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岩石破碎学与钻头笔记01讲解

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培训笔记-破岩机理

培训笔记-破岩机理

培训笔记（三）——破岩机理一、破岩过程一阶段：炸药爆炸阶段二阶段：冲击波反射阶段三阶段：气体膨胀阶段二、破岩理论1．爆炸气体产物膨胀压力破坏理论：岩石主要由于装药空间内爆炸气体产物的压力作用而破坏。

2．冲击波引起应力波反射破坏理论：岩石的破坏主要是由自由面上应力波反射转变成的拉应力波造成的。

3．爆炸气体膨胀压力和冲击波所引起的应力波共同作用理论：爆破时岩石的破坏是爆炸气体和冲击波共同作用的结果，它们各自在岩石破坏过程的不同阶段起重要作用。

三、波阻抗：即岩石密度与冲击波在岩石中传播速度的乘积。

岩石按波阻抗值分为三类：1、岩石波阻抗为10X105~25X105（g/cm2·s）；2、岩石波阻抗为5X105~10X105（g/cm2·s）；3、岩石波阻抗为2X105~5X105（g/cm2·s）。

四、爆破内部作用1．压缩区受到爆炸冲击波的强动作用，炮孔壁周围的介质被粉碎或强烈压缩，形成压缩区或粉碎区成压缩区或粉碎区。

2．破碎区爆炸冲击波在岩石中形成新鲜裂纹或激活原生裂纹，爆炸气体的高压气楔作用，对裂纹进行扩展，形成破碎区。

3．震动区在破坏区以外的岩体，只发生弹性震动。

五、爆破漏斗：当药包产生外部作用时，在地表会形成一个爆破坑，称为爆破漏斗。

1、爆破漏斗的构成要素（1）自由面；（2）最小抵抗线；（3）爆破漏斗底圆半径；（4）爆破作用半径；（5）爆破漏斗深度；（6）爆破漏斗可见深度；（7）爆破漏斗张开角。

图7-6 爆破漏斗2、爆破作用指数n=r/W在最小抵抗线相同的情况下，爆破作用愈强，爆破漏斗底圆半径愈大。

根据n的大小爆破漏斗分为：（1）标准抛掷（n=1）；（2）加强抛掷(n>1)；（3）减弱抛掷(0.75<n<1)；（4）松动爆破(0<n<0.75)。

第二章岩石的破碎理论PPT课件

第二章岩石的破碎理论PPT课件
24
二、液压凿岩机
液压凿岩机是一种以液压为动力的新型凿岩机。由于油压比压气压力大得多，通 常都在10 MPa以上，并有粘滞性、几乎不能被压缩也不能膨胀做功，以及油可以循环 使用等特点，因而使液压凿岩机的构造与压气凿岩机的基本部分既相似又有许多不同 之处。液压凿岩机也是由油缸冲击机构、转钎机构和排粉系统所组成。
26
（一）钎头
钎头形状
钎头结构参数
1、刃角；2、隙角；3、钎刃、 4、钎头直径；5、排粉沟。
钎头材料
原来用40号、45号钢，现凿岩机钎头通常使用的硬质合金牌号（牌号表示 硬质合金的成分和性能）为YG8C，YG10C、YG11C、YGl5X。Y表示硬质合金 ，G表示钴，其后数字表示含钻的百分数，C表示粗晶粒合金，X表示细晶粒 合金。
钎尾是承受和传递能量的部位。其长度和断面尺寸应与配套的凿岩 机转动套相适应。气腿式凿岩机钎尾长108mm。 钎肩形状有两种 ，六角形钎杆用环形钎肩，圆钎杆用耳形钎肩，。向上式凿岩机用 的钎子没有钎肩，因机头内有限定钎尾长度的砧柱。
28
四、电钻钻具
煤电钻的钻具如图由钻头1和麻花钻杆4组成。钻杆前部的方槽2和 尾孔3，是用来插入钻头的，钻头插入后，从尾孔3上的小圆孔中插入销 钉固定钻头。麻花钻杆尾部5车成圆柱形，用以插入电钻的套筒内。套筒 前端有两条斜槽，可以卡紧在麻花螺纹上．以传送回转力矩。
爆炸的分类：
▪ 物理爆炸（不发生化学变化 ） ▪ 核爆炸 （核裂变或核聚变 ） ▪ 化学爆炸（有新的物质生成 ）
2
炸药爆炸的三要素
1
2
3
反应的放热性
反应过程的高速度
反应中生成大量气 体产物
炸药爆炸必须的能 源
爆炸反应区别一般 化学反应的重要标 志

石油钻井设备与工具王镇全 第二节 岩石破碎机理PPT课件

石油钻井设备与工具王镇全 第二节 岩石破碎机理PPT课件
片状是剪切类钻头齿的常用形状。
2、球形
二）加载方式简化
1、剪切和磨削
牙齿以压入力和切削力 联合作用于岩石。
P
钻头是在钻压和旋转扭矩
M
的联合作用下钻进。
P
Q
对于每一个切削齿，其受力可简化为受压入力和切 削力的作用。
2、冲击作用
牙齿以瞬间力 作用于岩石。
pfx,t
3、滚压作用 牙齿以冲击和剪切两种形式联合破岩。
由于压头下部岩石应力状态的变化，导致压头下部岩石的破碎区 出现不对称性，在水平力作用方向压头前方出现大体积的剪切破坏， 密实核的趋向也向水平作用力方向偏移，压头后部出现拉应力破坏但 范围较小。形成的破碎坑的形状示意如图：
崩切区
作用力
拉应力破坏区 压 头
压碎形成的密实核
三、实际钻井过程中影响破岩效果的因素
2、在岩石性能一定的条件下，破岩体积的大小与破岩工具 的形状、尺寸有关。
例如：某内摩擦角为=32°砂岩，采用圆柱压头压入。 由弹性力学分析可知其θ近似可取0°; 计算得： ψ =29°；也即形成破碎坑的内锥角为122°。
压头压入岩石形成破碎坑后，一个破碎过程结束。接下来破碎 过程进入第二循环，过程重复上述步骤。但由于围岩的限制破岩体 积减小。
压碎形成的密实核作用力拉应力破坏区可行性研究勘察初步勘察及详细勘察三个阶段工作深度和精度应分别符合选择场址要求初步设计要求及施工图设计要求三实际钻井过程中影响破岩效果的因素地层因素钻井参数钻头结构几何参数可行性研究勘察初步勘察及详细勘察三个阶段工作深度和精度应分别符合选择场址要求初步设计要求及施工图设计要求地层岩石的力学性质环境等对破岩效果影响很大此为不可控因素
（其中u为泊松比）
根据上述结论，随着力的进一步增加，在压头下方深度为Zm处， 剪应力极值达到岩石的抗剪强度，此处形成剪应力破坏点。

国家精品课程：岩土钻掘工程学第4章——回转钻进用钻头

国家精品课程：岩土钻掘工程学第4章——回转钻进用钻头

H
2019/1/30
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
2、硬质合金切削具在孔底磨损的实际状况
国家精品课程
岩土钻掘工程学
前述理论分析的基础是假定切削具刃部为均匀磨损，实际钻
进中，切削具出刃的内、外侧 磨损量是不均匀的，即：
y外＞y内＞y， t外＞t内＞t
切削具底端也不是被磨损成 平面，而是呈圆弧形，刃前缘 和后缘磨损更厉害。
2019/1/30
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
0、硬质合金钻进的基本概念与特点
1、硬质合金钻进的基本概念
国家精品课程
岩土钻掘工程学
利用镶焊在钻头钢体上的硬质合金切削具作为碎岩的 工具，这种钻进方法称为硬合金钻进。
硬合金钻进是岩土钻掘工程中的一种主要钻进方法，
它用于软岩层及中硬岩层的钻进（1—4级软的沉积岩、 中硬的5—7级及部分8级岩浆岩和变质岩）。
S(t)=S0+θt ； θ——磨损系数
2019/1/30 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
A vm (S 0 t ) 2
国家精品课程
岩土钻掘工程学
A——岩性、钻进规程及钻头一定时为常量。
切削具的磨损面积与钻进时间成正比，而机械钻速与切削具 接触面积的平方成反比。 设钻进的初始钻速为 v0=A/S02，上式可写成：
2 v0 S0 v0 vm 2 2 2 S0 2S0 t t (1 k0t ) 2
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
2019/1/30
H vm dt 得到

pdc钻头破岩机理

pdc钻头破岩机理

PDC（Polycrystalline Diamond Compact）钻头是石油和天然气行业中广泛使用的钻井工具，因其高效破岩能力而受到青睐。

以下是关于PDC钻头破岩机理的概述：1. 切削作用PDC钻头的核心是其切削齿，这些切削齿由人造多晶金刚石（PCD）材料制成。

这种材料具有极高的硬度和耐磨性，使得PDC钻头能够在岩石中进行高效的切削工作。

2. 剪切破碎在破岩过程中，PDC钻头主要通过剪切力来破碎岩石。

当钻头旋转时，切削齿与岩石接触并施加一个剪切力，这会导致岩石内部产生裂纹，并最终导致岩石破裂。

3. 冲击破碎虽然PDC钻头主要依靠剪切力破岩，但在某些条件下，如硬质地层或复杂地层，冲击力也起着一定的作用。

通过调整钻井参数，例如提高转速和下压力，可以增强冲击破碎的效果。

4. 牙轮辅助破岩一些PDC钻头设计包含有小尺寸的牙轮，这些牙轮可以在钻进过程中提供额外的冲击破碎效果，尤其是在遇到更硬的地层时。

5. 齿形和布齿密度PDC钻头的性能很大程度上取决于切削齿的形状、大小以及布齿密度。

通过优化这些参数，可以提高钻头的适应性和效率。

6. 摩擦磨损和热效应尽管PDC钻头非常耐磨，但长时间使用后也会受到摩擦和热的影响，导致切削齿的磨损。

因此，在设计和使用PDC钻头时，需要考虑到这些因素，并采取相应的措施来减少磨损，延长钻头寿命。

7. 动力学分析为了更好地理解和优化PDC钻头的破岩性能，研究人员通常会进行动力学分析，包括扭转冲击试验等，以揭示影响破岩效率的具体因素，如切削齿尺寸、后倾角和布齿密度等。

综合以上各个方面，PDC钻头能够有效地破碎岩石，实现高效率的钻井作业。

通过对破岩机理的研究和实验，可以不断改进PDC钻头的设计和使用方法，以应对各种复杂的地质条件。

岩石破碎学与破岩工具

岩石破碎学与破岩工具

岩石破碎与破岩工具XX（西南石油大学，成都，610500）1.引言1.1.研究对象:随着工业和社会经济活动日益发展，人们从事的岩土破碎工作量日益增多。

固体、气体、液体矿床的勘探开发，各种地下工程的建设等，都必须对岩土进行破碎剥离。

所以，岩石破碎学研究的对象是岩土。

1.2.岩石破碎学所研究的内容和范围在各种施工时，人们总是在不断努力改善岩土破碎效果以加快施工进度。

为此，人们致力于改进碎岩的工具和方法，以利于破碎岩石。

但为了施工能得到有效的进行，还希望所施工的岩石具有一定的稳定性和牢固性，以保证施工后的形态。

岩石破碎实际包括破碎和稳定的两个范畴。

既岩石在各种外载和物化条件作用下的破碎规律、破碎效果、破碎过程、以及在上述作用下保持稳定的极限条件。

此外，由于目前碎岩方式仍然是以机械方式为主，机械方式碎岩时很重要的问题是碎岩工具的磨损与消耗，因此研究岩石破碎过程就必然要和摩擦、磨损相联系。

简单说岩石破碎学研究的内容和范围是：研究在不同条件下钻掘岩石的力学过程，研究碎岩工具的磨损过程，研究施工岩体的失稳条件及计算方法等。

1.3.岩石破碎学研究的目的意义岩石破碎学研究的内容是要深刻了解所钻掘岩石的性能；了解机械破碎岩石的力学过程；了解碎岩工具的磨损过程；以及描述与计算这些过程的方法。

其最终目的是：为了提高破岩效率、降低材料消耗；为了提高经济效益、降低钻掘成本；为了提高施工安全性，降低各种工程事故。

其意义在于有效地实现安全、高效、低耗的施工生产。

2.岩石破碎的基本原理及破岩石方式2.1.岩石破碎原理(1)热力剥离如图1所示的热力剥离破岩原理，当岩石表面快速加热而产生的高应力超过岩石的强度时，则发生热力剥离。

(2)机械应力如图2所示的机械应力破岩原理，岩石通过冲击、磨蚀、冲蚀方式进行机械破碎，当这些机械作用产生了超过岩石的拉伸或剪切应力时就发生塑性屈服和脆性破坏。

在石油工程钻井领域，机械应力是使岩石破碎的主要原因。

第二章：岩石破碎基本原理


3
2
A
1
复杂应力状态
3
A
1
A
1
4
2.1 应力状态和常用强度理论
二、平面应力状态的主应力与最大剪应力
1.斜截面应力
平面应力状态单元体
单位厚度单元体
求：垂直于平面xy的任意斜截面ef上的应力
5
2.1 应力状态和常用强度理论
二、平面应力状态的主应力与最剪应力
1.斜截面应力
e
x xy α
max x y ( x y ) 2 2 x min 2 2
σ max σ min σ x σ y
（2-6）
第一弹性应力不变量定理：对于同一个点所截取的不同方位的 单元体，其相互垂直面上的正应力之和是一个不变量。
10
2.1 应力状态和常用强度理论
11
2.1 应力状态和常用强度理论
二、平面应力状态的主应力与最大剪应力
3.最大剪应力及其作用面方位
由式(2−7)解出sin2和cos2，代入式(2−2)可求得剪应力的最大 和最小值：
max ( x y ) 2 2 x 2 min
对比式(2−8)和式(2−6)可知：
（2-8）
max max min 2 min
（2-9）
12
2.1 应力状态和常用强度理论
二、平面应力状态的主应力与最大剪应力
4.应力圆（莫尔圆）
x y x y 2 2 x 由式(2−1)与式(2−2)可得： 2 2
8
2.1 应力状态和常用强度理论
二、平面应力状态的主应力与最大剪应力
2.最大正应力及其作用面方位

第二节 岩石破碎的基本原理


②压实核形成阶段（局部破碎） 根据上述结论，随着力的进一步增加，在破岩齿下方深度为Zm处， 剪应力极值达到岩石的抗剪强度，此处形成剪应力破坏点。
图3.2.9 压实核示意图
③岩石大面积崩裂阶段（体积破碎） 在载荷的进一步作用下,破岩齿周边裂隙和Zm处裂隙贯穿，在破岩 齿下方形成破碎核—压实核。由于密实核处于全面压缩状态，不能形成 剪切破坏。但压实核作为力的载体对周围岩石产生挤压作用。
利用特定的机械工具在岩石表面施加载荷，使岩石所 受载荷超过其强度极限而破碎的破岩方式称为机械破岩方 法。石油钻井所用的破岩方式主要为机械破岩。 石油钻井机械破岩的工具为钻头，既通过钻头的破岩 齿与岩石发生相互作用来破碎岩石，也既破岩齿受到不同 形式的力的作用并将力传递到岩石，达到破岩的目的。因 此分析破岩机理应从单齿破碎岩石的过程分析入手。
Ⅰ区—多项压缩区
Ⅲ区—拉压混合 区
图3.2.14 在两向载荷作用下的等应力线
从图中可以明显地看出：当破岩齿受倾斜力作用时，出现极值载荷 的位置发生偏移，最大剪应力出现在与作用力方向一致的轴线上。同时 破岩齿下部岩石的受力状态发生变化，形成受力状态不同的三个区域。 岩石的应力状态可分为三个区： 1—多向压缩区； 2—拉应力区； 3—拉压混合区。
1.破岩齿的形状
与岩石相互作用的破碎岩石工具是由多个破岩齿组合形成的，因此可通 过分析单个破岩齿破岩过程来分析破岩工具的破岩机理。 破岩齿的形状多种多样（图3.2.1），但可归结为圆柱体和球形体的不同 组合。为便于研究，在分析破岩机理时往往采用平底圆柱和球形体来表示破 岩齿的基本形状。在分析破岩过程时主要以平底圆柱破岩齿为例。
2.破岩齿破岩过程分析的工程意义 在工程实际中，钻头破岩齿的载荷是由钻井参数决定的，因此通过 破岩齿破岩过程分析可以优化钻井参数。 ①钻压的优化 破岩工具上所有破岩齿受到的垂直载荷之 和既为钻头的钻压。 根据破岩过程分析，岩石破碎分为三种状 态，在体积破碎阶段岩石的单位体积破碎功 小，破岩效果好。因此工程实际中施加的钻压 必须使破岩齿压入地层一定深度，达到体积破 碎状态。使破岩齿压入地层一定深度以体积破 碎状态破碎岩石的最小钻压称为门限钻压。在 实际钻井过程中钻压值一定要大于门限钻压。

第一讲：岩石可钻性与研磨性

岩石破碎原理与方法
1
课程主要内容
第一讲 岩石可钻性与研磨性
第二讲 岩石破碎基本原理
第三讲 钻井岩石破碎方法
2
岩石破碎原理与方法
第一讲 岩石可钻性与研磨性
1.1 岩石分类
1.2 岩石可钻性
1.3 岩石研磨性
1.4 岩石脆塑性
3
1.1 岩石的分类
一、 造岩矿物
矿物：地壳中的化学元素（氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁）在 各种地质作用下形成的自然产物（自然元素和化合物）。具 有固定的化学成分和确定的物理性质，一般为晶体结构。 矿物的物理力学性质： 光学性质：矿物对光的吸收、反射、折射以及光在矿物中传播的 性质，主要有矿物的颜色、条痕、光泽和透明度等。 力学性质：矿物受外力作用，如刻划、摩擦、打击、弯曲时显示出 来的性质包括解理、断口、硬度 密度等 矿物莫氏硬度标：
（6）闪长岩 中性深成侵入岩。灰白 、深灰至黑灰色。主要矿物 为斜长石和角闪石，其次有 黑云母和辉石。全晶质等粒 结构，块状构造。闪长岩结 构致密，强度高。
17
1.1 岩石的分类
三、 岩浆岩
5.常见岩浆岩的类型
（7）辉长岩 基性深成侵入岩。灰黑至 黑色。全晶质等粒结构，块状 构造。主要矿物为斜长石和辉 石，其次有橄榄石。角闪石和 黑云母。强度高
岩占30%，碳酸盐岩居第三位。
21
1.1 岩石的分类
四、沉积岩
2.沉积岩的物质组成
碎屑物质
由先成岩石经物理风化作用产生的碎屑物质组成。
（原生矿物的碎屑、岩石的碎屑、火山灰等）。 含铝硅酸盐类矿物的岩石经化学风化作用形成的次生 矿物，如高龄石、蒙脱石、伊利石等。这类矿物的颗 粒极细（＜0.005mm），具有很大的亲水性、可塑性及 膨胀性。
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岩浆岩 沉积岩：又称为水成岩，是三种组成地球岩石圈的主要岩石之一（另外两种是岩 浆岩和变质岩） 。是在地表不太深的地方，将他岩石的风化产物和一些火山喷发
物，经过水流或冰川的搬运、沉积、成岩作用形成的岩石。在地球地表，有 70% 的岩石是沉积岩，但如果从地球表面到 16 公里深的整个岩石圈算，沉积岩只占 5%。沉积岩主要包括有石灰岩、砂岩、页岩等。沉积岩中所含有的矿产，占全 部世界矿产蕴藏量的 80%。相较于火成岩及变质岩，沉积岩中的化石所受破坏较 少，也较易完整保存，因此对考古学来说是十分重要的研究目标。
变质岩 2.在地壳内， 岩浆岩占 95％， 沉积岩占 5％、 (其中泥质页岩占 4％， 砂岩占 0． 75％ 碳酸盐类岩石占 0．25％); 3.岩石是矿物颗粒的集合体，颗粒间或者由其直接接触面上所发生的相互作用力 来联结，或者由外来的胶结物来联结。
第二章 岩石的物理性质
4.岩石的重度（重力密度）是指岩石单位体积（包括空隙体积）的重量。可进一 步分为天然重度、干重度、及饱和重度。一般可以通过密度乘以重力加速度 g 得到。岩石的重度一般为 26.5 29.4KN/m3 。岩石的重度从侧面反应了岩石的力学性
10.空隙率的计算方法
11.孔隙比
12.渗透性
13.岩石的吸水性指标有吸水率、保水率和保水系数。 14.吸水率： 是指岩石试件在标准大气压力下吸入水的重量 Wω1 与岩石干重量 Ws 之比。
15.岩石的饱水率：是指岩石的饱水率指在高压（150 个大气压）或真孔条件下， 岩石吸入水的重量 Wω2 与岩石干重量 Ws 之比
21.压缩：compress；拉伸：stretch； c 单轴抗压强度； t 单轴抗拉强度。 22.在室温和大气条件下的单向压缩试验曲线
23.
24.岩石在单轴压缩试验条件下的破坏形态：圆锥形破坏，柱状劈裂破坏。 25.初始模量反映了岩石中微裂隙的多少；切线模量反映了岩石的弹性变形特征； 割线模量反映了岩石的总体变形特征。 26.扩容----是指岩石受外力作用后,发生非弹性的体积膨胀 27.岩石的体积应变
56.钻头分类：牙轮钻头；PDC 钻头；表、孕镶金刚石钻头、刮刀钻头 57.相关概念
58.钻头单位进尺成本
59.剪切破岩过程
60.塑性岩石与脆性岩石的剪切破岩过程
61.钻井参数：钻压、转速、排量与泥浆密度 62.实际钻井过程中钻压一定要超过门限钻压，在体积破碎区破岩，破岩比功较 小，破岩效果好。 63. 从曲线可以看出：在一定范围内，钻速与转速近似成正比关系。但当转速增加到一定
72.刀翼数量
73.PDC 钻头的优缺点（切记） 优点 1）以剪切方式破岩，在软至中硬均质地层中破岩效率高，机械钻速高； 2）具有自锐性，能始终保持较高的机械钻速； 3）PDC 钻头切削齿耐磨性高，钻头寿命长； 4）所需钻压较低，钻柱负荷小。同时在吊打情况下能保持较高的钻井速度； 5）适应较高的转速（可达 400 转/分） ，有利于提高钻井速度；同时适合配合 动力钻具使用； 6）PDC 钻头结构牢固，没有活动部件和易损件，有利于防止钻井事故； 7）不受井眼尺寸的限制，适合在小井眼中应用； 8）不受地层温度的影响，是高温地层钻进的首选。 缺点 1）PDC 齿抗冲击韧性较差不适合在破碎、软硬变换频繁以及硬地层中使用， 地层使用范围受到限制； 2）复合片热稳定性较差，需要良好的冷却； 3）对钻头水力结构要求较高，水力结构设计不合理钻头会发生泥包； 4）钻头成本较高。 74.热稳定聚晶金刚石钻头特点 优点 1）以剪切方式破岩，在中硬至硬均质地层中破岩效率较高。 2）切削齿形状多样，切削结构合理，机械钻速较高； 3）TSP 切削齿耐磨性高，钻头寿命较长； 4） 所需钻压较低， 钻柱负荷小。 同时在吊打情况下能保持较高的钻井速度；
40.老师布置的计算题
例题 1 参考莫尔应力圆法
例题 2 主应力表示法
第五章 岩石的流变性
41.蠕变分类
42.蠕变曲线
第六章 岩石破碎原理
43.石油钻井所用的破岩方式可分为两大类: 机械破岩和水力破岩；机械破岩根 据其加载方式的不同又分为剪切、冲击、磨削三种基本方式。同时岩石破碎必 然要经过弹性变形、塑性变形到断裂破坏三个阶段。 44.上述三种牙齿的形状，对于片状切削齿可作为圆柱或球形的特例分析。因此切削齿的形
16.岩石的饱水系数：饱水系数反映了岩石中大开孔隙和小开孔隙的相对含量。饱水系数
越大，岩石中的大开孔隙越多，而小开孔隙越少。
17.岩石的软化性
18.岩石的崩解性: 岩石的崩解性指数反映了岩石在浸水和温度变化的环境下抵 抗风化作用的能力。
19.岩石的透水性
第三章 岩石力学性质及强度
20.岩石的变形特征
47.岩石破碎的三个阶段
48.岩石破碎三个阶段划分的意义
49.压头破岩分析
50. 工具形状确定， 在一定范围内， 随着岩石内摩擦角的增加(岩石内摩擦角越大, 脆性越大)，破岩体积增加 。
51.垂直载荷和水平载荷同时作用
52. 从上述理论分析可知；刃角似乎应尽可能的尖锐。但实际上，尖锐角度将很快地被磨
64.
65.常用的 PDC 直径为 13.4mm、 16mm 、19mm 和 8mm。目前 PDC 正朝着大直径方向发
展，最大的直径可达 50.8 mm，而且金刚石层也有加厚的趋势，已有厚度达 2.5mm 的 PDC 齿。
66.钻头冠部示意
67.冠部形状参数确定法
68.齿前角 研究表明，齿前角的大小与破岩效果密切相关，齿前角绝对值越大，下部 的岩石多向压缩应力增加，压碎的岩石比例增大，不易形成较大体积的剪切破 碎，破岩效率降低；而齿前角变小，一方面复合片后部趋于平缓，切削齿不易 深度吃入地层，另一方面由于切削齿受拉、弯应力相对增加，易造成复合片崩 裂。因此齿前角存在最优值（如图） 。 69.侧转角 由于切削齿有一定的厚度，当其在切槽中旋转时，由于其切削刃部分集中 在复合片前部（1-2mm） ，其后部支撑部分会在环槽内与地层产生摩擦磨损（如 图） ，影响机械钻速，同时侧转角还对岩粉的运移产生影响。摩擦磨损的部分在 角 a 范围内。为避免上述情况，需要将复合片沿其中心线旋转一定的角度 b，此 角度即为侧转角（如图） 。 由于切削齿齿前角的存在，导致切削齿后部支撑部分在环槽内与地层产生 摩擦磨损的部分减小，当齿前角增加到一定值时，会消除支撑部分在环槽内与 地层产生摩擦磨损的部分。侧转角会影响钻头刀翼的形状。通常在实际钻头设 计时可调节齿前角消除支撑部分的影响，而忽略侧转角，即侧转角取值为零。 70.装配角 切削齿柱轴线与钻头轴线成一角度， 此角称作装配角。 装配角为确定参数， 由钻头的冠部形状和齿径向半径决定。 71.切削齿直径
28. 岩石的抗剪强度
29.三向抗压强度
30.岩石的破坏形式
31.从广义上讲,岩石的抗剪强度可分为 3 种类型,即抗剪断强度、抗剪强度及抗 切强度。通常没有明确指明时，所说的“岩石抗剪强度”实际上就是“岩石抗 剪断强度” 。 32.岩石抗剪强度的测定方法有：直接剪切试验（直剪） 、楔形剪切试验（斜剪） 、 三轴剪切试验（三轴剪） 。 33.三轴压缩强度：岩石试件在三向压应力作用下能抵抗的最大轴向压力称为岩 石的三向压缩强度。 34.在三轴压缩试验条件下，若从变形特性的角度分析，围压的增大时试件从脆 性破坏向塑性流动破坏过渡。 35.岩石硬度是指岩石抵抗其它物体压入的破碎强度，即是在压头压入岩石后，岩石产生第
钝，而且所破碎的岩石体积也较小。故从综合经济技术指标上看，锐角工具不一定是有效 的。应当根据岩石的研磨性以及其他机械性能和条件来选用切削刃的角度。
53.钝角工具破岩效率低的原因
第七章 钻井破岩方法
54.石油钻井的破岩方法主要有五类：剪切破岩、冲击剪切破岩、磨削破岩、冲 击破岩、水射流破岩。 55.钻井方式分类
沉积岩 变质岩：三大岩类的一种，是指受到地球内部力量（温度、压力、应力的变化、 化学成分等） 改造而成的新型岩石。 固态的岩石在地球内部的压力和温度作用下， 发生物质成分的迁移和重结晶， 形成新的矿物组合。如普通石灰石由于重结晶变 成大理石。 变质岩是在地球内力作用，引起的岩石构造的变化和改造产生的新型 岩石。这些力量包括温度、压力、应力的变化、化学成分。固态的岩石在地球内 部的压力和温度作用下，发生物质成分的迁移和重结晶，形成新的矿物组合。如 普通石灰石由于重结晶变成大理石。a
5）热稳定性好，适应高的转速（可达 800 转/分） ，有利于提高钻井速度； 同时适合配合动力钻具使用； 6）PDC 钻头结构牢固，没有活动部件和易损件，有利于防止钻井事故； 7）不受井眼尺寸的限制，适合在小井眼中应用； 8）不受地层温度的影响，是高温地层钻进的首选。 缺点 1）TSP 齿抗冲击韧性差不适合在破碎、软硬变换频繁以及硬地层中使用， 地层使用范围受到限制； 2）与 PDC 钻头相比，钻头切削齿出刃小，机械钻速低。 3）钻头成本较高。
状可简化为圆柱和球型两种形式。 因此牙齿与岩石的作用可简化为圆柱或球型齿作用于半无 限体的力学问题。
45.牙齿以压入力和切削力联合作用于岩石。
46.弹性力学基于岩石的弹性变形范围进行应力分析，可以得到岩石的应力状态，据此可判 定岩石最先发生破碎的危险地带。当岩石内部出现破裂裂纹后，岩石的连续性遭到破坏，则 超出了弹性力学研究的范围。 对于岩石的破碎过程和机理， 塑性力学和断裂力学也没有给出 定量的描述和解释。 但是人们在大量的试验分析的基础上， 对工具压入岩石时岩石的破碎过 程和机理有了定性的认识。
一次体积破碎时接触面上单位面积的载荷。塑性系数是指岩石在压头压入后，岩石产生第 一次体积破碎时破碎消耗的总功与弹性变形功的比值。
第四章 岩石的强度理论
36.莫尔强度包络线
37.莫尔强度包络线的意义
38.莫尔——库伦强度理论
39.岩石的单轴抗拉强度 t 、单轴抗压强度 c 以及三轴抗压强度 1c 的关系
程度后，钻速开始下降。原因有如下两点：