钻探工程考试.docx

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1、1.按照岩石的变形特性，图示说明岩石的三种类型。 弹塑性岩石弹脆性岩石 高塑性和高孔隙性岩石 弹脆性岩石（花岗岩、石英岩、碧石铁质岩）在压头压 入时仅产生弹性变形，至A点最大载荷为Pmax处便突然完 成脆性破碎，压头瞬时压入，破碎穴的深度为h 图 (a) 。 这时破碎穴面积明显大于压头的端面面积，即h/5。 弹塑性岩石（大理岩、石灰岩、砂岩）在压头压入时第 一产生弹性变形，然后塑性变形。至B点载荷达Pmax时才 突然发生脆性破碎图 (b) 。这时破碎穴面积也大于压头 的端面面积，而h/=2.55，即小于第一类岩石。 高塑性（粘土、盐岩）和高孔隙性岩石（泡沫岩、孔隙 石灰岩）区别于前二类，当压头

2、压入时，在压头周围几乎不 形成圆锥形破碎穴，也不会在压入作用下产生脆性破碎图 (c)，h/=1。 2.什么是岩石破碎的体积破碎？ 岩石的变形破碎形式 表面破碎 疲劳破碎 体积破碎 表面破碎：切削具与岩石的接触压力远远小于岩石硬 度，切削具不能压入岩石。切削具移动时，将研磨孔底岩石， 岩石破碎是由接触摩擦功引发的，研磨的岩石颗粒很小，钻 进速度低。这种变形破碎方式称为岩石的表面研磨，那个区 称为表面破碎区。 疲劳破碎：切削具上的轴向载荷增加，但接触压力仍小 于岩石硬度，可使岩石晶间联系破坏，岩石结构间缺点进展， 专门是孔底受多次加载产生的疲劳裂隙加倍进展，于是众多 裂隙交织，仍可产生较粗岩粒的分

3、离，这种变形破碎方式称 为疲劳破碎，那个区称为疲劳破碎区。 体积破碎：切削具上的载荷继续增加，接触压力大于或 等于岩石硬度，切削具可有效地切入岩石，结果是：切削具 在孔底移动时不断克服岩石的结构强度，切下岩屑，这种变 形破坏方式称为体积破碎，那个区称为体积破碎区。体积破 碎时，会分离出大块岩石，破碎效果好。 3.什么是岩石的各向异性？对钻进有哪些影响？ 岩石在不同方向上表现出不同的强度值称为岩石的各 项异性。 岩石的各向异性分为两种：一种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，这种各向异性会 随着岩石的应力转变而转变，可称为应力各向异性；另一种 是由于岩石颗粒的定向排列引发

4、的，这种岩石的各向异性不 会随着岩石的应力转变而改变。 对钻进的影响： 影响进效率的：由于在不同的层理结构上表现出不同的 强度性质，在钻进如此的岩石层时会加大钻进的工作量，因 此岩石的各向异性会影响钻进效率。 影响钻孔偏斜：由于存在岩石的各向异性，使得钻杆在 钻进进程中出现受力不平衡的情形，使得钻杆发生必然角度 的偏斜乃至弯曲，会影响钻孔的偏斜量。 4.影响岩石硬度的因素有哪些？ 岩石的硬度反映岩石抵抗外部更硬物体压入（侵入）其表面 的能力。 （1）岩石中石英及其他坚硬矿物或碎屑含量愈多，胶结物 的硬度越大，岩石的颗粒越细，结构越致密，则岩石的硬度 越大。而孔隙度高，密度低，裂隙发育的岩石硬度

5、将会降低。 （2）岩石的硬度具有明显的各向异性。但层理对岩石硬度 的影响正好与对岩石强度的影响相反。垂直于层理方向的硬 度值最小，平行于层理的硬度最大，二者之间 可相差1.05 1.8 倍。岩石硬度的各向异性能够专门好地解释钻孔弯曲的 原因和规律，并可利用这一现象来实施定向钻进。（3）在各 向均匀紧缩的条件下，岩石的硬度增加。在常压下硬度越低 的岩石，随着围压增大，其硬度值增加越快。（4）一般而言， 随着加载速度增加，将致使岩石的塑性系数降低，硬度增加。 但当冲击速度小于10m/s 时，硬度转变不大。加载速度对低 强度、高塑性及多孔隙岩石硬度的影响更显著。 5.钻探技术的大体组成是什么？ 设备

6、：钻孔施工所利用的地面设备总称。包括钻探机、动 力机、泥浆泵、钻塔等。 工艺：取心钻探技术，无岩心钻探技术，多介质反循环钻 探技术，其它反循环钻探技术，水文水井钻探技术 地质学 基础、矿物岩石学、地层学、构造地质学、钻探工程、工程 地质、工程与环境物探、钻探机械、 6.简述硬质合金钻头的碎岩机理（文字与简图） 与刀具（切削类似）相联系：利用镶焊在钻头体上的硬质 合金切削具，作为破碎岩石的工具，这种钻进方式通称为硬 质合金钻进。但在实际利用中，硬质合金钻进只适用于钻进 中等硬度以下的地层，即可钻性1 7 级和部份8 级地层。 若在更为坚硬的岩层中钻进，则切削效果很差，切削具磨损 专门快或易折断而

7、迅速失去钻进能力。当前，软的和中硬以 下的地层，尤其是土层的钻孔工作，主要靠硬质合金钻进。 7.PDC 钻头的碎岩机理 聚晶金刚石复合片的简称。是石油钻井行业常常利用的一种 钻井工具。它是以金刚石为原料加入粘结剂在高温条件下烧 结而成，复合片为圆片状，金刚石厚度一般小于1mm,切削 岩石时作为工作层，碳化钨基体对聚晶金刚石薄层起支撑作 用，二者的有机结合，使PDC 既具有金刚石的硬度和耐磨性， 又具有碳化钨的结构强度和冲击能力。由于聚晶金刚石内晶 体间的取向不规则，不存在单晶金刚石固有个解理面，所以 PDC 的抗磨性及强度高于天然金刚石，且不易破碎。PDC 钻 头都采用了高质量的爪型齿和环形齿

8、，与其他类型复合片相 较抗剪强度高、耐冲击、寿命长、热稳固性能好的特点。PDC 钻头采用超大排屑流道设计，能够加倍有效运移钻屑，清洗 钻头，避免钻头泥包，提高机械钻速。 8.金刚石钻头有哪些主要类型 金刚石钻头按其制造方式不同，可分为烧结法和电镀法两 种。金刚石钻头按包镶形式的不同，可分为表镶钻头与孕镶 钻头两种 表镶钻头：金刚石散布在胎体表面上，当其刃角磨钝后可回 收复用。钻头按金刚石粒度分粗、中、细三种：520 粒/ 克拉的为粗粒钻头；2040 粒/克拉的为中粒钻头；40100 粒/克拉的为细粒钻头。一般情形下，细粒钻头适用于钻进致 密、坚硬地层。金刚石都是用天然品。硬度较低、完整岩层；

9、孕镶钻头：金刚石不只是散布在胎体表面上，而且，还散布 于胎体内部的必然层厚中。金刚石是1080 目的天然粉级 品或60129 目JR4 级的人造品。含金刚石的胎体层称为工 作层。钻进时，随着胎体的磨损，金刚石切刃才不断露出， 旧切刃失去工作能力或脱掉，新切刃接踵出露参加工作。因 此，孕镶钻头可维持稳固的钻速，应用范围较广。它坚硬、 致密、弱研磨性（优质金刚石、较低的金刚石浓度），均匀 性差、完整度差、破碎地层（金刚石浓度高、胎体硬度大）； 还有一种“多层钻头”：它是孕镶钻头的变种形式，与孕镶的 区别是胎体内部的金刚石分成几层并有必然排列方式。钻头 按金刚石成因分类，可分为天然金刚石钻头(表镶)

10、和人造金 刚石钻头(都是孕镶)。另外，还有一种聚晶金刚石钻头，金 刚石的镶焊属于表镶，但在工作时却起孕镶钻头作用。它用 于钻进较软和研磨性强岩层，可取得很高的钻速。 9.地质岩心钻探与油气井钻探的主要区别在哪里？ 主要区别有以下几点： 1.钻孔的直径：Hole：孔，用于地质钻探，孔比较小，用于 勘探，勘探 Well：井，用于油气井钻探，孔比较大，往往 还要用于生产。2.钻孔的深度：钻探：比较浅。油气井：比 较深，技术有，本钱高。3.地层情形：钻探：地层比较复杂， 低层碰到的种类比较多。油气井：一般低层地层单一。 10.空气钻进技术有哪些长处？ 空气钻进的实质是以紧缩空气代替冲洗液，作为钻进中的

11、循 环介质来冷却钻头，吹洗钻孔把岩屑携带出地表的一种高效 率、先进钻进方式。空气钻进特别适用于干旱缺水地域、常 年永冻层、孔内严峻漏水地层及用水钻进较困难地域。（1） 钻进效率高：空气钻进效率比一般钻进法约提高9 11 倍。 其原因是：孔底岩石减掉了钻孔内的液柱静压力， 有助于 岩石最大限度地释放残余应力，使孔底岩石处于一种负压效 应状态，借助切削具的碎岩作用， 岩屑呈“爆炸” 形式崩离 岩体，从而提高了钻进效率。另外紧缩空气以高速吹洗孔底、 孔内干净，几乎完全没有重复破碎，故在硬岩和深孔时，钻 进效率更为显著。（2）钻头寿命长： 空气钻进钻头寿命长， 除上面提到的因素外， 还有一重要因素，

12、即当紧缩空气通 过钻头时，由于压力骤然降低， 在此大量吸收热量，有利 于冷却钻头， 避免烧钻，并为切削具创造有利的工作环境。 与一般钻进方式相较，钻头寿命可提高十倍以上。（3）能取 得正确的地质资料：空气钻进以空气为循环介质，它不污染 岩石和孔壁这不仅对洗井、抽水等工作有利，而且能够获取 正确的水文地质资料。（4）空气钻进不用水：这在干旱缺水 地域其优越性更为显著，同时能够避免因漏水而带来的堵漏 问题和冲洗液、岩粉等对含水层堵塞的影响。 11.什么是钻孔结构（也称井身结构）？ 钻孔结构设计是与钻进有关的，所有工程计算的基础。钻孔 结构是指钻孔由开孔至终孔，钻孔剖面中各孔段的深度和口 径的转变情

13、形。据地层理想柱状图做出来的。一般来讲，换 径次数越多、钻孔结构越复杂；换径次数越少，钻孔结构越 简单。在可能情形下，应使钻孔结构尽可能简单。按照地层 条件，一层一层放入套管，所形成图示的结构： 设计依据1钻孔的用途和目的；2该地层的地质结构、岩 石物理力学性质；3钻孔的设计深度和钻孔的方位方向、 顶角方向；4必需的终孔直径；5钻进方式、钻探设备参 数。 12.套管在钻探工程中起什么作用？ 保护孔壁，支撑孔壁避免倒塌，为钻探提供通道。 在钻探施工进程中，套管用途很广。钻进复杂地层时，用套 管护壁堵漏，可保证正常钻进。岩心钻探抽水实验孔可用套 管进行止水，保证抽水资料的准确性。长期水文观测和开采

14、 孔，可用套管作为出水的通道。 下多层套管的目的主要是考虑一下几个方面：一、每口井至 少有两层套管;必须下表层套管，目的是保护浅部地层特别是 地层水不受污染；二、通常每口井钻进时所穿越的地层存在 多个压力系统，钻井行业标准规定同一裸眼井段上下地层压 力系数差不得超过0.4；三、如果同一裸眼井段上下压力系 数相差太大，无法进行钻井施工，会出现上漏下喷，必须将 上部薄弱地层下套管封住；四、对于特别复杂的地层，如容 易缩径和蠕变的石膏盐地层为减少卡钻等事故复杂，多下层 套管可减少钻井施工的难度和缩短钻井周期，经评估有可能 还降低钻井成本。 钻探地质套管是供地质部门进行岩心钻探利用的钢管。套管 又是钻

15、探和钻井工作中下人钻孔内,用以保护孔壁封锁孔身 的钢管。它的主要功用是避免孔壁坍塌,隔离地层,封锁涌水 或漏水层、油气层。在开采井中,套管又是流体、气体生产的 通道,例如水井、油气井、地热井、溶解类矿产的开采钻井等, 都必需下入生产套管。地质钻探孔内的套管外径小,一般下入 的套管也较浅,在钻探任务完成后要将套管起拔出来,能够继 续利用。石油天然气下入的表层套管、技术套管和油层套管, 在下入井内以后,都需要注水泥将套管与井壁固结起来,封锁 死管外的环状间隙,套管就无法掏出。即便无工业油气流的探 井,下入了套管也一样抛弃在井内。供水井下入的套管称为井 管,强度要求不高,井浅时可不用无缝钢管,用铸铁

16、管。 13.简述绳索取心钻具的主要组成，它有哪些长处？ 绳索取心钻具是由双管钻具总成（内管总成、外管总成）和 打捞器两大部份组成。内管总成包括卡簧、卡簧座、卡簧档 圈、弹卡、悬挂环、扶正环、座环、内管、内管接头， 外 管总成包括弹卡室、弹卡档头、外管，打捞器总成包括打捞 钩、脱卡管、绳卡外衣、捞钩架、重锤。易损件包，弹卡总 成及打捞器总成：含各类圆柱销、弹簧、轴承。 绳索取芯钻具的长处：1.大大减少起落钻具的工序，减轻工 人的劳动强度，减少了辅助时刻，提高了钻头寿命。2.由于 钻具级配合理，钻杆和岩心管的壁比较厚，材质好，强度高， 再加上孔壁间隙较小，钻杆不易弯曲，提高了钻具的稳固性， 有利于

17、防斜和减震。3.由于安有扶正环，提高了内管的稳固 性与钻头的同轴度，使岩心较顺利的进入内管，减少了岩心 堵塞和磨损，提高了岩矿心采取率和回次进尺。4.钻具设有 上、下缓冲机构和报警机构，能有效避免机件损坏和烧钻事 故。5.在复杂地层中钻进适应性较强。它提钻次数少，减少 了孔壁袒露的机缘，相对地增加了孔壁的稳固性。另外，钻 杆柱还可起到套管的作用，有利于快速穿过复杂地层。6.利 用范围广，既可用乳化液钻进，又可用优质泥浆钻进。专门 是在中深孔中钻进，更能显现出它的优越性，从而取得更好 的经济效益。 14.钻探设备包括哪些主要内容？ 钻探设备是指用于钻探施工这种特定工况的机械装置和设 备，主要由钻

18、机、泥浆泵及泥浆搅拌机、泥浆净化设备、钻 塔等组成。 钻机：是完成钻进施工的主机，它带动钻具和钻头向底层 深部钻进，并通过钻机上的起落机来完成起下钻具和套管、 提取岩心、改换钻头等辅助工作。 钻塔的主要功能：起下钻具（套管）、减压钻进时悬挂钻具、 处置孔内事故并为空中作业提供平台。 泵的主要功能是：向孔内输送冲洗液和清洗底孔、冷却钻 头和润滑钻具。 通常，主要类型的钻探设备均由钻机、钻塔桅杆、泥浆 泵等三部份组成。 固然，对于一些大型钻探设备来讲，划分得可能会更细一 点，如石油钻机就号称8 大件：井架、天车、游动滑车、大 钩、水龙头、绞车、转盘、泥浆泵。 15.钻具按用途能够分为哪些？分述其主

19、要作用。 按用途包括：地质钻具、东营钻具、非开挖钻具 、工程钻 具 、回转钻具 、矿山钻具 、矿用钻具 、螺杆钻具 、偏 心钻具 16.什么是正循环钻进？什么是反循环钻进？反循环的形式 有多少种？ 正循环钻进是泥浆自供给池由泥浆泵泵出，输入软管送往 水龙头上部入口，再注入旋转空心钻杆头部，通过空心钻机 一直流到钻头底部排出，旋转中的钻头将泥浆润滑，并将泥 浆扩散到整个孔底，携同钻碴浮向钻孔顶部，从孔顶溢排地 面上泥浆槽。 反循环钻进与正循环钻进的不同在钻进时泥浆不经水龙 头直接注入钻孔周围，泥浆下达孔底，经钻头拌和使孔内部 浆液均匀达到扩壁，润滑钻头，浮起钻碴，现在紧缩空气不 断送入水龙头，通

20、过固定管道直到钻头顶部，按空气吸泥原 理，将钻渣从空心钻杆排入水龙头软管溢出。 反循环钻进依照产生冲洗液上升流动的方式不同，可分为 地表喷射反循环，泵吸反循环和气举反循环三种方式。不同 反循环钻进方式，随着钻孔深度的转变，钻进效率也有所不 同，所示为三种反循环钻进方式在不同孔深时的效率曲线， 从曲线转变情形能够看出，地表喷射反循环钻进效率，在浅 孔段效率较高，气举反循环钻进效率在50 m 以后较高。在 选择反循环钻进方式时，应按照孔深、水位等情形进行合理 的选择，为了提高钻进效率，有时也采用两种方式相结合的 复合式反循环钻进。 17.钻进参数主要有哪些？各自起到什么作用？ 钻进参数主要有以下三

21、个方面： 钻压：钻压也称轴向压力。钻进时，合金的受钻压切入岩石 而钻进；同时，因钻压造成合金与岩石的摩擦而使合金磨损。 所以，在选择钻压时，必需在保证质量的前提下从钻进效率 和钻头寿命两个方面进行分析、研究。一般情形下，在松软 及软岩石中钻进时，因所需钻压不大，对钻速和合金的磨损 不是主要问题；而在中硬和硬岩层中钻进时，钻压肯定是不 是合理，对钻速和合金磨损影响专门大。 钻速：从理论上看，钻速随转速的增加而成正比地增加。但 实际上钻速并非随转数的增加而呈正比增加，转速的增加有 其极限值（最优值）。超过此值后，钻速反而会下降，其主 要原因一是在高转数的情形下，合金在岩石表面上的作历时 刻太短，从

22、而影响合金的切人深度，致使钻速下降；另一个 原因是在高转数的情形下，孔底温度增高，合金的磨损或磨 钝加速而使钻速下降。 泥浆泵排量：钻进时，冲洗液的质量与数量对钻进速度有专 门大影响。按照国内外的资料证明，钻速随冲洗液的密度或 粘度的增大而下降。从理论上看，增大冲洗液量，对提高钻 速有必然益处。应当指出，当冲洗液量不足时，孔底颗粒大 的岩粉不能被冲起，从而造成孔底重复破碎量的增大，使破 碎效率下降；同时，过量的岩粉堆积，也造成合金散热不好， 使温度增高，耐磨性降低；有时还易引发堵水、憋泵的现象。 但过大的泵量会冲垮岩心或孔壁，并使钻压下降，使钻速降 低。当采用大泵量时，则必需给予必然的重视。

23、送入孔内的冲洗液量、主如果用于清除孔底产生的岩粉和 冷却钻头。把孔底破碎下来的岩屑及时冲离孔底，就为持续 破碎岩石新鲜面创造了条件，从而避免重复破碎岩屑和无益 地消耗功能。同时，孔底清洁也减少了钻具的磨损和避免某 些孔内事故的发生。在某些比较松软的岩层，冲洗液流可起 到喷射碎岩作用（如石油钻井中的喷射钻井），因此，在硬 合金钻进中，尽可能采用较大的泵量是有利的。 冲洗液量应保证把岩屑颗粒带出地表。 18.影响地层可钻性的因素有哪些？ 一、岩石可钻性的概念 一、岩石可钻性的概念 ：岩石可钻性是表示钻进进程中 岩石破碎的难易程度。在钻探生产中通常常利用机械钻速作 为衡量岩石可钻性的指标，单位是mh

24、。 二、岩石的可钻性及可钻性分级的意义 岩石的可钻性是 在必然钻进方式下岩石抵抗钻头破碎它的能力。它反映了钻 进作业中岩石破碎的难易程度，它不仅取决于岩石自身的物 理力学性质，还与钻进的工艺 技术办法有关，所以它是岩 石在钻进进程中显示出来的综合性指标。由于可钻性与许多 因素有关，要找出它与诸影响因素之间的定量关系十分困 难，目前国内外仍采 用实验的方式来肯定岩石的可钻性。 不同部门利用的钻进方式不同，其测定可钻性的实验手腕， 乃至可钻性指标的量纲也不尽相同。例如，地勘部门在回转 钻进中以单 位时刻的钻头进尺（机械钻速）作为衡量岩石 可钻性的指标，分成12 个级别，级别越大的岩石越难钻进； 在

25、冲击钻进中常采用单位体积破碎功来进行可钻性分级。 而在石油钻井部门则以机械钻速与钻头进尺的乘积或微型 钻头的钻时作为衡量指标，分成10 个级别。 19.钻孔灌注桩的大体流程。 述题 每题25 分。 1. 钻探工程在国民经济建设中能够发挥哪些作用？ 我国人口多、资源相对不足。目前资源欠缺已成为制约我国 经济进展的瓶颈。庞大的资源缺口将成为长期制约我国经 济社会进展的重要因素。快速勘查发觉矿产资源后备基地， 确保国家经济安全已成为十分迫切的战略任务。发深部地质 岩心钻探关键技术与装备无论是提升我国的钻探技术水平 仍是知足资源勘探的迫切需求都是超级必要的；对减缓目前 资源欠缺制约我国经济进展的瓶颈、发觉新的矿产地、拓展 新的找矿空间实现资源可持续进展意义重大。”随着科技进步 和经济进展，岩土钻掘工程在国民经济中发挥着愈来愈大的