鉆探工程考試

1、1.按照巖石的變形特性，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/5。 彈塑性巖石（大理巖、石灰?guī)r、砂巖）在壓頭壓入時第 一產(chǎn)生彈性變形，然后塑性變形。至B點載荷達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/=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）區(qū)別于前二類，當壓頭

2、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/=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發(fā)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，那個區(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，巖石結構間缺點進展， 專門是孔底受多次加載產(chǎn)生的疲勞裂隙加倍進展，于是眾多 裂隙交織，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，那個區(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，那個區(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？對鉆進有哪些影響？ 巖石在不同方向上表現(xiàn)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：一種是由于微裂痕的存在和 在不同方向上的排列，散布不同而致使的，這種各向異性會 隨著巖石的應力轉(zhuǎn)變而轉(zhuǎn)變，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發(fā)

4、的，這種巖石的各向異性不 會隨著巖石的應力轉(zhuǎn)變而改變。 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(xiàn)出不同的 強度性質(zhì)，在鉆進如此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 鉆進進程中出現(xiàn)受力不平衡的情形，使得鉆桿發(fā)生必然角度 的偏斜乃至彎曲，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(fā)育的巖石硬度

5、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，二者之間 可相差1.05 1.8 倍。巖石硬度的各向異性能夠?qū)ｉT好地解釋鉆孔彎曲的 原因和規(guī)律，并可利用這一現(xiàn)象來實施定向鉆進。（3）在各 向均勻緊縮的條件下，巖石的硬度增加。在常壓下硬度越低 的巖石，隨著圍壓增大，其硬度值增加越快。（4）一般而言， 隨著加載速度增加，將致使巖石的塑性系數(shù)降低，硬度增加。 但當沖擊速度小于10m/s 時，硬度轉(zhuǎn)變不大。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.鉆探技術的大體組成是什么？ 設備

6、：鉆孔施工所利用的地面設備總稱。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(zhì)反循環(huán)鉆 探技術，其它反循環(huán)鉆探技術，水文水井鉆探技術 地質(zhì)學 基礎、礦物巖石學、地層學、構造地質(zhì)學、鉆探工程、工程 地質(zhì)、工程與環(huán)境物探、鉆探機械、 6.簡述硬質(zhì)合金鉆頭的碎巖機理（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，這種鉆進方式通稱為硬 質(zhì)合金鉆進。但在實際利用中，硬質(zhì)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 級和部份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 專門快或易折斷而

7、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(zhì)合金鉆進。 7.PDC 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(yè)常常利用的一種 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，二者的有機結合，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(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

8、，與其他類型復合片相 較抗剪強度高、耐沖擊、壽命長、熱穩(wěn)固性能好的特點。PDC 鉆頭采用超大排屑流道設計，能夠加倍有效運移鉆屑，清洗 鉆頭，避免鉆頭泥包，提高機械鉆速。 8.金剛石鉆頭有哪些主要類型 金剛石鉆頭按其制造方式不同，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 表鑲鉆頭：金剛石散布在胎體表面上，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：520 粒/ 克拉的為粗粒鉆頭；2040 粒/克拉的為中粒鉆頭；40100 粒/克拉的為細粒鉆頭。一般情形下，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；

9、孕鑲鉆頭：金剛石不只是散布在胎體表面上，而且，還散布 于胎體內(nèi)部的必然層厚中。金剛石是1080 目的天然粉級 品或60129 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，新切刃接踵出露參加工作。因 此，孕鑲鉆頭可維持穩(wěn)固的鉆速，應用范圍較廣。它堅硬、 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）； 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必然排列方式。鉆頭 按金剛石成因分類，可分為天然金剛石鉆頭(表鑲)

10、和人造金 剛石鉆頭(都是孕鑲)。另外，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，可取得很高的鉆速。 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： 1.鉆孔的直徑：Hole：孔，用于地質(zhì)鉆探，孔比較小，用于 勘探，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，技術有，本錢高。3.地層情形：鉆探：地層比較復雜， 低層碰到的種類比較多。油氣井：一般低層地層單一。 10.空氣鉆進技術有哪些長處？ 空氣鉆進的實質(zhì)是以緊縮空氣代替沖洗液，作為鉆進中的

11、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、先進鉆進方式?？諝忏@進特別適用于干旱缺水地域、常 年永凍層、孔內(nèi)嚴峻漏水地層及用水鉆進較困難地域。（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(nèi)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(tài)，借助切削具的碎巖作用， 巖屑呈“爆炸” 形式崩離 巖體，從而提高了鉆進效率。另外緊縮空氣以高速吹洗孔底、 孔內(nèi)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，

12、即當緊縮空氣通 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， 避免燒鉆，并為切削具創(chuàng)造有利的工作環(huán)境。 與一般鉆進方式相較，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、抽水等工作有利，而且能夠獲取 正確的水文地質(zhì)資料。（4）空氣鉆進不用水：這在干旱缺水 地域其優(yōu)越性更為顯著，同時能夠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。 11.什么是鉆孔結構（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 徑的轉(zhuǎn)變情

13、形。據(jù)地層理想柱狀圖做出來的。一般來講，換 徑次數(shù)越多、鉆孔結構越復雜；換徑次數(shù)越少，鉆孔結構越 簡單。在可能情形下，應使鉆孔結構盡可能簡單。按照地層 條件，一層一層放入套管，所形成圖示的結構： 設計依據(jù)1鉆孔的用途和目的；2該地層的地質(zhì)結構、巖 石物理力學性質(zhì)；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鉆進方式、鉆探設備參 數(shù)。 12.套管在鉆探工程中起什么作用？ 保護孔壁，支撐孔壁避免倒塌，為鉆探提供通道。 在鉆探施工進程中，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。巖心鉆探抽水實驗孔可用套 管進行止水，保證抽水資料的準確性。長期水文觀測和開采

14、 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(tǒng)，鉆井行業(yè)標準規(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(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)部門進行巖心鉆探利用的鋼管。套管 又是鉆

15、探和鉆井工作中下人鉆孔內(nèi),用以保護孔壁封鎖孔身 的鋼管。它的主要功用是避免孔壁坍塌,隔離地層,封鎖涌水 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、地熱井、溶解類礦產(chǎn)的開采鉆井等, 都必需下入生產(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,在鉆探任務完成后要將套管起拔出來,能夠繼 續(xù)利用。石油天然氣下入的表層套管、技術套管和油層套管, 在下入井內(nèi)以后,都需要注水泥將套管與井壁固結起來,封鎖 死管外的環(huán)狀間隙,套管就無法掏出。即便無工業(yè)油氣流的探 井,下入了套管也一樣拋棄在井內(nèi)。供水井下入的套管稱為井 管,強度要求不高,井淺時可不用無縫鋼管,用鑄鐵

16、管。 13.簡述繩索取心鉆具的主要組成，它有哪些長處？ 繩索取心鉆具是由雙管鉆具總成（內(nèi)管總成、外管總成）和 打撈器兩大部份組成。內(nèi)管總成包括卡簧、卡簧座、卡簧檔 圈、彈卡、懸掛環(huán)、扶正環(huán)、座環(huán)、內(nèi)管、內(nèi)管接頭， 外 管總成包括彈卡室、彈卡檔頭、外管，打撈器總成包括打撈 鉤、脫卡管、繩卡外衣、撈鉤架、重錘。易損件包，彈卡總 成及打撈器總成：含各類圓柱銷、彈簧、軸承。 繩索取芯鉆具的長處：1.大大減少起落鉆具的工序，減輕工 人的勞動強度，減少了輔助時刻，提高了鉆頭壽命。2.由于 鉆具級配合理，鉆桿和巖心管的壁比較厚，材質(zhì)好，強度高， 再加上孔壁間隙較小，鉆桿不易彎曲，提高了鉆具的穩(wěn)固性， 有利于

17、防斜和減震。3.由于安有扶正環(huán)，提高了內(nèi)管的穩(wěn)固 性與鉆頭的同軸度，使巖心較順利的進入內(nèi)管，減少了巖心 堵塞和磨損，提高了巖礦心采取率和回次進尺。4.鉆具設有 上、下緩沖機構和報警機構，能有效避免機件損壞和燒鉆事 故。5.在復雜地層中鉆進適應性較強。它提鉆次數(shù)少，減少 了孔壁袒露的機緣，相對地增加了孔壁的穩(wěn)固性。另外，鉆 桿柱還可起到套管的作用，有利于快速穿過復雜地層。6.利 用范圍廣，既可用乳化液鉆進，又可用優(yōu)質(zhì)泥漿鉆進。專門 是在中深孔中鉆進，更能顯現(xiàn)出它的優(yōu)越性，從而取得更好 的經(jīng)濟效益。 14.鉆探設備包括哪些主要內(nèi)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

18、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，并通過鉆機上的起落機來完成起下鉆具和套管、 提取巖心、改換鉆頭等輔助工作。 鉆塔的主要功能：起下鉆具（套管）、減壓鉆進時懸掛鉆具、 處置孔內(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)輸送沖洗液和清洗底孔、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 泵等三部份組成。 固然，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(zhuǎn)盤、泥漿泵。 15.鉆具按用途能夠分為哪些？分述其主

19、要作用。 按用途包括：地質(zhì)鉆具、東營鉆具、非開挖鉆具 、工程鉆 具 、回轉(zhuǎn)鉆具 、礦山鉆具 、礦用鉆具 、螺桿鉆具 、偏 心鉆具 16.什么是正循環(huán)鉆進？什么是反循環(huán)鉆進？反循環(huán)的形式 有多少種？ 正循環(huán)鉆進是泥漿自供給池由泥漿泵泵出，輸入軟管送往 水龍頭上部入口，再注入旋轉(zhuǎn)空心鉆桿頭部，通過空心鉆機 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)鉆進與正循環(huán)鉆進的不同在鉆進時泥漿不經(jīng)水龍 頭直接注入鉆孔周圍，泥漿下達孔底，經(jīng)鉆頭拌和使孔內(nèi)部 漿液均勻達到擴壁，潤滑鉆頭，浮起鉆碴，現(xiàn)在緊縮空氣不 斷送入水龍頭，通

20、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)鉆進依照產(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)鉆進方式，隨著鉆孔深度的轉(zhuǎn)變，鉆進效率也有所不 同，所示為三種反循環(huán)鉆進方式在不同孔深時的效率曲線， 從曲線轉(zhuǎn)變情形能夠看出，地表噴射反循環(huán)鉆進效率，在淺 孔段效率較高，氣舉反循環(huán)鉆進效率在50 m 以后較高。在 選擇反循環(huán)鉆進方式時，應按照孔深、水位等情形進行合理 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(huán)鉆進。 17.鉆進參數(shù)主要有哪些？各自起到什么作用？ 鉆進參數(shù)主要有以下三

21、個方面： 鉆壓：鉆壓也稱軸向壓力。鉆進時，合金的受鉆壓切入巖石 而鉆進；同時，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，必需在保證質(zhì)量的前提下從鉆進效率 和鉆頭壽命兩個方面進行分析、研究。一般情形下，在松軟 及軟巖石中鉆進時，因所需鉆壓不大，對鉆速和合金的磨損 不是主要問題；而在中硬和硬巖層中鉆進時，鉆壓肯定是不 是合理，對鉆速和合金磨損影響專門大。 鉆速：從理論上看，鉆速隨轉(zhuǎn)速的增加而成正比地增加。但 實際上鉆速并非隨轉(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，鉆速反而會下降，其主 要原因一是在高轉(zhuǎn)數(shù)的情形下，合金在巖石表面上的作歷時 刻太短，從

22、而影響合金的切人深度，致使鉆速下降；另一個 原因是在高轉(zhuǎn)數(shù)的情形下，孔底溫度增高，合金的磨損或磨 鈍加速而使鉆速下降。 泥漿泵排量：鉆進時，沖洗液的質(zhì)量與數(shù)量對鉆進速度有專 門大影響。按照國內(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 速有必然益處。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，過量的巖粉堆積，也造成合金散熱不好， 使溫度增高，耐磨性降低；有時還易引發(fā)堵水、憋泵的現(xiàn)象。 但過大的泵量會沖垮巖心或孔壁，并使鉆壓下降，使鉆速降 低。當采用大泵量時，則必需給予必然的重視。 送入孔內(nèi)的沖洗液量、主如果用于清除孔底產(chǎn)生的巖粉和 冷卻鉆頭。把孔底破碎下來的巖屑及時沖離孔底，就為持續(xù) 破碎巖石新鮮面創(chuàng)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避免某 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 合金鉆進中，盡可能采用較大的泵量是有利的。 沖洗液量應保證把巖屑顆粒帶出地表。 18.影響地層可