钻头岩石性质优秀课件
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第一章 钻头
2. 井底各种压力
（1）有效地应力越大，岩石强度越大，塑性越大。 （2）井内液柱压力与孔隙压力之差越大，岩石强度越大，塑性越大。
3. 载荷性质的影响
（1）抗压＞ 抗剪＞ 抗弯＞ 抗拉。 （2）岩石对动载的抗力要比静载大得多。随着冲击速度增大，硬度增大，塑性系数 减小。但在冲击速度小于10米/秒时，岩石硬度和塑性系数变化不大，接近于静载时的数 值。
上钻头体、下钻头体（分水帽）、刀翼、水眼。
刀翼
•三刀翼的称作三刮刀
钻头 •两刀翼的称作两刮刀 钻头或鱼尾刮刀钻头 •四刀翼的称作四刮刀 钻头
图2-1 刮刀钻头结构
第一章 钻 头 §1-1 刮刀钻头
1、刀翼结构：
（1）刀翼结构角 刃尖角β —刀翼尖端前后刃之间的夹角。 它 反映了刀翼的尖锐程度。 β 越小，刃部越尖锐， 越容易吃入地层，但强度越低。 一般地，软地层 β = 8°～ 10° 较硬地层 β = 12°～15° 切削角α — 刀翼前刃和水平面之间的夹角。 在相同钻压下， α 越大，刀刃越容易吃入地层， 但旋转扭矩大，剪切刃 前岩石困难。 一般地，松软地层 α ＝70°； 软地层 α ＝70～80°； 中硬地层 α ＝80～85°。 刃后角ψ ＝α －β ：刃后角必须大于井底角θ 。 刃前角φ：φ ＝90°－α 。
第一章 钻 头 §1-1 刮刀钻头
（二）刮刀钻头的工作原理
刮刀钻头主要以切削作用破碎地层。
1、破碎塑性岩石过程：
在钻压W作用下，刀翼容易吃入地层；刃前岩石在扭转力T 的作用 下不 断产生塑性流动。这和车刀切削软金属的过程类似。
第一章 钻进工具 §1-1 ——刮刀钻头
2、破碎脆性岩石过程：
刮刀钻头破碎脆性岩石的过程为：碰撞→
井巷工程PPT课件-岩石的性质及其工程分级
划分。
根据结构面的类型、产 状、连续性等进行划分。
如地下水条件、地应力 状态等也会对岩石工程
分级产生影响。
应用实例分析
实例一
某矿山井巷工程，通过岩石工程 分级，选择了合适的支护方式和 掘进工艺，确保了工程的顺利进
行。
实例二
某隧道工程，在穿越不同级别的岩 石时，根据岩石工程分级结果，及 时调整了施工方法和支护参数，保 证了隧道的安全贯通。
抗剪强度是指岩石抵抗剪切破坏的能力，抗压强度则是指岩石在单向压 缩条件下破坏前所能承受的最大压应力。它们是评价岩石稳定性和承载 能力的关键指标。
化学性质与风化作用
化学性质
岩石的化学性质主要包括其矿物成分在水、酸、碱等溶液中的溶解性、氧化-还原性以 及与其他物质的化学反应等。这些性质对于评价岩石的耐久性、抗风化能力和工程地质
了解地下水类型、水位、水质等信息，评估其对岩石性质的影
响。
取样和试验室测试流程
取样方法
根据勘察目的和岩石性质，选择合适的取样方法，如刻槽取样、 钻芯取样等。
样品制备
将取得的岩石样品进行加工处理，制备成符合试验要求的试样。
试验室测试
对试样进行物理性质测试（如密度、吸水率等）和力学性质测试 （如抗压强度、抗拉强度等）。
在施工过程中积累了丰富的经 验，为今后类似工程提供了有
益的借鉴和参考。
提高了井巷工程的技术水平和 施工能力，为当地基础设施建
设做出了积极贡献。
强调了地质勘探和监测在井巷 工程中的重要性，为今后类似 工程提供了宝贵的经验教训。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
03 岩石工程分级体系介绍
分级目的和意义阐述
目的
为井巷工程设计、施工提供基础依据 ，确保工程安全、经济、高效。
根据结构面的类型、产 状、连续性等进行划分。
如地下水条件、地应力 状态等也会对岩石工程
分级产生影响。
应用实例分析
实例一
某矿山井巷工程，通过岩石工程 分级，选择了合适的支护方式和 掘进工艺，确保了工程的顺利进
行。
实例二
某隧道工程，在穿越不同级别的岩 石时，根据岩石工程分级结果，及 时调整了施工方法和支护参数，保 证了隧道的安全贯通。
抗剪强度是指岩石抵抗剪切破坏的能力，抗压强度则是指岩石在单向压 缩条件下破坏前所能承受的最大压应力。它们是评价岩石稳定性和承载 能力的关键指标。
化学性质与风化作用
化学性质
岩石的化学性质主要包括其矿物成分在水、酸、碱等溶液中的溶解性、氧化-还原性以 及与其他物质的化学反应等。这些性质对于评价岩石的耐久性、抗风化能力和工程地质
了解地下水类型、水位、水质等信息，评估其对岩石性质的影
响。
取样和试验室测试流程
取样方法
根据勘察目的和岩石性质，选择合适的取样方法，如刻槽取样、 钻芯取样等。
样品制备
将取得的岩石样品进行加工处理，制备成符合试验要求的试样。
试验室测试
对试样进行物理性质测试（如密度、吸水率等）和力学性质测试 （如抗压强度、抗拉强度等）。
在施工过程中积累了丰富的经 验，为今后类似工程提供了有
益的借鉴和参考。
提高了井巷工程的技术水平和 施工能力，为当地基础设施建
设做出了积极贡献。
强调了地质勘探和监测在井巷 工程中的重要性，为今后类似 工程提供了宝贵的经验教训。
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03 岩石工程分级体系介绍
分级目的和意义阐述
目的
为井巷工程设计、施工提供基础依据 ，确保工程安全、经济、高效。
【采矿课件】01岩石性质及其工程分级.pptx
也称为松散性岩石，如：黄土、流沙、粘土等。
5.基岩表土以下的固结性岩石称为基岩、岩浆岩、沉积岩、变质岩。
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岩块：
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岩体
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K V1 V
K—岩石的碎胀系数；
V1—岩石破碎膨胀后的体积； V—岩石处于整体状态下的体积。
表1-4为常见岩石碎胀系数。
K Q AI
Q—渗水量;A—渗透面积；I—水力坡度; K-渗透系数
影响因素： 地下水压力、岩体应力状态、孔隙发育程度、连通程度等。
表1-2为岩石渗透系数
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三、岩石的水理性质
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V
V
GV
d w
d w
孔隙比是岩石试件内各种裂隙、孔隙的体积总和与试件内固体矿
物颗粒体积Vc之比。
e V VC V 1 dW 1
VC
VC
C
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三、岩石的水理性质
1．岩石吸水率：W是指岩石试件在标准大气压 下吸入水的 质量与试件烘干后质量G之比值。
3．岩石的溶蚀性
由于水的化学作用而把岩石中某些组成物质带走的现象 称为岩石的溶湿性。导致岩石致密程度降低，孔隙度增大，
强度降低,贵州761矿巷道中的钟乳石、石笋。
采矿课件第六章钻眼爆破
式中：
——岩石的单轴抗压强度，
。
倒炒撬荫溃塔啸瞻瑰缩摇瓮豆烬咯覆伞瘸肃奴铲烛萄窍船图督森泌绷刁驴【采矿课件】第六章 钻眼爆破【采矿课件】第六章 钻眼爆破
表6-1 岩石强度分级表
级别
坚固性程度
岩石
I
最坚固的岩石
最坚固、最致密的石英岩及玄武岩，其它最坚固的岩石
20
II
很坚固的岩石
很坚固的花岗岩类：石英斑岩，很坚固的花岗岩，硅质片岩；坚固程度较I级岩石稍差的石英岩；最坚固的砂岩及石灰岩
采偶羡涯则歧深跳肺搏闰厩腆凌锅份别机视鉴酌费奋甸栖谭姜沾铂泅法迭【采矿课件】第六章 钻眼爆破【采矿课件】第六章 钻眼爆破
第三节 爆破工作
三、起爆器材 起爆器材就是供给炸药能量使其爆炸的器材。起爆器材在煤矿中包括导爆索、雷管及发爆器。 1．导爆索 导爆索(又称导爆线)是用来传递爆炸波，并直接引爆炸药的。但它本身需要雷管引爆。 2．雷管 雷管是用来起爆炸药和导爆索的。它是最常用的起爆器材。 雷管呈圆柱形，管壳用纸、铜和铝制成，内盛起爆炸药，直径为6～8mm，长约40～50mm。 国产毫秒延期电雷管各段的微差时间从25ms到300ms，最大延期可达2000ms。段数可达20段。
财塔榷法媳箭湿框鸭潍跪犹贿痢糖吭升辅堰芥沼盟衅勉辅懒菊掖牡铁媳颗【采矿课件】第六章 钻眼爆破【采矿课件】第六章 钻眼爆破
第三节 爆破工作
二、矿用炸药 炸药是一种固体或液体的化合物或混合物。当这种物质受到一定的外界能量作用时 (遇热、机械冲撞力、其它炸药爆炸的影响)，就能迅速分解，同时产生大量的气体和热量。 在炸药迅速分解的过程中，由于气体的膨胀作用对周围介质产生突然的冲击压力，致使介质破坏，同时发生巨大的音响和振动，这种现象称为爆炸。 爆炸与燃烧的区别：爆炸与燃烧的共同点均是散发气体和热量，但燃烧的反应速度很慢，所以热量不能聚积，气体产生随即溢散。爆炸则反应速度很快，每秒钟达几百乃至几千米，而且产生很高的温度(1500—4500℃)和大量的气体。
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• 4、在高滲透地层易造成较厚的滤饼而引起阻 卡，甚至发生压差卡钻。
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• 5、电测不顺利，并且由于钻井液滤液进 入地层较深，水侵半径增大，若超过测 井仪器所测及的范围，其结果是电测解 释不准确而易漏掉油气层。
• 6、对松软地层，易泡垮易塌地层，会形 成不规则的井眼，引起井漏等。
⑸岩石的可钻性：是指在一定条件下，钻进岩石 的难易程度。也可理解为钻进过程中岩石抗破 碎强度的大小。
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2、岩石性质对钻井的影响
其影响主要表现在：影响钻进速度与钻头 进尺：使钻进过程中出现井漏、井喷、 卡钻等复杂情况：钻井液受到污染，性 能变坏，井径不规则，进而影响到测井、 固井等。
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• 降低固相含量的方法
• 1、机械除砂：利用振动筛、除砂器、除泥器 等设备降低固相含量。
• 1）、振动筛
• 振动筛是对钻井液进行固相控制的第一级设备， 又是唯一能适用于加重钻井液的常规分离设备。 因此，它是固控的关键设备，担负着清除大量 钻屑的任务，同时为下一级固控设备的使用创 造必要的条件，如果振动筛发生故障，其下一 级设备就会超载，严重影响净化效果。所以， 要根据钻井条件，选好、用好振动筛。
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• 3、 放射性测井
• 是根据岩石和井内介质的核物理性质 研究钻井剖面，寻找有用矿藏及研究油 井工程质量的地球物理测井方法。其可 分为探测伽马射线和探测中子的方法。
• 4、其它测井方法
• ⑴井温测井 • ⑵地层倾角测井
•
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第二章 钻井液基础知识
8、利用钻井液，准确获得井下资料。
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• 5、电测不顺利，并且由于钻井液滤液进 入地层较深，水侵半径增大，若超过测 井仪器所测及的范围，其结果是电测解 释不准确而易漏掉油气层。
• 6、对松软地层，易泡垮易塌地层，会形 成不规则的井眼，引起井漏等。
⑸岩石的可钻性：是指在一定条件下，钻进岩石 的难易程度。也可理解为钻进过程中岩石抗破 碎强度的大小。
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2、岩石性质对钻井的影响
其影响主要表现在：影响钻进速度与钻头 进尺：使钻进过程中出现井漏、井喷、 卡钻等复杂情况：钻井液受到污染，性 能变坏，井径不规则，进而影响到测井、 固井等。
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• 降低固相含量的方法
• 1、机械除砂：利用振动筛、除砂器、除泥器 等设备降低固相含量。
• 1）、振动筛
• 振动筛是对钻井液进行固相控制的第一级设备， 又是唯一能适用于加重钻井液的常规分离设备。 因此，它是固控的关键设备，担负着清除大量 钻屑的任务，同时为下一级固控设备的使用创 造必要的条件，如果振动筛发生故障，其下一 级设备就会超载，严重影响净化效果。所以， 要根据钻井条件，选好、用好振动筛。
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• 3、 放射性测井
• 是根据岩石和井内介质的核物理性质 研究钻井剖面，寻找有用矿藏及研究油 井工程质量的地球物理测井方法。其可 分为探测伽马射线和探测中子的方法。
• 4、其它测井方法
• ⑴井温测井 • ⑵地层倾角测井
•
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第二章 钻井液基础知识
8、利用钻井液，准确获得井下资料。
钻井工程理论与技术第二章钻进工具钻头(3学时).pptx
牙轮钻头工作时，牙轮滚动，单齿与双 齿交替接触井底，使钻头产生纵向振动。 钻头纵向振动产生的冲击载荷和钻压通过 牙齿作用在岩石上，对井底岩石产生冲击 压碎作用，形成体积破碎坑穴。
（2）滑动剪切作用
牙轮钻头的超顶、复锥和移轴结构，使 牙轮在井底滚动的同时还产生牙齿对井底 的滑动，剪切齿间岩石。
二、牙轮钻头（Roller Bit）
第二章 钻进工具
第一节 钻头 第二节 钻柱
第一节 钻 头
一、概 述 二、牙轮钻头 三、金刚石钻头 四、PDC钻头
一、概 述
1. 钻头分类
按结构及工作原理分
刮刀钻头 牙轮钻头 PDC钻头 金刚石钻头
按功用分
全面钻进钻头 取心钻头 扩眼钻头
一、概 述
2. 钻头尺寸系列
3-3/4 ~ 36 in
3. 钻头性能指标
2. 钻压在1.36~2.7吨/英寸范围内，钻速与所加钻压成正比。一般常用最 佳范围：1.82~2.27吨/英寸。
3. 增加转速，可提高钻速，但轴承和牙齿磨损加快。常用转速范围： 55rpm~110rpm。
4. 在排量满足携带岩屑要求的前提下，尽可能提高泵压，以充分利用 高压水射流的破岩作用，提高钻速。
（二）金刚石钻头结构
冠部
胎体
金刚石钻头为无活动部件的整体
式钻头。由钢体、胎体（冠部和保
径部分）、水眼及水槽、金刚石切
保径
排
削刃等部分组成。
屑 槽
金刚石
钢体
水槽
水眼
胎体
接头 钢体 金刚石
三、金刚石钻头（Diamond Bit）
（二）金刚石钻头结构
1. 钻头冠部形状
a．双锥阶梯形； b．双锥形； c．“B”形； d．脊圈式“B” 形
（2）滑动剪切作用
牙轮钻头的超顶、复锥和移轴结构，使 牙轮在井底滚动的同时还产生牙齿对井底 的滑动，剪切齿间岩石。
二、牙轮钻头（Roller Bit）
第二章 钻进工具
第一节 钻头 第二节 钻柱
第一节 钻 头
一、概 述 二、牙轮钻头 三、金刚石钻头 四、PDC钻头
一、概 述
1. 钻头分类
按结构及工作原理分
刮刀钻头 牙轮钻头 PDC钻头 金刚石钻头
按功用分
全面钻进钻头 取心钻头 扩眼钻头
一、概 述
2. 钻头尺寸系列
3-3/4 ~ 36 in
3. 钻头性能指标
2. 钻压在1.36~2.7吨/英寸范围内，钻速与所加钻压成正比。一般常用最 佳范围：1.82~2.27吨/英寸。
3. 增加转速，可提高钻速，但轴承和牙齿磨损加快。常用转速范围： 55rpm~110rpm。
4. 在排量满足携带岩屑要求的前提下，尽可能提高泵压，以充分利用 高压水射流的破岩作用，提高钻速。
（二）金刚石钻头结构
冠部
胎体
金刚石钻头为无活动部件的整体
式钻头。由钢体、胎体（冠部和保
径部分）、水眼及水槽、金刚石切
保径
排
削刃等部分组成。
屑 槽
金刚石
钢体
水槽
水眼
胎体
接头 钢体 金刚石
三、金刚石钻头（Diamond Bit）
（二）金刚石钻头结构
1. 钻头冠部形状
a．双锥阶梯形； b．双锥形； c．“B”形； d．脊圈式“B” 形
国家精品课程岩土钻掘工程学第4章——回转钻进用钻头PPT演示课件
实际上，由于振动、冲刷，岩屑将碎裂并 被冲洗液带至地表；
在Py 和Px 共同作用下的切入比Py单独作用
下切入更容易，也切入的更深。
30.09.2020
第一节 硬质合金钻进孔底碎岩过程
国家精品课程
岩土钻掘工程学
（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）。
（3）针状和薄片状硬质合金：主要用于镶焊自磨式钻头，在硬 地层或研磨性岩石中使用。
30.09.2020
第一节
硬质合金钻进孔底碎岩过程
国家精品课程
岩土钻掘工程学
二、硬合金钻进的孔底碎岩过程
硬合金钻进的过程，实际上是切削具在轴向力的作用下， 压入岩石；在回转水平力的作用下，沿孔底切削碎岩；
在轴向力和水平力的共同作用下，孔底岩石以薄的螺旋
国家精品课程
岩土钻掘工程学
选择切削具形状的一般原则是：
（1）片状硬质合金：刃薄易于压入和切削岩石，但抗弯能力差， 适用于Ⅰ～Ⅴ级软岩；
（2）柱状硬质合金：抗弯能力较强，压入阻力也较小，主要适 用于Ⅳ～Ⅶ级中硬岩石；八角柱状合金的抗崩能力强，利于排粉 和破岩，并易于焊牢，在裂隙发育和较硬地层中应用广泛；
30.09.2020
第一节
硬质合金钻进孔底碎岩过程
国家精品课程
岩土钻掘工程学
2、回转切削过程
切削具切入岩石并回转，在水平力Px作用 下，压迫前面的岩石使发生塑性变形并不 断地向自由面滑移——切削作用。
在切屑的裂隙尚未发展到全面断裂之前， 下一切屑又发生滑移。因此切屑是连续、 平稳的，其切削槽宽与切削具刃宽相同。
在Py 和Px 共同作用下的切入比Py单独作用
下切入更容易，也切入的更深。
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第一节 硬质合金钻进孔底碎岩过程
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（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）。
（3）针状和薄片状硬质合金：主要用于镶焊自磨式钻头，在硬 地层或研磨性岩石中使用。
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第一节
硬质合金钻进孔底碎岩过程
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二、硬合金钻进的孔底碎岩过程
硬合金钻进的过程，实际上是切削具在轴向力的作用下， 压入岩石；在回转水平力的作用下，沿孔底切削碎岩；
在轴向力和水平力的共同作用下，孔底岩石以薄的螺旋
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选择切削具形状的一般原则是：
（1）片状硬质合金：刃薄易于压入和切削岩石，但抗弯能力差， 适用于Ⅰ～Ⅴ级软岩；
（2）柱状硬质合金：抗弯能力较强，压入阻力也较小，主要适 用于Ⅳ～Ⅶ级中硬岩石；八角柱状合金的抗崩能力强，利于排粉 和破岩，并易于焊牢，在裂隙发育和较硬地层中应用广泛；
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第一节
硬质合金钻进孔底碎岩过程
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2、回转切削过程
切削具切入岩石并回转，在水平力Px作用 下，压迫前面的岩石使发生塑性变形并不 断地向自由面滑移——切削作用。
在切屑的裂隙尚未发展到全面断裂之前， 下一切屑又发生滑移。因此切屑是连续、 平稳的，其切削槽宽与切削具刃宽相同。