钻探工程概论试题与答案Word格式.docx

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岩石的硬度反映岩石抵抗外部更硬物体压入〔侵入〕其外表的能力。

（1）岩石中石英与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，如此岩石的硬度越大。

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、高塑性与多孔隙岩石硬度的影响更显著。

钻探技术的根本构成是什么？

5.钻探技术的根本构成是什么？

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根底、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级和局部8级地层。

假如在更为坚硬的岩层中钻进，如此切削效果很差，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参加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如此，不存在单晶金刚石固有个解理面，所以PDC的抗磨性与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

孕镶钻头胎体外表上多而小的硬质点（金刚石）对孔底岩石进展刻划磨蚀,并且随着金刚石的逐渐磨损和消失以与粘结胎体的不断磨耗,新的金刚石又裸露出来进展工作。

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，切削深度根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，加大压力如此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，孔比拟小，用于勘察，勘探Well：

井，用于油气井钻探，孔比拟大，往往还要用于生产。

2.钻孔的深度：

钻探：

比拟浅。

油气井：

比拟深，技术有，本钱高。

3.地层情况：

地层比拟复杂，低层遇到的种类比拟多。

一般低层地层单一。

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、孔内严重漏水地层与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剩余应力，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，同时可以防止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，为了满足水文地质与成井工艺的要求，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〕？

钻孔结构设计是与钻进有关的，所有工程计算的根底。

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展止水，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展，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，大幅度节约钻井本钱。

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、泥浆泵与泥浆搅拌机、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与清洗底孔、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、泥浆泵等三局部构成。

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给池由泥浆泵泵出，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50m以后较高。

在选择反循环钻进方式时，应根据孔深、水位等情况进展合理的选择，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.反映钻井液根本性能的参数有哪些？

——泥浆的主要性能有哪些？

〔1〕失水量与造壁性

失水量和造壁性是泥浆最重要的性能指标之一。

钻进时，假如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。

当再进展搅拌或振荡时，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、粘土颗粒之间以与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、加重剂与岩粉等〕的含量和固相的比重。

固相含量高和固相比重大，如此泥浆的比重也大。

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，应参加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小时内别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，在静止时不别离出水。

而粘土颗粒分散和水化程度不高的劣质泥浆，往往能别离出许多水。

〔7〕pH值

泥浆的pH值〔酸碱度〕对泥浆性能有重大影响，也是泥浆进展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？

根本功用：

〔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、对产层进展实时连续调查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，降低完井与增产作业本钱7、提高初期产量。

8、延长有效储层开采期和发现新的产层。

：

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。

必须根据地面循环与别离系统的功能、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开展的„瓶颈‟。

巨大的资源缺口将成为长期制约我国经济社会开展的重要因素。

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开展的瓶颈、发现新的矿产地、拓展新的找矿空间实现资源可持续开展意义重大。

〞随着科技进步和经济开展，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）矿产资源勘探和局部矿产的开采；

（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根底工程；

（6）国防工程与海岸工程；

（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、根底工程施工钻进；

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：

可在钻井液中参加适当的处理机，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。

假如钻井液中加有密度调整材料〔如重晶石〕，如此在停止循环时，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（drillingfluid）。

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：

悬浮和携带岩屑与加重剂；

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；

冷却和润滑钻头与钻具；

为井下钻具提供动力；

局部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．钻探工程中表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根底，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展；

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，钻探工程表现微电子技术。

自动化岩心钻机，表现了人工智能技术以与网络技术等。

现代先进定向钻进技术更是表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，也表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表现。

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展模拟，从而使获得的信息形象化，更有利于指导钻探施工的进展。

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展控制。

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，反应系统等，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展准确的反应控制，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，电子学以与计算机科学等等

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、钻塔以与泥浆处理机械、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根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、去除沉渣、连续浇筑……〕

简述实施桩基工程的根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、去除沉渣、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与岩石层面较高时，钻孔灌注桩建造费廉价还环保，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与最新图纸〔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展抽取石板和测量深度，有足够的安全监管，所抽取石板要锁好与存放在存储仓内，闲人免进，进展石板测试

桩柱工作X围的泥面要平整和压实，提供清晰准确庄主墨线，误差允许X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