第一篇：鉆探工程概論試題及答案

鉆探工程概論復習題

1.根據巖石的變形特性，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、碧石鐵質巖）在壓頭壓入時僅產生彈性變形，至A點最大載荷為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、石灰巖、砂巖）在壓頭壓入時首先產生彈性變形，然后塑性變形。至B點載荷達Pmax時才突然發生脆性破碎［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、孔隙石灰巖）區別于前二類，當壓頭壓入時，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遠小于巖石硬度，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，鉆進速度低。這種變形破碎方式稱為巖石的表面研磨，這個區稱為表面破碎區。

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，可使巖石晶間聯系破壞，巖石結構間缺陷發展，特別是孔底受多次加載產生的疲勞裂隙更加發展，于是眾多裂隙交錯，仍可產生較粗巖粒的分離，這種變形破碎方式稱為疲勞破碎，這個區稱為疲勞破碎區。

體積破碎：切削具上的載荷繼續增加，接觸壓力大于或等于巖石硬度，切削具可有效地切入巖石，結果是：切削具在孔底移動時不斷克服巖石的結構強度，切下巖屑，這種變形破壞方式稱為體積破碎，這個區稱為體積破碎區。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性質具有明顯差異，即各向異性。

巖石在不同方向上表現出不同的強度值稱為巖石的各項異性。

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，分布不同而導致的，這種各向異性會隨著巖石的應力變化而變化，可稱為應力各向異性；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力變化而改變。對鉆進的影響：

影響進效率的：由于在不同的層理結構上表現出不同的強度性質，在鉆進這樣的巖石層時會加大鉆進的工作量，因此巖石的各向異性會影響鉆進效率。

影響鉆孔偏斜：由于存在巖石的各向異性，使得鉆桿在鉆進過程中出現受力不平衡的情況，使得鉆桿發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硬礦物或碎屑含量愈多，膠結物的硬度越大，巖石的顆粒越細，結構越致密，則巖石的硬度越大。而孔隙度高，密度低，裂隙發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律，并可利用這一現象來實施定向鉆進。（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，將導致巖石的塑性系數降低，硬度增加。但當沖擊速度小于10m/s時，硬度變化不大。加載速度對低強度、高塑性及多孔隙巖石硬度的影響更顯著。鉆探技術的基本構成是什么？ 5.鉆探技術的基本構成是什么？

設備：鉆孔施工所使用的地面設備總稱。包括鉆探機、動力機、泥漿泵、鉆塔等。

工藝：取心鉆探技術，無巖心鉆探技術，多介質反循環鉆探技術，其它反循環鉆探技術，水文水井鉆探技術 地質學基礎、礦物巖石學、地層學、構造地質學、鉆探工程、工程地質、工程與環境物探、鉆探機械

6.簡述硬質合金鉆頭的碎巖機理（文字與簡圖）

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

（與刀具（切削類似）相聯系：利用鑲焊在鉆頭體上的硬質合金切削具，作為破碎巖石的工具，這種鉆進方法通稱為硬質合金鉆進。但在實際使用中，硬質合金鉆進只適用于鉆進中等硬度以下的地層，即可鉆性1 ～7 級和部分8 級地層。若在更為堅硬 的巖層中鉆進，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能力。當前，軟的和中硬以下的地層，尤其是土層的鉆孔工作，主要靠硬質合金鉆進。）

7.簡述孕鑲金剛石鉆頭的碎巖機理

聚晶金剛石復合片的簡稱。是石油鉆井行業常用的一種鉆井工具。它是以金剛石為原料加入粘結劑在高溫條件下燒結而成，復合片為圓片狀，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，兩者的有機結合，使PDC既具有金剛石的硬度和耐磨性，又具有碳化鎢的結構強度和沖擊能力。由于聚晶金剛石內晶體間的取向不規則，不存在單晶金剛石固有個解理面，所以PDC的抗磨性及強度高于天然金剛石，且不易破碎。PDC鉆頭都采用了高質量的爪型齒和環形齒，與其他類型復合片相比抗剪強度高、耐沖擊、壽命長、熱穩定性能好的特點。PDC鉆頭采用超大排屑流道設計，可以更加有效運移鉆屑，清洗鉆頭，防止鉆頭泥包，提高機械鉆速。

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點(金剛石)對孔底巖石進行刻劃磨蝕,并且隨著金剛石的逐漸磨損和消失以及粘結胎體的不斷磨耗,新的金剛石又裸露出來進行工作。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。在堅硬地層中，單粒金剛石在鉆壓作用下使巖石處于極高的應力狀態下（約4200-5700MPa，有的資料認為可達6300MPa），使巖石發生巖性轉變，由脆性變為塑性。單粒金剛石吃入地層，在扭矩作用下切削破巖，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、石灰巖等），鉆頭上的金剛石顆粒在鉆壓扭矩的同時作用下，破碎巖石的體積遠大于金剛石顆粒的吃入與旋轉體積。當壓力不大時,只能沿金剛石的運動方向形成小溝槽，加大壓力則會使小溝槽深部與兩側的巖石破碎，超過金剛石顆粒的斷面尺寸。

8.用于鉆井行業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.地質巖心鉆探與油氣井鉆探的主要區別在哪里？

主要區別有以下幾點：1.鉆孔的直徑：Hole：孔，用于地質鉆探，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。2.鉆孔的深度：鉆探：比較淺。油氣井：比較深，技術有，成本高。3.地層情況：鉆探：地層比較復雜，低層遇到的種類比較多。油氣井：一般低層地層單一。10.空氣鉆進技術有哪些優點？

空氣鉆進的實質是以壓縮空氣代替沖洗液，作為鉆進中的循環介質來冷卻鉆頭，吹洗鉆孔把巖屑攜帶出地表的一種高效率、先進鉆進方法?？諝忏@進特別適用于干旱缺水地區、常年永凍層、孔內嚴重漏水地層及用水鉆進較困難地區。（1）鉆進效率高： 空氣鉆進效率比一般鉆進法約提高9 —11 倍。其原因是：孔底巖石減掉了鉆孔內的液柱靜壓力，有助于巖石最大限度地釋放殘余應力，使孔底巖石處于一種負壓效應狀態，借助切削具的碎巖作用，巖屑呈“爆炸” 形式崩離巖體，從而提高了鉆進效率。另外壓縮空氣以高速吹洗孔底、孔內干凈，幾乎完全沒有重復破碎，故在硬巖和深孔時，鉆進效率更為顯著。（2）鉆頭壽命長： 空氣鉆進鉆頭壽命長，除上面提到的因素外，還有一重要因素，即當壓縮空氣經過鉆頭時，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，并為切削具創造有利的工作環境。與一般鉆進方法相比，鉆頭壽命可提高十倍以上。（3）能取得正確的地質資料：空氣鉆進以空氣為循環介質，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資料。（4）空氣鉆進不用水：這在干旱缺水地區其優越性更為顯著，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。什么是鉆孔結構（也稱井身結構）？——所謂井身結構，就是在水文水井鉆孔前和鉆井過程中，為了滿足水文地質及成井工藝的要求，必須根據不同的地層和鉆進成孔方法，確定鉆進的深

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系稱之為鉆井（孔）的井身結構。一般可用圖示法或文字描述法表示。

11.什么是鉆孔結構（也稱井身結構）？——所謂井身結構，就是在水文水井鉆孔前和鉆井過程中，為了滿足水文地質及成井工藝的要求，必須根據不同的地層和鉆進成孔方法，確定鉆進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系稱之為鉆井（孔）的井身結構。一般可用圖示法或文字描述法表示。鉆孔結構設計是與鉆進有關的，所有工程計算的基礎。鉆孔結構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。據地層理想柱狀圖做出來的。一般來說，換徑次數越多、鉆孔結構越復雜；換徑次數越少，鉆孔結構越簡單。在可能情況下，應使鉆孔結構盡量簡單。根據地層條件，一層一層放入套管，所形成圖示的結構：

設計依據1．鉆孔的用途和目的；2．該地層的地質結構、巖石物理力學性質；3．鉆孔的設計深度和鉆孔的方位方向、頂角方向；4．必需的終孔直徑；5．鉆進方法、鉆探設備參數。12.井身結構有哪些要素？——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。鉆進復雜地層時，用套管護壁堵漏，可保證正常鉆進。巖心鉆探抽水試驗孔可用套管進行止水，保證抽水資料的準確性。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,可以預防井噴。套管還能用于套管鉆進，鉆頭和井下工具的起下在套管內進行，利用鋼絲繩試下不提鉆更換鉆頭、鉆具，能夠節省起下鉆時間，提高施工效率，大幅度節約鉆井成本。

14.鉆探設備包括哪些主要內容？

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

鉆機：是完成鉆進施工的主機，它帶動鉆具和鉆頭向底層深部鉆進，并通過鉆機上的升降機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）、減壓鉆進時懸掛鉆具、處理孔內事故并為空中作業提供平臺。泵的主要功能是：向孔內輸送沖洗液以及清洗底孔、冷卻鉆頭和潤滑鉆具。通常，主要類型的鉆探設備均由鉆機、鉆塔－桅桿、泥漿泵等三部分構成。

動滑車、大鉤、水龍頭、絞車、轉盤、泥漿泵。

15.什么是正循環鉆進？什么是反循環鉆進？反循環的形式有多少種？

正循環鉆進是泥漿自供應池由泥漿泵泵出，輸入軟管送往水龍頭上部進口，再注入旋轉空心鉆桿頭部，通過空心鉆機一直流到鉆頭底部排出，旋轉中的鉆頭將泥漿潤滑，并將泥漿擴散到整個孔底，攜同鉆碴浮向鉆孔頂部，從孔頂溢排地面上泥漿槽。

反循環鉆進與正循環鉆進的差異在鉆進時泥漿不經水龍頭直接注入鉆孔四周，泥漿下達孔底，經鉆頭拌和使孔內部漿液均勻達到擴壁，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。

反循環鉆進按照產生沖洗液上升流動的方式不同，可分為地表噴射反循環，泵吸反循環和氣舉反循環三種方式。不同反循環鉆進方式，隨著鉆孔深度的變化，鉆進效率也有所不同，所示為三種反循環鉆進方式在不同孔深時的效率曲線，從曲線變化情況可以看出，地表噴射反循環鉆進效率，在淺孔段效率較高，氣舉反循環鉆進效率在50 m 以后較高。在選擇反循環鉆進方式時，應根據孔深、水位等情況進行合理的選擇，為了提高鉆進效率，有時也采用兩種方式相結合的復合式反循環鉆進。

16.鉆進參數主要有哪些？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之一。鉆進時，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構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形成網狀結構，稠化成膠狀物質。當再進行攪拌或振蕩時，又恢復其原有的流動性，這種性質稱為泥漿的觸變性。

要使靜止狀態的泥漿開始運動，破壞單位面積網狀結構所需的力，稱為靜切力。其單位為Pa。一般規定，靜止1min[美國石油學會的標準為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。它反映泥漿流動時，其內部摩擦阻力的大小。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，并且也有泥漿結構的影響。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，在鉆進時，應根據地層的穩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地層的壓力。相反，在漏失地層鉆進時，應加入發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、鉆頭和水泵等設備。同時在循環中止時還會因砂子的沉淀，發生埋鉆事故。故要求含砂量越低越好。一般不應超過4%。（6）膠體率

泥漿靜止24小時內分離出水的體積百分數，即為泥漿的膠體率。

泥漿的膠體率可作為初步評定泥漿質量好壞的簡易方法。高質量的泥漿，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，也是泥漿進行化學處理的重要依據。一般情況下，泥漿pH值應控制在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（3）傳遞孔底信號（4）水力碎巖與導向（見作業）

20.什么是欠平衡鉆井？其優點與風險何在？

所謂欠平衡鉆井工藝技術，就是在鉆井過程中始終保持鉆井液循環體系井底壓力低于地層孔隙壓力，利用專用設備使產層的流體有控制地進入井筒并將其循環到地面，實現安全鉆進。包括：欠平衡專用裝備的選型與配套、井身結構、鉆頭優選、鉆具組合、參數優選、井控技術等幾個方面。

優點：

1、減少或防止地層污染

2、對產層進行實時連續調查

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雜

6、提前生產，降低完井及增產作業成本

7、提高初期產量。

8、延長有效儲層開采期和發現新的產層。

風險：1.井壁坍塌：對于欠壓實的地層，不宜采用欠平衡鉆井技術。2.環境保護：欠平衡鉆井產出的儲層流體有油氣水等，甚至含CO2或H2S。必須根據地面循環及分離系統的功能、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性：對高壓高滲地層，特別是高壓氣井，如果防噴系統損壞或人員操作失誤有可能導致井噴失控。4.膨脹地層鹽巖蠕動泥巖膨脹縮徑導致卡鉆：不宜應用欠平衡鉆井。5.油氣產出過量：造成速敏

21.XY-8是什么意思？寫出XY系列巖心鉆機的標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。

X：巖芯鉆機

Y：油壓（液壓）數字：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.鉆探工程在國民經濟建設中能夠發揮哪些作用？

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濟發展的?瓶頸?。巨大的資源缺口將成為長期制約我國經濟社會發展的重要因素。快速勘查發現礦產資源后備基地，確保國家經濟安全已成為十分迫切的戰略任務。發深部地質巖心鉆探關鍵技術與裝備無論是提升我國的鉆探技術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濟發展的瓶頸、發現新的礦產地、拓展新的找礦空間實現資源可持續發展意義重大?！彪S著科技進步和經濟發展，巖土鉆掘工程在國民經濟中發揮著越來越大的作用。已廣泛應用于：(1)礦產資源勘探和部分礦產的開采；(2)水文地質勘探和水井鉆；(3)工程地質勘查和生態環境研究；(4)地質災害的防治與環境治理；(5)工民建和道路橋梁的基礎工程；(6)國防工程及海岸工程；(7)科學鉆探。地質礦產勘探鉆進；水文水井鉆進；工程地質勘察、基礎工程施工鉆進；油氣井鉆進；爆破孔鉆進(采礦、物探)；科學鉆探（海洋、湖泊、大陸、環境、冰川、外星）；地熱、干熱巖鉆采；水力采礦；核廢料掩埋、二氧化碳掩埋等；地質災害治理（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、地下核試驗等）；搶險救災（地下滅火、通風孔等）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、裂隙發育、易坍塌掉塊、遇水膨脹剝落等孔壁不穩定巖層。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：當鉆井液在環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到防止井噴或者鉆井液大量漏進地層的目的。

可通過調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.穩定井壁：可在鉆井液中加入適當的處理機，使鉆井液具有抑制頁巖膨脹和（或）分散的能力，同時產生薄而韌的濾餅，起穩定井壁的作用。

6.懸浮巖屑和密度調整材料：當停止循環時，鉆井液處于靜止狀態，其中的膨潤土顆?？苫ハ嗦摻Y，形成結構，將巖屑懸浮起來。若鉆井液中加有密度調整材料（如重晶石），則在停止循環時，鉆井液也可將它懸浮起來。鉆井液懸浮巖屑和密度調整材料的能力，可使鉆井液停止循環后易于再啟動。

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。

鉆進過程中，用液體或氣體的連續循環把孔內的巖屑沖洗或吹洗出來，稱為鉆孔沖洗。沖洗用的介質，不論是液體還是氣體習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地稱做泥漿(mud)，泥漿這個術語一直沿用，現在還有不少人把沖洗液統稱為泥漿。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壓力，穩定井壁，防止井噴、井漏和井塌等事故的發生；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資料。冷卻、排粉、潤滑、支撐

沒有泥漿的保護，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．鉆探工程中體現了哪些現代工業技術進步？

1，先進的地球科學、地球物理學是鉆探技術的基礎，這些先進的技術充分應用于鉆探領域。鉆進的方法和施工工藝都必須根據所鉆地區地層的結構而定。比如，在鉆孔結構設計之時，就必須根據地質學家提出的理想地層剖面柱狀圖來進行；再比如鉆頭鉆具的選擇，就要根據鉆進所遇地層來決定。還有巖石的性質、地殼的結構、不同地區的地質情況等。

2，鉆探工程體現微電子技術。自動化巖心鉆機，體現了人工智能技術以及網絡技術等?，F代先進定向鉆進技術更是體現了電子計算機控制技術的先進性。此外，鉆探需要采集地下數據，也體現了先進的信號測試與傳輸技術，數據的處理，反映了先進的計算機技術等等。

3，現代先進的計算機軟件技術在鉆探中體現?，F代鉆機的設計，由于先進的設計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行模擬，從而使獲得的信息形象化，更有利于指導鉆探施工的進行。還比如現在很多先進鉆探設備都配有高度智能化的神經網絡系統來進行控制。

然后，能源技術也是與鉆探工程密切相關的技術之一。比如非開挖、隨鉆測量等先進鉆探工藝中，某些部件必須得單獨供能，比如鉆桿中的各個傳感器，信息采集系統，反饋系統等，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縮短工期，還要求供能源要有很好的續航能力。

4，鉆探工程還與空間技術，海洋技術，通訊技術，制造技術等密切相關。全液壓頂驅型地質巖心鉆機系列比如在大洋科學鉆探工程中，要保證鉆進過程中水平位移和鉛直位移保持穩定，就需要多個隨動系統來進行準確的反饋控制，這種尖端設備就不僅僅采用一兩種技術就能實現的，需要結合力學，聲學，電子學以及計算機科學等等

5.簡述鉆探設備與工藝之間的關系。

鉆探設備通指探礦工程施工中所使用的機械，它是達到各種工藝操作要求，保證工程施工速度和質量的關鍵。

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

5.簡述實施樁基工程的基本工作程序與技術關鍵?！こ炭辈欤ㄔb樣品）→樁基施工（樁孔質量、清除沉渣、連續澆筑??）

簡述實施樁基工程的基本工作程序與技術關鍵?！こ炭辈欤ㄔb樣品）→樁基施工（樁孔質量、清除沉渣、連續澆筑??

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

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

樁柱工作范圍的泥面要平整和壓實，提供清晰準確莊主墨線，誤差允許范圍內確定樁的圓周，核實套管尺寸和完整性，要把鋼管的水平位置和垂直度準確較好，套管要定時復核套管的中心點和垂直度的準確，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壁，將吹水管接到裝地下，加氣壓，使樁內污水循環流動，污水需要過濾后才可以排出去 架鋼筋架 工程師檢驗合格后才可以放鋼筋架

需按施工圖紙扎鋼筋加，一扎鋼筋場必須整潔，鋼筋須有認可來源證及測試合格，鋼筋架駁口要有足夠長度，所有導筒要頂底封密，檢驗合格后才可以落籠，確保鋼筋架駁口長度足夠，有足夠箍筋要鎖緊駁口鐵，經工程師驗收水辦及量度樁深度檢驗合格才可以到混凝土

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

需在相關工程師監督下進行full coring test,混凝土樣板必須健全，連接面要沒有沙泥雜質。

七天后進行測試超聲波測試 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，

第二篇：鉆探工程概論復習題（最終版）

鉆探工程概論復習題

一、簡答題 每題10分

1.根據巖石的變形特性，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？對鉆進有哪些影響？

4.影響巖石硬度的因素有哪些？

5.鉆探技術的基本構成是什么？

6.簡述硬質合金鉆頭的碎巖機理（文字與簡圖）

7.PDC鉆頭的碎巖機理

8.金剛石鉆頭有哪些主要類型？

9.地質巖心鉆探與油氣井鉆探的主要區別在哪里？

10.空氣鉆進技術有哪些優點？

11.什么是鉆孔結構（也稱井身結構）？

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，它有哪些優點？

14.鉆探設備包括哪些主要內容？

15.鉆具按用途可以分為哪些？分述其主要作用。

16.什么是正循環鉆進？什么是反循環鉆進？反循環的形式有多少種？

17.鉆進參數主要有哪些？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.鉆探工程在國民經濟建設中能夠發揮哪些作用？

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．鉆探工程中體現了哪些現代工業技術進步？

5.簡述鉆探設備與鉆探工藝之間的關系？

6.試論述深部鉆探的關鍵技術（分別從鉆孔結構與管材級配、鉆探設備、鉆桿及鉆具、護壁堵漏等方面論述）

第三篇：11765鉆探工程概論考試復習題

11765鉆探工程概論考試復習題

一、簡答題 每題10分

1.根據巖石的變形特性，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。

硬度與抗壓強度有聯系，但又有很大區別?？箟簭姸仁枪腆w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，硬度指標更接近于鉆掘過程的實際情況。因為回轉鉆進中，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性能參數。

（1）巖石中石英及其他堅硬礦物或碎屑含量愈多，膠結物的硬度越大，巖石的顆粒越細，結構越致密，則巖石的硬度越大。而孔隙度高，密度低，裂隙發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律，并可利用這一現象來實施定向鉆進。

（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，將導致巖石的塑性系數降低，硬度增加。但當沖擊速度小于10m/s時，硬度變化不大。加載速度對低強度、高塑性及多孔隙巖石硬度的影響更顯著。

5.鉆探技術的基本構成是什么？

設備：鉆孔施工所使用的地面設備總稱。包括鉆探機、動力機、泥漿泵、鉆塔等。

工藝：取心鉆探技術，無巖心鉆探技術，多介質反循環鉆探技術，其它反循環鉆探技術，水文水井鉆探技術

地質學基礎、礦物巖石學、地層學、構造地質學、鉆探工程、工程地質、工程與環境物探、鉆探機械、6.簡述硬質合金鉆頭的碎巖機理（文字與簡圖）

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

可得到很高的鉆速。

8.地質巖心鉆探與油氣井鉆探的主要區別在哪里？

主要區別有以下幾點： 1.鉆孔的直徑：

Hole：孔，用于地質鉆探，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

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

鉆探：地層比較復雜，低層遇到的種類比較多 油氣井：一般低層地層單一。

9.空氣鉆進技術有哪些優點？

空氣鉆進的實質是以壓縮空氣代替沖洗液，作為鉆進中的循環介質來冷卻鉆頭，吹洗鉆孔把巖屑攜帶出地表的一種高效率、先進鉆進方法?？諝忏@進可以正循環鉆進，也可以反循環鉆進，在鉆探設備上只需要增加一臺移動式空氣壓縮機，孔口防塵及除塵等設備?？諝忏@進特別適用于干旱缺水地區、常年永凍層、孔內嚴重漏水地層及用水鉆進較困難地區。我國北方各省和西北各地有很多這樣的地區，因此，研究空氣鉆進具有很大的現實意義。

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

2.鉆頭壽命長： 空氣鉆進鉆頭壽命長，除上面提到的因素外，還有一重要因素，即當壓縮空氣經過鉆頭時，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，并為切削具創造有利的工作環境。與一般鉆進方法相比，鉆頭壽命可提高十倍以上。

3.能取得正確的地質資料：空氣鉆進以空氣為循環介質，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資料。

4.空氣鉆進不用水：這在干旱缺水地區其優越性更為顯著，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、碧石鐵質巖）在壓頭壓入時僅產生彈性變形，至A點最大載荷為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、石灰巖、砂巖）在壓頭壓入時首先產生彈性變形，然后塑性變形。至B點載荷達Pmax時才突然發生脆性破碎［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、孔隙石灰巖）區別于前二類，當壓頭壓入時，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遠小于巖石硬度，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，鉆進速度低。這種變形破碎方式稱為巖石的表面研磨，這個區稱為表面破碎區。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，可使巖石晶間聯系破壞，巖石結構間缺陷發展，特別是孔底受多次加載產生的疲勞裂隙更加發展，于是眾多裂隙交錯，仍可產生較粗巖粒的分離，這種變形破碎方式稱為疲勞破碎，這個區稱為疲勞破碎區。

體積破碎

切削具上的載荷繼續增加，接觸壓力大于或等于巖石硬度，切削具可有效地切入巖石，結果是：切削具在孔底移動時不斷克服巖石的結構強度，切下巖屑，這種變形破壞方式稱為體積破碎，這個區稱為體積破碎區。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？對鉆進有哪些影響？

巖石在不同方向上表現出不同的強度值稱為巖石的各項異性。

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，分布不同而導致的，這種各向異性會隨著巖石的應力變化而變化，可稱為應力各向異性；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力變化而改變。對鉆進的影響：

影響進效率的：由于在不同的層理結構上表現出不同的強度性質，在鉆進這樣的巖石層時會加大鉆進的工作量，因此巖石的各向異性會影響鉆進效率。

影響鉆孔偏斜：由于存在巖石的各向異性，使得鉆桿在鉆進過程中出現受力不平衡的情況，使得鉆桿發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？

但在實際使用中，硬質合金鉆進只適用于鉆進中等硬度以下的地層，即可鉆性1 ～7 級和部分8 級地層。若在更為堅硬的巖層中鉆進，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能力。當前，軟的和中硬以下的地層，尤其是土層的鉆孔工作，主要靠硬質合金鉆進。

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，當其刃角磨鈍后可回收復用。鉆頭按金剛石粒度分粗、中、細三種：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/克拉的為細粒鉆頭。一般情況下，細粒鉆頭適用于鉆進致密、堅硬地層。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，孕鑲鉆頭可保持穩定的鉆速，應用范圍較廣。它堅硬、致密、弱研磨性（優質金剛石、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，與孕鑲的區別是胎體內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。它用于鉆進較軟和研磨性強巖層，10.什么是鉆孔結構（也稱井身結構）？

鉆孔結構設計是與鉆進有關的，所有工程計算的基礎。鉆孔結構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。據地層理想柱狀圖做出來的。一般來說，換徑次數越多、鉆孔結構越復雜；換徑次數越少，鉆孔結構越簡單。在可能情況下，應使鉆孔結構盡量簡單。根據地層條件，一層一層放入套管，所形成圖示的結構：

層套管;必須下表層套管，目的是保護淺部地層特別是地層水不受污染；

二、通常每口井鉆進時所穿越的地層存在多個壓力系統，鉆井行業標準規定同一裸眼井段上下地層壓力系數差不得超過0.4；

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

四、對于特別復雜的地層，如容易縮徑和蠕變的石膏鹽地層為減少卡鉆等事故復雜，多下層套管可減少鉆井施工的難度和縮短鉆井周期，經評估有可能還降低鉆井成本。鉆探地質套管是供地質部門進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,用以保護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

設計依據

1．鉆孔的用途和目的；

2．該地層的地質結構、巖石物理力學性質；

3．鉆孔的設計深度和鉆孔的方位方向、頂角方向； 4．必需的終孔直徑；

5．鉆進方法、鉆探設備參數。

11套管在鉆探工程中起什么作用？ 保護孔壁，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。鉆進復雜地層時，用套管護壁堵漏，可保證正常鉆進。巖心鉆探抽水試驗孔可用套管進行止水，保證抽水資料的準確性。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、氣體生產的通13.什么是正循環鉆進？什么是反循環鉆進？反循環的形道,例如水井、油氣井、地熱井、溶解類礦產的開采鉆井等,都式有多少種？

必須下入生產套管。地質鉆探孔內的套管外徑小,一般下入的套管也較淺,在鉆探任務完成后要將套管起拔出來,可以繼續正循環鉆進是泥漿自供應池由泥漿泵泵出，輸入軟管送往使用。石油天然氣下入的表層套管、技術套管和油層套管,在水龍頭上部進口，再注入旋轉空心鉆桿頭部，通過空心鉆機一下入井內之后,都需要注水泥將套管與井壁固結起來,封閉死直流到鉆頭底部排出，旋轉中的鉆頭將泥漿潤滑，并將泥漿擴管外的環狀間隙,套管就無法取出。即使無工業油氣流的探井,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。供水井下入的套管稱為井管,漿槽。

強度要求不高,井淺時可不用無縫鋼管,用鑄鐵管。反循環鉆進與正循環鉆進的差異在鉆進時泥漿不經水龍頭直接注入鉆孔四周，泥漿下達孔底，經鉆頭拌和使孔內部漿液12鉆探設備包括哪些主要內容？

均勻達到擴壁，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，將鉆鉆探設備是指用于鉆探施工這種特定工況的機械裝置和設渣從空心鉆桿排入水龍頭軟管溢出。

備，主要由鉆機、泥漿泵及泥漿攪拌機、泥漿凈化設備、鉆塔反循環鉆進按照產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，泵吸反循環和氣舉反循環三種方式。不同反鉆機：是完成鉆進施工的主機，它帶動鉆具和鉆頭向底層循環鉆進方式，隨著鉆孔深度的變化，鉆進效率也有所不同，深部鉆進，并通過鉆機上的升降機來完成起下鉆具和套管、提所示為三種反循環鉆進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，地表噴射反循環鉆進效率，在淺孔段效率鉆塔的主要功能：起下鉆具（套管）、減壓鉆進時懸掛鉆具、較高，氣舉反循環鉆進效率在50 m 以后較高。在選擇反循環處理孔內事故并為空中作業提供平臺。

鉆進方式時，應根據孔深、水位等情況進行合理的選擇，為了泵的主要功能是：向孔內輸送沖洗液以及清洗底孔、冷卻提高鉆進效率，有時也采用兩種方式相結合的復合式反循環鉆鉆頭和潤滑鉆具。

進。

通常，主要類型的鉆探設備均由鉆機、鉆塔－桅桿、泥漿泵等三部分構成。

14鉆進參數主要有哪些？各自起到什么作用？

當然，對于一些大型鉆探設備來講，劃分得可能會更細一點，如石油鉆機就號稱8大件：井架、天車、游動滑車、大鉆進參數主要有以下三個方面：

鉤、水龍頭、絞車、轉盤、泥漿泵。

鉆塔設備主要包括以下三個方面的內容：

鉆壓：鉆壓也稱軸向壓力。鉆進時，合金的受鉆壓1.鉆機：鉆機（drill）是在地質勘探中，帶動鉆具向地下切入巖石而鉆進；同時，因鉆壓造成合金與巖石的摩鉆進，獲取實物地質資料的機械設備。又稱鉆探機。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，下入或提出在孔內的鉆具。可用質量的前提下從鉆進效率和鉆頭壽命兩個方面進行分于鉆取巖心、礦心、巖屑、氣態樣、液態樣等，以探明地下析、研究。一般情況下，在松軟及軟巖石中鉆進時，地質和礦產資源等情況。主要分類：潛孔鉆機 鑿巖鉆機 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 探礦鉆機

而在中硬和硬巖層中鉆進時，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（可以根據實際需要增減結構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，承受式和特點，它直接影響鉆進速度。

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

斷地增大。這是兩者關系的總趨勢。具體可分為3 個階段：系列鉆塔從結構上分為單管兩腳塔、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、動態型塔等；從起塔方在鉆進過程中，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過程中，為保持較高的鉆速，應隨著切削具的磨鈍而逐漸增大鉆壓，直至鉆探設備或其他條件限制不可能繼續增大鉆壓時為止。

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

另一方面，必須充分考慮到實現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度限制外，還受到鉆桿柱和孔底鉆具組成的強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、管及地面機械設備能力的限制。

子塔、型鋼塔；從安裝型式分為散裝型、整體車裝型等；從用在實際生產中，首先確定每顆硬合金切削具上應該施加的途上分為石油鉆井、水文鑿井、巖土工程、地質找礦、煤田勘壓力，然后，再根據一個鉆頭上鑲焊切削具的數目，計算出總探、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 —每顆切削具上應加的壓力的機械。泥漿泵是鉆探設備的重要組成部分。在常用的正循（單顆鉆壓）；m —鉆頭上切削具的顆數。環鉆探中﹐它是將地表沖洗介質──清水﹑泥漿或聚合物沖洗液在一定的壓力下﹐經過高壓軟管﹑水龍頭及鉆桿柱中心孔鉆速：從理論上看，鉆速隨轉速的增加而成正比地增加。直送鉆頭的底端﹐以達到冷卻鉆頭﹑將切削下來的巖屑清除但實際上鉆速并不隨轉數的增加而呈正比增加，轉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（最優值）。超過此值后，鉆速反而會下降，其主要動力機帶動泵的曲軸回轉﹐曲軸通過十字頭再帶動活塞或柱原因一是在高轉數的情況下，合金在巖石表面上的作用時間太塞在泵缸中做往復運動。在吸入和排出閥的交替作用下﹐實現短，從而影響合金的切人深度，導致鉆速下降；另一個原因是壓送與循環沖洗液的目的。在高轉數的情況下，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：鉆進時，沖洗液的質量與數量對鉆進速度有很大影響。根據國內外的資料證明，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。應當指出，當沖洗液量不足時，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。當采用大泵量時，則必須給予一定的重視。

送入孔內的沖洗液量、主要是用于清除孔底產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?？椎椎那鍧崰顟B對鉆進影響很大。把孔底破碎下來的巖屑及時沖離孔底，就為連續破碎巖石新鮮面創造了條件，從而避免重復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事故的發生。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，使其循環流動阻力也相應地增大，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，使巖心劈裂而發生巖心堵塞，降低巖心采取率。因此泵量應有一個合理的值。

一般說來，巖石可鉆性級別越低，轉速越大，機械鉆速越高，則所用的泵量應越大；孔徑越大，所用的泵量也越大。沖洗液量應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有關），而上升速度又與巖屑顆粒尺寸和其密度有關。清水沖洗時，上方流速不應小于0.25 m／s，而采用泥漿作沖洗液時，上升液流速度不應小于0.2 m／s。依此，流量可按下式來計算。Q ＝F·v

Q —泵量，m 3／s ；

F —管外環狀空間的面積，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過程中巖石破碎的難易程度。在鉆探生產中通常用機械鉆速作為衡量巖石可鉆性的指標，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。對鉆探生產非常重要，它是合理選擇鉆進方法、鉆頭類型和結構、鉆進規程參數的依據，也是制訂鉆探生產定額和編制鉆探生產計劃的依據。

巖石的可鉆性是在一定鉆進方法下巖石抵抗鉆頭破碎它的能力。它反映了鉆進作業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性質，還與鉆進的工藝 技術措施有關，所以它是巖石在鉆進過程中顯示出來的綜合性指標。由于可鉆性與許多因素有關，要找出它與諸影響因素之間的定量關系十分困難，目前國內外仍采 用試驗的方法來確定巖石的可鉆性。不同部門使用的鉆進方法不同，其測定可鉆性的試驗手段，甚至可鉆性指標的量綱也不盡相同。例如，地勘部門在回轉鉆進中以單 位時間的鉆頭進尺（機械鉆速）作為衡量巖石可鉆性的指標，分成12個級別，級別越大的巖石越難鉆進；在沖擊鉆進中常采用單位體積破碎功來進行可鉆性分級。而在石油鉆井部門則以機械鉆速與鉆頭進尺的乘積或微型鉆頭的鉆時作為衡量指標，分成10個級別。

二、綜述題 每題25分。

1.鉆探工程在國民經濟建設中能夠發揮哪些作用？

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濟發展的‘瓶頸’。巨大的資源缺口將成為長期制約我國經濟社會發展的重要因素?？焖倏辈榘l現礦產資源后備基地，確保國家經濟安全已成為十分迫切的戰略任務。發深部地質巖心鉆探關鍵技術與裝備無論是提升我國的鉆探技術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濟發展的瓶頸、發現新的礦產地、拓展新的找礦空間實現資源可持續發展意義重大?！?隨著科技進步和經濟發展，巖土鉆掘工程在國民經濟中發揮著越來越大的作用。已廣泛應用于：(1)礦產資源勘探和部分礦產的開采；(2)水文地質勘探和水井鉆；(3)工程地質勘查和生態環境研究；

(4)地質災害的防治與環境治理；(5)工民建和道路橋梁的基礎工程；(6)國防工程及海岸工程；(7)科學鉆探。

地質礦產勘探鉆進； 水文水井鉆進；工程地質勘察、基礎工程施工鉆進；油氣井鉆進；

爆破孔鉆進(采礦、物探)；科學鉆探（海洋、湖泊、大陸、環境、冰川、外星）；

地熱、干熱巖鉆采；水力采礦；核廢料掩埋、二氧化碳掩埋等；

地質災害治理（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、地下核試驗等）； 搶險救災（地下滅火、通風孔等）…… 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、裂隙發育、易坍塌掉塊、遇水膨脹剝落等孔壁不穩定巖層。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：當鉆井液在環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到防止井噴或者鉆井液大量漏進地層的目的?？赏ㄟ^調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.穩定井壁：可在鉆井液中加入適當的處理機，使鉆井液具有抑制頁巖膨脹和（或）分散的能力，同時產生薄而韌的濾餅，起穩定井壁的作用。

6.懸浮巖屑和密度調整材料：當停止循環時，鉆井液處于靜止狀態，其中的膨潤土顆?？苫ハ嗦摻Y，形成結構，將巖屑懸浮起來。若鉆井液中加有密度調整材料（如重晶石），則在停止循環時，鉆井液也可將它懸浮起來。鉆井液懸浮巖屑和密度調整材料的能力，可使鉆井液停止循環后易于再啟動。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。

鉆進過程中，用液體或氣體的連續循環把孔內的巖

屑沖洗或吹洗出來，稱為鉆孔沖洗。沖洗用的介質，不論是液體還是氣體習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地稱做泥漿(mud)，泥漿這個術語一直沿用，現在還有不少人把沖洗液統稱為泥漿。

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壓力，穩定井壁，防止井噴、井漏和井塌等事故的發生；

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資料。冷卻、排粉、潤滑、支撐

沒有泥漿的保護，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度，而鉆桿柱的底部在鉆進時承受壓力及回轉扭矩，對其抗彎強度有很高的要求，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鉆遇的地層復雜且不可見。由于地球的地層結構復雜多變，尤其是在比較深的地層更是惡劣。在高溫、高壓條件下，不僅巖石堅硬、難鉆，且巖石具有一定塑性，易產生孔底縮徑事故，甚至在下鉆進，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。當鉆遇硬巖陡斜地層時，極易產生鉆孔彎曲，面且隨著鉆孔的加深，鉆孔彎曲度呈指數曲線增加，從而給鉆進工作帶來極大困難。而航天的空間無限大，可以不考慮這么多因素。④鉆探工程中設備工作條件惡劣。在一般的鉆探過程中，鉆探設備都工作在高負荷情況下。除此之外，由于要實時地對鉆探工作依據地層的變化作出相應的調整，因此還要對工作設備準確性以及可靠性作出更高的要求。采用一般化學處理劑處理的泥漿將會失掉其穩定性，如鉆遇高壓流體，將導致井涌、井噴。因此鉆探設備應同時滿足重載和實時性以及準確性的要求，航天中的空間大，應變性好，這對鉆探技術的要求比航天工程更加高了。

⑤工作設備和控制設備的通信艱難。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，因為電磁波可以在真空中傳播，信息交互過程中沒有很大的障礙。相反由于鉆探工程的工作設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備所反饋的信息。

⑥超井深作業難度大。比如英國研究人員領導的一個小組將首次向地下鉆探到達地幔，并從那里取回樣本。這項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)堅硬的巖石，其溫度最高可達298攝氏度。一旦到達那里，設備所要承受的壓力大得驚人，高達每平方英寸400萬磅(約合每平方厘米281噸)———相當于通常重力的28.5萬倍。這相比在航天過程中受到的壓力就大得多了

4．鉆探工程中體現了哪些現代工業技術進步？ 1，先進的地球科學、地球物理學是鉆探技術的基礎，這些先進的技術充分應用于鉆探領域。鉆進的方法和施工工藝都必須根據所鉆地區地層的結構而定。比如，在鉆孔結構設計之時，就必須根據地質學家提出的理想地層剖面柱狀圖來進行；再比如鉆頭鉆具的選擇，就要根據鉆進所遇地層來決定。還有巖石的性質、地殼的結構、不同地區的地質情況等。

2，鉆探工程體現微電子技術。自動化巖心鉆機，體現了人工智能技術以及網絡技術等。現代先進定向鉆進技術更是體現了電子計算機控制技術的先進性。此外，鉆探需要采集地下數據，也體現了先進的信號測試與傳輸技術，數據的處理，反映了先進的計算機技術等等。

3，現代先進的計算機軟件技術在鉆探中體現。現代鉆機的設計，由于先進的設計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行模擬，從而使獲得的信息形象化，更有利于指導鉆探施工的進行。還比如現在很多先進鉆探設備都配有高度智能化的神經網絡系統來進行控制。然后，能源技術也是與鉆探工程密切相關的技術之一。比如非開挖、隨鉆測量等先進鉆探工藝中，某些部件必須得單獨供能，比如鉆桿中的各個傳感器，信息采集系統，反饋系統等，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縮短工期，還要求供能源要有很好的續航能力。4，鉆探工程還與空間技術，海洋技術，通訊技術，制造技術等密切相關。全液壓頂驅型地質巖心鉆機系列比如在大洋科學鉆探工程中，要保證鉆進過程中水平位移和鉛直位移保持穩定，就需要多個隨動系統來進行準確的反饋控制，這種尖端設備就不僅僅采用一兩種技術就能實現的，需要結合力學，聲學，電子學以及計算機科學等等

第四篇：鉆探工程

鉆探工程（drilling engineering）

在地質勘探和建筑基礎勘查中，用鉆機按一定設計角度和方向施工鉆孔，通過鉆孔采取巖心（或礦心）、巖屑或在孔內下入測試儀器，以探查地下巖層、礦體、油氣和地熱等的工程。簡稱鉆探。探礦工程的重要組成部分。在鉆進中，主要應用機械的方法破碎巖石，其他物理的或化學的破碎巖石方法，尚處于試驗研究階段。按破碎巖石的外力作用方式可分為沖擊鉆進、回轉鉆進、沖擊回轉鉆進、振動鉆進和噴射鉆進等；按鉆進時是否取巖心（或礦心），可分為取心鉆進和不取心鉆進；按破碎巖石所使用的磨料，又分為硬質合金鉆進、鉆粒鉆進和金剛石鉆進等。鉆探是地質勘探的一種重要技術手段，廣泛應用于尋找和勘 探 各種礦產、油氣藏、地下水、地熱，以及為水利建設、工程建筑和交通設施等提供地質資料。

鉆探機械主要包括鉆機、泥漿泵、動力機和鉆塔等。鉆機是用于向地下鉆孔的最重要的機械設備。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械設備。鉆塔又稱井架，是架設在鉆場或井場上方，配合鉆機絞車進行升降鉆具的塔架。

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 地熱鉆探，井深1000～3000米。⑤ 工程地質鉆探，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情況。

第五篇：鉆探工程試題庫

一、選擇題

1、巖土鉆掘工程的施工技術主要內容包括（）。

A.地質勘探 B.開采礦產資源 C.工程勘探 D地基處理及巖土體穩定加固

2、目前，鉆孔用的工藝方法常見的有（）。A.回轉鉆進、沖擊（抓）鉆進、復合鉆進 B.無沖洗液循環鉆進 C.正反循環鉆進 D.人工開挖

3、在巖石可鉆性按機械鉆速分級（即按實鉆法分級）中，次生土、壤土、矽藻土屬于（）。A.松軟疏散的 B.較軟疏散的

C.軟的

D.較軟的

4、在巖石可鉆性按機械鉆速分級（即按實鉆法分級）中，千枚巖、輝長巖屬于（）。A.松軟疏散的 B.軟的

C.中等硬度

D.硬的

5、巖心鉆機種類很多，構造各異。目前較普遍使用的有（）。

A、油壓給進立軸式鉆機

B、轉盤式鉆機

C、全液壓式鉆機

D、柴油機

6、一臺完善的巖心鉆機必須具有（）。A、傳動系統 B、回轉系統

C、調壓和給進系統

D、升降系統

7、靠密閉容腔容積變化進行能量轉換的泵稱為（）。A、葉片式泵 B、電磁泵

C、噴射泵

D、容積式泵

8、目前鉆探工作主要使用的是（）。

A、三相交流感應電動機

B、柴油機

C、直流電動機

D、發電機

9、按構造的不同，可將鉆塔分為（）。A、兩腳鉆塔 B、三腳木塔

C、四腳鐵塔

D、桅桿式鉆塔

10、下列選項中，（）屬于鉆進工具。A、鉆頭 B、巖心管

C、套管

D、取粉管

11、下列選項中，（）屬于附屬工具。A、提引器 B、墊叉

C、管鉗

D、矢錐

12、硬質合金切削具的形狀有（）。A、片狀合金 B、柱狀合金

C、針狀合金

D、粒狀合金

13、向孔底補給鋼粒的方法稱為投砂方法。常用的投砂方法有（）。A、一次投砂法 B、結合投砂法

C、連續投砂法

D、孔底投砂法

14、對于表鑲鉆頭，金剛石鑲嵌在胎體的表層，按照其鑲嵌位置的不同，可分為（）。A、底刃金剛石 B、邊刃金剛石

C、側刃金剛石

D、人造金剛石

15、鉆探中常用的沖洗介質類型有（）。A、清水 B、泥漿 C、乳化液

D、空氣

16、可以作為卡料，從鉆桿內投入孔底來卡緊扭斷巖心的物質有（）。A、小碎石 B、鉛絲

C、鋼粒

D、卡簧

17、當前設計的鉆孔類型，規納起來有以下幾種（）。A、水平孔 B、垂直孔

C、斜孔

D、定向孔

18、彎曲的鉆孔軸線上任一點的空間坐標位置由該點處的（）來確定。A、孔深 B、頂角

C、傾角

D、方位角

19、鉆探生產中發生的事故一般可歸納為（）。A、交通事故 B、人身事故

C、機械事故

D、孔內事故

20、下列選項中，不是孔內事故處理方法的有（）。A、撈 B、提

C、掃

D、放

21、按形成反循環液流在鉆桿內上升的動力和方式，可分為（）。A、泵吸反循環 B、氣舉反循環

C、射流反循環

D、交叉反循環

22、井管是垂直安裝在地下的構筑物，包括（）三個部分。A、井壁管 B、濾水管（過濾器）

C、沉淀管

D、出水管

23、當前在我國常用的濾水管材料有（）。A、鋼質濾水管 B、鑄鐵質濾水管

C、水泥質濾水管

D、塑料濾水管

24、止水工作完畢后，一定要進行止水質量檢查。檢查止水效果的方法有（）。A、連通檢查法 B、水位差檢查法

C、食鹽擴散檢查法

D、泵壓檢查法

25、常用的洗井方法包括（）。A、活塞洗井

B、噴射洗井

C、壓縮空氣激蕩洗井

D、二氧化碳洗井

四、名詞解釋

1、巖石的結構是指組成巖石的礦物成分、粒度、形狀和礦物顆粒之間的連結方式。

2、巖石的構造是指巖石在生成時和生成后受動力地質作用所形成的層理、節理和裂隙等。

3、整體巖石被破碎后，自然堆積的體積比整體巖石的體積大，這種特性稱為巖石的松散性（又稱碎脹性）。

4、單位體積巖石中孔隙的大小，用單位體積巖石中所含孔隙體積的百分比來表示，這個比率稱為孔隙度。

5、顆粒間缺乏凝聚力的松散性巖石，堆放時能保持其外形，由于受顆粒自重和，顆粒之間摩擦力的作用而不坍塌，此時其斜面與水平面所夾之角，稱為巖石的自然安息角。

6、巖體是指在地質歷史過程中形成的，由巖石單元體和結構面組成的，具有一定的結構并賦存于一定的天然應力狀態和地下水等地質環境中的地質體。

7、土是由固體（礦物、巖石碎屑）、水和氣體組成的質地較松散（同巖石相比較而言）的三相地質集合體。

8、巖石可鉆性可理解為鉆進過程中巖石抵抗破碎的強度。它表示巖石破碎的難易性。

9、硬質合金鉆進，是采用具有相當硬度的硬質合金做碎巖切削具的一種鉆進方法。

10、鋼粒鉆進是用未鑲有切削具的鉆頭鋼體壓住不與鉆頭鋼體鑲在一起、呈自由狀態、尺寸不大的鋼粒，并帶動它們在孔底翻滾而破碎巖石的鉆進方法。

11、沖擊回轉鉆進方法主要是在回轉鉆具的基礎上增加一個沖擊器，以提高鉆進效率的一種方法。

12、在泥漿失水的同時，泥漿中的一些較大的粘土顆粒附著在孔壁巖石上，形成一層泥皮，泥漿的這種能力稱為泥漿的造壁能。

13、泥漿靜止時，粘土顆粒兩端水化膜薄處粘結，而形成結構，稠化成膠狀物質。當再進行攪拌或振蕩時，又恢復其原有的流動性，這種性質稱為泥漿的觸變性。

14、泥漿含砂量是指泥漿中不能通過200網目篩孔，即直徑大于0.074 mm的砂粒所占泥漿總體積的百分含量。

15、巖礦心采取率是指在回次鉆進過程中，實際取出的巖（礦）心長度與實際鉆進尺之比值。

16、在施工過程中，由于種種原因，鉆孔都要偏離設計的軸線，凡是鉆孔實際軸線偏離了設計的鉆孔軸線（包括頂角和方位角）者，均稱為鉆孔彎曲，簡稱孔斜。

17、復雜地層，是指由于地質構造的運動，地下水的溶蝕、沖刷以及由于巖石本身的特點而使其穩定性和完整性遭受破壞（如破碎、坍塌、掉塊、漏水、涌水、空洞、礫石、流砂、鉆孔擴徑、縮徑等）的地層。

18、將選好的礫料投入過濾器與井壁之間的環狀間隙，這一工序稱為填礫。

19、清除井壁上的泥皮，并把滲入到含水層中的泥漿抽吸出來，恢復含水層的扎隙，進而抽吸出含水層中一部分細小顆粒，擴大含水層的孔隙而形成一個人工過濾層。這個高滲透率的人工過濾層的形成工作過程，叫做洗井。

20、濾水管是在井管外圍按一定的技術要求和規格開成進水通道的管材，亦稱為過濾器。

21、換漿就是往孔內泵入優質的稀泥漿，把井內含有巖屑的濃泥漿全部置換出來，其目的是將井底的巖屑和含巖屑的濃泥漿排出后，可保證下管過程中井內泥漿不產生沉淀，而能順利地把井管下到預定的位置。

五、簡答題

1、由于巖體在其形成和存在的整個地質歷史時期中，經受過各種復雜而不均衡的地質作用，這就使其工程性質變得十分復雜，試說明這種復雜性的5種表現。

①不連續性：由于巖體中存在著各種結構面，因此，從巖體總體來看是不連續的介質（大塊、完整的巖體可看成連續介質）。②非均質性：指巖體物理力學性質隨空間位置不同有較大的差異。巖體的這一特性，使其試驗結果常具有較大的離散性。

③各向異性：指巖體性質隨巖體結構面的取向而有差異的性質。這是由于巖體中結構面的分布往往有一定的方向。④巖體中存在著天然應力場。

⑤巖體賦于一定地質環境之中，巖體中的水、溫度、應力場對巖體性質有較大的影響。

2、說明巖石可鉆性按機械鉆速分級的依據及缺點

這種方法是在規定的設備工具和技術規范條件下，在現場進行實鉆，以所得的純鉆進速度作為巖石可鉆性分級指標。同時考慮到由于巖石的研磨性造成的鉆進速度逐漸降低，回次鉆進長度縮短，故在分級指標中一并列入回次長度值作為輔助指標。

巖石可鉆性按機械鉆速分級方法的主要缺點是：

①隨著技術條件（設備、鉆進方法與工具等）和技術水平（鉆進規程參數的最佳配合、沖洗介質性能及工人操作水平等）的改變，各類巖石的實鉆指標（可鉆性等級）的絕對值和相對關系都會發生變化。

②各地各礦區的巖面都存在著差異，要找到在同深度并且其他條件相同的測試條件是較難實現的，因而影響其測試的科學性。

③要組織較大的測試隊伍到各地各礦去測試，因而該測試方法費力費時。

3、試說明鉆井用泵的功用及鉆井工作對泵性能的要求。

? 鉆探用泵用來向孔內輸送沖洗液（泥漿或其他沖洗介質）用來冷卻鉆頭，攜帶巖粉等，并能使其在孔內保持循環；

? 在某些特種工作中，如堵漏、封孔等，還用泵向孔內灌注水泥漿等物質； ? 輸送具有能量的液體，給渦輪鉆具、射流沖擊鉆具及其他水力沖擊鉆具提供動力； ? 借助水泵上的儀表裝置了解孔內變化情況； ? 給鉆機場供水。

? 鉆井泵的排量要能簡便、迅速地在較大范圍內進行調節，最好能實現無級調節。? 鉆井泵的排出壓力也要能在較大范圍內進行調節。

? 當根據鉆進工藝規程將泵量調定以后，它不能隨泵的排出壓力的變化而發生變化。? 工作可靠，易損件壽命長，便于維修保養。? 要能適應不利條件下的工作。? 運移性要好。

4、試說明鉆探工作對動力機的要求。

要求動力機不僅要有較高的效率，而且要求負荷變動時不致嚴重影響其性能和效率； 具有“軟”的外特性，即動力機在負荷變化時，轉速能在較寬范圍內依照“恒功率”的曲線相應變化；

具有較大的超載能力和較寬的調速范圍，最好能實現“恒功率”調運； 質量輕，尺寸小，在野外作業條件下易于搬運安裝；

結構簡單，工作可靠、安全，使用維護方便，噪音小，不污染環境； 經濟性好，燃料供給方便，價格低，效率高。

5、試說明硬質合金鉆進的優、缺點及其應用范圍。（10分）

? 鉆進時工作平穩、振動較小，其巖心比較光滑完整，采取率比較高。? 根據不同巖性可以靈活改變鉆頭結構。

? 操作簡單方便，鉆進規程參數容易控制，孔內事故較少。

? 硬質合金比較便宜，鉆頭鑲焊工藝簡單，修磨方便，成本費用較低。? 應用范圍不受孔深、孔徑和孔向的限制。

硬質合金的硬度畢竟有限，其強度和耐磨性亦尚嫌不足，在堅硬巖層中鉆進時效率不高，鉆頭的壽命不長。

現在，硬質合金鉆進主要用于1～7級巖石及部分8級巖石。

6、簡述金剛石鉆進的優越性

1．鉆進效率高

一般在技術和地質條件相同的情況下，與鋼粒鉆進相比，小時效率高數倍，臺月效率高50%以上。2．鉆孔質量好

巖礦心采取率高，代表性好金剛石鉆進所取的巖礦心，完整度高，表面光滑清晰，結構可保持原狀，有利于地質觀察；礦心品質好。

鉆孔彎曲度小。鉆孔彎曲度比較小，一般每100m只增加1度上下。3．設備工具輕

金剛石鉆進的全套設備比鋼粒鉆進的設備要輕l倍左右。

裝備輕便，更有利于高山地區和其他交通困難地區進行鉆探施工。4．勞動強度低 由于金剛石鉆進口徑小，鉆頭在孔底回轉扭矩小，升降鉆具時，鉆桿較易擰卸。由于設備輕便，搬遷運輸量減少，安裝和拆卸的勞動強度也減輕。5．孔內事故少

小口徑金剛石鉆進時，孔內事故較少。由于鉆桿與孔壁間隙小，一旦發生鉆桿折斷事故也容易打撈。6．鉆探成本低

鉆進機械效率和生產效率的提高、設備工具裝備的減輕、孔內事故的減少都是降低鉆探成本的主要因素。

7、簡述鉆孔沖洗介質的功用

1．冷卻鉆頭

鉆頭在破碎孔底巖石時，因摩擦而產生大量的熱，如不及時冷卻，會使切削具很快地磨損，降低破碎巖石的效率，甚至會發生燒鉆事故。2．清洗孔底

把破碎的巖粉及時地排出孔外，以防巖粉在孔底堆積產生重復破碎，增加鉆頭、鉆具的磨損，影響鉆頭的壽命和鉆進效率。故要求沖洗介質具有較大的輸送及懸浮巖粉的能力。3．保護孔壁

在鉆進中，由于破壞了巖層的平衡狀態，如果巖層本身穩定性差，易發生變形甚至坍塌。因此，沖洗介質應具有一定的重量以平衡地層的壓力。同時還要求沖洗介質具有造壁性能，能在孔壁上形成一層薄而致密的泥皮，以保護孔壁。4．潤滑鉆具

由于鉆具在孔內回轉速度大，阻力也大。故要求沖洗液在鉆具上形成一層潤滑層，減少功率的損耗、鉆具的磨損，提高鉆具的使用壽命。

除了以上的功用外，沖洗介質中加入表面活性物質，還起到軟化巖石的作用。

8.簡述漏失地層鉆進的鉆進特點及處理方法。

鉆進特點：

漏失地層一般都是透水層，或是發育著節理、裂隙、空洞以及遭到構造斷裂破壞的地層。鉆進這種地層時，由于孔內液柱與地層間存在著壓力差，常促使孔內沖洗液向地層內大量滲漏而造成漏失。

由于漏失，常造成沖洗液的大量消耗，這不僅引起費用增大、供水不及時而導致停鉆，而且還因孔內液柱壓力不斷降低而增大了孔壁巖層的不穩定性，最后引起坍塌、掉塊現象的產生。嚴重時將造成卡、埋鉆事故的發生。

處理方法：

漏失地層的處理方法，不外是如下兩個方面，即：沖洗液方面——加大泥漿粘度、減小密度，降低其流動性；孔壁地層方面——借助各種物質(如粘土、麻刀、馬糞等）來堵塞巖層裂隙。

具體的方法如下：

①使用粘度和靜切力高、密度盡可能小的泥漿——有時在泥漿中摻入谷糠、鋸末、麻刀等膨脹性材料，以充填裂隙，阻止漏失。

②粘土球充填法——即向孔內漏失部位投入粘土球，用倒置的巖心管接頭進行壓搗，將粘土擠入孔隙、裂隙以達到止漏目的。

③用膠質水泥處理漏失——即在泥漿中加入一定量的水泥、水玻璃或雪花石膏。④用塑料堵漏——即采用脲醛樹脂堵塞在大量漏失的鉆孔中止水。此外，條件許可時還可采用空氣鉆進或泡沫鉆進以解決漏失。

9、簡述水文地質和水井鉆的特點。

(1)口徑和井深

水文地質勘探孔需要下入抽水設備，進行抽水試驗，而供水井的出水量常在一定范圍內隨井徑增大而增加，因此，直徑都比較大。通常，勘探孔直徑為130～250 mm，供水井的直徑小則僅300—500 mm，大口徑者可達1～2 m。

當開發淺層含水層時，水井深度一般較小，通常為50—200 m。利用深部裂隙水的水井，深度可達300～500m。地熱井的深度已達1 000—2 000 m。(2)鉆進地層

水文地質和水井鉆工作一般都在第四系地層進行，這些地層常是各類填土、粘土、砂層、卵礫石、塊石、漂石等地層，這必然給鉆探工作帶來諸多的問題，如坍塌、縮徑、擴徑、漏失和難于采取巖心、樣品等。當在基巖地層鉆進時，也較多地會遇到裂隙、斷裂帶、破碎帶和溶洞。在這些復雜地層中鉆進時，事故多、效率低。

(3)鉆孔（井）結構——由于要進行孔內試驗等原因，鉆孔（井）下套管層次多，鉆孔直徑大，止水工作要求高，從而使鉆孔結構較復雜。

(4)鉆進方法——為適應地層復雜、孔（井）直徑大等特點，水文地質和水井鉆鉆進方法發展很快。

(5)勞動強度——由于水文地質和水井鉆的鉆孔（井）直徑大且全面鉆進多，產生的巖粉、巖屑多，設備、鉆具笨重，鉆孔（井）相對較淺，施工周期短，搬遷頻繁等，使各方面的作業勞動強度加大。

9、濾水管安裝在井壁管的下部，位于開采含水層的相對位置，地下水通過濾水管的孔隙流入管內，簡述對濾水管的要求。

對濾水管的要求，可概括為以下幾點：

1具有最大的進水面積，○以減少地下水經過它時的阻力。濾水管阻力越小，地下水在這里的流速變化越小，發生結垢的可能性越小，從而可以延長濾水管使用的年限。

②具有足夠大的機械強度，能承受安裝井管時的負荷和地層的壓力。

3具有最大限度的耐腐蝕能力和不因濾水管被腐蝕而影響水質的衛生要求。○④具有良好的濾水擋砂能力，濾水孔不易被地層中的物質堵塞。⑤具有安裝方便、成本低廉以及取材容易等特點。

10、井管包括井壁管、濾水管（過濾器）、沉淀管三個部分，通常井壁管與沉淀管采用同種管材。簡述對井管的要求。

為保證水井的出水量和壽命以及便于下管、安裝抽水設備和維修等工作，對井管提出下列要求：

①井管應圓、直、無彎曲，連接后管柱亦應筆直無彎曲，以保證下管和安裝抽水設備等工作的順利進行。

②井管內壁應平滑、圓整，以便在井管內安裝抽水設備。

③井管應具有一定的抗壓、抗拉、抗彎強度，以保證能承受井壁巖層和填礫的壓力和井管全部重量。

④應具有較高的抗腐蝕能力，延長使用期限，同時不致因井管腐蝕影響水質。⑤濾水管應具有較大的孔隙率，以保證減少地下水流入井管的阻力，獲得最大的出水量，同時要具有良好的擋砂能力，防止泥砂淤塞水井。

11、簡述氣動潛孔錘鉆進的優點

①鉆進效率高——潛孔錘鉆進效率高，特別是在硬巖中鉆進時比普通回轉鉆進方法高幾倍至幾十倍。如在可鉆性為7～8級的矽化石灰巖中鉆進時，小時進尺達20～30 m，平均臺班進尺在100m以上。

②鉆頭壽命長——用潛孔錘鉆進，一個球齒鉆頭在堅硬的花崗巖中能鉆進50 m，在石灰巖中鉆進進尺達1 000m。

③所需鉆壓低——例如，使用直徑為171 mm的牙輪鉆頭回轉鉆進時，需鉆壓1.2×102 kN，而用潛孔錘鉆進（220 mm的鉆頭）僅需鉆壓13～18 kN即可達到很好的鉆進效果。由于鉆壓低，不僅改善了鉆桿的受力狀況，而且回轉扭矩也降低，為鉆進大直徑井（孔）開辟了道路。

④防斜效果好——因鉆壓低、進尺快，潛孔錘鉆進具有較好的防斜效果，一般情況下都可控制在<1o/100 m的范圍內。

⑤排粉快——由于孔內沒有靜水柱壓力，排粉速度快，孔內清潔，對含水層沒有堵塞和破壞作用。

⑥鉆探成本低——近年來，由于空氣壓縮機的能力不斷提高，潛孔錘用于深孔鉆進已具備條件。

六、論述題

1、試論述鉆孔彎曲的原因及預防措施。

鉆孔彎曲的原因:一般認為鉆孔彎曲是由地質因素和施工工藝與設備安裝所引起的。

1．地質因素(1)巖石的各向異性

巖石在外力作用下，在各個方向上表現出不同的力學性質，稱為巖石的各向異性。巖石的各向異性在層理和層理構造的巖石中表現為垂直層理的巖石硬度小于順著巖石層理巖石硬度。異向性越強的巖石，鉆孔彎曲強大越大。

(2)巖層遇層角的影響

巖層的遇層角是指鉆孔的軸線與巖層層面之間小于90 o的夾角δ。鉆孔穿過軟硬互層時，因軟硬巖石抵抗破碎能力的不同，使孔底產生不均勻破碎，造成鉆速差，因而引起鉆孔頂角及方位角的變化。鉆孔偏斜的方向和頂角彎曲的強度取決于遇層角δ的大小和巖石的硬度差。差值越大，鉆孔的彎曲強度越大。

(3)松散、溶洞地層

鉆孔在松散地層（如表土、流砂層、松散破碎帶）鉆進時，因巖層松散、孔壁不牢固，故在鉆具自重的作用下，鉆孔極易下垂。

遇大溶洞時，斜孔鉆進由于重力作用，鉆孔頂角會急劇縮小而向下彎曲。直孔鉆進時，由于孔底不規則，粗徑鉆具也易偏離鉆孔軸線而發生彎曲。

2．設備安裝和施工工藝(l)設備安裝

鉆機必須安裝在堅固的地基上，地基的填方不得超過三分之一；塔上滑車、鉆機主軸和孔位應在同一軸線上；鉆機立軸或轉盤必須準確地固定在既定的傾角和方位上。否則都會導致鉆孔的嚴重彎曲。

(2)開孔換徑——鉆孔在開孔時，使用的鉆具同心度差；隨著鉆孔的延深而沒加長粗徑鉆具；在下定向管時，與鉆孔不同心、上下固定不牢固而曠動等，都會引起鉆孔彎曲。

(3)鉆進方法及施工工藝——鉆進方法不同時，孔徑與鉆具（主要指粗徑鉆具）之間的間隙也不相同。而兩者之間的間隙是造成鉆具在孔內偏斜的重要條件。間隙越大，則鉆具軸心線與鉆孔軸心線的夾角越大，鉆具偏斜越嚴重。

鉆孔彎曲也與鉆具的剛度有關。由于小口徑金剛石鉆具的剛度較小，而鋼粒鉆具的剛度稍強，在易斜地層鉆進時，采用金剛石鉆進，有可能比采用鋼粒鉆進孔斜還要嚴重。

此外，壓力過大引起鉆桿彎曲，使粗徑鉆具偏離鉆孔軸線；過高的轉速，增大了鉆具的離心力，使鉆具橫向運動加劇，擴大了孔徑；在松軟地層鉆進時，沖洗液量過大，返流流速過高，會沖刷孔壁引起孔徑擴大。這些不合理的工藝技術都會增大鉆孔的彎曲強度。

鉆孔彎曲的原因及預防措施 1．根據地層規律設計鉆孔

對于松散破碎地層，大裂隙、大溶洞發育的地層，應盡量避免打斜孔，應設計直孔或大傾角的鉆孔。

對于軟硬互層、層理片理發育地層，所設計的鉆孔方向應力求與層理面垂直。根據已鉆過的鉆孔彎曲規律，設計初級定向孔。2．確保設備安裝質量 鉆機安裝要平穩。

地基要穩固，其中填方不得超過l/3 天車、主軸、孔位三點應在一線 開孔傾角、方位角應嚴格按設計要求 3．選擇合理的鉆進工藝措施

盡量采用小口徑金剛石鉆進，以減少孔壁與鉆具的環狀間隙。

在破碎地層鉆進時應采用小的鉆壓，防止因鉆桿彎曲敲打孔壁造成坍塌掉塊而使孔徑擴大。

在松散、破碎地層鉆進時，應采用優質泥漿護孔，防止孔壁坍塌造成的孔徑擴大。換徑鉆進時，必須帶有與原孔徑同級的導向鉆具，以保證換徑后鉆孔的同心度。