 习题库，试题库 资料库(图片库，视频库，动画库)
教材：岩土钻掘工程学，鄢泰宁主 编，中国地质大学出版社， 2001年，武汉。
教参：钻井工程理论与技术，陈庭根等，
2000 钻探工艺学，李世忠主编，1992，
泥浆工艺原理，黄汉仁等，1981，
岩土钻掘Hale Waihona Puke 程学岩土钻掘工程学绪论
1. 课程的内容、地位和任务
“岩土钻掘工程学” 研究如何借助机 械方式或化学方式（爆破能）破碎岩 土层，在地下形成规格和质量符合设 计要求的钻孔或坑道，以达到找矿、 采矿及其他工程建设或灾害治理的目 的。它与地质学、矿业科学、机械工 程、土木工程等有着密切的关系。它 涉及了资源和环境两大主题
世界第一钻--科拉SG3 （ 12261m）
岩土钻掘工程学
岩土钻掘工程学
岩土钻掘工程学
岩土钻掘工程学 钻机可以悬挂9150m长的钻杆延伸到海洋底部8235m深的地方
JOIDES Resolution
因为水深大不能锚定系留，必须使用DPS（Dynamic Positioning System - 动态定位系统）。
岩土钻掘工程学
岩土钻掘工程学
Item
Hammer锤子 Core Tubes岩芯管 Core Tube Caps岩芯管帽 Sample Return Container样品盒 Lunar Surface Drill月球表面钻机 Core Stem With Bit带钻头岩心管
Core Stems Without Bit 无钻头岩心管 Self-Recording Penetrometer贯入仪
中西方早期绳式冲击钻设备与方法对比表
对比项目
中国卓筒井
西方早期冲击钻
发明时期 钻进方式 绳索材质
动力 井身结构 钻头结构
至迟1041～1048年 冲击 竹篾
人工、耕牛 石、木、竹套管
横刃配圆刃
1808～1831年 冲击 钢绳
蒸气机 木、钢套管 一字形凿形
岩土钻掘工程学
岩土钻掘工程学
随着工业技术的进步，破岩磨料及钻探工具都在不断改进。 19 19世纪末期，美国在硬岩（裂隙性）岩石中使用钢粒钻进。 1953~54年瑞典和美国GE公司合成了单晶人造金刚石，前苏联
岩土钻掘工程学
岩土钻掘工程学
常用的钻进方法及选用原则：
软岩和中硬岩层，用硬质合金回转钻头钻进； 中硬及部分中硬以上岩层，用铣齿牙轮钻头钻进； 硬岩，用金刚石钻头或钢粒钻头钻进； 硬脆岩层，用液动（气动）孔内冲击器钻进或镶齿牙轮钻进 更有效；
钻孔的直径取决于钻进目的、钻孔结构和钻进方法
• 金刚石钻头主要用于小口径； • 钢粒钻头主要用于91mm以上的口径； • 硬质合金和牙轮钻头则既可钻进小口径孔，又可钻进直径 达2m以上的大口径水井、工程施工孔和浅井。 • 钻孔的深度可在几米至几千米的范围内变化。
•加深岩心将充满岩心管。 清洁孔底、冷却钻头切削具后，携带岩屑的冲洗液上返 流出孔口，并在沉淀槽、沉淀池中清除掉岩屑后，清洁的
•液体再流回泥浆池，如此循环。 把钻具提至地表，从岩心管内取出岩心。重新配好钻具， 再下放至孔内继续钻进。
钻孔冲洗方式可分为四种方式：
(1) 全孔正循环 (2) 全孔反循环 (3) 孔底局部反循环 (4) 孔底局部正循环
都与钻探工 程的内涵有 关。
岩土钻掘工程学
岩土钻掘工程学
以岩心钻探为例说明基本钻探工艺过程。
•平整场地，挖好循环系统，安装钻塔、钻机、泵和动力
机。
• 按设计的方向开孔，在孔口固定孔口管。 • 根据所钻岩石的物理力学性质、钻头直径、钻头类型和
孔深选择合理的规程参数，一边冲洗钻孔，一边通过给进
•机构、钻柱给钻头加轴向压力和回转速度。 钻头在孔底钻出一个环形空间，并形成岩心，随着钻孔
岩土钻掘工程学
岩土钻掘工程学应包括原“钻探工艺学”和“坑探工程学 ”的内容。但在目前市场经济条件下，本专业涉及的与“钻 ”有关的工作量更大，服务领域更宽。因此，本课程的讲授 以“钻”为主，兼顾“探”与“掘”。
1994年美国政府在“国家钻探和采掘技 术
（NADET）计划”中指出 ：钻探和采 掘
是石油、矿业、现代交通、地下公用设 施等关键部门所急需的…，其未来的状 况取决于我们钻采技术的领先程度。在 美国的“NADET”计高划新，技从术另流一行个的角今度天说，明这了些岩并土不钻诱掘人工的 部程门是的与生国命计力民对生我息们息的相持关续、繁保荣证和国昌民盛经是济必可不持可续少发的展。不可替 代的重要技术手段。
1966年开始用人造金刚石钻头。我国从20世纪70年代末开 始大批量生产人造金刚石钻头。
岩土钻掘工程学
随着科技进步和经济发展，岩土钻掘工程在国民经济中发 挥着越来越大的作用
(1) (2) (3) (4) 地质灾害的防治
(5) 工民建和道路桥梁
胜利油田
(6) 国防工程及海岸
(7) 科学钻探。
岩土钻掘工程学
中国钻探科学技术史，刘广志主编， 1998
金刚石钻探手册，刘广志主编， 1991，地质出版社，北京。
钻探设备，杨惠民主编， 1988， 地质出版社，北京。
钻探工程学，屠厚泽主编，1988， 中国地质大学出版社，武汉。
岩土钻掘工程学
岩土钻掘工程学
2.岩土钻掘工程的渊源和发展概况
中国是世界上最早开始进行岩土钻掘工作的国家。 最迟在公元前1世纪我们的祖先已开始有组织地钻这种 井来采盐水，同时提取地层深处的天然气用于燃烧和照明。 先民们用传统的方法于清道光6年（1835年）钻成了第一口 超1000m的井，被联合国教科文组织定为19世纪中叶前的钻 井世界纪录。自1835～1997年沿用传统的方法（裸眼采气、 竹管输气）累计产气1.4亿方。 英国李约瑟博士在《中国古代科学技术文明史》一书中 认为，中国钻探科学技术对世界石油天然气勘探开发技术 产生了巨大的启蒙、奠基和推动作用，在国际上领先数百 年至一千多年。被誉为是继指南针、火药、造纸、印刷术 之后中国古代的第五大发明。