鉆探工程概論復(fù)習(xí)題

1、鉆探工程概論復(fù)習(xí)題一、簡(jiǎn)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彈脆性巖石（花崗巖、石英巖、碧石鐵質(zhì)巖）在壓頭壓入時(shí)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(shí)壓入，破碎穴的深度為h 圖 (a) 。這時(shí)破碎穴面積明顯大于壓頭的端面面積，即h/5。 彈塑性巖石（大理巖、石灰?guī)r、砂巖）在壓頭壓入時(shí)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(shí)才突然發(fā)生脆性破碎圖 (b) 。這時(shí)破碎穴面積也大于壓頭的端面面積，而h/=2.55，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

2、）區(qū)別于前二類，當(dāng)壓頭壓入時(shí)，在壓頭周圍幾乎不形成圓錐形破碎穴，也不會(huì)在壓入作用下產(chǎn)生脆性破碎圖 (c)，h/=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(dòng)時(shí)，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(gè)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(cuò)，仍可產(chǎn)生較粗巖粒的分

3、離，這種變形破碎方式稱為疲勞破碎，這個(gè)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(dòng)時(shí)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(gè)區(qū)稱為體積破碎區(qū)。體積破碎時(shí)，會(huì)分離出大塊巖石，破碎效果好。 3. 什么是巖石的各向異性？對(duì)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(huì)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

4、異性不會(huì)隨著巖石的應(yīng)力變化而改變。對(duì)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(shí)會(huì)加大鉆進(jìn)的工作量，因此巖石的各向異性會(huì)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(huì)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。硬度與抗壓強(qiáng)度有聯(lián)系，但又有很大區(qū)別?？箟簭?qiáng)度是固體抵抗整體破壞時(shí)的阻力，而硬度則是固體表面對(duì)另一物體局部壓入或侵入時(shí)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

5、碎工具在巖石表面移動(dòng)時(shí)，是在局部侵入（可能非常微?。┑耐瑫r(shí)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(duì)鉆掘工程而言是一個(gè)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(huì)降低。（2）巖石的硬度具有明顯的各向異性。但層理對(duì)巖石硬度的影響正好與對(duì)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1.051.8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)

6、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(zhǎng)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(shí)，硬度變化不大。加載速度對(duì)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(dòng)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(jiǎn)述硬質(zhì)合金鉆頭的碎

7、巖機(jī)理（文字與簡(jiǎn)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)。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(jí)和部分8 級(jí)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. 影響硬質(zhì)合金性能的主要因素有那些？8. 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

8、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：520粒/克拉的為粗粒鉆頭；2040粒/克拉的為中粒鉆頭；40100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1080目的天然粉級(jí)品或60129目JR4級(jí)的人造品。含金剛石的胎體層稱為工作層。鉆進(jìn)時(shí)，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

9、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(shí)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。9. 簡(jiǎn)述孕鑲金剛石鉆頭的碎巖機(jī)理孕鑲鉆頭所用的金剛石粒度小，且埋藏于胎體之中，在作業(yè)中必須因工作金剛石的消耗和失效而適時(shí)裸露出新的金剛石刃否則鉆進(jìn)工作就不能繼續(xù)進(jìn)行。但能夠適應(yīng)地層又出刃良好的鉆頭須有自磨出刃而自銳的

10、性能(稱自磨性)，才能在鉆進(jìn)工作過程中維持鉆速恒定而不衰減。它們可以做為設(shè)計(jì)鉆頭和選擇規(guī)程的某些基礎(chǔ)和依據(jù)。例如：可以根據(jù)所鉆巖性、主要是塑性和可能施加的鉆壓，以了解到的破碎槽的狀態(tài)和大小，振動(dòng)給料機(jī)來選擇金剛石在鉆頭唇面上的布局和密度;可以依據(jù)最優(yōu)軸向力估算合理的鉆壓等等。在實(shí)際鉆進(jìn)工作中，由于巖層的多變性、鉆孔條件的復(fù)雜性以及設(shè)備、藝的不同，往往變化很大。因此，應(yīng)結(jié)合上述有關(guān)結(jié)論對(duì)具體情況進(jìn)行綜合分析孕鑲金剛石鉆頭的鉆進(jìn)過程孕鑲金剛石鉆頭的結(jié)構(gòu)、碎巖狀態(tài)和工作要求與表鑲金剛石鉆頭有根本性的區(qū)別。這是孕鑲鉆頭的工作特點(diǎn)和基本要求?？傮w來說，孕鑲鉆頭的實(shí)際碎巖機(jī)理與砂輪磨削工件基本一樣，即以刃

11、具面上多而小硬質(zhì)點(diǎn)(即金剛石)對(duì)加工件(孔底巖石)進(jìn)行刻劃磨蝕，制粉設(shè)備并且隨著硬質(zhì)點(diǎn)的逐漸磨損和消失以及粘結(jié)胎體的不斷磨耗，新的硬質(zhì)點(diǎn)又裸露出來以進(jìn)行工作。實(shí)際上砂輪在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下磨工件，砂輪也被磨耗。它有自磨作用麗經(jīng)常處于銳利狀態(tài)。所以孕鑲鉆頭的工作實(shí)質(zhì)是：(1)依靠小而多的硬質(zhì)點(diǎn)(即金剛石)刻劃磨削巖石，且為了取得有的效率需要高10. 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

12、：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。11. 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(jiǎn)單。在可能情況下，應(yīng)使鉆孔結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)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. 套管在鉆探工程中起什么作用？

13、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(shí)，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(zhǎng)期水文觀測(cè)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(gè)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(shí)所穿越的地層存在多個(gè)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(huì)出現(xiàn)上漏下噴，必須將上部薄弱地層下套管封住；四、對(duì)于特別復(fù)雜的地層，如容易縮徑

14、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(píng)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,封閉涌水或漏水層、油氣層。在開采井中,套管又是流體、氣體生產(chǎn)的通道,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)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

15、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,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,強(qiáng)度要求不高,井淺時(shí)可不用無縫鋼管,用鑄鐵管。13. 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(dòng)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(shí)懸掛鉆具、處理孔內(nèi)事故并為空中作業(yè)提供平臺(tái)。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

16、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(duì)于一些大型鉆探設(shè)備來講，劃分得可能會(huì)更細(xì)一點(diǎn)，如石油鉆機(jī)就號(hào)稱8大件：井架、天車、游動(dòng)滑車、大鉤、水龍頭、絞車、轉(zhuǎn)盤、泥漿泵。鉆塔設(shè)備主要包括以下三個(gè)方面的內(nèi)容：1. 鉆機(jī)：鉆機(jī)（drill）是在地質(zhì)勘探中，帶動(dòng)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(dòng)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

17、天車、塔身主體、二層臺(tái)、起塔架、副腿、底盤六個(gè)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(dòng)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

18、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(dòng)力機(jī)帶動(dòng)泵的曲軸回轉(zhuǎn)曲軸通過十字頭再帶動(dòng)活塞或柱塞在泵缸中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。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。14. 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)

19、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(gè)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(shí)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(shí)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(dòng)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(shí)的效率曲線，從曲線變

20、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(shí)，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(shí)也采用兩種方式相結(jié)合的復(fù)合式反循環(huán)鉆進(jìn)。15. 鉆進(jìn)參數(shù)主要有哪些？各自起到什么作用？鉆進(jìn)參數(shù)主要有以下三個(gè)方面：鉆壓：鉆壓也稱軸向壓力。鉆進(jìn)時(shí)，合金的受鉆壓切入巖石而鉆進(jìn)；同時(shí)，因鉆壓造成合金與巖石的摩擦而使合金磨損。所以，在選擇鉆壓時(shí)，必須在保證質(zhì)量的前提下從鉆進(jìn)效率和鉆頭壽命兩個(gè)方面進(jìn)行分析、研究。一般情況下，在松軟及軟巖石中鉆進(jìn)時(shí)，因所需鉆壓不大，對(duì)鉆速和合金的磨損不是主要問題；而在中硬和硬巖層中鉆進(jìn)時(shí)，鉆

21、壓確定是否合理，對(duì)鉆速和合金磨損影響很大。鉆壓是孔底碎巖的必要條件。鉆壓的大小決定著碎巖的方式和特點(diǎn)，它直接影響鉆進(jìn)速度。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斷地增大。這是兩者關(guān)系的總趨勢(shì)。具體可分為3 個(gè)階段：表面破碎階段、疲勞破碎階段、體積破碎階段。在鉆進(jìn)過程中，切削具逐漸被磨鈍后，切削具與巖石的接觸面積逐漸增大，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(shí)為止。在磨銳

22、式硬合金鉆頭鉆進(jìn)中，鉆壓是一個(gè)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)度以及地面機(jī)械設(shè)備能力的限制。在實(shí)際生產(chǎn)中，首先確定每顆硬合金切削具上應(yīng)該施加的壓力，然后，再根據(jù)一個(gè)鉆頭上鑲焊切削具的數(shù)目，計(jì)算出總鉆壓P 。即：P p·m 式中：P

23、鉆頭上的總壓力；p 每顆切削具上應(yīng)加的壓力（單顆鉆壓）；m 鉆頭上切削具的顆數(shù)。鉆速：從理論上看，鉆速隨轉(zhuǎn)速的增加而成正比地增加。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)速的增加有其極限值（最優(yōu)值）。超過此值后，鉆速反而會(huì)下降，其主要原因一是在高轉(zhuǎn)數(shù)的情況下，合金在巖石表面上的作用時(shí)間太短，從而影響合金的切人深度，導(dǎo)致鉆速下降；另一個(gè)原因是在高轉(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(shí)，沖洗液的質(zhì)量與數(shù)量對(duì)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(duì)提高鉆速有一定好處。應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)沖洗液量

24、不足時(shí)，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(shí)，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(shí)還易引起堵水、憋泵的現(xiàn)象。但過大的泵量會(huì)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(shí)，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(duì)孔底清除巖粉和冷卻鉆頭的能力也增強(qiáng)?？椎椎那鍧崰顟B(tài)對(duì)鉆進(jìn)影響很大。把孔底破碎下來的巖屑及時(shí)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(shí)，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

25、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(dòng)阻力也相應(yīng)地增大，即工作泵壓增大。由于流動(dòng)阻力是流量的平方成正比，所以流動(dòng)阻力的增長(zhǎng)率大大超過泵量的增長(zhǎng)率。流動(dòng)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(huì)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(gè)合理的值。一般說來，巖石可鉆性級(jí)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

26、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(shí)，上方流速不應(yīng)小于0.25 ms ， 而采用泥漿作沖洗液時(shí)，上升液流速度不應(yīng)小于0.2 ms 。依此，流量可按下式來計(jì)算。Q F·v Q 泵量，m 3s ；F 管外環(huán)狀空間的面積，m 2 ；v上升液流速度，m s 。16. 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mh。 2、巖石的可鉆性及可鉆性分級(jí)的意義 可鉆性及可鉆性分級(jí)是決定鉆進(jìn)效率的基本

27、因素，也是確定巖石破碎的難易程度的綜合指標(biāo)。對(duì)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(cè)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

28、進(jìn)中以單 位時(shí)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(gè)級(jí)別，級(jí)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(jí)。 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(shí)作為衡量指標(biāo)，分成10個(gè)級(jí)別。 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(shí)，若泥漿柱與地層間有壓力差存在時(shí)，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(gè)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(shí)，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

29、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(shí)，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(shí)，又恢復(fù)其原有的流動(dòng)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(dòng)，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(huì)的標(biāo)準(zhǔn)為10s（秒）后測(cè)得的靜切力，稱為初切力。靜止10min后測(cè)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(dòng)難易程度的指標(biāo)。它反映泥漿流動(dòng)時(shí)，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

30、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(duì)巖層的壓力。因此，在鉆進(jìn)時(shí)，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(shí)，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(hào)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

31、，影響鉆速。而且也磨損鉆具、鉆頭和水泵等設(shè)備。同時(shí)在循環(huán)中止時(shí)還會(huì)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(shí)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(píng)定泥漿質(zhì)量好壞的簡(jiǎn)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(shí)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(duì)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810之間，而鈣處理泥漿pH=11左右。18. 為什么說鉆井液是鉆井工程的血液？在鉆井工程中，人們常常以“泥漿

32、是鉆井的血液”來形象地說明鉆井液在鉆井中的重要地位。鉆井液的作用可以概括為：清洗井底，攜帶巖屑；冷卻和潤滑鉆頭及鉆柱；平衡地層壓力；保護(hù)井壁；協(xié)助破巖；地質(zhì)錄井；將水力功率傳遞給鉆頭；保護(hù)油氣層等。 在鉆井實(shí)踐過程中鉆井液技術(shù)不斷發(fā)展，從最初采用清水開始，經(jīng)歷了清水、天然泥漿、細(xì)分散泥漿、粗分散泥漿、不分散低固相泥漿、無固相泥漿等幾個(gè)階段。在這一過程中，為了解決某些復(fù)雜問題，出現(xiàn)了油基泥漿以及空氣、泡沫等新型鉆井液，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了粘土和水形成的“泥漿”范圍，因此人們用“鉆井液”來代替“泥漿”這一名稱。 19. 什么是欠平衡鉆井？其優(yōu)點(diǎn)與風(fēng)險(xiǎn)何在？見書籍20. XY-8、BW-300/12、SPC-

33、300分別是什么意思？寫出XY系列巖心鉆機(jī)的標(biāo)識(shí)符號(hào)并注明其意義。SPC-300ST 型水文水井鉆機(jī)是一種車裝回轉(zhuǎn)鉆機(jī)。其主要部件均裝在載重汽車上,鉆機(jī)的主傳動(dòng)為機(jī)械傳動(dòng), 其操縱機(jī)構(gòu)的一部分為液壓操作,另一部分為機(jī)械操作。原地質(zhì)礦產(chǎn)部立軸式鉆機(jī)系列定名為XY型原地質(zhì)礦產(chǎn)部在部標(biāo)DZ3-79中規(guī)定了鉆機(jī)類別標(biāo)志（表3-1），均用漢語拼音字母標(biāo)注。表3-1 原地質(zhì)礦產(chǎn)部鉆機(jī)型號(hào)類別標(biāo)志鉆機(jī)類別類別代號(hào)第一特征代號(hào)(傳動(dòng)結(jié)構(gòu)）第二特征代號(hào)（裝載及其他）巖心鉆機(jī)X（巖心）Y（液壓操縱機(jī)械傳動(dòng)）D（全液壓動(dòng)力頭）P（轉(zhuǎn)盤）C（車裝）S（散裝）砂礦鉆機(jī)SZ（砂鉆）水文鉆機(jī)S（水文）工程鉆機(jī)G（工程）坑道

34、鉆機(jī)K（坑道）潛孔鉆機(jī)Q（潛鉆）地?zé)徙@機(jī)R（地?zé)幔┌幢碇兴?，?00米液壓機(jī)械傳動(dòng)(油壓)巖心鉆機(jī)的型號(hào)命名為XY-1。 立軸式鉆機(jī)應(yīng)用較為廣泛。原地質(zhì)礦產(chǎn)部立軸式鉆機(jī)系列定名為XY型，xy-1代表100米，XY-2代表300米，xy-3代表600米，xy-4代表1000米，xy-44代表1400米，xy-5代表1500米?，F(xiàn)在還有很多的型號(hào)，比如xy-8 等。深度是該鉆機(jī)的最大深度。BW-300/12 型泥漿泵用途與使用范圍 該泵主要是用于1500米左右的巖芯勘探與25噸以下非開挖鉆機(jī)配套使用，該泵具有四種流量和四種壓力，流量和壓力變化范圍大，可適用多種孔徑的巖芯鉆探、

35、由于壓力大可作為孔低動(dòng)力源進(jìn)行沖擊回轉(zhuǎn)、螺桿鉆進(jìn)等特種鉆探；使用泥漿時(shí)推薦密度1.03-1.15,粘度為16-25秒,含砂量不大于40%,粒徑不大于5mm. PH值7-8. 因此特別適應(yīng)于多砂地層巖芯鉆探;也可用于化工、礦井排污以及軟基注漿等施工。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(duì)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(zhǎng)期制約我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要因素?？焖倏辈榘l(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

36、滿足資源勘探的迫切需求都是非常必要的；對(duì)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?！彪S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）；

37、地?zé)?、干熱巖鉆采；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

38、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(shí)，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(jiǎn)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(shí)，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（

39、或）分散的能力，同時(shí)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(shí)，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(shí)，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(dòng)。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

40、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(gè)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(dòng)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(huì)遇水膨脹、縮徑，甚至流散、垮孔 。3 為什么說上天難、入地更難？地表下面的溫度，壓力隨著深度的

41、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材料自身的影響。由于鉆進(jìn)的深度加深，在起下鉆具時(shí)，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(shí)承受壓力及回轉(zhuǎn)扭矩，對(duì)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(zhǎng)。但是航天中則航天器飛的高低則沒有此限制。 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(huì)遇到各種各樣的地層，這對(duì)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(shí)，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。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