11765钻探工程概论考试复习题

第一篇：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：钻探工程复习题

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。

答:岩石的弹性和塑性:物体在外力作用下产生变形，撤消外力后，变形随之消失，物体恢复到原来的形状和体积的性质称为弹性；而外力撤消后，物体变形不能消失的性质称为塑性。在弹性变形阶段，应力与应变服从虎克定律。虽然岩石（尤其是沉积岩）并非理想的弹性体，但仍可以用压入试验测出的弹性模量E来满足工程施工的需要。岩石的变形特征及其分类:弹脆性岩石, 弹塑性岩石, 高塑性和高孔隙性岩石

弹脆性岩石: 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: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。

高塑性和高孔隙性岩石: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？

答：岩石的变形破碎形式、表面破碎、疲劳破碎、体积破碎。

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。

(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。)3.什么是岩石的各向异性？对钻进有哪些影响？

答: 岩石根据其成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。如果把变质岩分别包括在岩浆岩和沉积岩中，那么地壳里岩浆岩占95％，沉积岩仅占5％。但是以地表出露的面积计，前者只占25％，后者却占75％。

沉积岩的主要构造特征是在沉积形成过程中产生的层理。层理反映岩石成分在垂直方向向上变化的情况。层理的发生主要决定于下列原因：成分相同时颗粒大小在垂直方向上的变化，不同成分颗粒的交替和某些矿物颗粒在一定方向上的定向。层理产生的原因

1－成分相同，颗粒大小在垂直方向呈规律性变化； 2－不同矿物成分各层相互交替； 3－颗粒按一定方向排列； 4－一种颗粒呈规律性分布

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。

变质岩的主要构造特征是片理。人们常常把它和层理相混起来。岩石沿平行平面分裂为薄片的能力叫做片理。片理面常常不与层理面一致。片理面发生在单向压力作用的方向，而这种单向压力可以和层理面成不同的角度。片理会引起岩石的各向异性。

影响: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.标准答案: 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？

答: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。岩石由各种矿物组成，强硬矿物多，则硬度大

因此影响岩石矿物第一个因数是矿物，硬质矿物成分有：金刚石，刚玉，石英等 岩石的胶结方式：泥质胶结，硬度低，钙质胶结和铁质胶结，硬度大，坚硬，硅质胶结，非常坚硬

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。

影响岩石硬度的因素:（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？ 钻井技术理论主要内容

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

岩石与钻头,井眼轨道设计与控制,钻井液,优选参数钻井,油气井压力预测与控制, 固井与完井,特殊复杂井钻井技术’

理论基础：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）

答：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。

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。显然，它是以破碎岩石的切削研磨材料而命名的。这类命名方式还有：金刚石钻进、钢粒钻进等。

硬质合金是一种坚硬材料，前面已经讨论过。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。钻头上切削具切入岩石的必要条件是：切削具与岩石接触面上的单位压力必须大于（或最小等于）岩石的抗压入硬度，即：

式中Py ——单个切削具上的轴向压力；

S0 ——切削具与岩石的接触面积；

Hr ——岩石的抗压入硬度。

Py ≥S0Hr 是切削具切入岩土的必要条件。否则，切削具在井底就不能切入岩土，碎岩过程只能是切削具对岩土的表面磨蚀，碎岩效果很差。因此，在硬质合金钻进中，必须有足以使切削具切入岩石的轴向压力。

7.金刚石钻头有哪些主要类型？

答：合理选择金刚石钻头

选用不当存在的问题：

选用的一般原则：孕镶钻头：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）；表镶钻头：硬度较低、完整岩层；PCD或PDC钻头：中硬及中硬以下岩石。从钻头唇面形状：岩石坚硬、致密、研磨性小者，应选择接触面积小的同心的或交错的尖齿形或梯齿形唇面；钻裂隙的、软硬互层、研磨性的岩层，应用内外径补强、耐磨性好的半圆唇面；当钻进倾角大、易斜的岩层，应选用阶梯形或锥形唇面，以便钻头起导正作用。

贺鑫答案：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，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？

答:地质岩新钻探指地质勘查钻探，主要目的是钻取地下岩石的岩心，以供科学研究。油气井钻探的目的是抽取石油和天然气。在钻井工艺上有很大区别，油气井钻探相对复杂。

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.低层情况：

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？

答: 1：空气是低密度介质，无液注压力，对流体矿产很重要，对保护储层、产层很有利；2：空气钻进也可采用一些气动工具来提高碎岩效率。

空气钻井是一种特殊的欠平衡钻井技术。它是将压缩空气既作为循环介质，携带岩屑，又作为破碎岩石的能量。

空气钻井的优势在于：1.显著提高机械钻速，缩短钻井周期；2.井底清洗及冷却条件好，延长了钻头使用寿命，节省了钻头用量；3.使用空气锤钻头钻压小、转速低、扭矩小，防斜效果更加良好；4.可有效避免井漏等井下复杂情况的发生，有利于环境保护。

空气钻井的缺点主要在两个方面：一是空气钻井是欠平衡钻井，因而当遇到地层出水、油气侵显示时，便不能够平衡地层压力，要立即转换成钻井液钻井方式。所以即使在空气钻井时也要配置好压井泥浆，随时准备转换钻井方式。二是空气钻井费用高，空气钻井每天耗油量是8吨至10吨。

空气钻井时可用三牙轮钻头，也可以用PDC钻头钻进，但一般采用空气锤钻头钻进，效果更佳。

气锤钻头是由空气锤和空气钻头两部分组成，高压气体通过钻杆进入空气锤钻头，一部分高压空气从空气锤中心通孔到钻头水眼吹出，用于携带岩屑，另一部分高压空气进入空气锤环形空间气室用于推动空气锤内活塞上下运动做功，从而对井底岩石进行高频冲击，使岩石发生体积破碎,实现旋转冲击式快速钻进。

空气钻井时，钻台上的立压、悬重、扭矩、转盘这些工程参数可正常采集。而泵冲、电导、温度、密度、池体积、流量等这些与钻井液钻井相关的传感器均无法安装、无法采集。

10.什么是钻孔结构（也称井身结构）？

答: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。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.钻孔结构设计的依据:钻孔的用途和目的；．该地层的地质结构、岩石物理力学性质； 钻孔的设计深度和钻孔的方位方向、顶角方向；必需的终孔直径；钻进方法、钻探设备参数

钻孔结构设计的内容:确定各岩层的钻进方法；确定钻孔终孔直径； 确定套管层次、下放深度和套管直径；拟定孔身直径和开孔直径。

11.套管在钻探工程中起什么作用？

答: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。

12.钻探设备包括哪些主要内容？

答: 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。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。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、大钩、水龙头、绞车、转盘、泥浆泵。（钻探设备必须满足不同钻进工艺方法，但随着工艺方法的变化，钻探设备通常只是就设备的某一部分进行改造即可满足新工法的要求，而考虑到工艺方法的多样性，钻探设备的多功能/多用途已经越来越成为新型钻机设计时所重点考虑的技术关键。）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。

1.钻机：钻机（drill）是在地质勘探中，带动钻具向地下钻进，获取实物地质资料的机械设备。又称钻探机。主要作用是带动钻具破碎孔底岩石，下入或提出在孔内的钻具。可用于钻取岩心、矿心、岩屑、气态样、液态样等，以探明地下地质和矿产资源等情况。主要分类：潜孔钻机 凿岩钻机 全液压一体机 探矿钻机

2.钻塔：钻塔是一种具有一定高度和跨度的金属桁架，是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部分），钻塔在钻井过程中，用于安放和悬挂提升系统，承受钻具重量，存放钻杆或钻铤等，必须具有足够的承载能力、强度、刚度、整体稳定性和必要的操作使用空间。系列钻塔从结构上分为单管两脚塔、三角塔、四角塔、A型塔、K型塔、桅杆型塔、门字型塔、动态型塔等；从起塔方式上分为液压式、机械式、组装式、伸缩式、折叠式等；从钻塔工作角度上分为直立式和倾斜式；从选材上分为角钢塔、管子塔、型钢塔；从安装型式分为散装型、整体车装型等；从用途上分为石油钻井、水文凿井、岩土工程、地质找矿、煤

田勘探、工程勘察等；从提升有效高度上分为8米~55米；从提升能力上分为5吨到1000吨等。

3.泥浆泵：钻探过程中﹐向钻孔里输送泥浆或水等冲洗液的机械。泥浆泵是钻探设备的重要组成部分。在常用的正循环钻探中﹐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直送钻头的底端﹐以达到冷却钻头﹑将切削下来的岩屑清除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﹐实现压送与循环冲洗液的目的。

13.什么是正循环钻进？什么是反循环钻进？反循环的形式有多少种？

答：正循环：冲洗液或压缩空气通过钻杆柱中间的内孔送到孔底，然后携带孔底已破碎的岩屑沿着孔壁与钻杆柱外表面的环状间隙流回到地表，把岩屑排到地面。反循环钻进与传统的正循环钻进相反，冲洗液自供水池，经过井口和钻杆与孔壁环状间隙，以自流方式流到孔底，然后携带岩粉通过钻杆内孔返回井口，并经过水接头和排渣管排到供水池，经沉淀澄清后重新流入孔内。

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。

随着生产、科学技术的发展，人们对钻孔直径的要求越来越大，如何解决钻进中，取心和排除孔内大量岩粉就成为突出的问题。五十年代初期，国外最早采用泵吸反循环钻进方法，使钻进效率提高2 —15 倍，钻进成本大幅度降低。这一成果发表后，引起世界各国的重视，目前反循环钻进方法已为世界许多国家所采用，并取得显著经济效益。

我国七十年代初期开始研试大口径反循环钻进，并取得钻速高、成本低、搬迁操作方便等较好的效果。

14.钻进参数主要有哪些？各自起到什么作用？

答：(一)钻具转速

进行冲击回转钻进时，钻具回转转速的高低，主要是根据所钻岩石的性质，所用磨料的种类，以及冲击器冲击功的大小和冲击频率的高低等因素进行确定。

以块柱状硬质合金为磨料的钻头，钻进硬岩层或钻进强研磨性岩层时由于破碎岩石的主导作用是冲击载荷，所以钻具的回转转速应在20～80r/min之间。所钻的岩石越硬，其钻具的回转转速应越低。

钻进较软岩石或钻进裂隙发育的岩石时，由于冲击破碎岩石的作用并不大，而是以回转切削破碎岩石为主。所以应提高钻具的转速，一般可在80～300r/min之间。

选择钻具转速除考虑上述所说的岩石性质外，还要考虑冲击器的性能状况。如冲击器的冲击功较大时，可适当的提高钻具转速；反之，应降低钻具的转速，同样。冲击器的冲击频率较高时，钻具的转速也应适当增加；反之，应适当降低转速。

各种岩石都有它的最优冲击间距值，根据生产实践经验，一般可钻性为6～7级的岩石，S=10～15mm；7～8级，S=8～10mm；9～10级，S=5～8mm，较为适宜。

进行针状硬质合金钻进时。钻具的转速不应低于200r/min。一般为200～300r/min。

进行金刚石冲击回转钻进时，为了充分发挥金刚石磨削破碎岩石的作用以提高钻进效率，钻具的转速应在600r/min以上(二)钻压

液动冲击回转钻进钻头上施加的轴向压力有两个方面的作用：一是在岩石中造成一定的预加应力以及回转时切入岩石，以提高破碎岩石的效果；另一个作用是克服冲击器工作时所产生的反弹力，以减少冲击能量的传递损失。图 5-38 轴向压力与回次进尺的关系

P–轴压，×9.8N；H–平均回次长度，m

钻进较软岩石时，由于岩石的抗破碎强度较低，基本上是以回转剪切作用为主进行破碎岩石。为充分发挥回转切削岩石的作用，应采用较大的轴向压力。一般可控制在8000N左右

钻进较硬岩石时，由于岩石的抗破碎强度较高，基本上是以冲击载荷的作用进行破碎岩石，故所采用的轴向压力应小一些。一般可控制在4000～6000N范围之间。

如果所施加轴向压力过大，不但会造成硬质合金过早磨损，甚至会产生崩刃或崩脱，会导致钻进效率降低。但压力也不宜过小，过小的压力不能克服冲击器所产生的反弹力，将降低冲击能量的传递效率，同样也会降低钻进效率。(三)泵量与泵压

由于冲击器是以高压液流为动力。推动冲锤进行工作。所以冲洗液不仅是为了冷却钻头和冲洗岩粉，而且对钻头的工作性能也有决定性影响。它直接影响冲击频率的高低和冲击功的大小，即随着泵量的增加，冲击频率及冲击功也相应得到增加。

只要地层允许(冲洗液上返流速不大于所钻地层的要求)、水泵工作性能正常，应尽量满足冲击器工作时的水量。同时还应加大一部分泵量，以补充管路各接头处的泄漏损失。

15.影响地层可钻性的因素有哪些？

答：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？

①地质普查或勘探钻孔用于了解地质构造、找矿或探明矿产储量；②水文地质钻孔，勘察地下水文地质情况；③水井，为工业、农业、国防及生活而开发利用或补给地下水资源并有充实水文地质资料作用；④工程地质钻孔，勘察或为建筑厂基、坝址、水库、桥梁及道路等探明工程基础状况；⑤石油钻井，勘查和开发石油、天然气；⑥地热钻孔，勘探和开发地下热水与蒸气资源；⑦工程基础施工钻孔，为加固处理建筑工程基础而应用的基础桩或管桩所施工的钻孔；⑧开发钻孔，开采地下卤水、溶解岩盐、硫磺、燃烧气化地下煤炭等；⑨采矿或隧道等工程的辅助钻孔，采矿或隧道施工时为通风、排水、探水、探气、冻结、运输以及建筑和通讯安装管线、爆破、取样、灌浆等所施工的钻孔。我国是世界上最早开展钻探工程的国家，据文字记载，两千多年前，在四川内陆地区就开始凿井求盐。随着科学技术与国民经济的发展，钻探工程技术日益得到迅速发展和提高，其应用范围也越来越广泛

钻进技术的用途钻进技术的主要应用范围有：地质勘察钻探。为探明矿区的地质构造，矿体的产状、品位、估计矿体储量，为矿产开发提供必要的地质资料。水文地质钻探。查明地下水状态、水质、水量及其运动规律等水文地质资料。工程地质钻探。为查明桥基、坝基、路基或水库、港口、大型设备、高层建筑的地质基础和地基承载能力等而进行的专门钻探工作。油、气田钻探。为勘探石油及天燃气等矿产而进行的钻探工作。油气田钻探通常也简称为石油钻井。

老师答案：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？

答: 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。

钻井液的作用: 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。

3．为什么说上天难、入地更难？

答:

油井领域--技术最难点--地质导向钻井，深海钻井，井下精确定方位。碳酸盐岩地层裂缝发育带钻井取心难保证取心收获率；碳酸盐岩地层裂缝发育带地层钻井中较难防止井漏；油井开采过程中,无法解决的砂,蜡,垢,腐蚀对油井及流程管线的影响,造成的油井抽油杆偏磨等引起油井检泵周期较短.低孔低渗油藏，提高采收率！1.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。而钻探工程的主要目的是钻孔，钻深孔，在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。例如遇到极其坚硬的地层，对钻头的考验就比较大了，若是地层偏斜还要防止钻孔偏斜弯曲的问题，若是遇到比较疏松的地层往往还要防止其倒塌，加上地层中有地下水层或者含腐蚀性的化学物质等诸多复杂恶劣的情况，使得钻探工程的难度更大。

2.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。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，这对钻探技术的要求比航天工程更加高了。

3.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。

4.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

(世界上最深的钻孔是前苏联的SG-3孔，终孔深度达12261m，其次为德国KTB孔，其终孔孔深度为9101m，二孔皆因发生严重的孔内事故（严重孔斜、卡钻、埋卡、缩径使下钻找不到井眼）而迫终孔，我们应引以为戒。万米科学深钻是一项高难度的高新技术工程，在结晶岩中钻进的主要难点是：

1在万米深井中，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，国外超深井钻进出现过类似事件。

2由于科学钻井往往需要全孔连续取样，势必占用大量升降作业时间，导致施工周期明显增大。

3对钻杆柱的性能有更高的要求，在起下钻具时，钻杆柱上部承受万米钻杆重量，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，一旦发生钻杆折断事故，处理起来相当困难，势必占用大量时间。

4在高温、高压条件下，采用一般化学处理剂处理的泥浆将会失掉其稳定性，在复杂地层中钻进时，井壁失稳，产生事故。

5当采用井底液动钻具（涡轮钻、螺杆钻、液动潜孔锤）钻进时，在万米钻杆中产生相当大的钻井液压力损失，对钻井泵有更高的要求；由于钻具中密封圈受热膨胀易损，对其材质有更高要求；在背压很大的情况下，液动潜孔锤启动困难。

6超深硬岩钻进中，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。深钻硬岩钻进防斜、纠斜是一大难题。

7在超深钻进时，如钻遇高压流体，将导致井涌、井喷；当钻遇漏失进，将出现钻井液漏失。)4．钻探工程中体现了哪些现代工业技术进步？

钻探工程的发展融合的国民经济各方面技术的发展，钻探设备的很多方面都应用了国内国际最先进的发展水平。因此钻探工程的发展也推动了现代工业技术的进步。首先：顶部驱动（大动率，特殊性能的电动机发展）。其次： 钻杆方面的发展，体现了现代工业对材料的合理选择、新材料的开发、其性能的调整等诸多方面起了很大的推动作用；钻进方法改进，如金刚石钻头的应用；

最后钻探工程是一门综合性的应用技术学科，它的发展对国民经济的发展作用十分巨大，同时对现代工业的技术进步也起到了很大的推进作用。

国外近十年来发展的主要钻井技术：水平井；大位移井；小井眼钻井；欠平衡钻井

顶部驱动；连续油管钻井；随钻测量/地质导向；自动化（闭环）钻井。电驱动钻机和顶驱系统的应用正在逐步推广，电驱动钻机占钻机总数的百分比已达23%，1993年全世界装备了约350套顶驱系统。90年代初国外商业应用了连续 软管钻井装置，到1995年中期，全世界连续管作业装置达614套，其中相当一部分用于钻井。钛合金钻杆。高达48米的我国首台9000米交流变频超深井石油钻机2005年12月9日在陕西宝鸡石油机械有限责任公司通过专家评审验收，这是我国自行研制开发的具有自主知识产权的第一台9000米超深井钻机，标志着我国在超深井石油钻机研制生产方面取得新的重大突破。随钻测量/随钻测井(MWD/LWD)技术发展迅速，已研制了适用于各种井眼尺寸的MWD/LWD工具。其测量参数已逐步增加到近20种钻井和地层参数，目前，传感器离钻头尚有1～2米的距离。新的仪器化钻头

“十五”以来，随着一批成熟技术的不断推广应用，大大提高了钻井技术水平，扩大了勘探领域，提高了勘探开发效果。优快钻井技术广泛应用，提高了钻井速度；定向井、丛式井钻井技术成为常规技术，在生产中广泛应用；规模应用复杂结构井钻井技术尤其是水平井技术，提高了油气产量，降低了开发成本；欠平衡压力钻井配套技术的推广应用，引进配套了20多

套欠平衡装备并实现了国产化，编制了我国第一部欠平衡钻井行业标准——《欠平衡钻井技术规范》；深井钻井技术获得长足进步，复杂深井钻井速度加快；钻井液技术进步明显，油气层保护技术不断创新完善；固井完井技术不断提高；钻井装备、工具、测量仪器研发技术更加成熟。

同时，一些攻关技术取得突破性进展，初步显示了良好的应用前景。通过多年的攻关研究并引进先进工具，分支井钻井技术得到了初步应用；大位移井钻井技术取得突破，具备了钻探水平位移达4000～5000米大位移井的能力；气体钻井试验取得良好效果；地质导向钻井配套技术研发获得成功；超深井钻井和实体膨胀管技术取得突破性进展；钻井信息技术也初见成效。

另外，套管钻井技术先导性试验、旋转导向钻井技术、自动垂直钻井技术、全过程欠平衡钻井技术等4项前沿技术攻关，取得了实质性进展。我国第一套自主研发的机械式自动垂直钻井工具在雷北1井的试验成功，标志着自动垂直钻井技术达到国内领先水平；在大牛地气田大平3井实现了静止欠平衡作业，自主研发的井下套管阀，性能指标已达到国外进口产品水平，具备了现场试验的能力。

第四篇：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，

第五篇：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。