第1章 绪论 1
1.1“岩土钻掘工艺学”课程的内容、地位和任务 1
1.2岩土钻掘工艺的渊源和发展概况 1
1.3钻探的基本概念 4
第2章 岩土性质及其破碎机理 10
2.1岩石的物理-力学性质 10
2.1.1岩石按黏结状态的分类 10
2.1.2岩石的密度与容重 11
2.1.3岩石的孔隙度 12
2.1.4岩石的各向异性 13
2.1.5岩石的强度 14
2.1.6岩石的硬度 16
2.1.7岩石的变形特征及其分类 17
2.1.8岩石的弹性、脆性和塑性 18
2.2土的物理-力学性质特征 19
2.2.1土的物理性质特征 19
2.2.2土的力学性质特征 20
2.2.3土的工程分类 21
2.3岩石的钻进特性 21
2.3.1岩石的研磨性及研磨性分级 21
2.3.2岩石的可钻性及可钻性分级 25
2.3.3岩石的坚固性系数及其分级 27
2.3.4岩石完整程度及裂隙性分级 28
2.3.5岩石的稳定性及稳定性分级 30
2.4岩石在外载作用下的破碎机理 30
2.4.1压模压入时岩石中的应力状态 30
2.4.2压模压入时的岩石破碎机理 32
2.4.3双向力共同作用下岩石中的应力分布 34
2.4.4双向力共同作用下的岩石破碎机理 35
2.4.5影响碎岩效果的因素 36
2.5本章知识在钻探工艺设计中的应用 36
2.5.1岩石性质是制定钻探工艺的依据 36
2.5.2根据岩石钻进特性选择钻进方法 37
2.5.3根据岩石钻进特性设计套管系列 37
第3章 钻杆柱与钻孔结构 39
3.1钻杆柱功能与组成 39
3.1.1钻杆柱的功用 39
3.1.2钻杆柱的材质 39
3.1.3地质岩心钻探用钻杆柱的代号 41
3.1.4钻杆柱的结构 41
3.1.5 铝合金钻杆 44
3.2钻杆柱的工况 46
3.2.1钻杆柱的工作状态 46
3.2.2钻杆柱的受力 47
3.2.3钻杆柱的疲劳破坏 50
3.3套管柱与钻孔结构 50
3.3.1套管柱 50
3.3.2钻孔结构设计 51
第4章 回转钻进的孔底过程及钻头 54
4.1硬质合金钻进的孔底碎岩过程 54
4.1.1钻探用硬质合金 54
4.1.2硬质合金钻进的孔底碎岩过程 56
4.1.3硬质合金切削具的磨损 60
4.2硬质合金钻头 62
4.2.1取心式硬质合金钻头结构要素 62
4.2.2取心式硬质合金钻头 65
4.2.3硬质合金钻头选型表 67
4.3金刚石钻进的孔底碎岩过程 69
4.3.1钻探用金刚石 69
4.3.2金刚石钻进的孔底碎岩过程 71
4.4金刚石钻头和扩孔器 75
4.4.1表镶金刚石钻头 76
4.4.2孕镶金刚石钻头 78
4.4.3金刚石扩孔器 81
4.4.4金刚石钻头及扩孔器选型表 82
4.4.5金刚石钻头及扩孔器的制造 82
4.5 PDC钻头及其孔底碎岩过程 84
4.5.1钻探用复合片 84
4.5.2 PDC钻头的孔底碎岩过程 85
4.5.3 PDC钻头 88
4.6钢粒钻头及其孔底碎岩过程 90
4.6.1钢粒及钢粒钻进用钻具 90
4.6.2钢粒钻进的孔底碎岩过程 91
4.7牙轮钻头及其孔底碎岩过程 92
4.7.1牙轮钻头的结构 92
4.7.2牙轮钻头的孔底碎岩过程 92
4.7.3牙轮钻头的分类法 96
4.8全面钻头 97
4.8.1硬质合金全面钻头 98
4.8.2金刚石全面钻头 102
4.8.3 PDC全面钻头 104
第5章 回转钻进工艺 105
5.1钻进效果指标及钻进规程参数间的关系 105
5.1.1钻进效果指标 105
5.1.2钻进规程 106
5.1.3钻进过程中各参数间的基本关系 107
5.2硬质合金钻进工艺 109
5.2.1钻头压力的选择 109
5.2.2钻头转速的选择 111
5.2.3冲洗液泵量及其性能的选择 111
5.2.4P、n、Q参数间的合理配合 112
5.2.5确定最优回次钻程时间的方法 112
5.2.6自磨式硬合金钻头的规程特点 114
5.3金刚石钻进工艺 114
5.3.1合理选择金刚石钻头 114
5.3.2金刚石钻进规程 115
5.3.3金刚石钻进的临界规程 119
5.3.4金刚石钻头的合理使用 121
5.4 PDC钻进工艺 122
5.4.1 PDC钻进规程参数 122
5.4.2 PDC钻头的使用 122
5.5钢粒钻进工艺 125
5.5.1影响钢粒钻进效果的因素 125
5.5.2钢粒钻进的规程选择 125
5.5.3钻进规程合理性的判断 127
5.6牙轮钻进工艺 127
5.6.1牙轮钻头的选用 127
5.6.2牙轮钻头钻进工艺 129
5.7全面钻头钻进工艺 134
5.7.1硬质合金全面钻头的规程选择 135
5.7.2金刚石全面钻头的合理使用及规程选择 138
5.8涡轮与螺杆钻具钻进 139
5.8.1 涡轮钻具 139
5.8.2涡轮钻具钻进的工艺特点 142
5.8.3螺杆钻具 144
5.8.4螺杆钻具钻进的工艺特点 146
5.8.5螺杆钻具与涡轮钻具的性能对比 147
第6章 冲击回转钻进与冲击、振动钻进 149
6.1概述 149
6.2液动冲击器和气动潜孔锤 150
6.2.1液动冲击器的结构与工作原理 150
6.2.2气动潜孔锤的结构与工作原理 155
6.3冲击回转钻进用钻头 159
6.3.1液动冲击回转钻进用钻头 159
6.3.2气动潜孔锤钻头 162
6.4冲击回转钻进工艺 165
6.4.1冲击回转碎岩机理 165
6.4.2影响冲击回转碎岩效果的因素 166
6.4.3冲击回转钻进规程 167
6.5钢丝绳冲击钻进与振动钻进工艺 171
6.5.1钢丝绳冲击钻进工艺 171
6.5.2振动钻进工艺 174
第7章 钻孔取样技术与工艺 177
7.1土样的采取 177
7.1.1原状土样的概念 177
7.1.2取土的方法 177
7.1.3取土器的基本技术参数 178
7.1.4取土器的类型和结构 180
7.1.5减少土样扰动的注意事项 181
7.2岩矿心采取 181
7.2.1岩矿心采取的基本要求 181
7.2.2影响岩矿心采取率与品质的因素 182
7.2.3关于岩心堵塞问题 183
7.2.4岩矿层取心难度分类 185
7.3提钻取心钻具及工艺 186
7.3.1卡取岩矿心的方法 186
7.3.2单层岩心管 188
7.3.3普通双层岩心管 189
7.3.4改进型双层岩心管 191
7.3.5孔底局部反循环取心工艺 193
7.3.6组合循环式强制取心单动双管 196
7.4绳索取心钻具及工艺 197
7.4.1绳索取心钻具及辅助工具 197
7.4.2绳索取心钻进工艺 203
7.4.3液动冲击回转绳索取心技术 205
7.4.4局部反循环绳索取心技术 210
7.5全孔反循环连续取心（样）工艺 211
7.5.1水力反循环连续取心 212
7.5.2气举反循环连续取样 215
7.6采集气体样品、岩屑和补取岩样 219
7.6.1采集气体样品 219
7.6.2采集岩粉 220
7.6.3补取岩样 221
第8章 地下坑道钻探 223
8.1概述 223
8.1.1坑道钻探的意义与特点 223
8.1.2坑道钻探的类型 223
8.2坑道钻探设备与钻具 224
8.2.1坑道钻探设备的选择和安装 224
8.2.2坑道钻探用钻具 230
8.3坑道钻进工艺 235
8.3.1坑道钻进工艺参数 236
8.3.2坑道水平孔钻进工艺特点 236
8.3.3坑道定向钻进的工艺特点 238
8.3.4松软突出煤层钻进的排粉工艺 239
第9章 钻孔弯曲与测量 241
9.1钻孔的空间状态要素 241
9.2钻孔弯曲的原因与规律 244
9.2.1钻孔弯曲的条件 244
9.2.2钻孔弯曲的原因及危害 244
9.2.3钻孔弯曲的规律 249
9.3钻孔弯曲的测量与仪器 251
9.3.1测量钻孔弯曲的原理 251
9.3.2测斜仪的分类与选用原则 254
9.3.3非磁性矿体用测斜仪 255
9.3.4磁性矿体用测斜仪 261
9.4钻孔测斜数据处理 266
9.4.1测斜误差的产生与消除 266
9.4.2基于测斜数据绘制钻孔轨迹 267
9.4.3建立矿区（施工区）孔斜规律数学模型 267
9.5钻孔弯曲的预防与纠正 268
9.5.1钻孔弯曲的预防 268
9.5.2钻孔弯曲的纠正 271
第10章 定向钻进工艺 273
10.1定向钻进设计 273
10.1.1定向钻孔的分类 273
10.1.2定向钻进的设计原则与内容 274
10.1.3定向孔轴线基本参数的计算方法 275
10.2定向钻进造斜工具 276
10.2.1偏心楔 277
10.2.2连续造斜器 278
10.2.3辅助造斜工具 279
10.2.4造斜工具的特性对比 281
10.3定向钻进随钻测量仪器概述 282
10.3.1有缆MWD系统 282
10.3.2泥浆脉冲式MWD系统 282
10.3.3电磁波式MWD系统 285
10.4定向钻进施工工艺 286
10.4.1多孔底定向钻进工艺概述 286
10.4.2偏心楔定向钻进工艺 288
10.4.3连续造斜器定向钻进工艺 288
10.4.4螺杆钻具定向钻进工艺 289
10.5定向取心技术与工艺 291
10.5.1岩心定向方法 291
10.5.2定向取心钻具及其工作原理 292
10.5.3由定向岩心求解岩层产状 294
第11章 水文地质钻探与水井钻 296
11.1水文地质孔和水井的钻进方法 296
11.1.1钻孔结构 296
11.1.2回转钻进工艺 300
11.2水井成井 306
11.2.1下过滤器 306
11.2.2止水与封闭 309
11.2.3洗井方法 311
11.3抽水试验 314
11.3.1抽水试验概述 314
11.3.2射流泵抽水 314
11.3.3潜水泵抽水 316
11.3.4空气压缩机抽水 316
11.3.5抽水时水位水量的测量 319
第12章 复杂地层钻进工艺及事故防治 321
12.1复杂地层的分类 321
12.1.1复杂地层综合分类 321
12.1.2不稳定地层分类 323
12.1.3冲洗液漏失地层分类 323
12.2复杂地层钻进工艺 324
12.2.1力学不稳定地层钻进工艺 324
12.2.2遇水不稳定地层钻进工艺 327
12.3典型钻探事故的分类及处理原则 329
12.3.1典型事故分类 329
12.3.2防治钻探事故的原则 330
12.3.3处理钻探事故的常用方法 330
12.4处理钻探事故的常用工具 331
12.4.1打捞工具 331
12.4.2切割工具 335
12.4.3专用接头 337
12.4.4孔内振动器 338
12.5典型钻探事故的处理工艺 339
12.5.1孔壁塌陷与崩落 339
12.5.2钻具折断与脱落 340
12.5.3卡钻、埋钻、糊钻与烧钻事故 342
12.5.4套管事故与孔内落物 344
12.5.5钻孔漏失和涌水事故 345
12.5.6钻头事故与偏斜事故 346
第13章 封孔 348
13.1封孔材料 348
13.1.1水泥封孔 348
13.1.2黏土封孔 349
13.2封孔工艺 350
13.2.1洗孔换浆 350
13.2.2下隔离塞 350
13.2.3孔内注浆方法 351
第14章 钻孔施工设计及钻探环境保护 355
14.1钻孔施工组织设计 355
14.1.1单孔施工组织设计 355
14.1.2矿区施工组织设计 357
14.2钻探环境保护 360
14.2.1我国钻探环境保护的现状 360
14.2.2钻探环境保护的规范 361
第15章 坑探技术与工艺 364
15.1勘探坑道的类型及用途 364
15.1.1勘探坑道的类型 364
15.1.2勘探坑道的用途 365
15.2坑探的基本工序及岩石分级 366
15.2.1坑探的基本工序 366
15.2.2岩土掘进工程中岩石的分级 366
15.3坑探用基本设备与机具 368
15.3.1凿岩设备 368
15.3.2凿岩机具 375
15.3.3通风设备 380
15.3.4排水设备 381
15.3.5装岩设备 381
15.3.6运输设备 384
15.4坑探施工工艺 385
15.4.1凿岩爆破 385
15.4.2巷道通风 390
15.4.3装岩运输 391
15.4.4坑道支护 392
15.4.5劳动和施工组织 392
15.4.6坑探技术的进步 393
第16章 槽探施工工艺 394
16.1探槽的功能与规格 394
16.2探槽开挖方法 395
16.2.1手工挖掘 395
16.2.2机械挖掘 395
16.2.3爆破法挖掘 400
参考文献 403