第一篇：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。抗壓強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。空氣鉆進可以正循環鉆進，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。空氣鉆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住；

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。孔底的清潔狀態對鉆進影響很大。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。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。” 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。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，其中的膨潤土顆粒可互相聯結，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：鉆探工程復習題

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。

答:巖石的彈性和塑性:物體在外力作用下產生變形，撤消外力后，變形隨之消失，物體恢復到原來的形狀和體積的性質稱為彈性；而外力撤消后，物體變形不能消失的性質稱為塑性。在彈性變形階段，應力與應變服從虎克定律。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: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。

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？

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。

(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。)3.什么是巖石的各向異性？對鉆進有哪些影響？

答: 巖石根據其成因可分為巖漿巖、沉積巖和變質巖。如果把變質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，前者只占25％，后者卻占75％。

沉積巖的主要構造特征是在沉積形成過程中產生的層理。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。層理產生的原因

1－成分相同，顆粒大小在垂直方向呈規律性變化； 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性質具有明顯差異，即各向異性。

變質巖的主要構造特征是片理。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.標準答案: 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？

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，強硬礦物多，則硬度大

因此影響巖石礦物第一個因數是礦物，硬質礦物成分有：金剛石，剛玉，石英等 巖石的膠結方式：泥質膠結，硬度低，鈣質膠結和鐵質膠結，硬度大，堅硬，硅質膠結，非常堅硬

硬度與抗壓強度有聯系，但又有很大區別。抗壓強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。

影響巖石硬度的因素:（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？ 鉆井技術理論主要內容

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

巖石與鉆頭,井眼軌道設計與控制,鉆井液,優選參數鉆井,油氣井壓力預測與控制, 固井與完井,特殊復雜井鉆井技術’

理論基礎：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）

答：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。

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。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、鋼粒鉆進等。

硬質合金是一種堅硬材料，前面已經討論過。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。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，在硬質合金鉆進中，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

選用不當存在的問題：

選用的一般原則：孕鑲鉆頭：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）；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：巖石堅硬、致密、研磨性小者，應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，應用內外徑補強、耐磨性好的半圓唇面；當鉆進傾角大、易斜的巖層，應選用階梯形或錐形唇面，以便鉆頭起導正作用。

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，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？

答:地質巖新鉆探指地質勘查鉆探，主要目的是鉆取地下巖石的巖心，以供科學研究。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別，油氣井鉆探相對復雜。

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.低層情況：

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？

答: 1：空氣是低密度介質，無液注壓力，對流體礦產很重要，對保護儲層、產層很有利；2：空氣鉆進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。它是將壓縮空氣既作為循環介質，攜帶巖屑，又作為破碎巖石的能量。

空氣鉆井的優勢在于：1.顯著提高機械鉆速，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，節省了鉆頭用量；3.使用空氣錘鉆頭鉆壓小、轉速低、扭矩小，防斜效果更加良好；4.可有效避免井漏等井下復雜情況的發生，有利于環境保護。

空氣鉆井的缺點主要在兩個方面：一是空氣鉆井是欠平衡鉆井，因而當遇到地層出水、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，隨時準備轉換鉆井方式。二是空氣鉆井費用高，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，但一般采用空氣錘鉆頭鉆進，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入空氣錘環形空間氣室用于推動空氣錘內活塞上下運動做功，從而對井底巖石進行高頻沖擊，使巖石發生體積破碎,實現旋轉沖擊式快速鉆進。

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

10.什么是鉆孔結構（也稱井身結構）？

答: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。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.鉆孔結構設計的依據:鉆孔的用途和目的；．該地層的地質結構、巖石物理力學性質； 鉆孔的設計深度和鉆孔的方位方向、頂角方向；必需的終孔直徑；鉆進方法、鉆探設備參數

鉆孔結構設計的內容:確定各巖層的鉆進方法；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住；

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。

12.鉆探設備包括哪些主要內容？

答: 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。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。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、大鉤、水龍頭、絞車、轉盤、泥漿泵。（鉆探設備必須滿足不同鉆進工藝方法，但隨著工藝方法的變化，鉆探設備通常只是就設備的某一部分進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，鉆探設備的多功能/多用途已經越來越成為新型鉆機設計時所重點考慮的技術關鍵。）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。

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

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部分），鉆塔在鉆井過程中，用于安放和懸掛提升系統，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、強度、剛度、整體穩定性和必要的操作使用空間。系列鉆塔從結構上分為單管兩腳塔、三角塔、四角塔、A型塔、K型塔、桅桿型塔、門字型塔、動態型塔等；從起塔方式上分為液壓式、機械式、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械。泥漿泵是鉆探設備的重要組成部分。在常用的正循環鉆探中﹐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直送鉆頭的底端﹐以達到冷卻鉆頭﹑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﹐由動力機帶動泵的曲軸回轉﹐曲軸通過十字頭再帶動活塞或柱塞在泵缸中做往復運動。在吸入和排出閥的交替作用下﹐實現壓送與循環沖洗液的目的。

13.什么是正循環鉆進？什么是反循環鉆進？反循環的形式有多少種？

答：正循環：沖洗液或壓縮空氣通過鉆桿柱中間的內孔送到孔底，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狀間隙流回到地表，把巖屑排到地面。反循環鉆進與傳統的正循環鉆進相反，沖洗液自供水池，經過井口和鉆桿與孔壁環狀間隙，以自流方式流到孔底，然后攜帶巖粉通過鉆桿內孔返回井口，并經過水接頭和排渣管排到供水池，經沉淀澄清后重新流入孔內。

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。

隨著生產、科學技術的發展，人們對鉆孔直徑的要求越來越大，如何解決鉆進中，取心和排除孔內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鉆進方法，使鉆進效率提高2 —15 倍，鉆進成本大幅度降低。這一成果發表后，引起世界各國的重視，目前反循環鉆進方法已為世界許多國家所采用，并取得顯著經濟效益。

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

14.鉆進參數主要有哪些？各自起到什么作用？

答：(一)鉆具轉速

進行沖擊回轉鉆進時，鉆具回轉轉速的高低，主要是根據所鉆巖石的性質，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行確定。

以塊柱狀硬質合金為磨料的鉆頭，鉆進硬巖層或鉆進強研磨性巖層時由于破碎巖石的主導作用是沖擊載荷，所以鉆具的回轉轉速應在20～80r/min之間。所鉆的巖石越硬，其鉆具的回轉轉速應越低。

鉆進較軟巖石或鉆進裂隙發育的巖石時，由于沖擊破碎巖石的作用并不大，而是以回轉切削破碎巖石為主。所以應提高鉆具的轉速，一般可在80～300r/min之間。

選擇鉆具轉速除考慮上述所說的巖石性質外，還要考慮沖擊器的性能狀況。如沖擊器的沖擊功較大時，可適當的提高鉆具轉速；反之，應降低鉆具的轉速，同樣。沖擊器的沖擊頻率較高時，鉆具的轉速也應適當增加；反之，應適當降低轉速。

各種巖石都有它的最優沖擊間距值，根據生產實踐經驗，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。

進行針狀硬質合金鉆進時。鉆具的轉速不應低于200r/min。一般為200～300r/min。

進行金剛石沖擊回轉鉆進時，為了充分發揮金剛石磨削破碎巖石的作用以提高鉆進效率，鉆具的轉速應在600r/min以上(二)鉆壓

液動沖擊回轉鉆進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加應力以及回轉時切入巖石，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 軸向壓力與回次進尺的關系

P–軸壓，×9.8N；H–平均回次長度，m

鉆進較軟巖石時，由于巖石的抗破碎強度較低，基本上是以回轉剪切作用為主進行破碎巖石。為充分發揮回轉切削巖石的作用，應采用較大的軸向壓力。一般可控制在8000N左右

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

如果所施加軸向壓力過大，不但會造成硬質合金過早磨損，甚至會產生崩刃或崩脫，會導致鉆進效率降低。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，應盡量滿足沖擊器工作時的水量。同時還應加大一部分泵量，以補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？

①地質普查或勘探鉆孔用于了解地質構造、找礦或探明礦產儲量；②水文地質鉆孔，勘察地下水文地質情況；③水井，為工業、農業、國防及生活而開發利用或補給地下水資源并有充實水文地質資料作用；④工程地質鉆孔，勘察或為建筑廠基、壩址、水庫、橋梁及道路等探明工程基礎狀況；⑤石油鉆井，勘查和開發石油、天然氣；⑥地熱鉆孔，勘探和開發地下熱水與蒸氣資源；⑦工程基礎施工鉆孔，為加固處理建筑工程基礎而應用的基礎樁或管樁所施工的鉆孔；⑧開發鉆孔，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、排水、探水、探氣、凍結、運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，據文字記載，兩千多年前，在四川內陸地區就開始鑿井求鹽。隨著科學技術與國民經濟的發展，鉆探工程技術日益得到迅速發展和提高，其應用范圍也越來越廣泛

鉆進技術的用途鉆進技術的主要應用范圍有：地質勘察鉆探。為探明礦區的地質構造，礦體的產狀、品位、估計礦體儲量，為礦產開發提供必要的地質資料。水文地質鉆探。查明地下水狀態、水質、水量及其運動規律等水文地質資料。工程地質鉆探。為查明橋基、壩基、路基或水庫、港口、大型設備、高層建筑的地質基礎和地基承載能力等而進行的專門鉆探工作。油、氣田鉆探。為勘探石油及天燃氣等礦產而進行的鉆探工作。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？

答: 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。

鉆井液的作用: 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。

3．為什么說上天難、入地更難？

答:

油井領域--技術最難點--地質導向鉆井，深海鉆井，井下精確定方位。碳酸鹽巖地層裂縫發育帶鉆井取心難保證取心收獲率；碳酸鹽巖地層裂縫發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。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。例如遇到極其堅硬的地層，對鉆頭的考驗就比較大了，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物質等諸多復雜惡劣的情況，使得鉆探工程的難度更大。

2.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。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，這對鉆探技術的要求比航天工程更加高了。

3.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。

4.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

(世界上最深的鉆孔是前蘇聯的SG-3孔，終孔深度達12261m，其次為德國KTB孔，其終孔孔深度為9101m，二孔皆因發生嚴重的孔內事故（嚴重孔斜、卡鉆、埋卡、縮徑使下鉆找不到井眼）而迫終孔，我們應引以為戒。萬米科學深鉆是一項高難度的高新技術工程，在結晶巖中鉆進的主要難點是：

1在萬米深井中，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，國外超深井鉆進出現過類似事件。

2由于科學鉆井往往需要全孔連續取樣，勢必占用大量升降作業時間，導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，一旦發生鉆桿折斷事故，處理起來相當困難，勢必占用大量時間。

4在高溫、高壓條件下，采用一般化學處理劑處理的泥漿將會失掉其穩定性，在復雜地層中鉆進時，井壁失穩，產生事故。

5當采用井底液動鉆具（渦輪鉆、螺桿鉆、液動潛孔錘）鉆進時，在萬米鉆桿中產生相當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超深硬巖鉆進中，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。深鉆硬巖鉆進防斜、糾斜是一大難題。

7在超深鉆進時，如鉆遇高壓流體，將導致井涌、井噴；當鉆遇漏失進，將出現鉆井液漏失。)4．鉆探工程中體現了哪些現代工業技術進步？

鉆探工程的發展融合的國民經濟各方面技術的發展，鉆探設備的很多方面都應用了國內國際最先進的發展水平。因此鉆探工程的發展也推動了現代工業技術的進步。首先：頂部驅動（大動率，特殊性能的電動機發展）。其次： 鉆桿方面的發展，體現了現代工業對材料的合理選擇、新材料的開發、其性能的調整等諸多方面起了很大的推動作用；鉆進方法改進，如金剛石鉆頭的應用；

最后鉆探工程是一門綜合性的應用技術學科，它的發展對國民經濟的發展作用十分巨大，同時對現代工業的技術進步也起到了很大的推進作用。

國外近十年來發展的主要鉆井技術：水平井；大位移井；小井眼鉆井；欠平衡鉆井

頂部驅動；連續油管鉆井；隨鉆測量/地質導向；自動化（閉環）鉆井。電驅動鉆機和頂驅系統的應用正在逐步推廣，電驅動鉆機占鉆機總數的百分比已達23%，1993年全世界裝備了約350套頂驅系統。90年代初國外商業應用了連續 軟管鉆井裝置，到1995年中期，全世界連續管作業裝置達614套，其中相當一部分用于鉆井。鈦合金鉆桿。高達48米的我國首臺9000米交流變頻超深井石油鉆機2005年12月9日在陜西寶雞石油機械有限責任公司通過專家評審驗收，這是我國自行研制開發的具有自主知識產權的第一臺9000米超深井鉆機，標志著我國在超深井石油鉆機研制生產方面取得新的重大突破。隨鉆測量/隨鉆測井(MWD/LWD)技術發展迅速，已研制了適用于各種井眼尺寸的MWD/LWD工具。其測量參數已逐步增加到近20種鉆井和地層參數，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，隨著一批成熟技術的不斷推廣應用，大大提高了鉆井技術水平，擴大了勘探領域，提高了勘探開發效果。優快鉆井技術廣泛應用，提高了鉆井速度；定向井、叢式井鉆井技術成為常規技術，在生產中廣泛應用；規模應用復雜結構井鉆井技術尤其是水平井技術，提高了油氣產量，降低了開發成本；欠平衡壓力鉆井配套技術的推廣應用，引進配套了20多

套欠平衡裝備并實現了國產化，編制了我國第一部欠平衡鉆井行業標準——《欠平衡鉆井技術規范》；深井鉆井技術獲得長足進步，復雜深井鉆井速度加快；鉆井液技術進步明顯，油氣層保護技術不斷創新完善；固井完井技術不斷提高；鉆井裝備、工具、測量儀器研發技術更加成熟。

同時，一些攻關技術取得突破性進展，初步顯示了良好的應用前景。通過多年的攻關研究并引進先進工具，分支井鉆井技術得到了初步應用；大位移井鉆井技術取得突破，具備了鉆探水平位移達4000～5000米大位移井的能力；氣體鉆井試驗取得良好效果；地質導向鉆井配套技術研發獲得成功；超深井鉆井和實體膨脹管技術取得突破性進展；鉆井信息技術也初見成效。

另外，套管鉆井技術先導性試驗、旋轉導向鉆井技術、自動垂直鉆井技術、全過程欠平衡鉆井技術等4項前沿技術攻關，取得了實質性進展。我國第一套自主研發的機械式自動垂直鉆井工具在雷北1井的試驗成功，標志著自動垂直鉆井技術達到國內領先水平；在大牛地氣田大平3井實現了靜止欠平衡作業，自主研發的井下套管閥，性能指標已達到國外進口產品水平，具備了現場試驗的能力。

第四篇：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。空氣鉆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。”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（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，其中的膨潤土顆粒可互相聯結，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。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

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。——工程勘察（原裝樣品）→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。——工程勘察（原裝樣品）→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，

第五篇：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。