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
岩土钻掘工程学
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
高新技术流行的今天，这些并不诱人的
部门的生命力对我们的持续繁荣和昌盛是必不可少的。
美国的,NADET”计划，从另一个角度说明了 岩土钻掘工
程 是 与国计民生息息相关、保证国民经济可持续发展不可替
代的重要技术手段 。
岩土钻掘工程学
多维
教材
纸质
教材
电子
教材
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 )
岩土钻掘工程学
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，
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。
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 。
岩土钻掘工程学
中西方早期绳式冲击钻设备与方法对比表
岩土钻掘工程学
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
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
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
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
(6) 国防工程及海岸
(7) 科学钻探。
胜利油田
? 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。
岩土钻掘工程学
岩土钻掘工程学
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
世界第一钻 --科拉 SG3 （ 12261m）
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
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）。
JOIDES Resolution
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
Item Apo,11 Apo,12 Apo.14 Apo,15 Apo,16 Apo,17
Hammer锤子 1 1 1 1 1 1
CoreTubes岩芯管 2 4 6 0 0 0
CoreTube Caps岩芯管帽 2 1 0 0 0 0
SampleReturn Container样品盒 2 2 2 2 2 2
Lunar Surface Drill月球表面 钻机 0 0 0 1 1 1
Core Stem With Bit带钻头岩心管 0 0 0 1 1 1
Core Stems Without Bit
无钻头岩心管
0 0 0 5 5 5
Self-RecordingPenetrometer贯入仪 0 0 0 1 1 0
岩土钻掘工程学
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,,
都与钻探工
程的内涵有
关 。
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
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。
岩土钻掘工程学
岩土钻掘工程学
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
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。
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
岩土钻掘工程学
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
高新技术流行的今天，这些并不诱人的
部门的生命力对我们的持续繁荣和昌盛是必不可少的。
美国的,NADET”计划，从另一个角度说明了 岩土钻掘工
程 是 与国计民生息息相关、保证国民经济可持续发展不可替
代的重要技术手段 。
岩土钻掘工程学
多维
教材
纸质
教材
电子
教材
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 )
岩土钻掘工程学
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，
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。
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 。
岩土钻掘工程学
中西方早期绳式冲击钻设备与方法对比表
岩土钻掘工程学
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
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
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
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
(6) 国防工程及海岸
(7) 科学钻探。
胜利油田
? 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。
岩土钻掘工程学
岩土钻掘工程学
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
世界第一钻 --科拉 SG3 （ 12261m）
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
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）。
JOIDES Resolution
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
Item Apo,11 Apo,12 Apo.14 Apo,15 Apo,16 Apo,17
Hammer锤子 1 1 1 1 1 1
CoreTubes岩芯管 2 4 6 0 0 0
CoreTube Caps岩芯管帽 2 1 0 0 0 0
SampleReturn Container样品盒 2 2 2 2 2 2
Lunar Surface Drill月球表面 钻机 0 0 0 1 1 1
Core Stem With Bit带钻头岩心管 0 0 0 1 1 1
Core Stems Without Bit
无钻头岩心管
0 0 0 5 5 5
Self-RecordingPenetrometer贯入仪 0 0 0 1 1 0
岩土钻掘工程学
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,,
都与钻探工
程的内涵有
关 。
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
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。
岩土钻掘工程学
岩土钻掘工程学
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
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。
