《岩土钻掘工程学》实验课

《岩土钻掘工程学》实验中国地质大学（北京）地质资源勘查实验教学中心实验一岩石性质测定一、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：1、WYY一1岩石压入硬度计2、WYQ-I型摆球硬度计3、HS—19型肖氏硬度计4、HR－150A洛氏硬度计5、CYC—4型超声波岩石检测仪6、BPFJ型换能器7、通用示波器三、实验注意事项1.各仪器在讲授前不得随意触动；2.本次实验以外的仪器不要随意触动；3.实验前要求预习各仪器的工作原理和测试原理；4.实验时严格按老师讲授的步骤和注意事项去做；5.实验完毕擦拭干净仪器并清理仪器周边卫生。四、思考题1.当所测岩石压入硬度，摆球硬度不在一个区间时，可否根据以下公式综合确定岩石级别：K=3.1980+0.00854Hy+0.02578Hn，2.如有一块硬橡胶和—块岩样，分别在摆球硬度上测定硬度，会得出什么结果？为什么?若用肖氏硬度计又会如何？3.现有的各种岩石性质测试方法还存在哪些问题?你认为可以做那些改进?实验二、岩芯钻探工具钻探工具包括：钻进工具、提引工具、拧卸工具、打捞工具四大类。一、实验目的：1.了解各类钻探工具的名称，用途、规格、简单结构及特点；2.重点了解金刚石钻头，硬质含金钻头，钢粒钻头的结构要素并对其进行测绘；3.能正确选用各种钻探工具。二、实验内容：1.钻头：钻头根据破碎岩石的磨粒材质和碎岩特点不同可分为金刚石钻头，硬质合金钻头，钢粒，牙轮钻头四大类。（1）金刚石钻头金刚石钻头，按金刚石包镶形式不同，分为表镶金刚石钻头和孕镶金刚石钻头、金刚石复合片钻头和电镀金刚石钻头；按钻头用途不同，可分为取心钻头，不取心钻头，套管钻头和特殊钻头；取心钻头又可分为单管钻头和双管钻头。本次实验除了解金刚石钻头类型外要求分别测绘一种表镶金刚石钻头和孕镶金刚石钻头。要求测量钻头内、外径，钻头体外径，丝扣长度，胎体厚度和高度，钻头总长度，水口规格和数量等。了解钻头胎体硬度，金刚石粒度，金刚石浓度，内外径补强方法，金刚石种类和强度，金刚石的分布，水口形状，底唇面形状等。（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。本次实验重点测量一种硬质合金取心钻头的内、外径，钻头体外径，高度，丝扣长度，钻头总长度，合金内、外、底出刃量，合金刃角和镶焊方式，有无肋骨，肋骨数和类型，合金形状、数目和排列方式，水口形状、规格和数量等。若为自磨式针状合金块钻头，则需了解胎块尺寸和数量。胎块内针状合金数及其排列方式。（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。扩孔器的种类，按用途可分为单管扩孔器和双管扩孔器，按侧面形状不同又可分为直条状、螺旋形，和直棱形扩孔器。3.提引工具提引工具是钻探升降工序中必不可少的工具，主要包括：提引器、提引环、滑车、提引梁、水龙头等。4.拧卸工具拧卸工具包括夹持和拧卸两类，多用于地面连接或拆卸钻具、套管等工作，主要包括垫叉、钻杆夹持器、套管夹板、球卡夹持器、木马夹持器、拧管机、板叉及各种钳子等。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。三、实验报告要求1.根据实验课内容测绘一个硬质合金钻头和一个金刚石钻头的结构要素，并说明其适用地层条件。2.根据所拆装的水龙头，画出其结构示意图，并注明零件各称。3.举出四种常用的打捞孔内事故工具的名称和作用。实验三、钻进方法实验一、实验目的本次实验是在学完岩石性质，钢粒钻进，硬质合金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:•不许穿拖鞋和凉鞋进入钻机厂、按要求戴好安全帽；•各仪器在讲授前不得随意触动；•实验前要求预习各仪器的工作原理和测试原理；•实验时要严格按老师讲授的步骤和注意事项去做；•实验完毕要求清理钻机厂周边卫生。四、实验内容1.依据所钻岩石确定钻进方法，钻头类型和规程参数；2.通过实验台钻进实验,观察并记录钻压，转数与钻速之间的关系；3.熟悉钻机操作和钻进规程参数各种仪表的应用。五、实验步骤1.依岩石性质选择钻进方法，钻头类型，按正常钻进确定钻进规程参数，钻压P，转速n．泵量Q；2.实验前将已选定的钻头连接好，准备钻进：3.练习钻机操作，包括转速换挡，钻压调整，水泵变换。熟悉各种钻进规程参数测量仪表的使用方法；4.钻进分小组分别在实验台进行，把所选定的转速按1/3n、2/3n和n分三挡(可按钻机转数选择相近位置)钻压按1/3P、2/3P、P分三挡按照转速从低到高，钻压从小到大的规律进行交叉取值钻进实验，钻进时每一点（一个转速一个钻压值)钻5至7分种，在钻进的同时，注意仔细观察实验钻进情况。5.在整个钻进实验过程中不改变泵量和泵压；6.在所使用的参数测量仪表上测取压力转数，冲洗液量的数值．7.当完成各类的测量后，停机关泵，卸下钻头。六、实验报告要求1.叙述根据岩石具体性质所选择的钻进方法、钻头类型以及规程参数；2.叙述钻进规程参数及其测定方法，并将测得的数据填入表格中；3.绘出以转速n(r／min)，钻压P(kgf)为横坐标的每种钻速Vt(cm／min)曲线；4.试用测得的结果分析钻压，转速对钻速的影响和各参数间的相互关系。实验四、冲击回转试验一、实验目的本实验的目的就是加深对课堂讲授内容的理解．进一步掌握各种类型的冲击器的工作原理，了解有关冲击器的结构及性能参数，并通过实习实验．提高学生的动手能力，力争达到能够独力拆卸，安装以及调试冲击器的能力。另外由于冲击回转钻进方法对设备和机具都有些相应的要求，因而还要了解冲击回转钻进用钻探设备和相应的附属工具等。二、实验仪器1.阀式正作用冲击器2.阀式反作用冲击器3.转阀式冲击器4.射吸式冲击器5.射流式冲击器6.双作用冲击器7.风动冲击器三、实验内容•按冲击器的结构原理图拆卸和组装冲击器；•观摩冲击器工作工程试验。•了解冲击回转钻进用附属设备和钻具的特点。四、实验报告要求1.冲击器的分类；2.液动冲击器和风动冲击器的区别(从性能参数，附属设备和工具来区别，3.液动贯通式冲击器和风动贯通式冲击器分别和哪种冲击器的工作原理相同：4.风动冲击器为什么设计防空打结构?