第一篇：鉆探工程概論復(fù)習(xí)題（最終版）

鉆探工程概論復(fù)習(xí)題

一、簡答題 每題10分

1.根據(jù)巖石的變形特性，圖示說明巖石的三種類型。

2.什么是巖石破碎的體積破碎？

3.什么是巖石的各向異性？對鉆進(jìn)有哪些影響？

4.影響巖石硬度的因素有哪些？

5.鉆探技術(shù)的基本構(gòu)成是什么？

6.簡述硬質(zhì)合金鉆頭的碎巖機(jī)理（文字與簡圖）

7.PDC鉆頭的碎巖機(jī)理

8.金剛石鉆頭有哪些主要類型？

9.地質(zhì)巖心鉆探與油氣井鉆探的主要區(qū)別在哪里？

10.空氣鉆進(jìn)技術(shù)有哪些優(yōu)點(diǎn)？

11.什么是鉆孔結(jié)構(gòu)（也稱井身結(jié)構(gòu)）？

12.套管在鉆探工程中起什么作用？

13.簡述繩索取心鉆具的主要組成，它有哪些優(yōu)點(diǎn)？

14.鉆探設(shè)備包括哪些主要內(nèi)容？

15.鉆具按用途可以分為哪些？分述其主要作用。

16.什么是正循環(huán)鉆進(jìn)？什么是反循環(huán)鉆進(jìn)？反循環(huán)的形式有多少種？

17.鉆進(jìn)參數(shù)主要有哪些？各自起到什么作用？

18.影響地層可鉆性的因素有哪些？

19.鉆孔灌注樁的基本流程。

二、綜述題 每題25分。

1.鉆探工程在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中能夠發(fā)揮哪些作用？

2.泥漿在鉆探工程中的重要作用是什么？

3．為什么說上天難、入地更難？

4．鉆探工程中體現(xiàn)了哪些現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)進(jìn)步？

5.簡述鉆探設(shè)備與鉆探工藝之間的關(guān)系？

6.試論述深部鉆探的關(guān)鍵技術(shù)（分別從鉆孔結(jié)構(gòu)與管材級配、鉆探設(shè)備、鉆桿及鉆具、護(hù)壁堵漏等方面論述）

第二篇：11765鉆探工程概論考試復(fù)習(xí)題

11765鉆探工程概論考試復(fù)習(xí)題

一、簡答題 每題10分

1.根據(jù)巖石的變形特性，圖示說明巖石的三種類型。

彈塑性巖石 彈脆性巖石

高塑性和高孔隙性巖石

巖石的硬度反映巖石抵抗外部更硬物體壓入（侵入）其表面的能力。

硬度與抗壓強(qiáng)度有聯(lián)系，但又有很大區(qū)別。抗壓強(qiáng)度是固體抵抗整體破壞時的阻力，而硬度則是固體表面對另一物體局部壓入或侵入時的阻力。因此，硬度指標(biāo)更接近于鉆掘過程的實(shí)際情況。因?yàn)榛剞D(zhuǎn)鉆進(jìn)中，巖石破碎工具在巖石表面移動時，是在局部侵入（可能非常微小）的同時使巖石發(fā)生剪切破碎。由前面的分析知道，工具壓入巖石是很難的，而壓入后剪切破巖卻較容易。所以我們說，硬度對鉆掘工程而言是一個主要力學(xué)性能參數(shù)。

（1）巖石中石英及其他堅(jiān)硬礦物或碎屑含量愈多，膠結(jié)物的硬度越大，巖石的顆粒越細(xì)，結(jié)構(gòu)越致密，則巖石的硬度越大。而孔隙度高，密度低，裂隙發(fā)育的巖石硬度將會降低。

（2）巖石的硬度具有明顯的各向異性。但層理對巖石硬度的影響正好與對巖石強(qiáng)度的影響相反。垂直于層理方向的硬度值最小，平行于層理的硬度最大，兩者之間 可相差1.05～1.8倍。巖石硬度的各向異性可以很好地解釋鉆孔彎曲的原因和規(guī)律，并可利用這一現(xiàn)象來實(shí)施定向鉆進(jìn)。

（3）在各向均勻壓縮的條件下，巖石的硬度增加。在常壓下硬度越低的巖石，隨著圍壓增大，其硬度值增長越快。

（4）一般而言，隨著加載速度增加，將導(dǎo)致巖石的塑性系數(shù)降低，硬度增加。但當(dāng)沖擊速度小于10m/s時，硬度變化不大。加載速度對低強(qiáng)度、高塑性及多孔隙巖石硬度的影響更顯著。

5.鉆探技術(shù)的基本構(gòu)成是什么？

設(shè)備：鉆孔施工所使用的地面設(shè)備總稱。包括鉆探機(jī)、動力機(jī)、泥漿泵、鉆塔等。

工藝：取心鉆探技術(shù)，無巖心鉆探技術(shù)，多介質(zhì)反循環(huán)鉆探技術(shù)，其它反循環(huán)鉆探技術(shù)，水文水井鉆探技術(shù)

地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)、礦物巖石學(xué)、地層學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、鉆探工程、工程地質(zhì)、工程與環(huán)境物探、鉆探機(jī)械、6.簡述硬質(zhì)合金鉆頭的碎巖機(jī)理（文字與簡圖）

與刀具（切削類似）相聯(lián)系：利用鑲焊在鉆頭體上的硬質(zhì)合金切削具，作為破碎巖石的工具，這種鉆進(jìn)方法通稱為硬質(zhì)合金鉆進(jìn)。

可得到很高的鉆速。

8.地質(zhì)巖心鉆探與油氣井鉆探的主要區(qū)別在哪里？

主要區(qū)別有以下幾點(diǎn)： 1.鉆孔的直徑：

Hole：孔，用于地質(zhì)鉆探，孔比較小，用于勘察，勘探 Well：井，用于油氣井鉆探，孔比較大，往往還要用于生產(chǎn)

2.鉆孔的深度： 鉆探：比較淺，油氣井：比較深，技術(shù)有，成本高 3.地層情況：

鉆探：地層比較復(fù)雜，低層遇到的種類比較多 油氣井：一般低層地層單一。

9.空氣鉆進(jìn)技術(shù)有哪些優(yōu)點(diǎn)？

空氣鉆進(jìn)的實(shí)質(zhì)是以壓縮空氣代替沖洗液，作為鉆進(jìn)中的循環(huán)介質(zhì)來冷卻鉆頭，吹洗鉆孔把巖屑攜帶出地表的一種高效率、先進(jìn)鉆進(jìn)方法。空氣鉆進(jìn)可以正循環(huán)鉆進(jìn)，也可以反循環(huán)鉆進(jìn)，在鉆探設(shè)備上只需要增加一臺移動式空氣壓縮機(jī)，孔口防塵及除塵等設(shè)備。空氣鉆進(jìn)特別適用于干旱缺水地區(qū)、常年永凍層、孔內(nèi)嚴(yán)重漏水地層及用水鉆進(jìn)較困難地區(qū)。我國北方各省和西北各地有很多這樣的地區(qū)，因此，研究空氣鉆進(jìn)具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

1.鉆進(jìn)效率高： 空氣鉆進(jìn)效率比一般鉆進(jìn)法約提高9 —11 倍。其原因是：孔底巖石減掉了鉆孔內(nèi)的液柱靜壓力，有助于巖石最大限度地釋放殘余應(yīng)力，使孔底巖石處于一種負(fù)壓效應(yīng)狀態(tài)，借助切削具的碎巖作用，巖屑呈“爆炸” 形式崩離巖體，從而提高了鉆進(jìn)效率。另外壓縮空氣以高速吹洗孔底、孔內(nèi)干凈，幾乎完全沒有重復(fù)破碎，故在硬巖和深孔時，鉆進(jìn)效率更為顯著。

2.鉆頭壽命長： 空氣鉆進(jìn)鉆頭壽命長，除上面提到的因素外，還有一重要因素，即當(dāng)壓縮空氣經(jīng)過鉆頭時，由于壓力驟然降低，在此大量吸收熱量，有利于冷卻鉆頭，防止燒鉆，并為切削具創(chuàng)造有利的工作環(huán)境。與一般鉆進(jìn)方法相比，鉆頭壽命可提高十倍以上。

3.能取得正確的地質(zhì)資料：空氣鉆進(jìn)以空氣為循環(huán)介質(zhì)，它不污染巖石和孔壁這不僅對洗井、抽水等工作有益，而且可以獲取正確的水文地質(zhì)資料。

4.空氣鉆進(jìn)不用水：這在干旱缺水地區(qū)其優(yōu)越性更為顯著，同時可以避免因漏水而帶來的堵漏問題和沖洗液、巖粉等對含水層堵塞的影響。

脆性巖石（花崗巖、石英巖、碧石鐵質(zhì)巖）在壓頭壓入時僅產(chǎn)生彈性變形，至A點(diǎn)最大載荷為Pmax處便突然完成脆性破碎，壓頭瞬時壓入，破碎穴的深度為h ［圖(a)］。這時破碎穴面積明顯大于壓頭的端面面積，即h/δ＞5。

彈塑性巖石（大理巖、石灰?guī)r、砂巖）在壓頭壓入時首先產(chǎn)生彈性變形，然后塑性變形。至B點(diǎn)載荷達(dá)Pmax時才突然發(fā)生脆性破碎［圖(b)］。這時破碎穴面積也大于壓頭的端面面積，而h/δ=2.5～5，即小于第一類巖石。

高塑性（粘土、鹽巖）和高孔隙性巖石（泡沫巖、孔隙石灰?guī)r）區(qū)別于前二類，當(dāng)壓頭壓入時，在壓頭周圍幾乎不形成圓錐形破碎穴，也不會在壓入作用下產(chǎn)生脆性破碎［圖(c)］，h/δ=1。

2.什么是巖石破碎的體積破碎？

巖石的變形破碎形式

表面破碎 疲勞破碎 體積破碎

表面破碎

切削具與巖石的接觸壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于巖石硬度，切削具不能壓入巖石。切削具移動時，將研磨孔底巖石，巖石破碎是由接觸摩擦功引起的，研磨的巖石顆粒很小，鉆進(jìn)速度低。這種變形破碎方式稱為巖石的表面研磨，這個區(qū)稱為表面破碎區(qū)。疲勞破碎

切削具上的軸向載荷增加，但接觸壓力仍小于巖石硬度，可使巖石晶間聯(lián)系破壞，巖石結(jié)構(gòu)間缺陷發(fā)展，特別是孔底受多次加載產(chǎn)生的疲勞裂隙更加發(fā)展，于是眾多裂隙交錯，仍可產(chǎn)生較粗巖粒的分離，這種變形破碎方式稱為疲勞破碎，這個區(qū)稱為疲勞破碎區(qū)。

體積破碎

切削具上的載荷繼續(xù)增加，接觸壓力大于或等于巖石硬度，切削具可有效地切入巖石，結(jié)果是：切削具在孔底移動時不斷克服巖石的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，切下巖屑，這種變形破壞方式稱為體積破碎，這個區(qū)稱為體積破碎區(qū)。體積破碎時，會分離出大塊巖石，破碎效果好。

3.什么是巖石的各向異性？對鉆進(jìn)有哪些影響？

巖石在不同方向上表現(xiàn)出不同的強(qiáng)度值稱為巖石的各項(xiàng)異性。

巖石的各向異性分為兩種：一種是由于微裂縫的存在以及在不同方向上的排列，分布不同而導(dǎo)致的，這種各向異性會隨著巖石的應(yīng)力變化而變化，可稱為應(yīng)力各向異性；另一種是由于巖石顆粒的定向排列引起的，這種巖石的各向異性不會隨著巖石的應(yīng)力變化而改變。對鉆進(jìn)的影響：

影響進(jìn)效率的：由于在不同的層理結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)出不同的強(qiáng)度性質(zhì)，在鉆進(jìn)這樣的巖石層時會加大鉆進(jìn)的工作量，因此巖石的各向異性會影響鉆進(jìn)效率。

影響鉆孔偏斜：由于存在巖石的各向異性，使得鉆桿在鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)受力不平衡的情況，使得鉆桿發(fā)生一定角度的偏斜甚至彎曲，會影響鉆孔的偏斜量。

4.影響巖石硬度的因素有哪些？

但在實(shí)際使用中，硬質(zhì)合金鉆進(jìn)只適用于鉆進(jìn)中等硬度以下的地層，即可鉆性1 ～7 級和部分8 級地層。若在更為堅(jiān)硬的巖層中鉆進(jìn)，則切削效果很差，切削具磨損很快或易折斷而迅速失去鉆進(jìn)能力。當(dāng)前，軟的和中硬以下的地層，尤其是土層的鉆孔工作，主要靠硬質(zhì)合金鉆進(jìn)。

7.金剛石鉆頭有哪些主要類型

金剛石鉆頭按其制造方法不同，可分為燒結(jié)法和電鍍法兩種。金剛石鉆頭按包鑲形式的不同，可分為表鑲鉆頭與孕鑲鉆頭兩種

1.表鑲鉆頭

金剛石分布在胎體表面上，當(dāng)其刃角磨鈍后可回收復(fù)用。鉆頭按金剛石粒度分粗、中、細(xì)三種：5～20粒/克拉的為粗粒鉆頭；20～40粒/克拉的為中粒鉆頭；40～100粒/克拉的為細(xì)粒鉆頭。一般情況下，細(xì)粒鉆頭適用于鉆進(jìn)致密、堅(jiān)硬地層。金剛石都是用天然品。硬度較低、完整巖層；

2.孕鑲鉆頭

金剛石不只是分布在胎體表面上，而且，還分布于胎體內(nèi)部的一定層厚中。金剛石是10～80目的天然粉級品或60～129目JR4級的人造品。含金剛石的胎體層稱為工作層。鉆進(jìn)時，隨著胎體的磨損，金剛石切刃才不斷露出，舊切刃失去工作能力或脫掉，新切刃相繼出露參加工作。因此，孕鑲鉆頭可保持穩(wěn)定的鉆速，應(yīng)用范圍較廣。它堅(jiān)硬、致密、弱研磨性（優(yōu)質(zhì)金剛石、較低的金剛石濃度），均勻性差、完整度差、破碎地層（金剛石濃度高、胎體硬度大）；

3.還有一種“多層鉆頭”。

它是孕鑲鉆頭的變種形式，與孕鑲的區(qū)別是胎體內(nèi)部的金剛石分成幾層并有一定排列方式。鉆頭按金剛石成因分類，可分為天然金剛石鉆頭(表鑲)和人造金剛石鉆頭(都是孕鑲)。此外，還有一種聚晶金剛石鉆頭，金剛石的鑲焊屬于表鑲，但在工作時卻起孕鑲鉆頭作用。它用于鉆進(jìn)較軟和研磨性強(qiáng)巖層，10.什么是鉆孔結(jié)構(gòu)（也稱井身結(jié)構(gòu)）？

鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是與鉆進(jìn)有關(guān)的，所有工程計(jì)算的基礎(chǔ)。鉆孔結(jié)構(gòu)是指鉆孔由開孔至終孔，鉆孔剖面中各孔段的深度和口徑的變化情況。據(jù)地層理想柱狀圖做出來的。一般來說，換徑次數(shù)越多、鉆孔結(jié)構(gòu)越復(fù)雜；換徑次數(shù)越少，鉆孔結(jié)構(gòu)越簡單。在可能情況下，應(yīng)使鉆孔結(jié)構(gòu)盡量簡單。根據(jù)地層條件，一層一層放入套管，所形成圖示的結(jié)構(gòu)：

層套管;必須下表層套管，目的是保護(hù)淺部地層特別是地層水不受污染；

二、通常每口井鉆進(jìn)時所穿越的地層存在多個壓力系統(tǒng)，鉆井行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定同一裸眼井段上下地層壓力系數(shù)差不得超過0.4；

三、如果同一裸眼井段上下壓力系數(shù)相差太大，無法進(jìn)行鉆井施工，會出現(xiàn)上漏下噴，必須將上部薄弱地層下套管封住；

四、對于特別復(fù)雜的地層，如容易縮徑和蠕變的石膏鹽地層為減少卡鉆等事故復(fù)雜，多下層套管可減少鉆井施工的難度和縮短鉆井周期，經(jīng)評估有可能還降低鉆井成本。鉆探地質(zhì)套管是供地質(zhì)部門進(jìn)行巖心鉆探使用的鋼管。套管又是鉆探和鉆井工作中下人鉆孔內(nèi),用以保護(hù)孔壁封閉孔身的鋼管。它的主要功用是防止孔壁坍塌,隔離地層,封閉涌水或

設(shè)計(jì)依據(jù)

1．鉆孔的用途和目的；

2．該地層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖石物理力學(xué)性質(zhì)；

3．鉆孔的設(shè)計(jì)深度和鉆孔的方位方向、頂角方向； 4．必需的終孔直徑；

5．鉆進(jìn)方法、鉆探設(shè)備參數(shù)。

11套管在鉆探工程中起什么作用？ 保護(hù)孔壁，支撐孔壁防止倒塌，為鉆探提供通道 在鉆探施工過程中，套管用途很廣。鉆進(jìn)復(fù)雜地層時，用套管護(hù)壁堵漏，可保證正常鉆進(jìn)。巖心鉆探抽水試驗(yàn)孔可用套管進(jìn)行止水，保證抽水資料的準(zhǔn)確性。長期水文觀測和開采孔，可用套管作為出水的通道。

下多層套管的目的主要是考慮一下幾個方面：

一、每口井至少有兩 漏水層、油氣層。在開采井中,套管又是流體、氣體生產(chǎn)的通13.什么是正循環(huán)鉆進(jìn)？什么是反循環(huán)鉆進(jìn)？反循環(huán)的形道,例如水井、油氣井、地?zé)峋⑷芙忸惖V產(chǎn)的開采鉆井等,都式有多少種？

必須下入生產(chǎn)套管。地質(zhì)鉆探孔內(nèi)的套管外徑小,一般下入的套管也較淺,在鉆探任務(wù)完成后要將套管起拔出來,可以繼續(xù)正循環(huán)鉆進(jìn)是泥漿自供應(yīng)池由泥漿泵泵出，輸入軟管送往使用。石油天然氣下入的表層套管、技術(shù)套管和油層套管,在水龍頭上部進(jìn)口，再注入旋轉(zhuǎn)空心鉆桿頭部，通過空心鉆機(jī)一下入井內(nèi)之后,都需要注水泥將套管與井壁固結(jié)起來,封閉死直流到鉆頭底部排出，旋轉(zhuǎn)中的鉆頭將泥漿潤滑，并將泥漿擴(kuò)管外的環(huán)狀間隙,套管就無法取出。即使無工業(yè)油氣流的探井,散到整個孔底，攜同鉆碴浮向鉆孔頂部，從孔頂溢排地面上泥下入了套管也一樣丟棄在井內(nèi)。供水井下入的套管稱為井管,漿槽。

強(qiáng)度要求不高,井淺時可不用無縫鋼管,用鑄鐵管。反循環(huán)鉆進(jìn)與正循環(huán)鉆進(jìn)的差異在鉆進(jìn)時泥漿不經(jīng)水龍頭直接注入鉆孔四周，泥漿下達(dá)孔底，經(jīng)鉆頭拌和使孔內(nèi)部漿液12鉆探設(shè)備包括哪些主要內(nèi)容？

均勻達(dá)到擴(kuò)壁，潤滑鉆頭，浮起鉆碴，此時壓縮空氣不斷送入水龍頭，通過固定管道直到鉆頭頂部，按空氣吸泥原理，將鉆鉆探設(shè)備是指用于鉆探施工這種特定工況的機(jī)械裝置和設(shè)渣從空心鉆桿排入水龍頭軟管溢出。

備，主要由鉆機(jī)、泥漿泵及泥漿攪拌機(jī)、泥漿凈化設(shè)備、鉆塔反循環(huán)鉆進(jìn)按照產(chǎn)生沖洗液上升流動的方式不同，可分為等組成

地表噴射反循環(huán)，泵吸反循環(huán)和氣舉反循環(huán)三種方式。不同反鉆機(jī)：是完成鉆進(jìn)施工的主機(jī)，它帶動鉆具和鉆頭向底層循環(huán)鉆進(jìn)方式，隨著鉆孔深度的變化，鉆進(jìn)效率也有所不同，深部鉆進(jìn)，并通過鉆機(jī)上的升降機(jī)來完成起下鉆具和套管、提所示為三種反循環(huán)鉆進(jìn)方式在不同孔深時的效率曲線，從曲線取巖心、更換鉆頭等輔助工作。變化情況可以看出，地表噴射反循環(huán)鉆進(jìn)效率，在淺孔段效率鉆塔的主要功能：起下鉆具（套管）、減壓鉆進(jìn)時懸掛鉆具、較高，氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)效率在50 m 以后較高。在選擇反循環(huán)處理孔內(nèi)事故并為空中作業(yè)提供平臺。

鉆進(jìn)方式時，應(yīng)根據(jù)孔深、水位等情況進(jìn)行合理的選擇，為了泵的主要功能是：向孔內(nèi)輸送沖洗液以及清洗底孔、冷卻提高鉆進(jìn)效率，有時也采用兩種方式相結(jié)合的復(fù)合式反循環(huán)鉆鉆頭和潤滑鉆具。

進(jìn)。

通常，主要類型的鉆探設(shè)備均由鉆機(jī)、鉆塔－桅桿、泥漿泵等三部分構(gòu)成。

14鉆進(jìn)參數(shù)主要有哪些？各自起到什么作用？

當(dāng)然，對于一些大型鉆探設(shè)備來講，劃分得可能會更細(xì)一點(diǎn)，如石油鉆機(jī)就號稱8大件：井架、天車、游動滑車、大鉆進(jìn)參數(shù)主要有以下三個方面：

鉤、水龍頭、絞車、轉(zhuǎn)盤、泥漿泵。

鉆塔設(shè)備主要包括以下三個方面的內(nèi)容：

鉆壓：鉆壓也稱軸向壓力。鉆進(jìn)時，合金的受鉆壓1.鉆機(jī)：鉆機(jī)（drill）是在地質(zhì)勘探中，帶動鉆具向地下切入巖石而鉆進(jìn)；同時，因鉆壓造成合金與巖石的摩鉆進(jìn)，獲取實(shí)物地質(zhì)資料的機(jī)械設(shè)備。又稱鉆探機(jī)。主要作用擦而使合金磨損。所以，在選擇鉆壓時，必須在保證是帶動鉆具破碎孔底巖石，下入或提出在孔內(nèi)的鉆具。可用質(zhì)量的前提下從鉆進(jìn)效率和鉆頭壽命兩個方面進(jìn)行分于鉆取巖心、礦心、巖屑、氣態(tài)樣、液態(tài)樣等，以探明地下析、研究。一般情況下，在松軟及軟巖石中鉆進(jìn)時，地質(zhì)和礦產(chǎn)資源等情況。主要分類：潛孔鉆機(jī) 鑿巖鉆機(jī) 全液因所需鉆壓不大，對鉆速和合金的磨損不是主要問題；壓一體機(jī) 探礦鉆機(jī)

而在中硬和硬巖層中鉆進(jìn)時，鉆壓確定是否合理，對2.鉆塔：鉆塔是一種具有一定高度和跨度的金屬桁架，是鉆速和合金磨損影響很大。

鉆井設(shè)備的重要組成部分，分為天車、塔身主體、二層臺、起塔架、副腿、底盤六個主要部分（可以根據(jù)實(shí)際需要增減結(jié)構(gòu)鉆壓是孔底碎巖的必要條件。鉆壓的大小決定著碎巖的方部分），鉆塔在鉆井過程中，用于安放和懸掛提升系統(tǒng)，承受式和特點(diǎn)，它直接影響鉆進(jìn)速度。

鉆具重量，存放鉆桿或鉆鋌等，必須具有足夠的承載能力、強(qiáng)機(jī)械鉆速與鉆壓的關(guān)系是：機(jī)械鉆速隨著鉆壓的增加而不度、剛度、整體穩(wěn)定性和必要的操作使用空間。

斷地增大。這是兩者關(guān)系的總趨勢。具體可分為3 個階段：系列鉆塔從結(jié)構(gòu)上分為單管兩腳塔、三角塔、四角塔、A表面破碎階段、疲勞破碎階段、體積破碎階段。

型塔、K型塔、桅桿型塔、門字型塔、動態(tài)型塔等；從起塔方在鉆進(jìn)過程中，切削具逐漸被磨鈍后，切削具與巖石的接式上分為液壓式、機(jī)械式、組裝式、伸縮式、折疊式等；從鉆

觸面積逐漸增大，使切削具接觸面上的壓強(qiáng)減小，以致低于巖

石的壓入硬度，因而碎巖方式由體積破碎過渡到疲勞破碎，甚至表面破碎，鉆速急劇下降。所以，在磨銳式硬合金鉆頭的鉆進(jìn)過程中，為保持較高的鉆速，應(yīng)隨著切削具的磨鈍而逐漸增大鉆壓，直至鉆探設(shè)備或其他條件限制不可能繼續(xù)增大鉆壓時為止。

在磨銳式硬合金鉆頭鉆進(jìn)中，鉆壓是一個重要的鉆進(jìn)參數(shù)。鉆壓必須保證切削具切入巖石，以體積碎巖方式進(jìn)行鉆進(jìn)。然后，依不同巖石性質(zhì)（其中主要是巖石的壓入硬度研磨性和抗剪強(qiáng)度），并考慮到鉆進(jìn)過程中工作刃的磨鈍狀況，充分發(fā)揮鋒利刃的作用，力求達(dá)到最高的平均機(jī)械鉆速（純鉆進(jìn)效率）和最大的鉆頭進(jìn)尺來確定鉆壓值。

另一方面，必須充分考慮到實(shí)現(xiàn)所要求鉆壓的可能性。最大鉆壓除了受切削具本身和鉆頭本身的強(qiáng)度限制外，還受到鉆桿柱和孔底鉆具組成的強(qiáng)度以塔工作角度上分為直立式和傾斜式；從選材上分為角鋼塔、管及地面機(jī)械設(shè)備能力的限制。

子塔、型鋼塔；從安裝型式分為散裝型、整體車裝型等；從用在實(shí)際生產(chǎn)中，首先確定每顆硬合金切削具上應(yīng)該施加的途上分為石油鉆井、水文鑿井、巖土工程、地質(zhì)找礦、煤田勘壓力，然后，再根據(jù)一個鉆頭上鑲焊切削具的數(shù)目，計(jì)算出總探、工程勘察等；從提升有效高度上分為8米~55米；從提升鉆壓P。

能力上分為5噸到1000噸等。

即：P ＝p·m 3.泥漿泵：鉆探過程中﹐向鉆孔里輸送泥漿或水等沖洗液式中：P —鉆頭上的總壓力；p —每顆切削具上應(yīng)加的壓力的機(jī)械。泥漿泵是鉆探設(shè)備的重要組成部分。在常用的正循（單顆鉆壓）；m —鉆頭上切削具的顆數(shù)。環(huán)鉆探中﹐它是將地表沖洗介質(zhì)──清水﹑泥漿或聚合物沖洗液在一定的壓力下﹐經(jīng)過高壓軟管﹑水龍頭及鉆桿柱中心孔鉆速：從理論上看，鉆速隨轉(zhuǎn)速的增加而成正比地增加。直送鉆頭的底端﹐以達(dá)到冷卻鉆頭﹑將切削下來的巖屑清除但實(shí)際上鉆速并不隨轉(zhuǎn)數(shù)的增加而呈正比增加，轉(zhuǎn)速的增加有并輸送到地表的目的。常用的泥漿泵是活塞式或柱塞式的﹐由其極限值（最優(yōu)值）。超過此值后，鉆速反而會下降，其主要動力機(jī)帶動泵的曲軸回轉(zhuǎn)﹐曲軸通過十字頭再帶動活塞或柱原因一是在高轉(zhuǎn)數(shù)的情況下，合金在巖石表面上的作用時間太塞在泵缸中做往復(fù)運(yùn)動。在吸入和排出閥的交替作用下﹐實(shí)現(xiàn)短，從而影響合金的切人深度，導(dǎo)致鉆速下降；另一個原因是壓送與循環(huán)沖洗液的目的。在高轉(zhuǎn)數(shù)的情況下，孔底溫度增高，合金的磨損或磨鈍加快而

使鉆速下降。

泥漿泵排量：鉆進(jìn)時，沖洗液的質(zhì)量與數(shù)量對鉆進(jìn)速度有很大影響。根據(jù)國內(nèi)外的資料證明，鉆速隨沖洗液的密度或粘度的增大而下降。從理論上看，增大沖洗液量，對提高鉆速有一定好處。應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)沖洗液量不足時，孔底顆粒大的巖粉不能被沖起，從而造成孔底重復(fù)破碎量的增大，使破碎效率下降；同時，過多的巖粉堆積，也造成合金散熱不好，使溫度增高，耐磨性降低；有時還易引起堵水、憋泵的現(xiàn)象。但過大的泵量會沖毀巖心或孔壁，并使鉆壓下降，使鉆速降低。當(dāng)采用大泵量時，則必須給予一定的重視。

送入孔內(nèi)的沖洗液量、主要是用于清除孔底產(chǎn)生的巖粉和冷卻鉆頭。隨著沖洗液量的增加，對孔底清除巖粉和冷卻鉆頭的能力也增強(qiáng)。孔底的清潔狀態(tài)對鉆進(jìn)影響很大。把孔底破碎下來的巖屑及時沖離孔底，就為連續(xù)破碎巖石新鮮面創(chuàng)造了條件，從而避免重復(fù)破碎巖屑和無益地消耗功能。同時，孔底清潔也減少了鉆具的磨損和防止某些孔內(nèi)事故的發(fā)生。在某些比較松軟的巖層，沖洗液流可起到噴射碎巖作用（如石油鉆井中的噴射鉆井），因此，在硬合金鉆進(jìn)中，盡可能采用較大的泵量是有益的。

但是過大的泵量，使其循環(huán)流動阻力也相應(yīng)地增大，即工作泵壓增大。由于流動阻力是流量的平方成正比，所以流動阻力的增長率大大超過泵量的增長率。流動阻力的增大，一大面直接增加了沖洗泵的負(fù)荷；另一方面，過大的泵量還會帶來在軟地層沖毀巖心和孔壁的問題，并且在巖心頂端造成很大的壓力，使巖心劈裂而發(fā)生巖心堵塞，降低巖心采取率。因此泵量應(yīng)有一個合理的值。

一般說來，巖石可鉆性級別越低，轉(zhuǎn)速越大，機(jī)械鉆速越高，則所用的泵量應(yīng)越大；孔徑越大，所用的泵量也越大。沖洗液量應(yīng)保證把巖屑顆粒帶出地表。巖屑顆粒向上攜帶主要決定于上升流速（其次也與沖洗液的性能參數(shù)有關(guān)），而上升速度又與巖屑顆粒尺寸和其密度有關(guān)。清水沖洗時，上方流速不應(yīng)小于0.25 m／s，而采用泥漿作沖洗液時，上升液流速度不應(yīng)小于0.2 m／s。依此，流量可按下式來計(jì)算。Q ＝F·v

Q —泵量，m 3／s ；

F —管外環(huán)狀空間的面積，m 2 ； v—上升液流速度，m ／s。15影響地層可鉆性的因素有哪些？

一、巖石可鉆性的概念

1、巖石可鉆性的概念

巖石可鉆性是表示鉆進(jìn)過程中巖石破碎的難易程度。在鉆探生產(chǎn)中通常用機(jī)械鉆速作為衡量巖石可鉆性的指標(biāo)，單位是m／h。

2、巖石的可鉆性及可鉆性分級的意義 可鉆性及可鉆性分級是決定鉆進(jìn)效率的基本因素，也是確定巖石破碎的難易程度的綜合指標(biāo)。對鉆探生產(chǎn)非常重要，它是合理選擇鉆進(jìn)方法、鉆頭類型和結(jié)構(gòu)、鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)的依據(jù)，也是制訂鉆探生產(chǎn)定額和編制鉆探生產(chǎn)計(jì)劃的依據(jù)。

巖石的可鉆性是在一定鉆進(jìn)方法下巖石抵抗鉆頭破碎它的能力。它反映了鉆進(jìn)作業(yè)中巖石破碎的難易程度，它不僅取決于巖石自身的物理力學(xué)性質(zhì)，還與鉆進(jìn)的工藝 技術(shù)措施有關(guān)，所以它是巖石在鉆進(jìn)過程中顯示出來的綜合性指標(biāo)。由于可鉆性與許多因素有關(guān)，要找出它與諸影響因素之間的定量關(guān)系十分困難，目前國內(nèi)外仍采 用試驗(yàn)的方法來確定巖石的可鉆性。不同部門使用的鉆進(jìn)方法不同，其測定可鉆性的試驗(yàn)手段，甚至可鉆性指標(biāo)的量綱也不盡相同。例如，地勘部門在回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中以單 位時間的鉆頭進(jìn)尺（機(jī)械鉆速）作為衡量巖石可鉆性的指標(biāo)，分成12個級別，級別越大的巖石越難鉆進(jìn)；在沖擊鉆進(jìn)中常采用單位體積破碎功來進(jìn)行可鉆性分級。而在石油鉆井部門則以機(jī)械鉆速與鉆頭進(jìn)尺的乘積或微型鉆頭的鉆時作為衡量指標(biāo)，分成10個級別。

二、綜述題 每題25分。

1.鉆探工程在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中能夠發(fā)揮哪些作用？

我國人口多、資源相對不足。目前資源短缺已成為制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的‘瓶頸’。巨大的資源缺口將成為長期制約我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要因素。快速勘查發(fā)現(xiàn)礦產(chǎn)資源后備基地，確保國家經(jīng)濟(jì)安全已成為十分迫切的戰(zhàn)略任務(wù)。發(fā)深部地質(zhì)巖心鉆探關(guān)鍵技術(shù)與裝備無論是提升我國的鉆探技術(shù)水平還是滿足資源勘探的迫切需求都是非常必要的；對緩解目前資源短缺制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸、發(fā)現(xiàn)新的礦產(chǎn)地、拓展新的找礦空間實(shí)現(xiàn)資源可持續(xù)發(fā)展意義重大。” 隨著科技進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，巖土鉆掘工程在國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著越來越大的作用。已廣泛應(yīng)用于：(1)礦產(chǎn)資源勘探和部分礦產(chǎn)的開采；(2)水文地質(zhì)勘探和水井鉆；(3)工程地質(zhì)勘查和生態(tài)環(huán)境研究；

(4)地質(zhì)災(zāi)害的防治與環(huán)境治理；(5)工民建和道路橋梁的基礎(chǔ)工程；(6)國防工程及海岸工程；(7)科學(xué)鉆探。

地質(zhì)礦產(chǎn)勘探鉆進(jìn)； 水文水井鉆進(jìn)；工程地質(zhì)勘察、基礎(chǔ)工程施工鉆進(jìn)；油氣井鉆進(jìn)；

爆破孔鉆進(jìn)(采礦、物探)；科學(xué)鉆探（海洋、湖泊、大陸、環(huán)境、冰川、外星）；

地?zé)帷⒏蔁釒r鉆采；水力采礦；核廢料掩埋、二氧化碳掩埋等；

地質(zhì)災(zāi)害治理（邊坡錨固、抗滑樁、止水帷幕等）；非開挖鋪管；

文物考古鉆探；豎井鉆鑿（礦山、地下核試驗(yàn)等）； 搶險(xiǎn)救災(zāi)（地下滅火、通風(fēng)孔等）…… 2.泥漿在鉆探工程中的重要作用是什么？

鉆井液（drilling fluid）

鉆井液（原稱泥漿）是指鉆井中使用的工作流體。泥漿是廣泛使用的鉆井液，主要適用于松散、裂隙發(fā)育、易坍塌掉塊、遇水膨脹剝落等孔壁不穩(wěn)定巖層。鉆井液-其主要功能如下：

1.沖洗井底：鉆井液可在鉆頭水眼處形成高速的液流，噴向井底。這高速噴出的鉆井液可將由于鉆井液壓力與地層壓力差而被壓持在井底的巖屑沖起，起沖洗井底的作用。

2.攜帶巖屑：當(dāng)鉆井液在環(huán)空的上返速度大于巖屑的沉降速度時，鉆井液可將井中的巖屑帶出，即在一定的上返速度下，鉆井液有攜帶巖屑（簡稱攜巖）的作用。

3.平衡地層壓力：鉆井液的液柱壓力必須與地層壓力相平衡才能達(dá)到防止井噴或者鉆井液大量漏進(jìn)地層的目的。可通過調(diào)整鉆井液密度控制鉆井液的液柱壓力，使它與地層壓力相平衡。

4.冷卻與潤滑鉆頭：鉆井液可將鉆井過程中鉆具（鉆頭與鉆柱）與地層摩擦產(chǎn)生的熱帶至地面，起冷卻作用。同時，鉆井液能有效地降低鉆具與地層的摩擦，起潤滑作用。

5.穩(wěn)定井壁：可在鉆井液中加入適當(dāng)?shù)奶幚頇C(jī)，使鉆井液具有抑制頁巖膨脹和（或）分散的能力，同時產(chǎn)生薄而韌的濾餅，起穩(wěn)定井壁的作用。

6.懸浮巖屑和密度調(diào)整材料：當(dāng)停止循環(huán)時，鉆井液處于靜止?fàn)顟B(tài)，其中的膨潤土顆粒可互相聯(lián)結(jié)，形成結(jié)構(gòu)，將巖屑懸浮起來。若鉆井液中加有密度調(diào)整材料（如重晶石），則在停止循環(huán)時，鉆井液也可將它懸浮起來。鉆井液懸浮巖屑和密度調(diào)整材料的能力，可使鉆井液停止循環(huán)后易于再啟動。7.獲取地層信息：通過鉆井液攜帶出的巖屑，可以獲取地層許多信息，如油氣顯示、地層物性等。

8.傳遞功率：鉆井液可將鉆井液泵的功率經(jīng)鉆柱從鉆頭水眼高速噴射傳到井底，提高鉆頭的破巖能力，加快鉆井速度。

鉆進(jìn)過程中，用液體或氣體的連續(xù)循環(huán)把孔內(nèi)的巖

屑沖洗或吹洗出來，稱為鉆孔沖洗。沖洗用的介質(zhì)，不論是液體還是氣體習(xí)慣上都被叫做沖洗液或鉆井液(drilling fluid)。由于早期的沖洗液多為粘土與水的混合物，所以沖洗液也被籠統(tǒng)地稱做泥漿(mud)，泥漿這個術(shù)語一直沿用，現(xiàn)在還有不少人把沖洗液統(tǒng)稱為泥漿。

鉆井液作用：

懸浮和攜帶巖屑及加重劑；平衡地層壓力和井壁側(cè)壓力，穩(wěn)定井壁，防止井噴、井漏和井塌等事故的發(fā)生；

傳遞水功率，幫助和破碎巖石； 冷卻和潤滑鉆頭及鉆具； 為井下鉆具提供動力；

部分地支承鉆柱和套管的重量；

從鉆井液中獲得所鉆地層的地質(zhì)資料。冷卻、排粉、潤滑、支撐

沒有泥漿的保護(hù)，鉆井井壁會遇水膨脹、縮徑，甚至流散、垮孔。

3．為什么說上天難、入地更難？

①地表下面的溫度，壓力隨著深度的增大而不斷增大，還沒有那種工具能抵擋住這種考驗(yàn)相反，空中沒有這些阻礙，只需要足夠快的速度來擺脫地球的引力就行了

②材料自身的影響。由于鉆進(jìn)的深度加深，在起下鉆具時，鉆桿柱上部承受所有鉆桿重量，需要有很高的抗拉強(qiáng)度，而鉆桿柱的底部在鉆進(jìn)時承受壓力及回轉(zhuǎn)扭矩，對其抗彎強(qiáng)度有很高的要求，由于材料自身的限制，不可能使鉆桿無限長。但是航天中則航天器飛的高低則沒有此限制。

③鉆遇的地層復(fù)雜且不可見。由于地球的地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，尤其是在比較深的地層更是惡劣。在高溫、高壓條件下，不僅巖石堅(jiān)硬、難鉆，且?guī)r石具有一定塑性，易產(chǎn)生孔底縮徑事故，甚至在下鉆進(jìn)，找不到井眼。鉆孔的過程中會遇到各種各樣的地層，這對鉆探工程提出了比航天工程更高的要求。當(dāng)鉆遇硬巖陡斜地層時，極易產(chǎn)生鉆孔彎曲，面且隨著鉆孔的加深，鉆孔彎曲度呈指數(shù)曲線增加，從而給鉆進(jìn)工作帶來極大困難。而航天的空間無限大，可以不考慮這么多因素。④鉆探工程中設(shè)備工作條件惡劣。在一般的鉆探過程中，鉆探設(shè)備都工作在高負(fù)荷情況下。除此之外，由于要實(shí)時地對鉆探工作依據(jù)地層的變化作出相應(yīng)的調(diào)整，因此還要對工作設(shè)備準(zhǔn)確性以及可靠性作出更高的要求。采用一般化學(xué)處理劑處理的泥漿將會失掉其穩(wěn)定性，如鉆遇高壓流體，將導(dǎo)致井涌、井噴。因此鉆探設(shè)備應(yīng)同時滿足重載和實(shí)時性以及準(zhǔn)確性的要求，航天中的空間大，應(yīng)變性好，這對鉆探技術(shù)的要求比航天工程更加高了。

⑤工作設(shè)備和控制設(shè)備的通信艱難。在航天過程中，要從地面觀測和控制航天器是相對簡單的，可以直接通過無線電磁傳播即可，因?yàn)殡姶挪梢栽谡婵罩袀鞑ィ畔⒔换ミ^程中沒有很大的障礙。相反由于鉆探工程的工作設(shè)備鉆頭往往在地底下，電磁波的傳輸受到的往往很容易受到干擾，很難及時的提取到地下工作設(shè)備所反饋的信息。

⑥超井深作業(yè)難度大。比如英國研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一個小組將首次向地下鉆探到達(dá)地幔，并從那里取回樣本。這項(xiàng)令人難人置信的大工程將需要在海床上鉆通5英里(約8045米)堅(jiān)硬的巖石，其溫度最高可達(dá)298攝氏度。一旦到達(dá)那里，設(shè)備所要承受的壓力大得驚人，高達(dá)每平方英寸400萬磅(約合每平方厘米281噸)———相當(dāng)于通常重力的28.5萬倍。這相比在航天過程中受到的壓力就大得多了

4．鉆探工程中體現(xiàn)了哪些現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)進(jìn)步？ 1，先進(jìn)的地球科學(xué)、地球物理學(xué)是鉆探技術(shù)的基礎(chǔ)，這些先進(jìn)的技術(shù)充分應(yīng)用于鉆探領(lǐng)域。鉆進(jìn)的方法和施工工藝都必須根據(jù)所鉆地區(qū)地層的結(jié)構(gòu)而定。比如，在鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之時，就必須根據(jù)地質(zhì)學(xué)家提出的理想地層剖面柱狀圖來進(jìn)行；再比如鉆頭鉆具的選擇，就要根據(jù)鉆進(jìn)所遇地層來決定。還有巖石的性質(zhì)、地殼的結(jié)構(gòu)、不同地區(qū)的地質(zhì)情況等。

2，鉆探工程體現(xiàn)微電子技術(shù)。自動化巖心鉆機(jī)，體現(xiàn)了人工智能技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。現(xiàn)代先進(jìn)定向鉆進(jìn)技術(shù)更是體現(xiàn)了電子計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的先進(jìn)性。此外，鉆探需要采集地下數(shù)據(jù)，也體現(xiàn)了先進(jìn)的信號測試與傳輸技術(shù)，數(shù)據(jù)的處理，反映了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)等等。

3，現(xiàn)代先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)在鉆探中體現(xiàn)。現(xiàn)代鉆機(jī)的設(shè)計(jì)，由于先進(jìn)的設(shè)計(jì)軟件而大大提高效率。鉆探工作用各類分析軟件來對所要鉆探的地層進(jìn)行模擬，從而使獲得的信息形象化，更有利于指導(dǎo)鉆探施工的進(jìn)行。還比如現(xiàn)在很多先進(jìn)鉆探設(shè)備都配有高度智能化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來進(jìn)行控制。然后，能源技術(shù)也是與鉆探工程密切相關(guān)的技術(shù)之一。比如非開挖、隨鉆測量等先進(jìn)鉆探工藝中，某些部件必須得單獨(dú)供能，比如鉆桿中的各個傳感器，信息采集系統(tǒng)，反饋系統(tǒng)等，這樣就要求能源能在高溫高壓，或者水中供能，此外為了減少更換能源的次數(shù)縮短工期，還要求供能源要有很好的續(xù)航能力。4，鉆探工程還與空間技術(shù)，海洋技術(shù)，通訊技術(shù)，制造技術(shù)等密切相關(guān)。全液壓頂驅(qū)型地質(zhì)巖心鉆機(jī)系列比如在大洋科學(xué)鉆探工程中，要保證鉆進(jìn)過程中水平位移和鉛直位移保持穩(wěn)定，就需要多個隨動系統(tǒng)來進(jìn)行準(zhǔn)確的反饋控制，這種尖端設(shè)備就不僅僅采用一兩種技術(shù)就能實(shí)現(xiàn)的，需要結(jié)合力學(xué)，聲學(xué)，電子學(xué)以及計(jì)算機(jī)科學(xué)等等

第三篇：鉆探工程復(fù)習(xí)題

鉆探工程概論復(fù)習(xí)題

一、簡答題 每題10分

1.根據(jù)巖石的變形特性，圖示說明巖石的三種類型。

答:巖石的彈性和塑性:物體在外力作用下產(chǎn)生變形，撤消外力后，變形隨之消失，物體恢復(fù)到原來的形狀和體積的性質(zhì)稱為彈性；而外力撤消后，物體變形不能消失的性質(zhì)稱為塑性。在彈性變形階段，應(yīng)力與應(yīng)變服從虎克定律。雖然巖石（尤其是沉積巖）并非理想的彈性體，但仍可以用壓入試驗(yàn)測出的彈性模量E來滿足工程施工的需要。巖石的變形特征及其分類:彈脆性巖石, 彈塑性巖石, 高塑性和高孔隙性巖石

彈脆性巖石: 彈脆性巖石（花崗巖、石英巖、碧石鐵質(zhì)巖）在壓頭壓入時僅產(chǎn)生彈性變形，至A點(diǎn)最大載荷為Pmax處便突然完成脆性破碎，壓頭瞬時壓入，破碎穴的深度為h ［圖(a)］。這時破碎穴面積明顯大于壓頭的端面面積，即h/δ＞5。

彈塑性巖石:彈塑性巖石（大理巖、石灰?guī)r、砂巖）在壓頭壓入時首先產(chǎn)生彈性變形，然

后塑性變形。至B點(diǎn)載荷達(dá)Pmax時才突然發(fā)生脆性破碎［圖(b)］。這時破碎穴面積也大于壓頭的端面面積，而h/δ=2.5～5，即小于第一類巖石。

高塑性（粘土、鹽巖）和高孔隙性巖石（泡沫巖、孔隙石灰?guī)r）區(qū)別于前二類，當(dāng)壓頭壓入時，在壓頭周圍幾乎不形成圓錐形破碎穴，也不會在壓入作用下產(chǎn)生脆性破碎［圖(c)］，h/δ=1。

高塑性和高孔隙性巖石:高塑性（粘土、鹽巖）和高孔隙性巖石（泡沫巖、孔隙石灰?guī)r）區(qū)別于前二類，當(dāng)壓頭壓入時，在壓頭周圍幾乎不形成圓錐形破碎穴，也不會在壓入作用下產(chǎn)生脆性破碎［圖(c)］，h/δ=1。2.什么是巖石破碎的體積破碎？

答：巖石的變形破碎形式、表面破碎、疲勞破碎、體積破碎。

體積破碎： 切削具上的載荷繼續(xù)增加，接觸壓力大于或等于巖石硬度，切削具可有效地切入巖石，結(jié)果是：切削具在孔底移動時不斷克服巖石的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，切下巖屑，這種變形破壞方式稱為體積破碎，這個區(qū)稱為體積破碎區(qū)。體積破碎時，會分離出大塊巖石，破碎效果好。

(表面破碎

切削具與巖石的接觸壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于巖石硬度，切削具不能壓入巖石。切削具移動時，將研磨孔底巖石，巖石破碎是由接觸摩擦功引起的，研磨的巖石顆粒很小，鉆進(jìn)速度低。這種變形破碎方式稱為巖石的表面研磨，這個區(qū)稱為表面破碎區(qū)。

疲勞破碎

切削具上的軸向載荷增加，但接觸壓力仍小于巖石硬度，可使巖石晶間聯(lián)系破壞，巖石結(jié)構(gòu)間缺陷發(fā)展，特別是孔底受多次加載產(chǎn)生的疲勞裂隙更加發(fā)展，于是眾多裂隙交錯，仍可產(chǎn)生較粗巖粒的分離，這種變形破碎方式稱為疲勞破碎，這個區(qū)稱為疲勞破碎區(qū)。)3.什么是巖石的各向異性？對鉆進(jìn)有哪些影響？

答: 巖石根據(jù)其成因可分為巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖。如果把變質(zhì)巖分別包括在巖漿巖和沉積巖中，那么地殼里巖漿巖占95％，沉積巖僅占5％。但是以地表出露的面積計(jì)，前者只占25％，后者卻占75％。

沉積巖的主要構(gòu)造特征是在沉積形成過程中產(chǎn)生的層理。層理反映巖石成分在垂直方向向上變化的情況。層理的發(fā)生主要決定于下列原因：成分相同時顆粒大小在垂直方向上的變化，不同成分顆粒的交替和某些礦物顆粒在一定方向上的定向。層理產(chǎn)生的原因

1－成分相同，顆粒大小在垂直方向呈規(guī)律性變化； 2－不同礦物成分各層相互交替； 3－顆粒按一定方向排列； 4－一種顆粒呈規(guī)律性分布

沉積巖在平行于和垂直于層理面方向上的巖石物理力學(xué)性質(zhì)具有明顯差異，即各向異性。

變質(zhì)巖的主要構(gòu)造特征是片理。人們常常把它和層理相混起來。巖石沿平行平面分裂為薄片的能力叫做片理。片理面常常不與層理面一致。片理面發(fā)生在單向壓力作用的方向，而這種單向壓力可以和層理面成不同的角度。片理會引起巖石的各向異性。

影響:巖石的硬度具有明顯的各向異性。但層理對巖石硬度的影響正好與對巖石強(qiáng)度的影響相反。垂直于層理方向的硬度值最小，平行于層理的硬度最大，兩者之間 可相差1.05～1.8倍。巖石硬度的各向異性可以很好地解釋鉆孔彎曲的原因和規(guī)律，并可利用這一現(xiàn)象來實(shí)施定向鉆進(jìn).標(biāo)準(zhǔn)答案: 巖石在不同方向上表現(xiàn)出不同的強(qiáng)度值稱為巖石的各項(xiàng)異性。

巖石的各向異性分為兩種：一種是由于微裂縫的存在以及在不同方向上的排列，分布不同而導(dǎo)致的，這種各向異性會隨著巖石的應(yīng)力變化而變化，可稱為應(yīng)力各向異性；另一種是由于巖石顆粒的定向排列引起的，這種巖石的各向異性不會隨著巖石的應(yīng)力變化而改變。

對鉆進(jìn)的影響：

影響進(jìn)效率的：由于在不同的層理結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)出不同的強(qiáng)度性質(zhì)，在鉆進(jìn)這樣的巖石層時會加大鉆進(jìn)的工作量，因此巖石的各向異性會影響鉆進(jìn)效率。

影響鉆孔偏斜：由于存在巖石的各向異性，使得鉆桿在鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)受力不平衡的情況，使得鉆桿發(fā)生一定角度的偏斜甚至彎曲，會影響鉆孔的偏斜量。4.影響巖石硬度的因素有哪些？

答:巖石的硬度反映巖石抵抗外部更硬物體壓入（侵入）其表面的能力。巖石由各種礦物組成，強(qiáng)硬礦物多，則硬度大

因此影響巖石礦物第一個因數(shù)是礦物，硬質(zhì)礦物成分有：金剛石，剛玉，石英等 巖石的膠結(jié)方式：泥質(zhì)膠結(jié)，硬度低，鈣質(zhì)膠結(jié)和鐵質(zhì)膠結(jié)，硬度大，堅(jiān)硬，硅質(zhì)膠結(jié)，非常堅(jiān)硬

硬度與抗壓強(qiáng)度有聯(lián)系，但又有很大區(qū)別。抗壓強(qiáng)度是固體抵抗整體破壞時的阻力，而硬度則是固體表面對另一物體局部壓入或侵入時的阻力。因此，硬度指標(biāo)更接近于鉆掘過程的實(shí)際情況。因?yàn)榛剞D(zhuǎn)鉆進(jìn)中，巖石破碎工具在巖石表面移動時，是在局部侵入（可能非常微小）的同時使巖石發(fā)生剪切破碎。由前面的分析知道，工 具壓入巖石是很難的，而壓入后剪切破巖卻較容易。所以我們說，硬度對鉆掘工程而言是一個主要力學(xué)性能參數(shù)。

影響巖石硬度的因素:（1）巖石中石英及其他堅(jiān)硬礦物或碎屑含量愈多，膠結(jié)物的硬度越大，巖石的顆粒越細(xì)，結(jié)構(gòu)越致密，則巖石的硬度越大。而孔隙度高，密度低，裂隙發(fā)育的巖石硬度將會降低。（2）巖石的硬度具有明顯的各向異性。但層理對巖石硬度的影響正好與對巖石強(qiáng)度的影響相反。垂直于層理方向的硬度值最小，平行于層理的硬度最大，兩者

之間 可相差1.05～1.8倍。巖石硬度的各向異性可以很好地解釋鉆孔彎曲的原因和規(guī)律，并可利用這一現(xiàn)象來實(shí)施定向鉆進(jìn)。（3）在各向均勻壓縮的條件下，巖石的硬度增加。在常壓下硬度越低的巖石，隨著圍壓增大，其硬度值增長越快。（4）一般而言，隨著加載速度增加，將導(dǎo)致巖石的塑性系數(shù)降低，硬度增加。但當(dāng)沖擊速度小于10m/s時，硬度變化不大。加載速度對低強(qiáng)度、高塑性及多孔隙巖石硬度的影響更顯著。

5.鉆探技術(shù)的基本構(gòu)成是什么？ 鉆井技術(shù)理論主要內(nèi)容

設(shè)備：鉆孔施工所使用的地面設(shè)備總稱。包括鉆探機(jī)、動力機(jī)、泥漿泵、鉆塔等。工藝：取心鉆探技術(shù)，無巖心鉆探技術(shù)，多介質(zhì)反循環(huán)鉆探技術(shù)，其它反循環(huán)鉆探技術(shù)，水文水井鉆探技術(shù)

巖石與鉆頭,井眼軌道設(shè)計(jì)與控制,鉆井液,優(yōu)選參數(shù)鉆井,油氣井壓力預(yù)測與控制, 固井與完井,特殊復(fù)雜井鉆井技術(shù)’

理論基礎(chǔ)：地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)、礦物巖石學(xué)、地層學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、鉆探工程、工程地質(zhì)、工程與環(huán)境物探、鉆探機(jī)械、6.簡述硬質(zhì)合金鉆頭的碎巖機(jī)理（文字與簡圖）

答：與刀具（切削類似）相聯(lián)系：

利用鑲焊在鉆頭體上的硬質(zhì)合金切削具，作為破碎巖石的工具，這種鉆進(jìn)方法通稱為硬質(zhì)合金鉆進(jìn)。

利用鑲焊在鉆頭體上的硬質(zhì)合金切削具，作為破碎巖石的工具，這種鉆進(jìn)方法通稱為硬質(zhì)合金鉆進(jìn)。顯然，它是以破碎巖石的切削研磨材料而命名的。這類命名方式還有：金剛石鉆進(jìn)、鋼粒鉆進(jìn)等。

硬質(zhì)合金是一種堅(jiān)硬材料，前面已經(jīng)討論過。但在實(shí)際使用中，硬質(zhì)合金鉆進(jìn)只適用于鉆進(jìn)中等硬度以下的地層，即可鉆性1 ～7 級和部分8 級地層。若在更為堅(jiān)硬的巖層中鉆進(jìn)，則切削效果很差，切削具磨損很快或易折斷而迅速失去鉆進(jìn)能力。當(dāng)前，軟的和中硬以下的地層，尤其是土層的鉆孔工作，主要靠硬質(zhì)合金鉆進(jìn)。鉆頭上切削具切入巖石的必要條件是：切削具與巖石接觸面上的單位壓力必須大于（或最小等于）巖石的抗壓入硬度，即：

式中Py ——單個切削具上的軸向壓力；

S0 ——切削具與巖石的接觸面積；

Hr ——巖石的抗壓入硬度。

Py ≥S0Hr 是切削具切入巖土的必要條件。否則，切削具在井底就不能切入巖土，碎巖過程只能是切削具對巖土的表面磨蝕，碎巖效果很差。因此，在硬質(zhì)合金鉆進(jìn)中，必須有足以使切削具切入巖石的軸向壓力。

7.金剛石鉆頭有哪些主要類型？

答：合理選擇金剛石鉆頭

選用不當(dāng)存在的問題：

選用的一般原則：孕鑲鉆頭：堅(jiān)硬、致密、弱研磨性（優(yōu)質(zhì)金剛石、較低的金剛石濃度），均勻性差、完整度差、破碎地層（金剛石濃度高、胎體硬度大）；表鑲鉆頭：硬度較低、完整巖層；PCD或PDC鉆頭：中硬及中硬以下巖石。從鉆頭唇面形狀：巖石堅(jiān)硬、致密、研磨性小者，應(yīng)選擇接觸面積小的同心的或交錯的尖齒形或梯齒形唇面；鉆裂隙的、軟硬互層、研磨性的巖層，應(yīng)用內(nèi)外徑補(bǔ)強(qiáng)、耐磨性好的半圓唇面；當(dāng)鉆進(jìn)傾角大、易斜的巖層，應(yīng)選用階梯形或錐形唇面，以便鉆頭起導(dǎo)正作用。

賀鑫答案：金剛石鉆頭按其制造方法不同，可分為燒結(jié)法和電鍍法兩種。金剛石鉆頭按包鑲形式的不同，可分為表鑲鉆頭與孕鑲鉆頭兩種 1.表鑲鉆頭

金剛石分布在胎體表面上，當(dāng)其刃角磨鈍后可回收復(fù)用。鉆頭按金剛石粒度分粗、中、細(xì)三種：5～20粒/克拉的為粗粒鉆頭；20～40粒/克拉的為中粒鉆頭；40～100粒/克拉的為細(xì)粒鉆頭。一般情況下，細(xì)粒鉆頭適用于鉆進(jìn)致密、堅(jiān)硬地層。金剛石都是用天然品。硬度較低、完整巖層；

2.孕鑲鉆頭

金剛石不只是分布在胎體表面上，而且，還分布于胎體內(nèi)部的一定層厚中。金剛石是10～80目的天然粉級品或60～129目JR4級的人造品。含金剛石的胎體層稱為工作層。鉆進(jìn)時，隨著胎體的磨損，金剛石切刃才不斷露出，舊切刃失去工作能力或脫掉，新切刃相繼出露參加工作。因此，孕鑲鉆頭可保持穩(wěn)定的鉆速，應(yīng)用范圍較廣。它堅(jiān)硬、致密、弱研磨性（優(yōu)質(zhì)金剛石、較低的金剛石濃度），均勻性差、完整度差、破碎地層（金剛石濃度高、胎體硬度大）；

3.還有一種“多層鉆頭”。它是孕鑲鉆頭的變種形式，與孕鑲的區(qū)別是胎體內(nèi)部的金剛石分成幾層并有一定排列方式。

鉆頭按金剛石成因分類，可分為天然金剛石鉆頭(表鑲)和人造金剛石鉆頭(都是孕鑲)。此外，還有一種聚晶金剛石鉆頭，金剛石的鑲焊屬于表鑲，但在工作時卻起孕鑲鉆頭作用。它用于鉆進(jìn)較軟和研磨性強(qiáng)巖層，可得到很高的鉆速。8.地質(zhì)巖心鉆探與油氣井鉆探的主要區(qū)別在哪里？

答:地質(zhì)巖新鉆探指地質(zhì)勘查鉆探，主要目的是鉆取地下巖石的巖心，以供科學(xué)研究。油氣井鉆探的目的是抽取石油和天然氣。在鉆井工藝上有很大區(qū)別，油氣井鉆探相對復(fù)雜。

主要區(qū)別有以下幾點(diǎn)： 1.鉆孔的直徑：

Hole：孔，用于地質(zhì)鉆探，孔比較小，用于勘察，勘探 Well：井，用于油氣井鉆探，孔比較大，往往還要用于生產(chǎn) 2.鉆孔的深度：

鉆探：比較淺，油氣井：比較深，技術(shù)有，成本高 3.低層情況：

鉆探：地層比較復(fù)雜，低層遇到的種類比較多 油氣井：一般低層地層單一。

9.空氣鉆進(jìn)技術(shù)有哪些優(yōu)點(diǎn)？

答: 1：空氣是低密度介質(zhì)，無液注壓力，對流體礦產(chǎn)很重要，對保護(hù)儲層、產(chǎn)層很有利；2：空氣鉆進(jìn)也可采用一些氣動工具來提高碎巖效率。

空氣鉆井是一種特殊的欠平衡鉆井技術(shù)。它是將壓縮空氣既作為循環(huán)介質(zhì)，攜帶巖屑，又作為破碎巖石的能量。

空氣鉆井的優(yōu)勢在于：1.顯著提高機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期；2.井底清洗及冷卻條件好，延長了鉆頭使用壽命，節(jié)省了鉆頭用量；3.使用空氣錘鉆頭鉆壓小、轉(zhuǎn)速低、扭矩小，防斜效果更加良好；4.可有效避免井漏等井下復(fù)雜情況的發(fā)生，有利于環(huán)境保護(hù)。

空氣鉆井的缺點(diǎn)主要在兩個方面：一是空氣鉆井是欠平衡鉆井，因而當(dāng)遇到地層出水、油氣侵顯示時，便不能夠平衡地層壓力，要立即轉(zhuǎn)換成鉆井液鉆井方式。所以即使在空氣鉆井時也要配置好壓井泥漿，隨時準(zhǔn)備轉(zhuǎn)換鉆井方式。二是空氣鉆井費(fèi)用高，空氣鉆井每天耗油量是8噸至10噸。

空氣鉆井時可用三牙輪鉆頭，也可以用PDC鉆頭鉆進(jìn)，但一般采用空氣錘鉆頭鉆進(jìn)，效果更佳。

氣錘鉆頭是由空氣錘和空氣鉆頭兩部分組成，高壓氣體通過鉆桿進(jìn)入空氣錘鉆頭，一部分高壓空氣從空氣錘中心通孔到鉆頭水眼吹出，用于攜帶巖屑，另一部分高壓空氣進(jìn)入空氣錘環(huán)形空間氣室用于推動空氣錘內(nèi)活塞上下運(yùn)動做功，從而對井底巖石進(jìn)行高頻沖擊，使巖石發(fā)生體積破碎,實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)沖擊式快速鉆進(jìn)。

空氣鉆井時，鉆臺上的立壓、懸重、扭矩、轉(zhuǎn)盤這些工程參數(shù)可正常采集。而泵沖、電導(dǎo)、溫度、密度、池體積、流量等這些與鉆井液鉆井相關(guān)的傳感器均無法安裝、無法采集。

10.什么是鉆孔結(jié)構(gòu)（也稱井身結(jié)構(gòu)）？

答:鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是與鉆進(jìn)有關(guān)的，所有工程計(jì)算的基礎(chǔ)。鉆孔結(jié)構(gòu)是指鉆孔由開孔至終孔，鉆孔剖面中各孔段的深度和口徑的變化情況。一般來說，換徑次數(shù)越多、鉆孔結(jié)構(gòu)越復(fù)雜；換徑次數(shù)越少，鉆孔結(jié)構(gòu)越簡單。在可能情況下，應(yīng)使鉆孔結(jié)構(gòu)盡量簡單.鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù):鉆孔的用途和目的；．該地層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖石物理力學(xué)性質(zhì)； 鉆孔的設(shè)計(jì)深度和鉆孔的方位方向、頂角方向；必需的終孔直徑；鉆進(jìn)方法、鉆探設(shè)備參數(shù)

鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容:確定各巖層的鉆進(jìn)方法；確定鉆孔終孔直徑； 確定套管層次、下放深度和套管直徑；擬定孔身直徑和開孔直徑。

11.套管在鉆探工程中起什么作用？

答:保護(hù)孔壁，支撐孔壁防止倒塌，為鉆探提供通道

在鉆探施工過程中，套管用途很廣。鉆進(jìn)復(fù)雜地層時，用套管護(hù)壁堵漏，可保證正常鉆進(jìn)。巖心鉆探抽水試驗(yàn)孔可用套管進(jìn)行止水，保證抽水資料的準(zhǔn)確性。長期水文觀測和開采孔，可用套管作為出水的通道。

下多層套管的目的主要是考慮一下幾個方面：

一、每口井至少有兩層套管;必須下表層套管，目的是保護(hù)淺部地層特別是地層水不受污染；

二、通常每口井鉆進(jìn)時所穿越的地層存在多個壓力系統(tǒng)，鉆井行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定同一裸眼井段上下地層壓力系數(shù)差不得超過0.4；

三、如果同一裸眼井段上下壓力系數(shù)相差太大，無法進(jìn)行鉆井施工，會出現(xiàn)上漏下噴，必須將上部薄弱地層下套管封住；

四、對于特別復(fù)雜的地層，如容易縮徑和蠕變的石膏鹽地層為減少卡鉆等事故復(fù)雜，多下層套管可減少鉆井施工的難度和縮短鉆井周期，經(jīng)評估有可能還降低鉆井成本。

12.鉆探設(shè)備包括哪些主要內(nèi)容？

答: 鉆探設(shè)備是指用于鉆探施工這種特定工況的機(jī)械裝置和設(shè)備，主要由鉆機(jī)、泥漿泵及泥漿攪拌機(jī)泥漿凈化設(shè)備、鉆塔等組成。通常，主要類型的鉆探設(shè)備均由鉆機(jī)、鉆塔－桅桿、泥漿泵等三部分構(gòu)成。當(dāng)然，對于一些大型鉆探設(shè)備來講，劃分得可能會更細(xì)一點(diǎn)，如石油鉆機(jī)就號稱8大件：井架、天車、游動滑車、大鉤、水龍頭、絞車、轉(zhuǎn)盤、泥漿泵。（鉆探設(shè)備必須滿足不同鉆進(jìn)工藝方法，但隨著工藝方法的變化，鉆探設(shè)備通常只是就設(shè)備的某一部分進(jìn)行改造即可滿足新工法的要求，而考慮到工藝方法的多樣性，鉆探設(shè)備的多功能/多用途已經(jīng)越來越成為新型鉆機(jī)設(shè)計(jì)時所重點(diǎn)考慮的技術(shù)關(guān)鍵。）鉆機(jī)：是完成鉆進(jìn)施工的主機(jī)，它帶動鉆具和鉆頭向底層深部鉆進(jìn)，并通過鉆機(jī)上的升降機(jī)來完成起下鉆具和套管、提取巖心、更換鉆頭等輔助工作。鉆塔的主要功能：起下鉆具（套管）、減壓鉆進(jìn)時懸掛鉆具、處理孔內(nèi)事故并為空中作業(yè)提供平臺。

泵的主要功能是：向孔內(nèi)輸送沖洗液以及清洗底孔、冷卻鉆頭和潤滑鉆具。通常，主要類型的鉆探設(shè)備均由鉆機(jī)、鉆塔－桅桿、泥漿泵等三部分構(gòu)成。

1.鉆機(jī)：鉆機(jī)（drill）是在地質(zhì)勘探中，帶動鉆具向地下鉆進(jìn)，獲取實(shí)物地質(zhì)資料的機(jī)械設(shè)備。又稱鉆探機(jī)。主要作用是帶動鉆具破碎孔底巖石，下入或提出在孔內(nèi)的鉆具。可用于鉆取巖心、礦心、巖屑、氣態(tài)樣、液態(tài)樣等，以探明地下地質(zhì)和礦產(chǎn)資源等情況。主要分類：潛孔鉆機(jī) 鑿巖鉆機(jī) 全液壓一體機(jī) 探礦鉆機(jī)

2.鉆塔：鉆塔是一種具有一定高度和跨度的金屬桁架，是鉆井設(shè)備的重要組成部分，分為天車、塔身主體、二層臺、起塔架、副腿、底盤六個主要部分（可以根據(jù)實(shí)際需要增減結(jié)構(gòu)部分），鉆塔在鉆井過程中，用于安放和懸掛提升系統(tǒng)，承受鉆具重量，存放鉆桿或鉆鋌等，必須具有足夠的承載能力、強(qiáng)度、剛度、整體穩(wěn)定性和必要的操作使用空間。系列鉆塔從結(jié)構(gòu)上分為單管兩腳塔、三角塔、四角塔、A型塔、K型塔、桅桿型塔、門字型塔、動態(tài)型塔等；從起塔方式上分為液壓式、機(jī)械式、組裝式、伸縮式、折疊式等；從鉆塔工作角度上分為直立式和傾斜式；從選材上分為角鋼塔、管子塔、型鋼塔；從安裝型式分為散裝型、整體車裝型等；從用途上分為石油鉆井、水文鑿井、巖土工程、地質(zhì)找礦、煤

田勘探、工程勘察等；從提升有效高度上分為8米~55米；從提升能力上分為5噸到1000噸等。

3.泥漿泵：鉆探過程中﹐向鉆孔里輸送泥漿或水等沖洗液的機(jī)械。泥漿泵是鉆探設(shè)備的重要組成部分。在常用的正循環(huán)鉆探中﹐它是將地表沖洗介質(zhì)──清水﹑泥漿或聚合物沖洗液在一定的壓力下﹐經(jīng)過高壓軟管﹑水龍頭及鉆桿柱中心孔直送鉆頭的底端﹐以達(dá)到冷卻鉆頭﹑將切削下來的巖屑清除并輸送到地表的目的。常用的泥漿泵是活塞式或柱塞式的﹐由動力機(jī)帶動泵的曲軸回轉(zhuǎn)﹐曲軸通過十字頭再帶動活塞或柱塞在泵缸中做往復(fù)運(yùn)動。在吸入和排出閥的交替作用下﹐實(shí)現(xiàn)壓送與循環(huán)沖洗液的目的。

13.什么是正循環(huán)鉆進(jìn)？什么是反循環(huán)鉆進(jìn)？反循環(huán)的形式有多少種？

答：正循環(huán)：沖洗液或壓縮空氣通過鉆桿柱中間的內(nèi)孔送到孔底，然后攜帶孔底已破碎的巖屑沿著孔壁與鉆桿柱外表面的環(huán)狀間隙流回到地表，把巖屑排到地面。反循環(huán)鉆進(jìn)與傳統(tǒng)的正循環(huán)鉆進(jìn)相反，沖洗液自供水池，經(jīng)過井口和鉆桿與孔壁環(huán)狀間隙，以自流方式流到孔底，然后攜帶巖粉通過鉆桿內(nèi)孔返回井口，并經(jīng)過水接頭和排渣管排到供水池，經(jīng)沉淀澄清后重新流入孔內(nèi)。

反循環(huán)鉆進(jìn)按照產(chǎn)生沖洗液上升流動的方式不同，可分為地表噴射反循環(huán)，泵吸反循環(huán)和氣舉反循環(huán)三種方式。

隨著生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對鉆孔直徑的要求越來越大，如何解決鉆進(jìn)中，取心和排除孔內(nèi)大量巖粉就成為突出的問題。五十年代初期，國外最早采用泵吸反循環(huán)鉆進(jìn)方法，使鉆進(jìn)效率提高2 —15 倍，鉆進(jìn)成本大幅度降低。這一成果發(fā)表后，引起世界各國的重視，目前反循環(huán)鉆進(jìn)方法已為世界許多國家所采用，并取得顯著經(jīng)濟(jì)效益。

我國七十年代初期開始研試大口徑反循環(huán)鉆進(jìn)，并取得鉆速高、成本低、搬遷操作方便等較好的效果。

14.鉆進(jìn)參數(shù)主要有哪些？各自起到什么作用？

答：(一)鉆具轉(zhuǎn)速

進(jìn)行沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時，鉆具回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的高低，主要是根據(jù)所鉆巖石的性質(zhì)，所用磨料的種類，以及沖擊器沖擊功的大小和沖擊頻率的高低等因素進(jìn)行確定。

以塊柱狀硬質(zhì)合金為磨料的鉆頭，鉆進(jìn)硬巖層或鉆進(jìn)強(qiáng)研磨性巖層時由于破碎巖石的主導(dǎo)作用是沖擊載荷，所以鉆具的回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速應(yīng)在20～80r/min之間。所鉆的巖石越硬，其鉆具的回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速應(yīng)越低。

鉆進(jìn)較軟巖石或鉆進(jìn)裂隙發(fā)育的巖石時，由于沖擊破碎巖石的作用并不大，而是以回轉(zhuǎn)切削破碎巖石為主。所以應(yīng)提高鉆具的轉(zhuǎn)速，一般可在80～300r/min之間。

選擇鉆具轉(zhuǎn)速除考慮上述所說的巖石性質(zhì)外，還要考慮沖擊器的性能狀況。如沖擊器的沖擊功較大時，可適當(dāng)?shù)奶岣咩@具轉(zhuǎn)速；反之，應(yīng)降低鉆具的轉(zhuǎn)速，同樣。沖擊器的沖擊頻率較高時，鉆具的轉(zhuǎn)速也應(yīng)適當(dāng)增加；反之，應(yīng)適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速。

各種巖石都有它的最優(yōu)沖擊間距值，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一般可鉆性為6～7級的巖石，S=10～15mm；7～8級，S=8～10mm；9～10級，S=5～8mm，較為適宜。

進(jìn)行針狀硬質(zhì)合金鉆進(jìn)時。鉆具的轉(zhuǎn)速不應(yīng)低于200r/min。一般為200～300r/min。

進(jìn)行金剛石沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時，為了充分發(fā)揮金剛石磨削破碎巖石的作用以提高鉆進(jìn)效率，鉆具的轉(zhuǎn)速應(yīng)在600r/min以上(二)鉆壓

液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)鉆頭上施加的軸向壓力有兩個方面的作用：一是在巖石中造成一定的預(yù)加應(yīng)力以及回轉(zhuǎn)時切入巖石，以提高破碎巖石的效果；另一個作用是克服沖擊器工作時所產(chǎn)生的反彈力，以減少沖擊能量的傳遞損失。圖 5-38 軸向壓力與回次進(jìn)尺的關(guān)系

P–軸壓，×9.8N；H–平均回次長度，m

鉆進(jìn)較軟巖石時，由于巖石的抗破碎強(qiáng)度較低，基本上是以回轉(zhuǎn)剪切作用為主進(jìn)行破碎巖石。為充分發(fā)揮回轉(zhuǎn)切削巖石的作用，應(yīng)采用較大的軸向壓力。一般可控制在8000N左右

鉆進(jìn)較硬巖石時，由于巖石的抗破碎強(qiáng)度較高，基本上是以沖擊載荷的作用進(jìn)行破碎巖石，故所采用的軸向壓力應(yīng)小一些。一般可控制在4000～6000N范圍之間。

如果所施加軸向壓力過大，不但會造成硬質(zhì)合金過早磨損，甚至?xí)a(chǎn)生崩刃或崩脫，會導(dǎo)致鉆進(jìn)效率降低。但壓力也不宜過小，過小的壓力不能克服沖擊器所產(chǎn)生的反彈力，將降低沖擊能量的傳遞效率，同樣也會降低鉆進(jìn)效率。(三)泵量與泵壓

由于沖擊器是以高壓液流為動力。推動沖錘進(jìn)行工作。所以沖洗液不僅是為了冷卻鉆頭和沖洗巖粉，而且對鉆頭的工作性能也有決定性影響。它直接影響沖擊頻率的高低和沖擊功的大小，即隨著泵量的增加，沖擊頻率及沖擊功也相應(yīng)得到增加。

只要地層允許(沖洗液上返流速不大于所鉆地層的要求)、水泵工作性能正常，應(yīng)盡量滿足沖擊器工作時的水量。同時還應(yīng)加大一部分泵量，以補(bǔ)充管路各接頭處的泄漏損失。

15.影響地層可鉆性的因素有哪些？

答：巖石的可鉆性是在一定鉆進(jìn)方法下巖石抵抗鉆頭破碎它的能力。它反映了鉆進(jìn)作業(yè)中巖石破碎的難易程度，它不僅取決于巖石自身的物理力學(xué)性質(zhì)，還與鉆進(jìn)的工藝 技術(shù)措施有關(guān)，所以它是巖石在鉆進(jìn)過程中顯示出來的綜合性指標(biāo)。由于可鉆性與許多因素有關(guān)，要找出它與諸影響因素之間的定量關(guān)系十分困難，目前國內(nèi)外仍采 用試驗(yàn)的方法來確定巖石的可鉆性。不同部門使用的鉆進(jìn)方法不同，其測定可鉆性的試驗(yàn)手段，甚至可鉆性指標(biāo)的量綱也不盡相同。例如，地勘部門在回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中以單 位時間的鉆頭進(jìn)尺（機(jī)械鉆速）作為衡量巖石可鉆性的指標(biāo)，分成12個級別，級別越大的巖石越難鉆進(jìn)；在沖擊鉆進(jìn)中常采用單位體積破碎功來進(jìn)行可

鉆性分級。而在石油鉆井部門則以機(jī)械鉆速與鉆頭進(jìn)尺的乘積或微型鉆頭的鉆時作為衡量指標(biāo)，分成10個級別。

二、綜述題 每題25分。

1.鉆探工程在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中能夠發(fā)揮哪些作用？

①地質(zhì)普查或勘探鉆孔用于了解地質(zhì)構(gòu)造、找礦或探明礦產(chǎn)儲量；②水文地質(zhì)鉆孔，勘察地下水文地質(zhì)情況；③水井，為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防及生活而開發(fā)利用或補(bǔ)給地下水資源并有充實(shí)水文地質(zhì)資料作用；④工程地質(zhì)鉆孔，勘察或?yàn)榻ㄖS基、壩址、水庫、橋梁及道路等探明工程基礎(chǔ)狀況；⑤石油鉆井，勘查和開發(fā)石油、天然氣；⑥地?zé)徙@孔，勘探和開發(fā)地下熱水與蒸氣資源；⑦工程基礎(chǔ)施工鉆孔，為加固處理建筑工程基礎(chǔ)而應(yīng)用的基礎(chǔ)樁或管樁所施工的鉆孔；⑧開發(fā)鉆孔，開采地下鹵水、溶解巖鹽、硫磺、燃燒氣化地下煤炭等；⑨采礦或隧道等工程的輔助鉆孔，采礦或隧道施工時為通風(fēng)、排水、探水、探氣、凍結(jié)、運(yùn)輸以及建筑和通訊安裝管線、爆破、取樣、灌漿等所施工的鉆孔。我國是世界上最早開展鉆探工程的國家，據(jù)文字記載，兩千多年前，在四川內(nèi)陸地區(qū)就開始鑿井求鹽。隨著科學(xué)技術(shù)與國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鉆探工程技術(shù)日益得到迅速發(fā)展和提高，其應(yīng)用范圍也越來越廣泛

鉆進(jìn)技術(shù)的用途鉆進(jìn)技術(shù)的主要應(yīng)用范圍有：地質(zhì)勘察鉆探。為探明礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造，礦體的產(chǎn)狀、品位、估計(jì)礦體儲量，為礦產(chǎn)開發(fā)提供必要的地質(zhì)資料。水文地質(zhì)鉆探。查明地下水狀態(tài)、水質(zhì)、水量及其運(yùn)動規(guī)律等水文地質(zhì)資料。工程地質(zhì)鉆探。為查明橋基、壩基、路基或水庫、港口、大型設(shè)備、高層建筑的地質(zhì)基礎(chǔ)和地基承載能力等而進(jìn)行的專門鉆探工作。油、氣田鉆探。為勘探石油及天燃?xì)獾鹊V產(chǎn)而進(jìn)行的鉆探工作。油氣田鉆探通常也簡稱為石油鉆井。

老師答案：地質(zhì)礦產(chǎn)勘探鉆進(jìn)；水文水井鉆進(jìn)；工程地質(zhì)勘察、基礎(chǔ)工程施工鉆進(jìn)；

油氣井鉆進(jìn)；爆破孔鉆進(jìn)(采礦、物探)； 科學(xué)鉆探（海洋、湖泊、大陸、環(huán)境、冰川、外星）；

地?zé)帷⒏蔁釒r鉆采；水力采礦；核廢料掩埋、二氧化碳掩埋等；地質(zhì)災(zāi)害治理（邊坡錨固、抗滑樁、止水帷幕等）；非開挖鋪管；文物考古鉆探；豎井鉆鑿（礦山、地下核試驗(yàn)等）； 搶險(xiǎn)救災(zāi)（地下滅火、通風(fēng)孔等）??

2.泥漿在鉆探工程中的重要作用是什么？

答: 鉆進(jìn)過程中，用液體或氣體的連續(xù)循環(huán)把孔內(nèi)的巖屑沖洗或吹洗出來，稱為鉆孔沖洗。沖洗用的介質(zhì)，不論是液體還是氣體習(xí)慣上都被叫做沖洗液或鉆井液(drilling fluid)。由于早期的沖洗液多為粘土與水的混合物，所以沖洗液也被籠統(tǒng)地稱做泥漿(mud)，泥漿這個術(shù)語一直沿用，現(xiàn)在還有不少人把沖洗液統(tǒng)稱為泥漿。

鉆井液的作用: 懸浮和攜帶巖屑及加重劑；平衡地層壓力和井壁側(cè)壓力，穩(wěn)定井壁，防止井噴、井漏和井塌等事故的發(fā)生；傳遞水功率，幫助和破碎巖石； 冷卻和潤滑鉆頭及鉆具；為井下鉆具提供動力；部分地支承鉆柱和套管的重量； 從鉆井液中獲得所鉆地層的地質(zhì)資料。

3．為什么說上天難、入地更難？

答:

油井領(lǐng)域--技術(shù)最難點(diǎn)--地質(zhì)導(dǎo)向鉆井，深海鉆井，井下精確定方位。碳酸鹽巖地層裂縫發(fā)育帶鉆井取心難保證取心收獲率；碳酸鹽巖地層裂縫發(fā)育帶地層鉆井中較難防止井漏；油井開采過程中,無法解決的砂,蠟,垢,腐蝕對油井及流程管線的影響,造成的油井抽油桿偏磨等引起油井檢泵周期較短.低孔低滲油藏，提高采收率！1.鉆遇的地層復(fù)雜且不可見。由于地球的地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，尤其是在比較深的地層更是惡劣。而鉆探工程的主要目的是鉆孔，鉆深孔，在鉆孔的過程中會遇到各種各樣的地層，這對鉆探工程提出了比航天工程更高的要求。例如遇到極其堅(jiān)硬的地層，對鉆頭的考驗(yàn)就比較大了，若是地層偏斜還要防止鉆孔偏斜彎曲的問題，若是遇到比較疏松的地層往往還要防止其倒塌，加上地層中有地下水層或者含腐蝕性的化學(xué)物質(zhì)等諸多復(fù)雜惡劣的情況，使得鉆探工程的難度更大。

2.鉆探工程中設(shè)備工作條件惡劣。在一般的鉆探過程中，鉆探設(shè)備都工作在高負(fù)荷情況下。除此之外，由于要實(shí)時地對鉆探工作依據(jù)地層的變化作出相應(yīng)的調(diào)整，因此還要對工作設(shè)備準(zhǔn)確性以及可靠性作出更高的要求。因此鉆探設(shè)備應(yīng)同時滿足重載和實(shí)時性以及準(zhǔn)確性的要求，這對鉆探技術(shù)的要求比航天工程更加高了。

3.工作設(shè)備和控制設(shè)備的通信艱難。在航天過程中，要從地面觀測和控制航天器是相對簡單的，可以直接通過無線電磁傳播即可，因?yàn)殡姶挪梢栽谡婵罩袀鞑ィ畔⒔换ミ^程中沒有很大的障礙。相反由于鉆探工程的工作設(shè)備鉆頭往往在地底下，電磁波的傳輸受到的往往很容易受到干擾，很難及時的提取到地下工作設(shè)備所反饋的信息。

4.超井深作業(yè)難度大。比如英國研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一個小組將首次向地下鉆探到達(dá)地幔，并從那里取回樣本。這項(xiàng)令人難人置信的大工程將需要在海床上鉆通5英里(約8045米)堅(jiān)硬的巖石，其溫度最高可達(dá)298攝氏

度。一旦到達(dá)那里，設(shè)備所要承受的壓力大得驚人，高達(dá)每平方英寸400萬磅(約合每平方厘米281噸)———相當(dāng)于通常重力的28.5萬倍。這相比在航天過程中受到的壓力就大得多了

(世界上最深的鉆孔是前蘇聯(lián)的SG-3孔，終孔深度達(dá)12261m，其次為德國KTB孔，其終孔孔深度為9101m，二孔皆因發(fā)生嚴(yán)重的孔內(nèi)事故（嚴(yán)重孔斜、卡鉆、埋卡、縮徑使下鉆找不到井眼）而迫終孔，我們應(yīng)引以為戒。萬米科學(xué)深鉆是一項(xiàng)高難度的高新技術(shù)工程，在結(jié)晶巖中鉆進(jìn)的主要難點(diǎn)是：

1在萬米深井中，在高溫、高壓條件下，不僅巖石堅(jiān)硬、難鉆，且?guī)r石具有一定塑性，易產(chǎn)生孔底縮徑事故，甚至在下鉆進(jìn)，找不到井眼，國外超深井鉆進(jìn)出現(xiàn)過類似事件。

2由于科學(xué)鉆井往往需要全孔連續(xù)取樣，勢必占用大量升降作業(yè)時間，導(dǎo)致施工周期明顯增大。

3對鉆桿柱的性能有更高的要求，在起下鉆具時，鉆桿柱上部承受萬米鉆桿重量，需要有很高的抗拉強(qiáng)度，而鉆桿柱的底部在鉆進(jìn)時承受壓力及回轉(zhuǎn)扭矩，對其抗彎強(qiáng)度有很高的要求，一旦發(fā)生鉆桿折斷事故，處理起來相當(dāng)困難，勢必占用大量時間。

4在高溫、高壓條件下，采用一般化學(xué)處理劑處理的泥漿將會失掉其穩(wěn)定性，在復(fù)雜地層中鉆進(jìn)時，井壁失穩(wěn)，產(chǎn)生事故。

5當(dāng)采用井底液動鉆具（渦輪鉆、螺桿鉆、液動潛孔錘）鉆進(jìn)時，在萬米鉆桿中產(chǎn)生相當(dāng)大的鉆井液壓力損失，對鉆井泵有更高的要求；由于鉆具中密封圈受熱膨脹易損，對其材質(zhì)有更高要求；在背壓很大的情況下，液動潛孔錘啟動困難。

6超深硬巖鉆進(jìn)中，當(dāng)鉆遇硬巖陡斜地層時，極易產(chǎn)生鉆孔彎曲，面且隨著鉆孔的加深，鉆孔彎曲度呈指數(shù)曲線增加，從而給鉆進(jìn)工作帶來極大困難。深鉆硬巖鉆進(jìn)防斜、糾斜是一大難題。

7在超深鉆進(jìn)時，如鉆遇高壓流體，將導(dǎo)致井涌、井噴；當(dāng)鉆遇漏失進(jìn)，將出現(xiàn)鉆井液漏失。)4．鉆探工程中體現(xiàn)了哪些現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)進(jìn)步？

鉆探工程的發(fā)展融合的國民經(jīng)濟(jì)各方面技術(shù)的發(fā)展，鉆探設(shè)備的很多方面都應(yīng)用了國內(nèi)國際最先進(jìn)的發(fā)展水平。因此鉆探工程的發(fā)展也推動了現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步。首先：頂部驅(qū)動（大動率，特殊性能的電動機(jī)發(fā)展）。其次： 鉆桿方面的發(fā)展，體現(xiàn)了現(xiàn)代工業(yè)對材料的合理選擇、新材料的開發(fā)、其性能的調(diào)整等諸多方面起了很大的推動作用；鉆進(jìn)方法改進(jìn)，如金剛石鉆頭的應(yīng)用；

最后鉆探工程是一門綜合性的應(yīng)用技術(shù)學(xué)科，它的發(fā)展對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展作用十分巨大，同時對現(xiàn)代工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步也起到了很大的推進(jìn)作用。

國外近十年來發(fā)展的主要鉆井技術(shù)：水平井；大位移井；小井眼鉆井；欠平衡鉆井

頂部驅(qū)動；連續(xù)油管鉆井；隨鉆測量/地質(zhì)導(dǎo)向；自動化（閉環(huán)）鉆井。電驅(qū)動鉆機(jī)和頂驅(qū)系統(tǒng)的應(yīng)用正在逐步推廣，電驅(qū)動鉆機(jī)占鉆機(jī)總數(shù)的百分比已達(dá)23%，1993年全世界裝備了約350套頂驅(qū)系統(tǒng)。90年代初國外商業(yè)應(yīng)用了連續(xù) 軟管鉆井裝置，到1995年中期，全世界連續(xù)管作業(yè)裝置達(dá)614套，其中相當(dāng)一部分用于鉆井。鈦合金鉆桿。高達(dá)48米的我國首臺9000米交流變頻超深井石油鉆機(jī)2005年12月9日在陜西寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司通過專家評審驗(yàn)收，這是我國自行研制開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的第一臺9000米超深井鉆機(jī)，標(biāo)志著我國在超深井石油鉆機(jī)研制生產(chǎn)方面取得新的重大突破。隨鉆測量/隨鉆測井(MWD/LWD)技術(shù)發(fā)展迅速，已研制了適用于各種井眼尺寸的MWD/LWD工具。其測量參數(shù)已逐步增加到近20種鉆井和地層參數(shù)，目前，傳感器離鉆頭尚有1～2米的距離。新的儀器化鉆頭

“十五”以來，隨著一批成熟技術(shù)的不斷推廣應(yīng)用，大大提高了鉆井技術(shù)水平，擴(kuò)大了勘探領(lǐng)域，提高了勘探開發(fā)效果。優(yōu)快鉆井技術(shù)廣泛應(yīng)用，提高了鉆井速度；定向井、叢式井鉆井技術(shù)成為常規(guī)技術(shù)，在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用；規(guī)模應(yīng)用復(fù)雜結(jié)構(gòu)井鉆井技術(shù)尤其是水平井技術(shù)，提高了油氣產(chǎn)量，降低了開發(fā)成本；欠平衡壓力鉆井配套技術(shù)的推廣應(yīng)用，引進(jìn)配套了20多

套欠平衡裝備并實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，編制了我國第一部欠平衡鉆井行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)——《欠平衡鉆井技術(shù)規(guī)范》；深井鉆井技術(shù)獲得長足進(jìn)步，復(fù)雜深井鉆井速度加快；鉆井液技術(shù)進(jìn)步明顯，油氣層保護(hù)技術(shù)不斷創(chuàng)新完善；固井完井技術(shù)不斷提高；鉆井裝備、工具、測量儀器研發(fā)技術(shù)更加成熟。

同時，一些攻關(guān)技術(shù)取得突破性進(jìn)展，初步顯示了良好的應(yīng)用前景。通過多年的攻關(guān)研究并引進(jìn)先進(jìn)工具，分支井鉆井技術(shù)得到了初步應(yīng)用；大位移井鉆井技術(shù)取得突破，具備了鉆探水平位移達(dá)4000～5000米大位移井的能力；氣體鉆井試驗(yàn)取得良好效果；地質(zhì)導(dǎo)向鉆井配套技術(shù)研發(fā)獲得成功；超深井鉆井和實(shí)體膨脹管技術(shù)取得突破性進(jìn)展；鉆井信息技術(shù)也初見成效。

另外，套管鉆井技術(shù)先導(dǎo)性試驗(yàn)、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)、自動垂直鉆井技術(shù)、全過程欠平衡鉆井技術(shù)等4項(xiàng)前沿技術(shù)攻關(guān)，取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。我國第一套自主研發(fā)的機(jī)械式自動垂直鉆井工具在雷北1井的試驗(yàn)成功，標(biāo)志著自動垂直鉆井技術(shù)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平；在大牛地氣田大平3井實(shí)現(xiàn)了靜止欠平衡作業(yè)，自主研發(fā)的井下套管閥，性能指標(biāo)已達(dá)到國外進(jìn)口產(chǎn)品水平，具備了現(xiàn)場試驗(yàn)的能力。

第四篇：鉆探工程概論試題及答案

鉆探工程概論復(fù)習(xí)題

1.根據(jù)巖石的變形特性，圖示說明巖石的三種類型。彈塑性巖石 彈脆性巖石 高塑性和高孔隙性巖石

彈脆性巖石（花崗巖、石英巖、碧石鐵質(zhì)巖）在壓頭壓入時僅產(chǎn)生彈性變形，至A點(diǎn)最大載荷為Pmax處便突然完成脆性破碎，壓頭瞬時壓入，破碎穴的深度為h ［圖(a)］。這時破碎穴面積明顯大于壓頭的端面面積，即h/δ＞5。

彈塑性巖石（大理巖、石灰?guī)r、砂巖）在壓頭壓入時首先產(chǎn)生彈性變形，然后塑性變形。至B點(diǎn)載荷達(dá)Pmax時才突然發(fā)生脆性破碎［圖(b)］。這時破碎穴面積也大于壓頭的端面面積，而h/δ=2.5～5，即小于第一類巖石。高塑性（粘土、鹽巖）和高孔隙性巖石（泡沫巖、孔隙石灰?guī)r）區(qū)別于前二類，當(dāng)壓頭壓入時，在壓頭周圍幾乎不形成圓錐形破碎穴，也不會在壓入作用下產(chǎn)生脆性破碎［圖(c)］，h/δ=1。

2.什么是巖石破碎的體積破碎？

巖石的變形破碎形式 表面破碎 疲勞破碎 體積破碎

表面破碎：切削具與巖石的接觸壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于巖石硬度，切削具不能壓入巖石。切削具移動時，將研磨孔底巖石，巖石破碎是由接觸摩擦功引起的，研磨的巖石顆粒很小，鉆進(jìn)速度低。這種變形破碎方式稱為巖石的表面研磨，這個區(qū)稱為表面破碎區(qū)。

勞破碎：切削具上的軸向載荷增加，但接觸壓力仍小于巖石硬度，可使巖石晶間聯(lián)系破壞，巖石結(jié)構(gòu)間缺陷發(fā)展，特別是孔底受多次加載產(chǎn)生的疲勞裂隙更加發(fā)展，于是眾多裂隙交錯，仍可產(chǎn)生較粗巖粒的分離，這種變形破碎方式稱為疲勞破碎，這個區(qū)稱為疲勞破碎區(qū)。

體積破碎：切削具上的載荷繼續(xù)增加，接觸壓力大于或等于巖石硬度，切削具可有效地切入巖石，結(jié)果是：切削具在孔底移動時不斷克服巖石的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，切下巖屑，這種變形破壞方式稱為體積破碎，這個區(qū)稱為體積破碎區(qū)。體積破碎時，會分離出大塊巖石，破碎效果好。3.什么是巖石的各向異性？對鉆進(jìn)有哪些影響？

沉積巖在平行于和垂直于層理面方向上的巖石物理力學(xué)性質(zhì)具有明顯差異，即各向異性。

巖石在不同方向上表現(xiàn)出不同的強(qiáng)度值稱為巖石的各項(xiàng)異性。

巖石的各向異性分為兩種：一種是由于微裂縫的存在以及在不同方向上的排列，分布不同而導(dǎo)致的，這種各向異性會隨著巖石的應(yīng)力變化而變化，可稱為應(yīng)力各向異性；另一種是由于巖石顆粒的定向排列引起的，這種巖石的各向異性不會隨著巖石的應(yīng)力變化而改變。對鉆進(jìn)的影響：

影響進(jìn)效率的：由于在不同的層理結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)出不同的強(qiáng)度性質(zhì)，在鉆進(jìn)這樣的巖石層時會加大鉆進(jìn)的工作量，因此巖石的各向異性會影響鉆進(jìn)效率。

影響鉆孔偏斜：由于存在巖石的各向異性，使得鉆桿在鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)受力不平衡的情況，使得鉆桿發(fā)生一定角度的偏斜甚至彎曲，會影響鉆孔的偏斜量。4.影響巖石硬度的因素有哪些？

巖石的硬度反映巖石抵抗外部更硬物體壓入（侵入）其表面的能力。

（1）巖石中石英及其他堅(jiān)硬礦物或碎屑含量愈多，膠結(jié)物的硬度越大，巖石的顆粒越細(xì)，結(jié)構(gòu)越致密，則巖石的硬度越大。而孔隙度高，密度低，裂隙發(fā)育的巖石硬度將會降低。（2）巖石的硬度具有明顯的各向異性。但層理對巖石硬度的影響正好與對巖石強(qiáng)度的影響相反。垂直于層理方向的硬度值最小，平行于層理的硬度最大，兩者之間 可相差1.05～1.8倍。巖石硬度的各向異性可以很好地解釋鉆孔彎曲的原因和規(guī)律，并可利用這一現(xiàn)象來實(shí)施定向鉆進(jìn)。（3）在各向均勻壓縮的條件下，巖石的硬度增加。在常壓下硬度越低的巖石，隨著圍壓增大，其硬度值增長越快。（4）一般而言，隨著加載速度增加，將導(dǎo)致巖石的塑性系數(shù)降低，硬度增加。但當(dāng)沖擊速度小于10m/s時，硬度變化不大。加載速度對低強(qiáng)度、高塑性及多孔隙巖石硬度的影響更顯著。鉆探技術(shù)的基本構(gòu)成是什么？ 5.鉆探技術(shù)的基本構(gòu)成是什么？

設(shè)備：鉆孔施工所使用的地面設(shè)備總稱。包括鉆探機(jī)、動力機(jī)、泥漿泵、鉆塔等。

工藝：取心鉆探技術(shù)，無巖心鉆探技術(shù)，多介質(zhì)反循環(huán)鉆探技術(shù)，其它反循環(huán)鉆探技術(shù)，水文水井鉆探技術(shù) 地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)、礦物巖石學(xué)、地層學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、鉆探工程、工程地質(zhì)、工程與環(huán)境物探、鉆探機(jī)械

6.簡述硬質(zhì)合金鉆頭的碎巖機(jī)理（文字與簡圖）

巖心鉆探使用硬質(zhì)合金鉆頭的一種鉆進(jìn)方法。硬質(zhì)合金鉆進(jìn)碎巖的機(jī)理是鉆頭在鉆壓的作用下,硬質(zhì)合金切削、刮削巖石。

（與刀具（切削類似）相聯(lián)系：利用鑲焊在鉆頭體上的硬質(zhì)合金切削具，作為破碎巖石的工具，這種鉆進(jìn)方法通稱為硬質(zhì)合金鉆進(jìn)。但在實(shí)際使用中，硬質(zhì)合金鉆進(jìn)只適用于鉆進(jìn)中等硬度以下的地層，即可鉆性1 ～7 級和部分8 級地層。若在更為堅(jiān)硬 的巖層中鉆進(jìn)，則切削效果很差，切削具磨損很快或易折斷而迅速失去鉆進(jìn)能力。當(dāng)前，軟的和中硬以下的地層，尤其是土層的鉆孔工作，主要靠硬質(zhì)合金鉆進(jìn)。）

7.簡述孕鑲金剛石鉆頭的碎巖機(jī)理

聚晶金剛石復(fù)合片的簡稱。是石油鉆井行業(yè)常用的一種鉆井工具。它是以金剛石為原料加入粘結(jié)劑在高溫條件下燒結(jié)而成，復(fù)合片為圓片狀，金剛石厚度一般小于1mm,切削巖石時作為工作層，碳化鎢基體對聚晶金剛石薄層起支撐作用，兩者的有機(jī)結(jié)合，使PDC既具有金剛石的硬度和耐磨性，又具有碳化鎢的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和沖擊能力。由于聚晶金剛石內(nèi)晶體間的取向不規(guī)則，不存在單晶金剛石固有個解理面，所以PDC的抗磨性及強(qiáng)度高于天然金剛石，且不易破碎。PDC鉆頭都采用了高質(zhì)量的爪型齒和環(huán)形齒，與其他類型復(fù)合片相比抗剪強(qiáng)度高、耐沖擊、壽命長、熱穩(wěn)定性能好的特點(diǎn)。PDC鉆頭采用超大排屑流道設(shè)計(jì)，可以更加有效運(yùn)移鉆屑，清洗鉆頭，防止鉆頭泥包，提高機(jī)械鉆速。

金剛石鉆頭按包鑲形式的不同，可分為表鑲鉆頭與孕鑲鉆頭兩種

孕鑲鉆頭胎體表面上多而小的硬質(zhì)點(diǎn)(金剛石)對孔底巖石進(jìn)行刻劃磨蝕,并且隨著金剛石的逐漸磨損和消失以及粘結(jié)胎體的不斷磨耗,新的金剛石又裸露出來進(jìn)行工作。碎巖過程可看作是微切削和微壓裂壓碎作用的綜合,屬于小體積破碎。對于脆性巖石,以微壓裂壓碎為主;對于塑性巖石,以微切削為主。

金剛石鉆頭的破巖作用是由金剛石顆粒完成的。在堅(jiān)硬地層中，單粒金剛石在鉆壓作用下使巖石處于極高的應(yīng)力狀態(tài)下（約4200-5700MPa，有的資料認(rèn)為可達(dá)6300MPa），使巖石發(fā)生巖性轉(zhuǎn)變，由脆性變?yōu)樗苄浴瘟＝饎偸匀氲貙樱谂ぞ刈饔孟虑邢髌茙r，切削深度基本上等于金剛石顆粒的吃入深度。這一過程如同“犁地”故稱為金剛石鉆頭的犁式切削作用。

在一些脆性較大的巖石里（如砂巖、石灰?guī)r等），鉆頭上的金剛石顆粒在鉆壓扭矩的同時作用下，破碎巖石的體積遠(yuǎn)大于金剛石顆粒的吃入與旋轉(zhuǎn)體積。當(dāng)壓力不大時,只能沿金剛石的運(yùn)動方向形成小溝槽，加大壓力則會使小溝槽深部與兩側(cè)的巖石破碎，超過金剛石顆粒的斷面尺寸。

8.用于鉆井行業(yè)的人造超硬材料主要有哪些？ 人造金剛石、人造立方氮化硼等

9.地質(zhì)巖心鉆探與油氣井鉆探的主要區(qū)別在哪里？

主要區(qū)別有以下幾點(diǎn)：1.鉆孔的直徑：Hole：孔，用于地質(zhì)鉆探，孔比較小，用于勘察，勘探 Well：井，用于油氣井鉆探，孔比較大，往往還要用于生產(chǎn)。2.鉆孔的深度：鉆探：比較淺。油氣井：比較深，技術(shù)有，成本高。3.地層情況：鉆探：地層比較復(fù)雜，低層遇到的種類比較多。油氣井：一般低層地層單一。10.空氣鉆進(jìn)技術(shù)有哪些優(yōu)點(diǎn)？

空氣鉆進(jìn)的實(shí)質(zhì)是以壓縮空氣代替沖洗液，作為鉆進(jìn)中的循環(huán)介質(zhì)來冷卻鉆頭，吹洗鉆孔把巖屑攜帶出地表的一種高效率、先進(jìn)鉆進(jìn)方法。空氣鉆進(jìn)特別適用于干旱缺水地區(qū)、常年永凍層、孔內(nèi)嚴(yán)重漏水地層及用水鉆進(jìn)較困難地區(qū)。（1）鉆進(jìn)效率高： 空氣鉆進(jìn)效率比一般鉆進(jìn)法約提高9 —11 倍。其原因是：孔底巖石減掉了鉆孔內(nèi)的液柱靜壓力，有助于巖石最大限度地釋放殘余應(yīng)力，使孔底巖石處于一種負(fù)壓效應(yīng)狀態(tài)，借助切削具的碎巖作用，巖屑呈“爆炸” 形式崩離巖體，從而提高了鉆進(jìn)效率。另外壓縮空氣以高速吹洗孔底、孔內(nèi)干凈，幾乎完全沒有重復(fù)破碎，故在硬巖和深孔時，鉆進(jìn)效率更為顯著。（2）鉆頭壽命長： 空氣鉆進(jìn)鉆頭壽命長，除上面提到的因素外，還有一重要因素，即當(dāng)壓縮空氣經(jīng)過鉆頭時，由于壓力驟然降低，在此大量吸收熱量，有利于冷卻鉆頭，防止燒鉆，并為切削具創(chuàng)造有利的工作環(huán)境。與一般鉆進(jìn)方法相比，鉆頭壽命可提高十倍以上。（3）能取得正確的地質(zhì)資料：空氣鉆進(jìn)以空氣為循環(huán)介質(zhì)，它不污染巖石和孔壁這不僅對洗井、抽水等工作有益，而且可以獲取正確的水文地質(zhì)資料。（4）空氣鉆進(jìn)不用水：這在干旱缺水地區(qū)其優(yōu)越性更為顯著，同時可以避免因漏水而帶來的堵漏問題和沖洗液、巖粉等對含水層堵塞的影響。什么是鉆孔結(jié)構(gòu)（也稱井身結(jié)構(gòu)）？——所謂井身結(jié)構(gòu)，就是在水文水井鉆孔前和鉆井過程中，為了滿足水文地質(zhì)及成井工藝的要求，必須根據(jù)不同的地層和鉆進(jìn)成孔方法，確定鉆進(jìn)的深

度和不同井深或地層時的鉆孔直徑。這種井深與井徑的匹配關(guān)系稱之為鉆井（孔）的井身結(jié)構(gòu)。一般可用圖示法或文字描述法表示。

11.什么是鉆孔結(jié)構(gòu)（也稱井身結(jié)構(gòu)）？——所謂井身結(jié)構(gòu)，就是在水文水井鉆孔前和鉆井過程中，為了滿足水文地質(zhì)及成井工藝的要求，必須根據(jù)不同的地層和鉆進(jìn)成孔方法，確定鉆進(jìn)的深度和不同井深或地層時的鉆孔直徑。這種井深與井徑的匹配關(guān)系稱之為鉆井（孔）的井身結(jié)構(gòu)。一般可用圖示法或文字描述法表示。鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是與鉆進(jìn)有關(guān)的，所有工程計(jì)算的基礎(chǔ)。鉆孔結(jié)構(gòu)是指鉆孔由開孔至終孔，鉆孔剖面中各孔段的深度和口徑的變化情況。據(jù)地層理想柱狀圖做出來的。一般來說，換徑次數(shù)越多、鉆孔結(jié)構(gòu)越復(fù)雜；換徑次數(shù)越少，鉆孔結(jié)構(gòu)越簡單。在可能情況下，應(yīng)使鉆孔結(jié)構(gòu)盡量簡單。根據(jù)地層條件，一層一層放入套管，所形成圖示的結(jié)構(gòu)：

設(shè)計(jì)依據(jù)1．鉆孔的用途和目的；2．該地層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖石物理力學(xué)性質(zhì)；3．鉆孔的設(shè)計(jì)深度和鉆孔的方位方向、頂角方向；4．必需的終孔直徑；5．鉆進(jìn)方法、鉆探設(shè)備參數(shù)。12.井身結(jié)構(gòu)有哪些要素？——鉆井深度；鉆井直徑。

13.套管在鉆探工程中起什么作用？

保護(hù)孔壁，支撐孔壁防止倒塌，為鉆探提供通道。

在鉆探施工過程中，套管用途很廣。鉆進(jìn)復(fù)雜地層時，用套管護(hù)壁堵漏，可保證正常鉆進(jìn)。巖心鉆探抽水試驗(yàn)孔可用套管進(jìn)行止水，保證抽水資料的準(zhǔn)確性。長期水文觀測和開采孔，可用套管作為出水的通道。中間套管用于井深較大,對井眼中間井段的易塌、易漏、高壓、含鹽等地層,起到隔離地層和保護(hù)井身的作用。下入了中間套管可以保證對下部，四通防噴器,可以預(yù)防井噴。套管還能用于套管鉆進(jìn)，鉆頭和井下工具的起下在套管內(nèi)進(jìn)行，利用鋼絲繩試下不提鉆更換鉆頭、鉆具，能夠節(jié)省起下鉆時間，提高施工效率，大幅度節(jié)約鉆井成本。

14.鉆探設(shè)備包括哪些主要內(nèi)容？

鉆探設(shè)備是指用于鉆探施工這種特定工況的機(jī)械裝置和設(shè)備，主要由鉆機(jī)、泥漿泵及泥漿攪拌機(jī)、泥漿凈化設(shè)備、鉆塔等組成。

鉆機(jī)：是完成鉆進(jìn)施工的主機(jī)，它帶動鉆具和鉆頭向底層深部鉆進(jìn)，并通過鉆機(jī)上的升降機(jī)來完成起下鉆具和套管、提取巖心、更換鉆頭等輔助工作。

鉆塔的主要功能：起下鉆具（套管）、減壓鉆進(jìn)時懸掛鉆具、處理孔內(nèi)事故并為空中作業(yè)提供平臺。泵的主要功能是：向孔內(nèi)輸送沖洗液以及清洗底孔、冷卻鉆頭和潤滑鉆具。通常，主要類型的鉆探設(shè)備均由鉆機(jī)、鉆塔－桅桿、泥漿泵等三部分構(gòu)成。

動滑車、大鉤、水龍頭、絞車、轉(zhuǎn)盤、泥漿泵。

15.什么是正循環(huán)鉆進(jìn)？什么是反循環(huán)鉆進(jìn)？反循環(huán)的形式有多少種？

正循環(huán)鉆進(jìn)是泥漿自供應(yīng)池由泥漿泵泵出，輸入軟管送往水龍頭上部進(jìn)口，再注入旋轉(zhuǎn)空心鉆桿頭部，通過空心鉆機(jī)一直流到鉆頭底部排出，旋轉(zhuǎn)中的鉆頭將泥漿潤滑，并將泥漿擴(kuò)散到整個孔底，攜同鉆碴浮向鉆孔頂部，從孔頂溢排地面上泥漿槽。

反循環(huán)鉆進(jìn)與正循環(huán)鉆進(jìn)的差異在鉆進(jìn)時泥漿不經(jīng)水龍頭直接注入鉆孔四周，泥漿下達(dá)孔底，經(jīng)鉆頭拌和使孔內(nèi)部漿液均勻達(dá)到擴(kuò)壁，潤滑鉆頭，浮起鉆碴，此時壓縮空氣不斷送入水龍頭，通過固定管道直到鉆頭頂部，按空氣吸泥原理，將鉆渣從空心鉆桿排入水龍頭軟管溢出。

反循環(huán)鉆進(jìn)按照產(chǎn)生沖洗液上升流動的方式不同，可分為地表噴射反循環(huán)，泵吸反循環(huán)和氣舉反循環(huán)三種方式。不同反循環(huán)鉆進(jìn)方式，隨著鉆孔深度的變化，鉆進(jìn)效率也有所不同，所示為三種反循環(huán)鉆進(jìn)方式在不同孔深時的效率曲線，從曲線變化情況可以看出，地表噴射反循環(huán)鉆進(jìn)效率，在淺孔段效率較高，氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)效率在50 m 以后較高。在選擇反循環(huán)鉆進(jìn)方式時，應(yīng)根據(jù)孔深、水位等情況進(jìn)行合理的選擇，為了提高鉆進(jìn)效率，有時也采用兩種方式相結(jié)合的復(fù)合式反循環(huán)鉆進(jìn)。

16.鉆進(jìn)參數(shù)主要有哪些？各自起到什么作用？

17.反映鉆井液基本性能的參數(shù)有哪些？——泥漿的主要性能有哪些？（1）失水量及造壁性

失水量和造壁性是泥漿最重要的性能指標(biāo)之一。鉆進(jìn)時，若泥漿柱與地層間有壓力差存在時，泥漿中的自由水逐漸脫離泥漿結(jié)構(gòu)向孔壁巖層的孔隙中滲入，這個過程叫做泥漿的失水。表示泥漿失水多少的性能稱為失水量。在泥

漿失水的同時，泥漿中的一些較大的粘土附著在孔壁巖石上，形成一層泥皮，泥漿的這種能力稱為泥漿的造壁性。（2）觸變性和靜切力

泥漿靜止時，粘土顆粒兩端水化膜薄處粘結(jié)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，稠化成膠狀物質(zhì)。當(dāng)再進(jìn)行攪拌或振蕩時，又恢復(fù)其原有的流動性，這種性質(zhì)稱為泥漿的觸變性。

要使靜止?fàn)顟B(tài)的泥漿開始運(yùn)動，破壞單位面積網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)所需的力，稱為靜切力。其單位為Pa。一般規(guī)定，靜止1min[美國石油學(xué)會的標(biāo)準(zhǔn)為10s（秒）]后測得的靜切力，稱為初切力。靜止10min后測得的切力，稱為終切力。泥漿觸變性能的好壞，以終切力和初切力的差來表示。差值越大表示觸變性能越好。（3）粘度

粘度是泥漿流動難易程度的指標(biāo)。它反映泥漿流動時，其內(nèi)部摩擦阻力的大小。摩擦阻力包括液體之間、粘土顆粒之間以及粘土顆粒與液體之間的磨擦阻力，并且也有泥漿結(jié)構(gòu)的影響。一般靜切力大的泥漿，其粘度也高。（4）比重

泥漿的比重是指泥漿與同體積水的重量之比。泥漿比重的大小取決于泥漿中固相（粘土、加重劑及巖粉等）的含量和固相的比重。固相含量高和固相比重大，則泥漿的比重也大。

泥漿的比重決定著對巖層的壓力。因此，在鉆進(jìn)時，應(yīng)根據(jù)地層的穩(wěn)定程度來選擇泥漿的比重。如地層壓力大，加大泥漿的比重以平衡井內(nèi)地層的壓力。相反，在漏失地層鉆進(jìn)時，應(yīng)加入發(fā)泡劑或減少固相的含量，用來降低泥漿的比重以減少漏失。（5）含砂量

泥漿含砂量是指泥漿中不能通過200號篩孔，即直徑大于0.074mm的砂粒所占泥漿總體積的百分含量。泥漿的含砂量高，不僅增大泥漿的比重，影響鉆速。而且也磨損鉆具、鉆頭和水泵等設(shè)備。同時在循環(huán)中止時還會因砂子的沉淀，發(fā)生埋鉆事故。故要求含砂量越低越好。一般不應(yīng)超過4%。（6）膠體率

泥漿靜止24小時內(nèi)分離出水的體積百分?jǐn)?shù)，即為泥漿的膠體率。

泥漿的膠體率可作為初步評定泥漿質(zhì)量好壞的簡易方法。高質(zhì)量的泥漿，因粘土顆粒分散和水化好，在靜止時不分離出水。而粘土顆粒分散和水化程度不高的劣質(zhì)泥漿，往往能分離出許多水。（7）pH值

泥漿的pH值（酸堿度）對泥漿性能有重大影響，也是泥漿進(jìn)行化學(xué)處理的重要依據(jù)。一般情況下，泥漿pH值應(yīng)控制在8~10之間，而鈣處理泥漿pH=11左右。

19.為什么說鉆井液是鉆井工程的血液？

基本功用：（1）排除鉆渣（2）保護(hù)井壁（3）冷卻鉆頭（4）潤滑鉆具

特殊功用：（1）提供孔底動力（2）取心取樣介質(zhì)（3）傳遞孔底信號（4）水力碎巖與導(dǎo)向（見作業(yè)）

20.什么是欠平衡鉆井？其優(yōu)點(diǎn)與風(fēng)險(xiǎn)何在？

所謂欠平衡鉆井工藝技術(shù)，就是在鉆井過程中始終保持鉆井液循環(huán)體系井底壓力低于地層孔隙壓力，利用專用設(shè)備使產(chǎn)層的流體有控制地進(jìn)入井筒并將其循環(huán)到地面，實(shí)現(xiàn)安全鉆進(jìn)。包括：欠平衡專用裝備的選型與配套、井身結(jié)構(gòu)、鉆頭優(yōu)選、鉆具組合、參數(shù)優(yōu)選、井控技術(shù)等幾個方面。

優(yōu)點(diǎn)：

1、減少或防止地層污染

2、對產(chǎn)層進(jìn)行實(shí)時連續(xù)調(diào)查

3、提高鉆速, 提高鉆頭壽命

4、杜絕或減少井漏

5、杜絕或減少壓差卡鉆等井下復(fù)雜

6、提前生產(chǎn)，降低完井及增產(chǎn)作業(yè)成本

7、提高初期產(chǎn)量。

8、延長有效儲層開采期和發(fā)現(xiàn)新的產(chǎn)層。

風(fēng)險(xiǎn)：1.井壁坍塌：對于欠壓實(shí)的地層，不宜采用欠平衡鉆井技術(shù)。2.環(huán)境保護(hù)：欠平衡鉆井產(chǎn)出的儲層流體有油氣水等，甚至含CO2或H2S。必須根據(jù)地面循環(huán)及分離系統(tǒng)的功能、壓力級別、控制能力等確定能否用欠平衡鉆井。3.考慮井眼失控的危險(xiǎn)性：對高壓高滲地層，特別是高壓氣井，如果防噴系統(tǒng)損壞或人員操作失誤有可能導(dǎo)致井噴失控。4.膨脹地層鹽巖蠕動泥巖膨脹縮徑導(dǎo)致卡鉆：不宜應(yīng)用欠平衡鉆井。5.油氣產(chǎn)出過量：造成速敏

21.XY-8是什么意思？寫出XY系列巖心鉆機(jī)的標(biāo)識符號并注明其意義。XY-8:鉆探深度為3000米，油壓（液壓）式巖芯鉆機(jī)。

X：巖芯鉆機(jī)

Y：油壓（液壓）數(shù)字：鉆探深度等級。（1-100m；2-300m;3-600m;4-1000m;5-1500m;6-2000m;8-3000m;9-4000m)

二、綜述題 每題25分。

1.鉆探工程在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中能夠發(fā)揮哪些作用？

我國人口多、資源相對不足。目前資源短缺已成為制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的?瓶頸?。巨大的資源缺口將成為長期制約我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要因素。快速勘查發(fā)現(xiàn)礦產(chǎn)資源后備基地，確保國家經(jīng)濟(jì)安全已成為十分迫切的戰(zhàn)略任務(wù)。發(fā)深部地質(zhì)巖心鉆探關(guān)鍵技術(shù)與裝備無論是提升我國的鉆探技術(shù)水平還是滿足資源勘探的迫切需求都是非常必要的；對緩解目前資源短缺制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸、發(fā)現(xiàn)新的礦產(chǎn)地、拓展新的找礦空間實(shí)現(xiàn)資源可持續(xù)發(fā)展意義重大。”隨著科技進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，巖土鉆掘工程在國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著越來越大的作用。已廣泛應(yīng)用于：(1)礦產(chǎn)資源勘探和部分礦產(chǎn)的開采；(2)水文地質(zhì)勘探和水井鉆；(3)工程地質(zhì)勘查和生態(tài)環(huán)境研究；(4)地質(zhì)災(zāi)害的防治與環(huán)境治理；(5)工民建和道路橋梁的基礎(chǔ)工程；(6)國防工程及海岸工程；(7)科學(xué)鉆探。地質(zhì)礦產(chǎn)勘探鉆進(jìn)；水文水井鉆進(jìn)；工程地質(zhì)勘察、基礎(chǔ)工程施工鉆進(jìn)；油氣井鉆進(jìn)；爆破孔鉆進(jìn)(采礦、物探)；科學(xué)鉆探（海洋、湖泊、大陸、環(huán)境、冰川、外星）；地?zé)帷⒏蔁釒r鉆采；水力采礦；核廢料掩埋、二氧化碳掩埋等；地質(zhì)災(zāi)害治理（邊坡錨固、抗滑樁、止水帷幕等）；非開挖鋪管；文物考古鉆探；豎井鉆鑿（礦山、地下核試驗(yàn)等）；搶險(xiǎn)救災(zāi)（地下滅火、通風(fēng)孔等）2.泥漿在鉆探工程中的重要作用是什么？

鉆井液（原稱泥漿）是指鉆井中使用的工作流體。泥漿是廣泛使用的鉆井液，主要適用于松散、裂隙發(fā)育、易坍塌掉塊、遇水膨脹剝落等孔壁不穩(wěn)定巖層。鉆井液-其主要功能如下：

1.沖洗井底：鉆井液可在鉆頭水眼處形成高速的液流，噴向井底。這高速噴出的鉆井液可將由于鉆井液壓力與地層壓力差而被壓持在井底的巖屑沖起，起沖洗井底的作用。

2.攜帶巖屑：當(dāng)鉆井液在環(huán)空的上返速度大于巖屑的沉降速度時，鉆井液可將井中的巖屑帶出，即在一定的上返速度下，鉆井液有攜帶巖屑（簡稱攜巖）的作用。

3.平衡地層壓力：鉆井液的液柱壓力必須與地層壓力相平衡才能達(dá)到防止井噴或者鉆井液大量漏進(jìn)地層的目的。

可通過調(diào)整鉆井液密度控制鉆井液的液柱壓力，使它與地層壓力相平衡。

4.冷卻與潤滑鉆頭：鉆井液可將鉆井過程中鉆具（鉆頭與鉆柱）與地層摩擦產(chǎn)生的熱帶至地面，起冷卻作用。同時，鉆井液能有效地降低鉆具與地層的摩擦，起潤滑作用。

5.穩(wěn)定井壁：可在鉆井液中加入適當(dāng)?shù)奶幚頇C(jī)，使鉆井液具有抑制頁巖膨脹和（或）分散的能力，同時產(chǎn)生薄而韌的濾餅，起穩(wěn)定井壁的作用。

6.懸浮巖屑和密度調(diào)整材料：當(dāng)停止循環(huán)時，鉆井液處于靜止?fàn)顟B(tài)，其中的膨潤土顆粒可互相聯(lián)結(jié)，形成結(jié)構(gòu)，將巖屑懸浮起來。若鉆井液中加有密度調(diào)整材料（如重晶石），則在停止循環(huán)時，鉆井液也可將它懸浮起來。鉆井液懸浮巖屑和密度調(diào)整材料的能力，可使鉆井液停止循環(huán)后易于再啟動。

7.獲取地層信息：通過鉆井液攜帶出的巖屑，可以獲取地層許多信息，如油氣顯示、地層物性等。

8.傳遞功率：鉆井液可將鉆井液泵的功率經(jīng)鉆柱從鉆頭水眼高速噴射傳到井底，提高鉆頭的破巖能力，加快鉆井速度。

鉆進(jìn)過程中，用液體或氣體的連續(xù)循環(huán)把孔內(nèi)的巖屑沖洗或吹洗出來，稱為鉆孔沖洗。沖洗用的介質(zhì)，不論是液體還是氣體習(xí)慣上都被叫做沖洗液或鉆井液(drilling fluid)。由于早期的沖洗液多為粘土與水的混合物，所以沖洗液也被籠統(tǒng)地稱做泥漿(mud)，泥漿這個術(shù)語一直沿用，現(xiàn)在還有不少人把沖洗液統(tǒng)稱為泥漿。鉆井液作用：懸浮和攜帶巖屑及加重劑；平衡地層壓力和井壁側(cè)壓力，穩(wěn)定井壁，防止井噴、井漏和井塌等事故的發(fā)生；傳遞水功率，幫助和破碎巖石；冷卻和潤滑鉆頭及鉆具；為井下鉆具提供動力；部分地支承鉆柱和套管的重量；從鉆井液中獲得所鉆地層的地質(zhì)資料。冷卻、排粉、潤滑、支撐

沒有泥漿的保護(hù)，鉆井井壁會遇水膨脹、縮徑，甚至流散、垮孔。3．為什么說上天難、入地更難？

4．鉆探工程中體現(xiàn)了哪些現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)進(jìn)步？

1，先進(jìn)的地球科學(xué)、地球物理學(xué)是鉆探技術(shù)的基礎(chǔ)，這些先進(jìn)的技術(shù)充分應(yīng)用于鉆探領(lǐng)域。鉆進(jìn)的方法和施工工藝都必須根據(jù)所鉆地區(qū)地層的結(jié)構(gòu)而定。比如，在鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之時，就必須根據(jù)地質(zhì)學(xué)家提出的理想地層剖面柱狀圖來進(jìn)行；再比如鉆頭鉆具的選擇，就要根據(jù)鉆進(jìn)所遇地層來決定。還有巖石的性質(zhì)、地殼的結(jié)構(gòu)、不同地區(qū)的地質(zhì)情況等。

2，鉆探工程體現(xiàn)微電子技術(shù)。自動化巖心鉆機(jī)，體現(xiàn)了人工智能技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。現(xiàn)代先進(jìn)定向鉆進(jìn)技術(shù)更是體現(xiàn)了電子計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的先進(jìn)性。此外，鉆探需要采集地下數(shù)據(jù)，也體現(xiàn)了先進(jìn)的信號測試與傳輸技術(shù)，數(shù)據(jù)的處理，反映了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)等等。

3，現(xiàn)代先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)在鉆探中體現(xiàn)。現(xiàn)代鉆機(jī)的設(shè)計(jì)，由于先進(jìn)的設(shè)計(jì)軟件而大大提高效率。鉆探工作用各類分析軟件來對所要鉆探的地層進(jìn)行模擬，從而使獲得的信息形象化，更有利于指導(dǎo)鉆探施工的進(jìn)行。還比如現(xiàn)在很多先進(jìn)鉆探設(shè)備都配有高度智能化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來進(jìn)行控制。

然后，能源技術(shù)也是與鉆探工程密切相關(guān)的技術(shù)之一。比如非開挖、隨鉆測量等先進(jìn)鉆探工藝中，某些部件必須得單獨(dú)供能，比如鉆桿中的各個傳感器，信息采集系統(tǒng)，反饋系統(tǒng)等，這樣就要求能源能在高溫高壓，或者水中供能，此外為了減少更換能源的次數(shù)縮短工期，還要求供能源要有很好的續(xù)航能力。

4，鉆探工程還與空間技術(shù)，海洋技術(shù)，通訊技術(shù)，制造技術(shù)等密切相關(guān)。全液壓頂驅(qū)型地質(zhì)巖心鉆機(jī)系列比如在大洋科學(xué)鉆探工程中，要保證鉆進(jìn)過程中水平位移和鉛直位移保持穩(wěn)定，就需要多個隨動系統(tǒng)來進(jìn)行準(zhǔn)確的反饋控制，這種尖端設(shè)備就不僅僅采用一兩種技術(shù)就能實(shí)現(xiàn)的，需要結(jié)合力學(xué)，聲學(xué)，電子學(xué)以及計(jì)算機(jī)科學(xué)等等

5.簡述鉆探設(shè)備與工藝之間的關(guān)系。

鉆探設(shè)備通指探礦工程施工中所使用的機(jī)械，它是達(dá)到各種工藝操作要求，保證工程施工速度和質(zhì)量的關(guān)鍵。

鉆探設(shè)備包括動力機(jī)、鉆機(jī)、泥漿泵、鉆塔以及泥漿處理機(jī)械、鉆桿擰卸機(jī)械、鉆具提升機(jī)械（如繩索取心鉆具打撈機(jī)械）和空氣鉆進(jìn)所需的空壓機(jī)、孔底發(fā)動機(jī)等。設(shè)備決定工藝，工藝取決于設(shè)備。工欲善其事，必先利其器。工藝不斷對設(shè)備提出新要求，設(shè)備性能和能力要滿足工藝需求。

5.簡述實(shí)施樁基工程的基本工作程序與技術(shù)關(guān)鍵。——工程勘察（原裝樣品）→樁基施工（樁孔質(zhì)量、清除沉渣、連續(xù)澆筑??）

簡述實(shí)施樁基工程的基本工作程序與技術(shù)關(guān)鍵。——工程勘察（原裝樣品）→樁基施工（樁孔質(zhì)量、清除沉渣、連續(xù)澆筑??

鉆孔灌注樁;鉆孔樁,承托力強(qiáng)，工地地質(zhì)有較多的散石及巖石層面較高時，鉆孔灌注樁建造費(fèi)便宜還環(huán)保，減少噪音和振動，樁帽位置準(zhǔn)確度高。局限性，需要重型機(jī)器，需要面積大，加裝困難，斜坡上需建造工作平臺，需要預(yù)先鉆孔，排出的泥沙和污水需要處理以防污染環(huán)境。

重點(diǎn)：施工前必須集齊各項(xiàng)文件及最新圖紙（文件施工章程 政府條例 施工環(huán)境 開工許可證），確定坐標(biāo)，土質(zhì)勘測：每根鉆孔樁都要預(yù)先鉆探來確定深度，深度必須在承托巖層5米以上，在工程師的監(jiān)察下進(jìn)行抽取石板和測量深度，有足夠的安全監(jiān)管，所抽取石板要鎖好及存放在存儲倉內(nèi)，閑人免進(jìn)，進(jìn)行石板測試

樁柱工作范圍的泥面要平整和壓實(shí)，提供清晰準(zhǔn)確莊主墨線，誤差允許范圍內(nèi)確定樁的圓周，核實(shí)套管尺寸和完整性，要把鋼管的水平位置和垂直度準(zhǔn)確較好，套管要定時復(fù)核套管的中心點(diǎn)和垂直度的準(zhǔn)確，清除沉渣、由鉆孔抽出的污水要過濾后才可以排出去

吹水方法清洗莊主內(nèi)壁，將吹水管接到裝地下，加氣壓，使樁內(nèi)污水循環(huán)流動，污水需要過濾后才可以排出去 架鋼筋架 工程師檢驗(yàn)合格后才可以放鋼筋架

需按施工圖紙?jiān)摻罴樱辉摻顖霰仨氄麧崳摻铐氂姓J(rèn)可來源證及測試合格，鋼筋架駁口要有足夠長度，所有導(dǎo)筒要頂?shù)追饷埽瑱z驗(yàn)合格后才可以落籠，確保鋼筋架駁口長度足夠，有足夠箍筋要鎖緊駁口鐵，經(jīng)工程師驗(yàn)收水辦及量度樁深度檢驗(yàn)合格才可以到混凝土

每根鉆孔樁必須一次過倒混凝土，保障結(jié)構(gòu)質(zhì)量的連貫性，到混凝土和拔套管時要保持頂水平比套管滴導(dǎo)管底高出最少2米，可加入水泥漿，疏通導(dǎo)管還可以分隔樁內(nèi)水和混凝土的作用，每車倒完檢查導(dǎo)管底、混凝土面、套管地面水平

需在相關(guān)工程師監(jiān)督下進(jìn)行full coring test,混凝土樣板必須健全，連接面要沒有沙泥雜質(zhì)。

七天后進(jìn)行測試超聲波測試 分析樁的混凝土是否完整，交界面鉆挖測試 確定連接面是否完整和良好，

第五篇：鉆探工程

鉆探工程（drilling engineering）

在地質(zhì)勘探和建筑基礎(chǔ)勘查中，用鉆機(jī)按一定設(shè)計(jì)角度和方向施工鉆孔，通過鉆孔采取巖心（或礦心）、巖屑或在孔內(nèi)下入測試儀器，以探查地下巖層、礦體、油氣和地?zé)岬鹊墓こ獭：喎Q鉆探。探礦工程的重要組成部分。在鉆進(jìn)中，主要應(yīng)用機(jī)械的方法破碎巖石，其他物理的或化學(xué)的破碎巖石方法，尚處于試驗(yàn)研究階段。按破碎巖石的外力作用方式可分為沖擊鉆進(jìn)、回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、振動鉆進(jìn)和噴射鉆進(jìn)等；按鉆進(jìn)時是否取巖心（或礦心），可分為取心鉆進(jìn)和不取心鉆進(jìn)；按破碎巖石所使用的磨料，又分為硬質(zhì)合金鉆進(jìn)、鉆粒鉆進(jìn)和金剛石鉆進(jìn)等。鉆探是地質(zhì)勘探的一種重要技術(shù)手段，廣泛應(yīng)用于尋找和勘 探 各種礦產(chǎn)、油氣藏、地下水、地?zé)幔约盀樗ㄔO(shè)、工程建筑和交通設(shè)施等提供地質(zhì)資料。

鉆探機(jī)械主要包括鉆機(jī)、泥漿泵、動力機(jī)和鉆塔等。鉆機(jī)是用于向地下鉆孔的最重要的機(jī)械設(shè)備。泥漿泵又稱鉆井泵，是向鉆孔里輸送泥漿或清水等沖洗液的機(jī)械設(shè)備。鉆塔又稱井架，是架設(shè)在鉆場或井場上方，配合鉆機(jī)絞車進(jìn)行升降鉆具的塔架。

鉆探工程按鉆孔用途可分為：①固體礦產(chǎn)鉆探，鉆孔直徑小(46～91毫米)，按礦種的不同，深度從幾十米到2000多米。②石油天然氣鉆探，鉆孔一般開孔915毫米，終孔216毫米，孔深1000～7000米，通常井口要安裝防噴器具。③水文地質(zhì)鉆探，普查孔直徑小于150毫米，勘探孔直徑150～350毫米，水井直徑 150～550 毫米，孔深 300 米。④ 地?zé)徙@探，井深1000～3000米。⑤ 工程地質(zhì)鉆探，為勘察壩基、水庫、渠道、港口工程、高層建筑以及鐵路、公路沿線的工程地質(zhì)情況。