钻探工程概论试题及答案

第一篇：钻探工程概论试题及答案

钻探工程概论复习题

1.根据岩石的变形特性，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/δ＞5。

弹塑性岩石（大理岩、石灰岩、砂岩）在压头压入时首先产生弹性变形，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/δ=2.5～5，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/δ=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起的，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，这个区称为表面破碎区。

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，岩石结构间缺陷发展，特别是孔底受多次加载产生的疲劳裂隙更加发展，于是众多裂隙交错，仍可产生较粗岩粒的分离，这种变形破碎方式称为疲劳破碎，这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，这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？

沉积岩在平行于和垂直于层理面方向上的岩石物理力学性质具有明显差异，即各向异性。

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：一种是由于微裂缝的存在以及在不同方向上的排列，分布不同而导致的，这种各向异性会随着岩石的应力变化而变化，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起的，这种岩石的各向异性不会随着岩石的应力变化而改变。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，在钻进这样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，使得钻杆在钻进过程中出现受力不平衡的情况，使得钻杆发生一定角度的偏斜甚至弯曲，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，两者之间 可相差1.05～1.8倍。岩石硬度的各向异性可以很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）在各向均匀压缩的条件下，岩石的硬度增加。在常压下硬度越低的岩石，随着围压增大，其硬度值增长越快。（4）一般而言，随着加载速度增加，将导致岩石的塑性系数降低，硬度增加。但当冲击速度小于10m/s时，硬度变化不大。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。钻探技术的基本构成是什么？ 5.钻探技术的基本构成是什么？

设备：钻孔施工所使用的地面设备总称。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）

岩心钻探使用硬质合金钻头的一种钻进方法。硬质合金钻进碎岩的机理是钻头在钻压的作用下,硬质合金切削、刮削岩石。

（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，这种钻进方法通称为硬质合金钻进。但在实际使用中，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 级和部分8 级地层。若在更为坚硬 的岩层中钻进，则切削效果很差，切削具磨损很快或易折断而迅速失去钻进能力。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.简述孕镶金刚石钻头的碎岩机理

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，两者的有机结合，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，与其他类型复合片相比抗剪强度高、耐冲击、寿命长、热稳定性能好的特点。PDC钻头采用超大排屑流道设计，可以更加有效运移钻屑，清洗钻头，防止钻头泥包，提高机械钻速。

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

孕镶钻头胎体表面上多而小的硬质点(金刚石)对孔底岩石进行刻划磨蚀,并且随着金刚石的逐渐磨损和消失以及粘结胎体的不断磨耗,新的金刚石又裸露出来进行工作。碎岩过程可看作是微切削和微压裂压碎作用的综合,属于小体积破碎。对于脆性岩石,以微压裂压碎为主;对于塑性岩石,以微切削为主。

金刚石钻头的破岩作用是由金刚石颗粒完成的。在坚硬地层中，单粒金刚石在钻压作用下使岩石处于极高的应力状态下（约4200-5700MPa，有的资料认为可达6300MPa），使岩石发生岩性转变，由脆性变为塑性。单粒金刚石吃入地层，在扭矩作用下切削破岩，切削深度基本上等于金刚石颗粒的吃入深度。这一过程如同“犁地”故称为金刚石钻头的犁式切削作用。

在一些脆性较大的岩石里（如砂岩、石灰岩等），钻头上的金刚石颗粒在钻压扭矩的同时作用下，破碎岩石的体积远大于金刚石颗粒的吃入与旋转体积。当压力不大时,只能沿金刚石的运动方向形成小沟槽，加大压力则会使小沟槽深部与两侧的岩石破碎，超过金刚石颗粒的断面尺寸。

8.用于钻井行业的人造超硬材料主要有哪些？ 人造金刚石、人造立方氮化硼等

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，用于勘察，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，成本高。3.地层情况：钻探：地层比较复杂，低层遇到的种类比较多。油气井：一般低层地层单一。10.空气钻进技术有哪些优点？

空气钻进的实质是以压缩空气代替冲洗液，作为钻进中的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、先进钻进方法。空气钻进特别适用于干旱缺水地区、常年永冻层、孔内严重漏水地层及用水钻进较困难地区。（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。另外压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，即当压缩空气经过钻头时，由于压力骤然降低，在此大量吸收热量，有利于冷却钻头，防止烧钻，并为切削具创造有利的工作环境。与一般钻进方法相比，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、抽水等工作有益，而且可以获取正确的水文地质资料。（4）空气钻进不用水：这在干旱缺水地区其优越性更为显著，同时可以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。什么是钻孔结构（也称井身结构）？——所谓井身结构，就是在水文水井钻孔前和钻井过程中，为了满足水文地质及成井工艺的要求，必须根据不同的地层和钻进成孔方法，确定钻进的深

度和不同井深或地层时的钻孔直径。这种井深与井径的匹配关系称之为钻井（孔）的井身结构。一般可用图示法或文字描述法表示。

11.什么是钻孔结构（也称井身结构）？——所谓井身结构，就是在水文水井钻孔前和钻井过程中，为了满足水文地质及成井工艺的要求，必须根据不同的地层和钻进成孔方法，确定钻进的深度和不同井深或地层时的钻孔直径。这种井深与井径的匹配关系称之为钻井（孔）的井身结构。一般可用图示法或文字描述法表示。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变化情况。据地层理想柱状图做出来的。一般来说，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。在可能情况下，应使钻孔结构尽量简单。根据地层条件，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．钻进方法、钻探设备参数。12.井身结构有哪些要素？——钻井深度；钻井直径。

13.套管在钻探工程中起什么作用？

保护孔壁，支撑孔壁防止倒塌，为钻探提供通道。

在钻探施工过程中，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。岩心钻探抽水试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孔，可用套管作为出水的通道。中间套管用于井深较大,对井眼中间井段的易塌、易漏、高压、含盐等地层,起到隔离地层和保护井身的作用。下入了中间套管可以保证对下部，四通防喷器,可以预防井喷。套管还能用于套管钻进，钻头和井下工具的起下在套管内进行，利用钢丝绳试下不提钻更换钻头、钻具，能够节省起下钻时间，提高施工效率，大幅度节约钻井成本。

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，并通过钻机上的升降机来完成起下钻具和套管、提取岩心、更换钻头等辅助工作。

钻塔的主要功能：起下钻具（套管）、减压钻进时悬挂钻具、处理孔内事故并为空中作业提供平台。泵的主要功能是：向孔内输送冲洗液以及清洗底孔、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、泥浆泵等三部分构成。

动滑车、大钩、水龙头、绞车、转盘、泥浆泵。

15.什么是正循环钻进？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应池由泥浆泵泵出，输入软管送往水龙头上部进口，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差异在钻进时泥浆不经水龙头直接注入钻孔四周，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，此时压缩空气不断送入水龙头，通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。

反循环钻进按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，随着钻孔深度的变化，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，从曲线变化情况可以看出，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，应根据孔深、水位等情况进行合理的选择，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。

16.钻进参数主要有哪些？各自起到什么作用？

17.反映钻井液基本性能的参数有哪些？——泥浆的主要性能有哪些？（1）失水量及造壁性

失水量和造壁性是泥浆最重要的性能指标之一。钻进时，若泥浆柱与地层间有压力差存在时，泥浆中的自由水逐渐脱离泥浆结构向孔壁岩层的孔隙中渗入，这个过程叫做泥浆的失水。表示泥浆失水多少的性能称为失水量。在泥

浆失水的同时，泥浆中的一些较大的粘土附着在孔壁岩石上，形成一层泥皮，泥浆的这种能力称为泥浆的造壁性。（2）触变性和静切力

泥浆静止时，粘土颗粒两端水化膜薄处粘结形成网状结构，稠化成胶状物质。当再进行搅拌或振荡时，又恢复其原有的流动性，这种性质称为泥浆的触变性。

要使静止状态的泥浆开始运动，破坏单位面积网状结构所需的力，称为静切力。其单位为Pa。一般规定，静止1min[美国石油学会的标准为10s（秒）]后测得的静切力，称为初切力。静止10min后测得的切力，称为终切力。泥浆触变性能的好坏，以终切力和初切力的差来表示。差值越大表示触变性能越好。（3）粘度

粘度是泥浆流动难易程度的指标。它反映泥浆流动时，其内部摩擦阻力的大小。摩擦阻力包括液体之间、粘土颗粒之间以及粘土颗粒与液体之间的磨擦阻力，并且也有泥浆结构的影响。一般静切力大的泥浆，其粘度也高。（4）比重

泥浆的比重是指泥浆与同体积水的重量之比。泥浆比重的大小取决于泥浆中固相（粘土、加重剂及岩粉等）的含量和固相的比重。固相含量高和固相比重大，则泥浆的比重也大。

泥浆的比重决定着对岩层的压力。因此，在钻进时，应根据地层的稳定程度来选择泥浆的比重。如地层压力大，加大泥浆的比重以平衡井内地层的压力。相反，在漏失地层钻进时，应加入发泡剂或减少固相的含量，用来降低泥浆的比重以减少漏失。（5）含砂量

泥浆含砂量是指泥浆中不能通过200号筛孔，即直径大于0.074mm的砂粒所占泥浆总体积的百分含量。泥浆的含砂量高，不仅增大泥浆的比重，影响钻速。而且也磨损钻具、钻头和水泵等设备。同时在循环中止时还会因砂子的沉淀，发生埋钻事故。故要求含砂量越低越好。一般不应超过4%。（6）胶体率

泥浆静止24小时内分离出水的体积百分数，即为泥浆的胶体率。

泥浆的胶体率可作为初步评定泥浆质量好坏的简易方法。高质量的泥浆，因粘土颗粒分散和水化好，在静止时不分离出水。而粘土颗粒分散和水化程度不高的劣质泥浆，往往能分离出许多水。（7）pH值

泥浆的pH值（酸碱度）对泥浆性能有重大影响，也是泥浆进行化学处理的重要依据。一般情况下，泥浆pH值应控制在8~10之间，而钙处理泥浆pH=11左右。

19.为什么说钻井液是钻井工程的血液？

基本功用：（1）排除钻渣（2）保护井壁（3）冷却钻头（4）润滑钻具

特殊功用：（1）提供孔底动力（2）取心取样介质（3）传递孔底信号（4）水力碎岩与导向（见作业）

20.什么是欠平衡钻井？其优点与风险何在？

所谓欠平衡钻井工艺技术，就是在钻井过程中始终保持钻井液循环体系井底压力低于地层孔隙压力，利用专用设备使产层的流体有控制地进入井筒并将其循环到地面，实现安全钻进。包括：欠平衡专用装备的选型与配套、井身结构、钻头优选、钻具组合、参数优选、井控技术等几个方面。

优点：

1、减少或防止地层污染

2、对产层进行实时连续调查

3、提高钻速, 提高钻头寿命

4、杜绝或减少井漏

5、杜绝或减少压差卡钻等井下复杂

6、提前生产，降低完井及增产作业成本

7、提高初期产量。

8、延长有效储层开采期和发现新的产层。

风险：1.井壁坍塌：对于欠压实的地层，不宜采用欠平衡钻井技术。2.环境保护：欠平衡钻井产出的储层流体有油气水等，甚至含CO2或H2S。必须根据地面循环及分离系统的功能、压力级别、控制能力等确定能否用欠平衡钻井。3.考虑井眼失控的危险性：对高压高渗地层，特别是高压气井，如果防喷系统损坏或人员操作失误有可能导致井喷失控。4.膨胀地层盐岩蠕动泥岩膨胀缩径导致卡钻：不宜应用欠平衡钻井。5.油气产出过量：造成速敏

21.XY-8是什么意思？写出XY系列岩心钻机的标识符号并注明其意义。XY-8:钻探深度为3000米，油压（液压）式岩芯钻机。

X：岩芯钻机

Y：油压（液压）数字：钻探深度等级。（1-100m；2-300m;3-600m;4-1000m;5-1500m;6-2000m;8-3000m;9-4000m)

二、综述题 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。目前资源短缺已成为制约我国经济发展的„瓶颈‟。巨大的资源缺口将成为长期制约我国经济社会发展的重要因素。快速勘查发现矿产资源后备基地，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还是满足资源勘探的迫切需求都是非常必要的；对缓解目前资源短缺制约我国经济发展的瓶颈、发现新的矿产地、拓展新的找矿空间实现资源可持续发展意义重大。”随着科技进步和经济发展，岩土钻掘工程在国民经济中发挥着越来越大的作用。已广泛应用于：(1)矿产资源勘探和部分矿产的开采；(2)水文地质勘探和水井钻；(3)工程地质勘查和生态环境研究；(4)地质灾害的防治与环境治理；(5)工民建和道路桥梁的基础工程；(6)国防工程及海岸工程；(7)科学钻探。地质矿产勘探钻进；水文水井钻进；工程地质勘察、基础工程施工钻进；油气井钻进；爆破孔钻进(采矿、物探)；科学钻探（海洋、湖泊、大陆、环境、冰川、外星）；地热、干热岩钻采；水力采矿；核废料掩埋、二氧化碳掩埋等；地质灾害治理（边坡锚固、抗滑桩、止水帷幕等）；非开挖铺管；文物考古钻探；竖井钻凿（矿山、地下核试验等）；抢险救灾（地下灭火、通风孔等）2.泥浆在钻探工程中的重要作用是什么？

钻井液（原称泥浆）是指钻井中使用的工作流体。泥浆是广泛使用的钻井液，主要适用于松散、裂隙发育、易坍塌掉块、遇水膨胀剥落等孔壁不稳定岩层。钻井液-其主要功能如下：

1.冲洗井底：钻井液可在钻头水眼处形成高速的液流，喷向井底。这高速喷出的钻井液可将由于钻井液压力与地层压力差而被压持在井底的岩屑冲起，起冲洗井底的作用。

2.携带岩屑：当钻井液在环空的上返速度大于岩屑的沉降速度时，钻井液可将井中的岩屑带出，即在一定的上返速度下，钻井液有携带岩屑（简称携岩）的作用。

3.平衡地层压力：钻井液的液柱压力必须与地层压力相平衡才能达到防止井喷或者钻井液大量漏进地层的目的。

可通过调整钻井液密度控制钻井液的液柱压力，使它与地层压力相平衡。

4.冷却与润滑钻头：钻井液可将钻井过程中钻具（钻头与钻柱）与地层摩擦产生的热带至地面，起冷却作用。同时，钻井液能有效地降低钻具与地层的摩擦，起润滑作用。

5.稳定井壁：可在钻井液中加入适当的处理机，使钻井液具有抑制页岩膨胀和（或）分散的能力，同时产生薄而韧的滤饼，起稳定井壁的作用。

6.悬浮岩屑和密度调整材料：当停止循环时，钻井液处于静止状态，其中的膨润土颗粒可互相联结，形成结构，将岩屑悬浮起来。若钻井液中加有密度调整材料（如重晶石），则在停止循环时，钻井液也可将它悬浮起来。钻井液悬浮岩屑和密度调整材料的能力，可使钻井液停止循环后易于再启动。

7.获取地层信息：通过钻井液携带出的岩屑，可以获取地层许多信息，如油气显示、地层物性等。

8.传递功率：钻井液可将钻井液泵的功率经钻柱从钻头水眼高速喷射传到井底，提高钻头的破岩能力，加快钻井速度。

钻进过程中，用液体或气体的连续循环把孔内的岩屑冲洗或吹洗出来，称为钻孔冲洗。冲洗用的介质，不论是液体还是气体习惯上都被叫做冲洗液或钻井液(drilling fluid)。由于早期的冲洗液多为粘土与水的混合物，所以冲洗液也被笼统地称做泥浆(mud)，泥浆这个术语一直沿用，现在还有不少人把冲洗液统称为泥浆。钻井液作用：悬浮和携带岩屑及加重剂；平衡地层压力和井壁侧压力，稳定井壁，防止井喷、井漏和井塌等事故的发生；传递水功率，帮助和破碎岩石；冷却和润滑钻头及钻具；为井下钻具提供动力；部分地支承钻柱和套管的重量；从钻井液中获得所钻地层的地质资料。冷却、排粉、润滑、支撑

没有泥浆的保护，钻井井壁会遇水膨胀、缩径，甚至流散、垮孔。3．为什么说上天难、入地更难？

4．钻探工程中体现了哪些现代工业技术进步？

1，先进的地球科学、地球物理学是钻探技术的基础，这些先进的技术充分应用于钻探领域。钻进的方法和施工工艺都必须根据所钻地区地层的结构而定。比如，在钻孔结构设计之时，就必须根据地质学家提出的理想地层剖面柱状图来进行；再比如钻头钻具的选择，就要根据钻进所遇地层来决定。还有岩石的性质、地壳的结构、不同地区的地质情况等。

2，钻探工程体现微电子技术。自动化岩心钻机，体现了人工智能技术以及网络技术等。现代先进定向钻进技术更是体现了电子计算机控制技术的先进性。此外，钻探需要采集地下数据，也体现了先进的信号测试与传输技术，数据的处理，反映了先进的计算机技术等等。

3，现代先进的计算机软件技术在钻探中体现。现代钻机的设计，由于先进的设计软件而大大提高效率。钻探工作用各类分析软件来对所要钻探的地层进行模拟，从而使获得的信息形象化，更有利于指导钻探施工的进行。还比如现在很多先进钻探设备都配有高度智能化的神经网络系统来进行控制。

然后，能源技术也是与钻探工程密切相关的技术之一。比如非开挖、随钻测量等先进钻探工艺中，某些部件必须得单独供能，比如钻杆中的各个传感器，信息采集系统，反馈系统等，这样就要求能源能在高温高压，或者水中供能，此外为了减少更换能源的次数缩短工期，还要求供能源要有很好的续航能力。

4，钻探工程还与空间技术，海洋技术，通讯技术，制造技术等密切相关。全液压顶驱型地质岩心钻机系列比如在大洋科学钻探工程中，要保证钻进过程中水平位移和铅直位移保持稳定，就需要多个随动系统来进行准确的反馈控制，这种尖端设备就不仅仅采用一两种技术就能实现的，需要结合力学，声学，电子学以及计算机科学等等

5.简述钻探设备与工艺之间的关系。

钻探设备通指探矿工程施工中所使用的机械，它是达到各种工艺操作要求，保证工程施工速度和质量的关键。

钻探设备包括动力机、钻机、泥浆泵、钻塔以及泥浆处理机械、钻杆拧卸机械、钻具提升机械（如绳索取心钻具打捞机械）和空气钻进所需的空压机、孔底发动机等。设备决定工艺，工艺取决于设备。工欲善其事，必先利其器。工艺不断对设备提出新要求，设备性能和能力要满足工艺需求。

5.简述实施桩基工程的基本工作程序与技术关键。——工程勘察（原装样品）→桩基施工（桩孔质量、清除沉渣、连续浇筑„„）

简述实施桩基工程的基本工作程序与技术关键。——工程勘察（原装样品）→桩基施工（桩孔质量、清除沉渣、连续浇筑„„

钻孔灌注桩;钻孔桩,承托力强，工地地质有较多的散石及岩石层面较高时，钻孔灌注桩建造费便宜还环保，减少噪音和振动，桩帽位置准确度高。局限性，需要重型机器，需要面积大，加装困难，斜坡上需建造工作平台，需要预先钻孔，排出的泥沙和污水需要处理以防污染环境。

重点：施工前必须集齐各项文件及最新图纸（文件施工章程 政府条例 施工环境 开工许可证），确定坐标，土质勘测：每根钻孔桩都要预先钻探来确定深度，深度必须在承托岩层5米以上，在工程师的监察下进行抽取石板和测量深度，有足够的安全监管，所抽取石板要锁好及存放在存储仓内，闲人免进，进行石板测试

桩柱工作范围的泥面要平整和压实，提供清晰准确庄主墨线，误差允许范围内确定桩的圆周，核实套管尺寸和完整性，要把钢管的水平位置和垂直度准确较好，套管要定时复核套管的中心点和垂直度的准确，清除沉渣、由钻孔抽出的污水要过滤后才可以排出去

吹水方法清洗庄主内壁，将吹水管接到装地下，加气压，使桩内污水循环流动，污水需要过滤后才可以排出去 架钢筋架 工程师检验合格后才可以放钢筋架

需按施工图纸扎钢筋加，一扎钢筋场必须整洁，钢筋须有认可来源证及测试合格，钢筋架驳口要有足够长度，所有导筒要顶底封密，检验合格后才可以落笼，确保钢筋架驳口长度足够，有足够箍筋要锁紧驳口铁，经工程师验收水办及量度桩深度检验合格才可以到混凝土

每根钻孔桩必须一次过倒混凝土，保障结构质量的连贯性，到混凝土和拔套管时要保持顶水平比套管滴导管底高出最少2米，可加入水泥浆，疏通导管还可以分隔桩内水和混凝土的作用，每车倒完检查导管底、混凝土面、套管地面水平

需在相关工程师监督下进行full coring test,混凝土样板必须健全，连接面要没有沙泥杂质。

七天后进行测试超声波测试 分析桩的混凝土是否完整，交界面钻挖测试 确定连接面是否完整和良好，

第二篇：钻探工程概论复习题（最终版）

钻探工程概论复习题

一、简答题 每题10分

1.根据岩石的变形特性，图示说明岩石的三种类型。

2.什么是岩石破碎的体积破碎？

3.什么是岩石的各向异性？对钻进有哪些影响？

4.影响岩石硬度的因素有哪些？

5.钻探技术的基本构成是什么？

6.简述硬质合金钻头的碎岩机理（文字与简图）

7.PDC钻头的碎岩机理

8.金刚石钻头有哪些主要类型？

9.地质岩心钻探与油气井钻探的主要区别在哪里？

10.空气钻进技术有哪些优点？

11.什么是钻孔结构（也称井身结构）？

12.套管在钻探工程中起什么作用？

13.简述绳索取心钻具的主要组成，它有哪些优点？

14.钻探设备包括哪些主要内容？

15.钻具按用途可以分为哪些？分述其主要作用。

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？

17.钻进参数主要有哪些？各自起到什么作用？

18.影响地层可钻性的因素有哪些？

19.钻孔灌注桩的基本流程。

二、综述题 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？

2.泥浆在钻探工程中的重要作用是什么？

3．为什么说上天难、入地更难？

4．钻探工程中体现了哪些现代工业技术进步？

5.简述钻探设备与钻探工艺之间的关系？

6.试论述深部钻探的关键技术（分别从钻孔结构与管材级配、钻探设备、钻杆及钻具、护壁堵漏等方面论述）

第三篇：11765钻探工程概论考试复习题

11765钻探工程概论考试复习题

一、简答题 每题10分

1.根据岩石的变形特性，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

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。

硬度与抗压强度有联系，但又有很大区别。抗压强度是固体抵抗整体破坏时的阻力，而硬度则是固体表面对另一物体局部压入或侵入时的阻力。因此，硬度指标更接近于钻掘过程的实际情况。因为回转钻进中，岩石破碎工具在岩石表面移动时，是在局部侵入（可能非常微小）的同时使岩石发生剪切破碎。由前面的分析知道，工具压入岩石是很难的，而压入后剪切破岩却较容易。所以我们说，硬度对钻掘工程而言是一个主要力学性能参数。

（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，两者之间 可相差1.05～1.8倍。岩石硬度的各向异性可以很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）在各向均匀压缩的条件下，岩石的硬度增加。在常压下硬度越低的岩石，随着围压增大，其硬度值增长越快。

（4）一般而言，随着加载速度增加，将导致岩石的塑性系数降低，硬度增加。但当冲击速度小于10m/s时，硬度变化不大。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.钻探技术的基本构成是什么？

设备：钻孔施工所使用的地面设备总称。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，这种钻进方法通称为硬质合金钻进。

可得到很高的钻速。

8.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，用于勘察，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，成本高 3.地层情况：

钻探：地层比较复杂，低层遇到的种类比较多 油气井：一般低层地层单一。

9.空气钻进技术有哪些优点？

空气钻进的实质是以压缩空气代替冲洗液，作为钻进中的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、先进钻进方法。空气钻进可以正循环钻进，也可以反循环钻进，在钻探设备上只需要增加一台移动式空气压缩机，孔口防尘及除尘等设备。空气钻进特别适用于干旱缺水地区、常年永冻层、孔内严重漏水地层及用水钻进较困难地区。我国北方各省和西北各地有很多这样的地区，因此，研究空气钻进具有很大的现实意义。

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。另外压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，即当压缩空气经过钻头时，由于压力骤然降低，在此大量吸收热量，有利于冷却钻头，防止烧钻，并为切削具创造有利的工作环境。与一般钻进方法相比，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、抽水等工作有益，而且可以获取正确的水文地质资料。

4.空气钻进不用水：这在干旱缺水地区其优越性更为显著，同时可以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。

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/δ＞5。

弹塑性岩石（大理岩、石灰岩、砂岩）在压头压入时首先产生弹性变形，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/δ=2.5～5，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/δ=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起的，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，这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，岩石结构间缺陷发展，特别是孔底受多次加载产生的疲劳裂隙更加发展，于是众多裂隙交错，仍可产生较粗岩粒的分离，这种变形破碎方式称为疲劳破碎，这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，这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：一种是由于微裂缝的存在以及在不同方向上的排列，分布不同而导致的，这种各向异性会随着岩石的应力变化而变化，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起的，这种岩石的各向异性不会随着岩石的应力变化而改变。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，在钻进这样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，使得钻杆在钻进过程中出现受力不平衡的情况，使得钻杆发生一定角度的偏斜甚至弯曲，会影响钻孔的偏斜量。

4.影响岩石硬度的因素有哪些？

但在实际使用中，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 级和部分8 级地层。若在更为坚硬的岩层中钻进，则切削效果很差，切削具磨损很快或易折断而迅速失去钻进能力。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.金刚石钻头有哪些主要类型

金刚石钻头按其制造方法不同，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

1.表镶钻头

金刚石分布在胎体表面上，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：5～20粒/克拉的为粗粒钻头；20～40粒/克拉的为中粒钻头；40～100粒/克拉的为细粒钻头。一般情况下，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；

2.孕镶钻头

金刚石不只是分布在胎体表面上，而且，还分布于胎体内部的一定层厚中。金刚石是10～80目的天然粉级品或60～129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，新切刃相继出露参加工作。因此，孕镶钻头可保持稳定的钻速，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）；

3.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一定排列方式。钻头按金刚石成因分类，可分为天然金刚石钻头(表镶)和人造金刚石钻头(都是孕镶)。此外，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，10.什么是钻孔结构（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变化情况。据地层理想柱状图做出来的。一般来说，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。在可能情况下，应使钻孔结构尽量简单。根据地层条件，一层一层放入套管，所形成图示的结构：

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使用的钢管。套管又是钻探和钻井工作中下人钻孔内,用以保护孔壁封闭孔身的钢管。它的主要功用是防止孔壁坍塌,隔离地层,封闭涌水或

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．钻进方法、钻探设备参数。

11套管在钻探工程中起什么作用？ 保护孔壁，支撑孔壁防止倒塌，为钻探提供通道 在钻探施工过程中，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。岩心钻探抽水试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 漏水层、油气层。在开采井中,套管又是流体、气体生产的通13.什么是正循环钻进？什么是反循环钻进？反循环的形道,例如水井、油气井、地热井、溶解类矿产的开采钻井等,都式有多少种？

必须下入生产套管。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,可以继续正循环钻进是泥浆自供应池由泥浆泵泵出，输入软管送往使用。石油天然气下入的表层套管、技术套管和油层套管,在水龙头上部进口，再注入旋转空心钻杆头部，通过空心钻机一下入井内之后,都需要注水泥将套管与井壁固结起来,封闭死直流到钻头底部排出，旋转中的钻头将泥浆润滑，并将泥浆扩管外的环状间隙,套管就无法取出。即使无工业油气流的探井,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下入了套管也一样丢弃在井内。供水井下入的套管称为井管,浆槽。

强度要求不高,井浅时可不用无缝钢管,用铸铁管。反循环钻进与正循环钻进的差异在钻进时泥浆不经水龙头直接注入钻孔四周，泥浆下达孔底，经钻头拌和使孔内部浆液12钻探设备包括哪些主要内容？

均匀达到扩壁，润滑钻头，浮起钻碴，此时压缩空气不断送入水龙头，通过固定管道直到钻头顶部，按空气吸泥原理，将钻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渣从空心钻杆排入水龙头软管溢出。

备，主要由钻机、泥浆泵及泥浆搅拌机、泥浆净化设备、钻塔反循环钻进按照产生冲洗液上升流动的方式不同，可分为等组成

地表喷射反循环，泵吸反循环和气举反循环三种方式。不同反钻机：是完成钻进施工的主机，它带动钻具和钻头向底层循环钻进方式，随着钻孔深度的变化，钻进效率也有所不同，深部钻进，并通过钻机上的升降机来完成起下钻具和套管、提所示为三种反循环钻进方式在不同孔深时的效率曲线，从曲线取岩心、更换钻头等辅助工作。变化情况可以看出，地表喷射反循环钻进效率，在浅孔段效率钻塔的主要功能：起下钻具（套管）、减压钻进时悬挂钻具、较高，气举反循环钻进效率在50 m 以后较高。在选择反循环处理孔内事故并为空中作业提供平台。

钻进方式时，应根据孔深、水位等情况进行合理的选择，为了泵的主要功能是：向孔内输送冲洗液以及清洗底孔、冷却提高钻进效率，有时也采用两种方式相结合的复合式反循环钻钻头和润滑钻具。

进。

通常，主要类型的钻探设备均由钻机、钻塔－桅杆、泥浆泵等三部分构成。

14钻进参数主要有哪些？各自起到什么作用？

当然，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、大钻进参数主要有以下三个方面：

钩、水龙头、绞车、转盘、泥浆泵。

钻塔设备主要包括以下三个方面的内容：

钻压：钻压也称轴向压力。钻进时，合金的受钻压1.钻机：钻机（drill）是在地质勘探中，带动钻具向地下切入岩石而钻进；同时，因钻压造成合金与岩石的摩钻进，获取实物地质资料的机械设备。又称钻探机。主要作用擦而使合金磨损。所以，在选择钻压时，必须在保证是带动钻具破碎孔底岩石，下入或提出在孔内的钻具。可用质量的前提下从钻进效率和钻头寿命两个方面进行分于钻取岩心、矿心、岩屑、气态样、液态样等，以探明地下析、研究。一般情况下，在松软及软岩石中钻进时，地质和矿产资源等情况。主要分类：潜孔钻机 凿岩钻机 全液因所需钻压不大，对钻速和合金的磨损不是主要问题；压一体机 探矿钻机

而在中硬和硬岩层中钻进时，钻压确定是否合理，对2.钻塔：钻塔是一种具有一定高度和跨度的金属桁架，是钻速和合金磨损影响很大。

钻井设备的重要组成部分，分为天车、塔身主体、二层台、起塔架、副腿、底盘六个主要部分（可以根据实际需要增减结构钻压是孔底碎岩的必要条件。钻压的大小决定着碎岩的方部分），钻塔在钻井过程中，用于安放和悬挂提升系统，承受式和特点，它直接影响钻进速度。

钻具重量，存放钻杆或钻铤等，必须具有足够的承载能力、强机械钻速与钻压的关系是：机械钻速随着钻压的增加而不度、刚度、整体稳定性和必要的操作使用空间。

断地增大。这是两者关系的总趋势。具体可分为3 个阶段：系列钻塔从结构上分为单管两脚塔、三角塔、四角塔、A表面破碎阶段、疲劳破碎阶段、体积破碎阶段。

型塔、K型塔、桅杆型塔、门字型塔、动态型塔等；从起塔方在钻进过程中，切削具逐渐被磨钝后，切削具与岩石的接式上分为液压式、机械式、组装式、伸缩式、折叠式等；从钻

触面积逐渐增大，使切削具接触面上的压强减小，以致低于岩

石的压入硬度，因而碎岩方式由体积破碎过渡到疲劳破碎，甚至表面破碎，钻速急剧下降。所以，在磨锐式硬合金钻头的钻进过程中，为保持较高的钻速，应随着切削具的磨钝而逐渐增大钻压，直至钻探设备或其他条件限制不可能继续增大钻压时为止。

在磨锐式硬合金钻头钻进中，钻压是一个重要的钻进参数。钻压必须保证切削具切入岩石，以体积碎岩方式进行钻进。然后，依不同岩石性质（其中主要是岩石的压入硬度研磨性和抗剪强度），并考虑到钻进过程中工作刃的磨钝状况，充分发挥锋利刃的作用，力求达到最高的平均机械钻速（纯钻进效率）和最大的钻头进尺来确定钻压值。

另一方面，必须充分考虑到实现所要求钻压的可能性。最大钻压除了受切削具本身和钻头本身的强度限制外，还受到钻杆柱和孔底钻具组成的强度以塔工作角度上分为直立式和倾斜式；从选材上分为角钢塔、管及地面机械设备能力的限制。

子塔、型钢塔；从安装型式分为散装型、整体车装型等；从用在实际生产中，首先确定每颗硬合金切削具上应该施加的途上分为石油钻井、水文凿井、岩土工程、地质找矿、煤田勘压力，然后，再根据一个钻头上镶焊切削具的数目，计算出总探、工程勘察等；从提升有效高度上分为8米~55米；从提升钻压P。

能力上分为5吨到1000吨等。

即：P ＝p·m 3.泥浆泵：钻探过程中﹐向钻孔里输送泥浆或水等冲洗液式中：P —钻头上的总压力；p —每颗切削具上应加的压力的机械。泥浆泵是钻探设备的重要组成部分。在常用的正循（单颗钻压）；m —钻头上切削具的颗数。环钻探中﹐它是将地表冲洗介质──清水﹑泥浆或聚合物冲洗液在一定的压力下﹐经过高压软管﹑水龙头及钻杆柱中心孔钻速：从理论上看，钻速随转速的增加而成正比地增加。直送钻头的底端﹐以达到冷却钻头﹑将切削下来的岩屑清除但实际上钻速并不随转数的增加而呈正比增加，转速的增加有并输送到地表的目的。常用的泥浆泵是活塞式或柱塞式的﹐由其极限值（最优值）。超过此值后，钻速反而会下降，其主要动力机带动泵的曲轴回转﹐曲轴通过十字头再带动活塞或柱原因一是在高转数的情况下，合金在岩石表面上的作用时间太塞在泵缸中做往复运动。在吸入和排出阀的交替作用下﹐实现短，从而影响合金的切人深度，导致钻速下降；另一个原因是压送与循环冲洗液的目的。在高转数的情况下，孔底温度增高，合金的磨损或磨钝加快而

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很大影响。根据国内外的资料证明，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，对提高钻速有一定好处。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，过多的岩粉堆积，也造成合金散热不好，使温度增高，耐磨性降低；有时还易引起堵水、憋泵的现象。但过大的泵量会冲毁岩心或孔壁，并使钻压下降，使钻速降低。当采用大泵量时，则必须给予一定的重视。

送入孔内的冲洗液量、主要是用于清除孔底产生的岩粉和冷却钻头。随着冲洗液量的增加，对孔底清除岩粉和冷却钻头的能力也增强。孔底的清洁状态对钻进影响很大。把孔底破碎下来的岩屑及时冲离孔底，就为连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防止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益的。

但是过大的泵量，使其循环流动阻力也相应地增大，即工作泵压增大。由于流动阻力是流量的平方成正比，所以流动阻力的增长率大大超过泵量的增长率。流动阻力的增大，一大面直接增加了冲洗泵的负荷；另一方面，过大的泵量还会带来在软地层冲毁岩心和孔壁的问题，并且在岩心顶端造成很大的压力，使岩心劈裂而发生岩心堵塞，降低岩心采取率。因此泵量应有一个合理的值。

一般说来，岩石可钻性级别越低，转速越大，机械钻速越高，则所用的泵量应越大；孔径越大，所用的泵量也越大。冲洗液量应保证把岩屑颗粒带出地表。岩屑颗粒向上携带主要决定于上升流速（其次也与冲洗液的性能参数有关），而上升速度又与岩屑颗粒尺寸和其密度有关。清水冲洗时，上方流速不应小于0.25 m／s，而采用泥浆作冲洗液时，上升液流速度不应小于0.2 m／s。依此，流量可按下式来计算。Q ＝F·v

Q —泵量，m 3／s ；

F —管外环状空间的面积，m 2 ； v—上升液流速度，m ／s。15影响地层可钻性的因素有哪些？

一、岩石可钻性的概念

1、岩石可钻性的概念

岩石可钻性是表示钻进过程中岩石破碎的难易程度。在钻探生产中通常用机械钻速作为衡量岩石可钻性的指标，单位是m／h。

2、岩石的可钻性及可钻性分级的意义 可钻性及可钻性分级是决定钻进效率的基本因素，也是确定岩石破碎的难易程度的综合指标。对钻探生产非常重要，它是合理选择钻进方法、钻头类型和结构、钻进规程参数的依据，也是制订钻探生产定额和编制钻探生产计划的依据。

岩石的可钻性是在一定钻进方法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 技术措施有关，所以它是岩石在钻进过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 用试验的方法来确定岩石的可钻性。不同部门使用的钻进方法不同，其测定可钻性的试验手段，甚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 位时间的钻头进尺（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。

二、综述题 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。目前资源短缺已成为制约我国经济发展的‘瓶颈’。巨大的资源缺口将成为长期制约我国经济社会发展的重要因素。快速勘查发现矿产资源后备基地，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还是满足资源勘探的迫切需求都是非常必要的；对缓解目前资源短缺制约我国经济发展的瓶颈、发现新的矿产地、拓展新的找矿空间实现资源可持续发展意义重大。” 随着科技进步和经济发展，岩土钻掘工程在国民经济中发挥着越来越大的作用。已广泛应用于：(1)矿产资源勘探和部分矿产的开采；(2)水文地质勘探和水井钻；(3)工程地质勘查和生态环境研究；

(4)地质灾害的防治与环境治理；(5)工民建和道路桥梁的基础工程；(6)国防工程及海岸工程；(7)科学钻探。

地质矿产勘探钻进； 水文水井钻进；工程地质勘察、基础工程施工钻进；油气井钻进；

爆破孔钻进(采矿、物探)；科学钻探（海洋、湖泊、大陆、环境、冰川、外星）；

地热、干热岩钻采；水力采矿；核废料掩埋、二氧化碳掩埋等；

地质灾害治理（边坡锚固、抗滑桩、止水帷幕等）；非开挖铺管；

文物考古钻探；竖井钻凿（矿山、地下核试验等）； 抢险救灾（地下灭火、通风孔等）…… 2.泥浆在钻探工程中的重要作用是什么？

钻井液（drilling fluid）

钻井液（原称泥浆）是指钻井中使用的工作流体。泥浆是广泛使用的钻井液，主要适用于松散、裂隙发育、易坍塌掉块、遇水膨胀剥落等孔壁不稳定岩层。钻井液-其主要功能如下：

1.冲洗井底：钻井液可在钻头水眼处形成高速的液流，喷向井底。这高速喷出的钻井液可将由于钻井液压力与地层压力差而被压持在井底的岩屑冲起，起冲洗井底的作用。

2.携带岩屑：当钻井液在环空的上返速度大于岩屑的沉降速度时，钻井液可将井中的岩屑带出，即在一定的上返速度下，钻井液有携带岩屑（简称携岩）的作用。

3.平衡地层压力：钻井液的液柱压力必须与地层压力相平衡才能达到防止井喷或者钻井液大量漏进地层的目的。可通过调整钻井液密度控制钻井液的液柱压力，使它与地层压力相平衡。

4.冷却与润滑钻头：钻井液可将钻井过程中钻具（钻头与钻柱）与地层摩擦产生的热带至地面，起冷却作用。同时，钻井液能有效地降低钻具与地层的摩擦，起润滑作用。

5.稳定井壁：可在钻井液中加入适当的处理机，使钻井液具有抑制页岩膨胀和（或）分散的能力，同时产生薄而韧的滤饼，起稳定井壁的作用。

6.悬浮岩屑和密度调整材料：当停止循环时，钻井液处于静止状态，其中的膨润土颗粒可互相联结，形成结构，将岩屑悬浮起来。若钻井液中加有密度调整材料（如重晶石），则在停止循环时，钻井液也可将它悬浮起来。钻井液悬浮岩屑和密度调整材料的能力，可使钻井液停止循环后易于再启动。7.获取地层信息：通过钻井液携带出的岩屑，可以获取地层许多信息，如油气显示、地层物性等。

8.传递功率：钻井液可将钻井液泵的功率经钻柱从钻头水眼高速喷射传到井底，提高钻头的破岩能力，加快钻井速度。

钻进过程中，用液体或气体的连续循环把孔内的岩

屑冲洗或吹洗出来，称为钻孔冲洗。冲洗用的介质，不论是液体还是气体习惯上都被叫做冲洗液或钻井液(drilling fluid)。由于早期的冲洗液多为粘土与水的混合物，所以冲洗液也被笼统地称做泥浆(mud)，泥浆这个术语一直沿用，现在还有不少人把冲洗液统称为泥浆。

钻井液作用：

悬浮和携带岩屑及加重剂；平衡地层压力和井壁侧压力，稳定井壁，防止井喷、井漏和井塌等事故的发生；

传递水功率，帮助和破碎岩石； 冷却和润滑钻头及钻具； 为井下钻具提供动力；

部分地支承钻柱和套管的重量；

从钻井液中获得所钻地层的地质资料。冷却、排粉、润滑、支撑

没有泥浆的保护，钻井井壁会遇水膨胀、缩径，甚至流散、垮孔。

3．为什么说上天难、入地更难？

①地表下面的温度，压力随着深度的增大而不断增大，还没有那种工具能抵挡住这种考验相反，空中没有这些阻碍，只需要足够快的速度来摆脱地球的引力就行了

②材料自身的影响。由于钻进的深度加深，在起下钻具时，钻杆柱上部承受所有钻杆重量，需要有很高的抗拉强度，而钻杆柱的底部在钻进时承受压力及回转扭矩，对其抗弯强度有很高的要求，由于材料自身的限制，不可能使钻杆无限长。但是航天中则航天器飞的高低则没有此限制。

③钻遇的地层复杂且不可见。由于地球的地层结构复杂多变，尤其是在比较深的地层更是恶劣。在高温、高压条件下，不仅岩石坚硬、难钻，且岩石具有一定塑性，易产生孔底缩径事故，甚至在下钻进，找不到井眼。钻孔的过程中会遇到各种各样的地层，这对钻探工程提出了比航天工程更高的要求。当钻遇硬岩陡斜地层时，极易产生钻孔弯曲，面且随着钻孔的加深，钻孔弯曲度呈指数曲线增加，从而给钻进工作带来极大困难。而航天的空间无限大，可以不考虑这么多因素。④钻探工程中设备工作条件恶劣。在一般的钻探过程中，钻探设备都工作在高负荷情况下。除此之外，由于要实时地对钻探工作依据地层的变化作出相应的调整，因此还要对工作设备准确性以及可靠性作出更高的要求。采用一般化学处理剂处理的泥浆将会失掉其稳定性，如钻遇高压流体，将导致井涌、井喷。因此钻探设备应同时满足重载和实时性以及准确性的要求，航天中的空间大，应变性好，这对钻探技术的要求比航天工程更加高了。

⑤工作设备和控制设备的通信艰难。在航天过程中，要从地面观测和控制航天器是相对简单的，可以直接通过无线电磁传播即可，因为电磁波可以在真空中传播，信息交互过程中没有很大的障碍。相反由于钻探工程的工作设备钻头往往在地底下，电磁波的传输受到的往往很容易受到干扰，很难及时的提取到地下工作设备所反馈的信息。

⑥超井深作业难度大。比如英国研究人员领导的一个小组将首次向地下钻探到达地幔，并从那里取回样本。这项令人难人置信的大工程将需要在海床上钻通5英里(约8045米)坚硬的岩石，其温度最高可达298摄氏度。一旦到达那里，设备所要承受的压力大得惊人，高达每平方英寸400万磅(约合每平方厘米281吨)———相当于通常重力的28.5万倍。这相比在航天过程中受到的压力就大得多了

4．钻探工程中体现了哪些现代工业技术进步？ 1，先进的地球科学、地球物理学是钻探技术的基础，这些先进的技术充分应用于钻探领域。钻进的方法和施工工艺都必须根据所钻地区地层的结构而定。比如，在钻孔结构设计之时，就必须根据地质学家提出的理想地层剖面柱状图来进行；再比如钻头钻具的选择，就要根据钻进所遇地层来决定。还有岩石的性质、地壳的结构、不同地区的地质情况等。

2，钻探工程体现微电子技术。自动化岩心钻机，体现了人工智能技术以及网络技术等。现代先进定向钻进技术更是体现了电子计算机控制技术的先进性。此外，钻探需要采集地下数据，也体现了先进的信号测试与传输技术，数据的处理，反映了先进的计算机技术等等。

3，现代先进的计算机软件技术在钻探中体现。现代钻机的设计，由于先进的设计软件而大大提高效率。钻探工作用各类分析软件来对所要钻探的地层进行模拟，从而使获得的信息形象化，更有利于指导钻探施工的进行。还比如现在很多先进钻探设备都配有高度智能化的神经网络系统来进行控制。然后，能源技术也是与钻探工程密切相关的技术之一。比如非开挖、随钻测量等先进钻探工艺中，某些部件必须得单独供能，比如钻杆中的各个传感器，信息采集系统，反馈系统等，这样就要求能源能在高温高压，或者水中供能，此外为了减少更换能源的次数缩短工期，还要求供能源要有很好的续航能力。4，钻探工程还与空间技术，海洋技术，通讯技术，制造技术等密切相关。全液压顶驱型地质岩心钻机系列比如在大洋科学钻探工程中，要保证钻进过程中水平位移和铅直位移保持稳定，就需要多个随动系统来进行准确的反馈控制，这种尖端设备就不仅仅采用一两种技术就能实现的，需要结合力学，声学，电子学以及计算机科学等等

第四篇：钻探工程

钻探工程（drilling engineering）

在地质勘探和建筑基础勘查中，用钻机按一定设计角度和方向施工钻孔，通过钻孔采取岩心（或矿心）、岩屑或在孔内下入测试仪器，以探查地下岩层、矿体、油气和地热等的工程。简称钻探。探矿工程的重要组成部分。在钻进中，主要应用机械的方法破碎岩石，其他物理的或化学的破碎岩石方法，尚处于试验研究阶段。按破碎岩石的外力作用方式可分为冲击钻进、回转钻进、冲击回转钻进、振动钻进和喷射钻进等；按钻进时是否取岩心（或矿心），可分为取心钻进和不取心钻进；按破碎岩石所使用的磨料，又分为硬质合金钻进、钻粒钻进和金刚石钻进等。钻探是地质勘探的一种重要技术手段，广泛应用于寻找和勘 探 各种矿产、油气藏、地下水、地热，以及为水利建设、工程建筑和交通设施等提供地质资料。

钻探机械主要包括钻机、泥浆泵、动力机和钻塔等。钻机是用于向地下钻孔的最重要的机械设备。泥浆泵又称钻井泵，是向钻孔里输送泥浆或清水等冲洗液的机械设备。钻塔又称井架，是架设在钻场或井场上方，配合钻机绞车进行升降钻具的塔架。

钻探工程按钻孔用途可分为：①固体矿产钻探，钻孔直径小(46～91毫米)，按矿种的不同，深度从几十米到2000多米。②石油天然气钻探，钻孔一般开孔915毫米，终孔216毫米，孔深1000～7000米，通常井口要安装防喷器具。③水文地质钻探，普查孔直径小于150毫米，勘探孔直径150～350毫米，水井直径 150～550 毫米，孔深 300 米。④ 地热钻探，井深1000～3000米。⑤ 工程地质钻探，为勘察坝基、水库、渠道、港口工程、高层建筑以及铁路、公路沿线的工程地质情况。

第五篇：钻探工程试题库

一、选择题

1、岩土钻掘工程的施工技术主要内容包括（）。

A.地质勘探 B.开采矿产资源 C.工程勘探 D地基处理及岩土体稳定加固

2、目前，钻孔用的工艺方法常见的有（）。A.回转钻进、冲击（抓）钻进、复合钻进 B.无冲洗液循环钻进 C.正反循环钻进 D.人工开挖

3、在岩石可钻性按机械钻速分级（即按实钻法分级）中，次生土、壤土、矽藻土属于（）。A.松软疏散的 B.较软疏散的

C.软的

D.较软的

4、在岩石可钻性按机械钻速分级（即按实钻法分级）中，千枚岩、辉长岩属于（）。A.松软疏散的 B.软的

C.中等硬度

D.硬的

5、岩心钻机种类很多，构造各异。目前较普遍使用的有（）。

A、油压给进立轴式钻机

B、转盘式钻机

C、全液压式钻机

D、柴油机

6、一台完善的岩心钻机必须具有（）。A、传动系统 B、回转系统

C、调压和给进系统

D、升降系统

7、靠密闭容腔容积变化进行能量转换的泵称为（）。A、叶片式泵 B、电磁泵

C、喷射泵

D、容积式泵

8、目前钻探工作主要使用的是（）。

A、三相交流感应电动机

B、柴油机

C、直流电动机

D、发电机

9、按构造的不同，可将钻塔分为（）。A、两脚钻塔 B、三脚木塔

C、四脚铁塔

D、桅杆式钻塔

10、下列选项中，（）属于钻进工具。A、钻头 B、岩心管

C、套管

D、取粉管

11、下列选项中，（）属于附属工具。A、提引器 B、垫叉

C、管钳

D、矢锥

12、硬质合金切削具的形状有（）。A、片状合金 B、柱状合金

C、针状合金

D、粒状合金

13、向孔底补给钢粒的方法称为投砂方法。常用的投砂方法有（）。A、一次投砂法 B、结合投砂法

C、连续投砂法

D、孔底投砂法

14、对于表镶钻头，金刚石镶嵌在胎体的表层，按照其镶嵌位置的不同，可分为（）。A、底刃金刚石 B、边刃金刚石

C、侧刃金刚石

D、人造金刚石

15、钻探中常用的冲洗介质类型有（）。A、清水 B、泥浆 C、乳化液

D、空气

16、可以作为卡料，从钻杆内投入孔底来卡紧扭断岩心的物质有（）。A、小碎石 B、铅丝

C、钢粒

D、卡簧

17、当前设计的钻孔类型，规纳起来有以下几种（）。A、水平孔 B、垂直孔

C、斜孔

D、定向孔

18、弯曲的钻孔轴线上任一点的空间坐标位置由该点处的（）来确定。A、孔深 B、顶角

C、倾角

D、方位角

19、钻探生产中发生的事故一般可归纳为（）。A、交通事故 B、人身事故

C、机械事故

D、孔内事故

20、下列选项中，不是孔内事故处理方法的有（）。A、捞 B、提

C、扫

D、放

21、按形成反循环液流在钻杆内上升的动力和方式，可分为（）。A、泵吸反循环 B、气举反循环

C、射流反循环

D、交叉反循环

22、井管是垂直安装在地下的构筑物，包括（）三个部分。A、井壁管 B、滤水管（过滤器）

C、沉淀管

D、出水管

23、当前在我国常用的滤水管材料有（）。A、钢质滤水管 B、铸铁质滤水管

C、水泥质滤水管

D、塑料滤水管

24、止水工作完毕后，一定要进行止水质量检查。检查止水效果的方法有（）。A、连通检查法 B、水位差检查法

C、食盐扩散检查法

D、泵压检查法

25、常用的洗井方法包括（）。A、活塞洗井

B、喷射洗井

C、压缩空气激荡洗井

D、二氧化碳洗井

四、名词解释

1、岩石的结构是指组成岩石的矿物成分、粒度、形状和矿物颗粒之间的连结方式。

2、岩石的构造是指岩石在生成时和生成后受动力地质作用所形成的层理、节理和裂隙等。

3、整体岩石被破碎后，自然堆积的体积比整体岩石的体积大，这种特性称为岩石的松散性（又称碎胀性）。

4、单位体积岩石中孔隙的大小，用单位体积岩石中所含孔隙体积的百分比来表示，这个比率称为孔隙度。

5、颗粒间缺乏凝聚力的松散性岩石，堆放时能保持其外形，由于受颗粒自重和，颗粒之间摩擦力的作用而不坍塌，此时其斜面与水平面所夹之角，称为岩石的自然安息角。

6、岩体是指在地质历史过程中形成的，由岩石单元体和结构面组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。

7、土是由固体（矿物、岩石碎屑）、水和气体组成的质地较松散（同岩石相比较而言）的三相地质集合体。

8、岩石可钻性可理解为钻进过程中岩石抵抗破碎的强度。它表示岩石破碎的难易性。

9、硬质合金钻进，是采用具有相当硬度的硬质合金做碎岩切削具的一种钻进方法。

10、钢粒钻进是用未镶有切削具的钻头钢体压住不与钻头钢体镶在一起、呈自由状态、尺寸不大的钢粒，并带动它们在孔底翻滚而破碎岩石的钻进方法。

11、冲击回转钻进方法主要是在回转钻具的基础上增加一个冲击器，以提高钻进效率的一种方法。

12、在泥浆失水的同时，泥浆中的一些较大的粘土颗粒附着在孔壁岩石上，形成一层泥皮，泥浆的这种能力称为泥浆的造壁能。

13、泥浆静止时，粘土颗粒两端水化膜薄处粘结，而形成结构，稠化成胶状物质。当再进行搅拌或振荡时，又恢复其原有的流动性，这种性质称为泥浆的触变性。

14、泥浆含砂量是指泥浆中不能通过200网目筛孔，即直径大于0.074 mm的砂粒所占泥浆总体积的百分含量。

15、岩矿心采取率是指在回次钻进过程中，实际取出的岩（矿）心长度与实际钻进尺之比值。

16、在施工过程中，由于种种原因，钻孔都要偏离设计的轴线，凡是钻孔实际轴线偏离了设计的钻孔轴线（包括顶角和方位角）者，均称为钻孔弯曲，简称孔斜。

17、复杂地层，是指由于地质构造的运动，地下水的溶蚀、冲刷以及由于岩石本身的特点而使其稳定性和完整性遭受破坏（如破碎、坍塌、掉块、漏水、涌水、空洞、砾石、流砂、钻孔扩径、缩径等）的地层。

18、将选好的砾料投入过滤器与井壁之间的环状间隙，这一工序称为填砾。

19、清除井壁上的泥皮，并把渗入到含水层中的泥浆抽吸出来，恢复含水层的扎隙，进而抽吸出含水层中一部分细小颗粒，扩大含水层的孔隙而形成一个人工过滤层。这个高渗透率的人工过滤层的形成工作过程，叫做洗井。

20、滤水管是在井管外围按一定的技术要求和规格开成进水通道的管材，亦称为过滤器。

21、换浆就是往孔内泵入优质的稀泥浆，把井内含有岩屑的浓泥浆全部置换出来，其目的是将井底的岩屑和含岩屑的浓泥浆排出后，可保证下管过程中井内泥浆不产生沉淀，而能顺利地把井管下到预定的位置。

五、简答题

1、由于岩体在其形成和存在的整个地质历史时期中，经受过各种复杂而不均衡的地质作用，这就使其工程性质变得十分复杂，试说明这种复杂性的5种表现。

①不连续性：由于岩体中存在着各种结构面，因此，从岩体总体来看是不连续的介质（大块、完整的岩体可看成连续介质）。②非均质性：指岩体物理力学性质随空间位置不同有较大的差异。岩体的这一特性，使其试验结果常具有较大的离散性。

③各向异性：指岩体性质随岩体结构面的取向而有差异的性质。这是由于岩体中结构面的分布往往有一定的方向。④岩体中存在着天然应力场。

⑤岩体赋于一定地质环境之中，岩体中的水、温度、应力场对岩体性质有较大的影响。

2、说明岩石可钻性按机械钻速分级的依据及缺点

这种方法是在规定的设备工具和技术规范条件下，在现场进行实钻，以所得的纯钻进速度作为岩石可钻性分级指标。同时考虑到由于岩石的研磨性造成的钻进速度逐渐降低，回次钻进长度缩短，故在分级指标中一并列入回次长度值作为辅助指标。

岩石可钻性按机械钻速分级方法的主要缺点是：

①随着技术条件（设备、钻进方法与工具等）和技术水平（钻进规程参数的最佳配合、冲洗介质性能及工人操作水平等）的改变，各类岩石的实钻指标（可钻性等级）的绝对值和相对关系都会发生变化。

②各地各矿区的岩面都存在着差异，要找到在同深度并且其他条件相同的测试条件是较难实现的，因而影响其测试的科学性。

③要组织较大的测试队伍到各地各矿去测试，因而该测试方法费力费时。

3、试说明钻井用泵的功用及钻井工作对泵性能的要求。

• 钻探用泵用来向孔内输送冲洗液（泥浆或其他冲洗介质）用来冷却钻头，携带岩粉等，并能使其在孔内保持循环；

• 在某些特种工作中，如堵漏、封孔等，还用泵向孔内灌注水泥浆等物质； • 输送具有能量的液体，给涡轮钻具、射流冲击钻具及其他水力冲击钻具提供动力； • 借助水泵上的仪表装置了解孔内变化情况； • 给钻机场供水。

• 钻井泵的排量要能简便、迅速地在较大范围内进行调节，最好能实现无级调节。• 钻井泵的排出压力也要能在较大范围内进行调节。

• 当根据钻进工艺规程将泵量调定以后，它不能随泵的排出压力的变化而发生变化。• 工作可靠，易损件寿命长，便于维修保养。• 要能适应不利条件下的工作。• 运移性要好。

4、试说明钻探工作对动力机的要求。

要求动力机不仅要有较高的效率，而且要求负荷变动时不致严重影响其性能和效率； 具有“软”的外特性，即动力机在负荷变化时，转速能在较宽范围内依照“恒功率”的曲线相应变化；

具有较大的超载能力和较宽的调速范围，最好能实现“恒功率”调运； 质量轻，尺寸小，在野外作业条件下易于搬运安装；

结构简单，工作可靠、安全，使用维护方便，噪音小，不污染环境； 经济性好，燃料供给方便，价格低，效率高。

5、试说明硬质合金钻进的优、缺点及其应用范围。（10分）

• 钻进时工作平稳、振动较小，其岩心比较光滑完整，采取率比较高。• 根据不同岩性可以灵活改变钻头结构。

• 操作简单方便，钻进规程参数容易控制，孔内事故较少。

• 硬质合金比较便宜，钻头镶焊工艺简单，修磨方便，成本费用较低。• 应用范围不受孔深、孔径和孔向的限制。

硬质合金的硬度毕竟有限，其强度和耐磨性亦尚嫌不足，在坚硬岩层中钻进时效率不高，钻头的寿命不长。

现在，硬质合金钻进主要用于1～7级岩石及部分8级岩石。

6、简述金刚石钻进的优越性

1．钻进效率高

一般在技术和地质条件相同的情况下，与钢粒钻进相比，小时效率高数倍，台月效率高50%以上。2．钻孔质量好

岩矿心采取率高，代表性好金刚石钻进所取的岩矿心，完整度高，表面光滑清晰，结构可保持原状，有利于地质观察；矿心品质好。

钻孔弯曲度小。钻孔弯曲度比较小，一般每100m只增加1度上下。3．设备工具轻

金刚石钻进的全套设备比钢粒钻进的设备要轻l倍左右。

装备轻便，更有利于高山地区和其他交通困难地区进行钻探施工。4．劳动强度低 由于金刚石钻进口径小，钻头在孔底回转扭矩小，升降钻具时，钻杆较易拧卸。由于设备轻便，搬迁运输量减少，安装和拆卸的劳动强度也减轻。5．孔内事故少

小口径金刚石钻进时，孔内事故较少。由于钻杆与孔壁间隙小，一旦发生钻杆折断事故也容易打捞。6．钻探成本低

钻进机械效率和生产效率的提高、设备工具装备的减轻、孔内事故的减少都是降低钻探成本的主要因素。

7、简述钻孔冲洗介质的功用

1．冷却钻头

钻头在破碎孔底岩石时，因摩擦而产生大量的热，如不及时冷却，会使切削具很快地磨损，降低破碎岩石的效率，甚至会发生烧钻事故。2．清洗孔底

把破碎的岩粉及时地排出孔外，以防岩粉在孔底堆积产生重复破碎，增加钻头、钻具的磨损，影响钻头的寿命和钻进效率。故要求冲洗介质具有较大的输送及悬浮岩粉的能力。3．保护孔壁

在钻进中，由于破坏了岩层的平衡状态，如果岩层本身稳定性差，易发生变形甚至坍塌。因此，冲洗介质应具有一定的重量以平衡地层的压力。同时还要求冲洗介质具有造壁性能，能在孔壁上形成一层薄而致密的泥皮，以保护孔壁。4．润滑钻具

由于钻具在孔内回转速度大，阻力也大。故要求冲洗液在钻具上形成一层润滑层，减少功率的损耗、钻具的磨损，提高钻具的使用寿命。

除了以上的功用外，冲洗介质中加入表面活性物质，还起到软化岩石的作用。

8.简述漏失地层钻进的钻进特点及处理方法。

钻进特点：

漏失地层一般都是透水层，或是发育着节理、裂隙、空洞以及遭到构造断裂破坏的地层。钻进这种地层时，由于孔内液柱与地层间存在着压力差，常促使孔内冲洗液向地层内大量渗漏而造成漏失。

由于漏失，常造成冲洗液的大量消耗，这不仅引起费用增大、供水不及时而导致停钻，而且还因孔内液柱压力不断降低而增大了孔壁岩层的不稳定性，最后引起坍塌、掉块现象的产生。严重时将造成卡、埋钻事故的发生。

处理方法：

漏失地层的处理方法，不外是如下两个方面，即：冲洗液方面——加大泥浆粘度、减小密度，降低其流动性；孔壁地层方面——借助各种物质(如粘土、麻刀、马粪等）来堵塞岩层裂隙。

具体的方法如下：

①使用粘度和静切力高、密度尽可能小的泥浆——有时在泥浆中掺入谷糠、锯末、麻刀等膨胀性材料，以充填裂隙，阻止漏失。

②粘土球充填法——即向孔内漏失部位投入粘土球，用倒置的岩心管接头进行压捣，将粘土挤入孔隙、裂隙以达到止漏目的。

③用胶质水泥处理漏失——即在泥浆中加入一定量的水泥、水玻璃或雪花石膏。④用塑料堵漏——即采用脲醛树脂堵塞在大量漏失的钻孔中止水。此外，条件许可时还可采用空气钻进或泡沫钻进以解决漏失。

9、简述水文地质和水井钻的特点。

(1)口径和井深

水文地质勘探孔需要下入抽水设备，进行抽水试验，而供水井的出水量常在一定范围内随井径增大而增加，因此，直径都比较大。通常，勘探孔直径为130～250 mm，供水井的直径小则仅300—500 mm，大口径者可达1～2 m。

当开发浅层含水层时，水井深度一般较小，通常为50—200 m。利用深部裂隙水的水井，深度可达300～500m。地热井的深度已达1 000—2 000 m。(2)钻进地层

水文地质和水井钻工作一般都在第四系地层进行，这些地层常是各类填土、粘土、砂层、卵砾石、块石、漂石等地层，这必然给钻探工作带来诸多的问题，如坍塌、缩径、扩径、漏失和难于采取岩心、样品等。当在基岩地层钻进时，也较多地会遇到裂隙、断裂带、破碎带和溶洞。在这些复杂地层中钻进时，事故多、效率低。

(3)钻孔（井）结构——由于要进行孔内试验等原因，钻孔（井）下套管层次多，钻孔直径大，止水工作要求高，从而使钻孔结构较复杂。

(4)钻进方法——为适应地层复杂、孔（井）直径大等特点，水文地质和水井钻钻进方法发展很快。

(5)劳动强度——由于水文地质和水井钻的钻孔（井）直径大且全面钻进多，产生的岩粉、岩屑多，设备、钻具笨重，钻孔（井）相对较浅，施工周期短，搬迁频繁等，使各方面的作业劳动强度加大。

9、滤水管安装在井壁管的下部，位于开采含水层的相对位置，地下水通过滤水管的孔隙流入管内，简述对滤水管的要求。

对滤水管的要求，可概括为以下几点：

1具有最大的进水面积，○以减少地下水经过它时的阻力。滤水管阻力越小，地下水在这里的流速变化越小，发生结垢的可能性越小，从而可以延长滤水管使用的年限。

②具有足够大的机械强度，能承受安装井管时的负荷和地层的压力。

3具有最大限度的耐腐蚀能力和不因滤水管被腐蚀而影响水质的卫生要求。○④具有良好的滤水挡砂能力，滤水孔不易被地层中的物质堵塞。⑤具有安装方便、成本低廉以及取材容易等特点。

10、井管包括井壁管、滤水管（过滤器）、沉淀管三个部分，通常井壁管与沉淀管采用同种管材。简述对井管的要求。

为保证水井的出水量和寿命以及便于下管、安装抽水设备和维修等工作，对井管提出下列要求：

①井管应圆、直、无弯曲，连接后管柱亦应笔直无弯曲，以保证下管和安装抽水设备等工作的顺利进行。

②井管内壁应平滑、圆整，以便在井管内安装抽水设备。

③井管应具有一定的抗压、抗拉、抗弯强度，以保证能承受井壁岩层和填砾的压力和井管全部重量。

④应具有较高的抗腐蚀能力，延长使用期限，同时不致因井管腐蚀影响水质。⑤滤水管应具有较大的孔隙率，以保证减少地下水流入井管的阻力，获得最大的出水量，同时要具有良好的挡砂能力，防止泥砂淤塞水井。

11、简述气动潜孔锤钻进的优点

①钻进效率高——潜孔锤钻进效率高，特别是在硬岩中钻进时比普通回转钻进方法高几倍至几十倍。如在可钻性为7～8级的矽化石灰岩中钻进时，小时进尺达20～30 m，平均台班进尺在100m以上。

②钻头寿命长——用潜孔锤钻进，一个球齿钻头在坚硬的花岗岩中能钻进50 m，在石灰岩中钻进进尺达1 000m。

③所需钻压低——例如，使用直径为171 mm的牙轮钻头回转钻进时，需钻压1.2×102 kN，而用潜孔锤钻进（220 mm的钻头）仅需钻压13～18 kN即可达到很好的钻进效果。由于钻压低，不仅改善了钻杆的受力状况，而且回转扭矩也降低，为钻进大直径井（孔）开辟了道路。

④防斜效果好——因钻压低、进尺快，潜孔锤钻进具有较好的防斜效果，一般情况下都可控制在<1º/100 m的范围内。

⑤排粉快——由于孔内没有静水柱压力，排粉速度快，孔内清洁，对含水层没有堵塞和破坏作用。

⑥钻探成本低——近年来，由于空气压缩机的能力不断提高，潜孔锤用于深孔钻进已具备条件。

六、论述题

1、试论述钻孔弯曲的原因及预防措施。

钻孔弯曲的原因:一般认为钻孔弯曲是由地质因素和施工工艺与设备安装所引起的。

1．地质因素(1)岩石的各向异性

岩石在外力作用下，在各个方向上表现出不同的力学性质，称为岩石的各向异性。岩石的各向异性在层理和层理构造的岩石中表现为垂直层理的岩石硬度小于顺着岩石层理岩石硬度。异向性越强的岩石，钻孔弯曲强大越大。

(2)岩层遇层角的影响

岩层的遇层角是指钻孔的轴线与岩层层面之间小于90 º的夹角δ。钻孔穿过软硬互层时，因软硬岩石抵抗破碎能力的不同，使孔底产生不均匀破碎，造成钻速差，因而引起钻孔顶角及方位角的变化。钻孔偏斜的方向和顶角弯曲的强度取决于遇层角δ的大小和岩石的硬度差。差值越大，钻孔的弯曲强度越大。

(3)松散、溶洞地层

钻孔在松散地层（如表土、流砂层、松散破碎带）钻进时，因岩层松散、孔壁不牢固，故在钻具自重的作用下，钻孔极易下垂。

遇大溶洞时，斜孔钻进由于重力作用，钻孔顶角会急剧缩小而向下弯曲。直孔钻进时，由于孔底不规则，粗径钻具也易偏离钻孔轴线而发生弯曲。

2．设备安装和施工工艺(l)设备安装

钻机必须安装在坚固的地基上，地基的填方不得超过三分之一；塔上滑车、钻机主轴和孔位应在同一轴线上；钻机立轴或转盘必须准确地固定在既定的倾角和方位上。否则都会导致钻孔的严重弯曲。

(2)开孔换径——钻孔在开孔时，使用的钻具同心度差；随着钻孔的延深而没加长粗径钻具；在下定向管时，与钻孔不同心、上下固定不牢固而旷动等，都会引起钻孔弯曲。

(3)钻进方法及施工工艺——钻进方法不同时，孔径与钻具（主要指粗径钻具）之间的间隙也不相同。而两者之间的间隙是造成钻具在孔内偏斜的重要条件。间隙越大，则钻具轴心线与钻孔轴心线的夹角越大，钻具偏斜越严重。

钻孔弯曲也与钻具的刚度有关。由于小口径金刚石钻具的刚度较小，而钢粒钻具的刚度稍强，在易斜地层钻进时，采用金刚石钻进，有可能比采用钢粒钻进孔斜还要严重。

此外，压力过大引起钻杆弯曲，使粗径钻具偏离钻孔轴线；过高的转速，增大了钻具的离心力，使钻具横向运动加剧，扩大了孔径；在松软地层钻进时，冲洗液量过大，返流流速过高，会冲刷孔壁引起孔径扩大。这些不合理的工艺技术都会增大钻孔的弯曲强度。

钻孔弯曲的原因及预防措施 1．根据地层规律设计钻孔

对于松散破碎地层，大裂隙、大溶洞发育的地层，应尽量避免打斜孔，应设计直孔或大倾角的钻孔。

对于软硬互层、层理片理发育地层，所设计的钻孔方向应力求与层理面垂直。根据已钻过的钻孔弯曲规律，设计初级定向孔。2．确保设备安装质量 钻机安装要平稳。

地基要稳固，其中填方不得超过l/3 天车、主轴、孔位三点应在一线 开孔倾角、方位角应严格按设计要求 3．选择合理的钻进工艺措施

尽量采用小口径金刚石钻进，以减少孔壁与钻具的环状间隙。

在破碎地层钻进时应采用小的钻压，防止因钻杆弯曲敲打孔壁造成坍塌掉块而使孔径扩大。

在松散、破碎地层钻进时，应采用优质泥浆护孔，防止孔壁坍塌造成的孔径扩大。换径钻进时，必须带有与原孔径同级的导向钻具，以保证换径后钻孔的同心度。