岩土钻掘重点工程学考试重点.docx

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岩土钻掘重点工程学考试重点

岩土钻掘工程

题型：

填空1’×16，判断1’×10，名词解释3’×5，简答6’×4，阐述10’×1&12’×1，计算10’×1

第一章岩土物理力学性质及其破碎机理

1.岩石按粘结状态分类：

结实岩石、粘结性岩石、松散性岩石、流动性岩石

2.影响岩石强度因素（自然和工艺因素）：

（1）普通状况下，造岩矿物强度越高，岩石强度也越高。

（2）岩石孔隙度减小，密度增大，强度则升高。

因而，普通岩石强度随埋深增大而增大。

（3）岩石强度具备明显各向异性。

垂直于层理方向抗压强度最大，平行于层理抗压强度最小，在与层理斜交方向上抗压强度介于两者之间。

（4）岩石受载方式导致岩石强度值差别很大：

岩石抗压强度最大，抗剪强度约为抗压强度10%。

因而，钻掘过程中，破岩工具应重要以剪切方式来破碎岩石。

（5）多向应力状态下岩石强度比简朴应力状态下强度高出许多倍。

（6）加载速度影响：

1加载速度增长，岩石强度提高；

②加载速度对塑性岩石强度影响大，对脆性岩石强度影响小。

影响岩石硬度因素（自然和工艺因素）

（1）岩石中坚硬矿物愈多、胶结物硬度越大、岩石颗粒越细、构造越致密，岩石硬度越大。

而孔隙度高、密度低、裂隙发育岩石硬度将会减少。

（2）岩石硬度具备明显各向异性。

层理对岩石硬度影响与对岩石强度影响相反。

垂直于层理方向，硬度值最小；平行于层理方向，硬度最大；两者之间可相差1.05～1.8倍。

（3）在各向均匀压缩条件下，岩石硬度增长。

在常压下硬度越低岩石，随着围压增大，其硬度值增长越快。

（4）普通而言，随着加载速度增长，将导致岩石塑性系数减少，硬度增长。

但当冲击速度不大于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影响更明显。

3.岩石硬度测定：

静压入法：

以1～5mm2压头压入岩样表面，岩石破碎时载荷Pmax除以接触面积S，则为岩石硬度值Hy（普通称为压入硬度）。

冲击回弹法：

运用重物落在岩石表面后回弹高度或回弹角度或回弹次数来拟定岩石硬度。

4.岩石可钻性概念:

岩石可钻性是表达钻进过程中岩石破碎难易限度。

5.依照刃具与岩石作用方式和碎岩机理，可把碎岩刃具分：

切削-剪切型、冲击型、冲击-剪切型三类。

第二章钻探设备与钻头

1.（填空）钻探设备构成：

提高系统、循环系统、旋转钻进、动力系统、传动系统、控制系统、钻机底座、辅助系统

2.钻头种类（按类型）:

刮刀钻头、牙轮钻头、硬质合金钻头、金刚石钻头、特殊用途钻头

3.钻头使用范畴：

（1）刮刀钻头，用于软、塑性岩石，扭矩大、对钻具不利，无活动件。

（2）牙轮钻头，应用广泛，用于软—硬地层，扭矩小，牙轮转动。

（3）金刚石钻头，用于坚硬、高研磨性地层，无活动件。

（4）PDC钻头，用于软到中硬均质地层，无活动件，钻压小，钻速快。

（5）取芯钻头，从地下井内取出岩石，进行分析。

刮刀钻头从在极软和软地层使用发展到极软、软和中硬地层使用；

金刚石钻头从坚硬和硬地层使用，发展到坚硬、硬和中硬地层使用。

4.（填空）钻头性能指标：

钻头进尺（米）、钻头工作寿命（小时）、机械钻速（米/小时）、单位进尺成本（元/米）

5.铣齿牙轮钻头和镶齿牙轮钻头有哪些重要区别：

铣齿牙轮钻头牙齿是由牙齿毛坯经铣削加工而成，重要是楔形齿；而镶齿牙轮钻头是在牙轮上钻出孔后，将硬质合金齿镶入孔中，有各种齿形。

第三章钻具、钻塔与钻机

1.钻具是指方钻杆如下（含方钻杆）钻头以上（含钻头）各某些钢管柱总称。

2.方钻杆作用：

传递扭矩和承受井内钻具重量。

3.钻铤作用：

（1）给钻头施加钻压；

（2）保证复杂应力条件下必要强度；（3）减轻钻头振动使其工作稳定；（4）控制孔斜。

4.（名词）钻孔构造：

是指钻孔由开孔至终孔，各孔段深度和口径变化状况。

普通来说，钻孔换径次数越多，钻孔构造越复杂。

5.（简答）有下列状况之一者必要下套管：

（1）下孔口管，以保护孔口处岩土层不被冲坏，并将冲洗液导向循环槽，孔口管另一种重要作用正是导正钻孔方向；

（2）加固很难用泥浆护壁不稳定地层；

（3）隔离漏水层与涌水层；

（4）当设备负荷能力局限性或解决孔内异常需要缩小一级孔径，而上覆地层又有坍塌掉块、缩径危险时。

6.钻机按使用地区条件分：

陆地钻机、海洋钻机、海滩钻机、沙漠钻机等

7.（填空）钻塔按照构造特点可以分为：

三脚钻塔、四脚钻塔、A型钻塔和桅杆四种类型。

第四章回转钻进用钻头

1.钻孔钻进办法：

钻进办法是指向地下钻孔（井）时，破碎孔（井）底岩石办法及技术办法总称。

当前重要是应用机械办法破碎岩石。

2.井下动力钻具重要有三类：

螺杆钻具、涡轮钻具和冲击器。

3.牌号意义：

合金牌号如YG8c意义为：

YG——钨-钴系硬质合金；8——钴百分含量为8%；c（x）——粗（细）粒合金。

4.典型硬质合金钻头：

松软及中软岩层用钻头：

肋骨式钻头、薄片硬合金钻头。

中硬及较硬岩层用钻头：

内外镶硬质合金钻头、单双粒硬合金钻头和品字形硬合金钻头。

5.（计算）题1、在钻探切削具磨损与钻进进尺计算中：

已知：

v0=A/so2，且机械转速Vm=A/（S0+θt）2，

其中：

S0－切削具初始面积，mm2；t－磨损时间，min；

A—系数，为常量；θ－磨损系数，mm2/min。

求钻头在t时间内总进尺？

求平均钻速？

6.胎体：

包裹金刚石，并与钻头刚体牢固连接钻头冠部或金属称为胎体。

7.（简答）钢粒钻进基本原理：

岩心管下端接有钢粒钻头，钻头上开有口。

孔底投有一定量“自由”钢粒，受周边岩石限制，钢粒压在钻头底唇之下和两侧。

钻进中，钻头向下施加一定轴向压力，并作回旋运动。

随着钻头转动，钢粒在钻头与岩石之间不断滚动，对孔底岩石进行碾压，达到破碎岩石目。

同步，泵送冲洗液由钻头内间隙流经孔底，再由钻头外间隙上返流出，冲排岩屑和磨损失去工作能力钢粒屑。

8.全面钻进与全面钻头:

钻进中不采用岩心，对孔底岩石进行全面破碎钻进办法称为全面钻进，全面钻进所使用钻头称为全面钻头。

9.（简答）金刚石钻进特点：

（1）钻进效率高，特别是在岩石硬度大地层，钻进效率提高幅度较大。

（2）钻孔质量好，岩心采用率比较高，并且岩心完整、光滑。

（3）金刚石钻进钻孔弯曲较小。

（4）孔内事故少，应用范畴广。

（5）装备轻，劳动强度低，钻探成本小。

第五章回转钻进工艺

1.（名词五选一）钻进速度：

（1）平均机械钻速

（2）回次钻速

（3）技术钻速（4）经济钻速

（5）循环钻速

式中：

T3——用于安装和拆卸钻塔、起拔套管、封孔等开孔准

备和终孔作业时间，h。

（m/h）

2.投砂办法：

向孔底补给钢粒办法称之为投砂办法。

惯用投砂办法有三种：

一次投砂法：

回次开始前，把回次进尺所需要钢粒一次投入孔内。

结合投砂法：

回次开始前先投入所需钢粒50%~60%，待到确认孔底钢粒已消耗得差不多时，再从钻杆中分1～2次补投别的钢粒。

持续投砂法。

第六章冲击回转钻进与冲击、振动钻进

1.（简答）液动冲击器依照构造不同可分为：

（1）阀式液动冲击器：

a正作用冲击器

工作原理：

以液体压力推动冲锤下行进行冲击，以弹簧作用力复位。

特点：

构造简朴，技术成熟。

冲锤活塞向下作功时，可运用高压室中巨大水锤能量；但复位弹簧反作用力将抵消相称大冲击力。

b反作用冲击器

工作原理：

运用高压液流压力推动冲锤活塞上行，并压缩工作弹簧储存能量，经弹簧释能而作功。

特点：

构造简朴，技术成熟，由于被压缩弹簧释放出能量与冲锤活塞自重同步作用，故可获得较大单次冲击功，冲击器内部压力损失小，能量运用率高。

但工作弹簧工作寿命只有40～100h。

c双作用冲击器

工作原理：

冲锤活塞正冲程和反冲程均由液体压力推动。

特点：

构造较复杂。

采用差动运动方式，必要有既滑动又隔压密封件，以使冲击器内部能形成一种压力差，在铁砧部位设有"节流环"、"下阀"等元件，在与冲锤活塞中间部位和活阀上部相应外壳处设有"呼吸道"。

从理论上讲，该冲击器液流功率恢复较高。

（2）无阀冲击器

a射流式冲击器

工作原理：

由国内独创采用双稳射流元件作为控制机构、冲锤活塞正、反冲程均由高压液体推动新型钻具。

特点：

构造较简朴，除活塞与冲锤外无其她运动零件，也无弹簧、配水活阀等易损零件，因而钻具工作可靠，使用寿命长；冲锤向下冲击砧子时，没有自由行程阶段和弹簧对冲击力抵消作用，因而冲击器能量运用率高；能合用于高温高压条件下深井作业。

缺陷是对冲洗液杂质含量规定高，否则射流原件易堵塞。

b射吸式冲击器

工作原理：

由国内独创运用高压液流喷射时卷吸作用，使冲锤活塞上下腔产生交变压力差推动冲锤活塞往复运动实现冲击作用新型钻具。

特点：

构造简朴，运动部件及易损件少，液流在腔体内畅通性较好，适于小口径钻进。

（3）其她型式液动冲击器:

a绳索取心式液动冲击器

是一种将绳索取心钻具同液动冲击钻进相结合新型钻具和先进钻进办法。

b孔底反循环液动冲击器

是一种既可以实现局部反循环，又具备冲击作用孔底钻具。

c孔底可调式液动冲击器

是一种可以依照所钻岩石特性自动调节冲击功和冲击频率冲击器，在钻进不同岩石时，都处在最优工作状态。

2.（判断）不同入射波形和冲锤（纤细冲击锤）关系（课本P121右上角图片）

3.钢丝绳冲击钻进原理

借助于一定重量钻头，在一定高度内周期地冲击井底，使岩石破碎而获得进尺。

在每次冲击之后，钻头在钢丝绳带动下，回转一定角度，从而使钻孔得到规则圆形断面.

4.振动钻进基本原理

振动钻进是在钻具上部或下部安装一种振动器，振动器产生激振力，在激振力与钻具重力共同作用下，推动钻具向下钻进一种办法。

第七章土样及岩矿芯采用

1.岩（矿）心采用率是指在回次钻进过程中，实际取出岩（矿）心长度与实际钻进进尺比值。

对岩矿心采用率规定也不同，普通：

岩心不低于65％，矿心不低于75％，如果局限性应进行补取。

2.卡取岩心办法

（1）卡料卡取法

办法：

在钻进回次终了时，从钻杆内向孔底投入卡料（小碎石、铁丝、钢粒等）卡紧并扭断岩心。

　合用：

硬质合金或钢粒钻进中硬及中硬以上、完整岩矿层时。

（2）卡簧卡取法

办法：

卡簧（也称提断器）卡取法在回次终了稍上提钻具，把岩心卡住并拉断。

合用：

适于硬和中硬、岩心完整、直径均匀岩矿层金刚石钻进，取心以便可靠，但对岩心直径与卡簧配合精度规定较高。

惯用卡簧构造有三种形式：

内槽式、外槽式、切槽式。

3.（也许为阐述）绳索取心钻进是指在钻进过程中，当岩心布满岩心管后，不需提钻取岩心，而是以钻杆为通道，借助于绳索和专用打捞工具，把钻进过程中贮存于内岩心管中岩心提高到孔外取心钻进办法。

长处：

（1）钻进效率高

　绳索取心钻头壁厚比普通取心钻头厚，钻进时机械钻速略低于普通钻头。

但由于减少了辅助作业时间，增大了纯钻进时间，因此总钻进效率仍比普通钻头高。

（2）地质效果好

　绳索取心钻具具备打捞速度快，提高平稳以及岩心堵塞后能即时报警等特点。

因此绳索取心钻进岩心采用率高，完整度和纯洁性好。

（3）钻头寿命长

　由于减少了提钻次数，因而钻头在升降过程中拧卸、碰撞机会及扫孔时磨损减少，可以提高钻头寿命。

普通，绳索取心钻头寿命比普通钻头寿命高一倍左右。

（4）有助于复杂地层钻进、孔内安全和便于测斜工作

　由于减少了提钻次数，因而缩短了孔壁裸露时间，也减少了升降钻具时对孔壁破坏，有助于护壁。

（5）减轻劳动强度

　由于起下钻具次数少，因而减轻了劳动强度。

孔越深，钻具越长，这个长处越明显。

（6）减少钻探成本

　由于绳索取心钻进效率高、钻头管材以及动力消耗比较小，因而，钻进成本可大幅度下降。

据关于资料记录，使用绳索取心钻进成本减少30%一40%。

缺陷：

（1）钻杆柱与孔壁间隙小，增长了钻杆柱磨损，也使冲洗液循环阻力增大；

（2）钻头壁较厚，钻杆柱较粗，回转阻力大，功率消耗较大，钻进硬岩时，效果较差；

（3）钻杆内径大而管壁薄，连接强度规定高，因而规定钻杆材质好，加工精度高，使得钻杆昂贵。

4.打捞器——由打捞和安全脱卡机构构成

打捞机构：

打捞钩1、打捞钩架3、重锤7和钢丝绳接头。

取心时，用钢丝绳把打捞器放入钻杆内靠重锤以1.5~2.0m/s速度下降，当它到达内管总成上端时，能精确钩住捞矛头，把内管总成提高上来。

安全脱卡机构：

它是一根长1米，内径比重垂稍大套管（壁上开有斜口）。

需脱卡时将套管套入钢丝绳,靠自重下降，撞击并罩住打捞钩尾部，迫使其向内收缩，端部张开，从而使打捞器与内管总成脱离。

5.（小题）全孔反循环持续取心长处：

（1）无需提钻减少了辅助时间，钻效高。

（2）（判断）岩心采用率95％以上，取心质量好。

（3）岩粉及时被排出孔底干净，延长钻头寿命。

（4）易于穿过坍、漏、破碎等复杂地层。

（5）单位成本低。

相似地层条件下，反循环持续取心钻进成本，仅为普通取心钻进1/5～1/3。

第八章钻井事故解决与防止

1.（填空）孔内事故种类：

卡钻事故、钻具断落事故、井下落物事故、烧钻事故、套管事故、埋钻事故、跑钻事故、测井等事故。

2.（名词）落鱼：

指在钻进中因断钻具、卡钻等事故发生后，在解决过程中，掉入或落入井下钻具某些，称之为落鱼。

（名词）鱼顶（鱼头）：

指落鱼顶部，普通计算鱼头深度是为了精确打捞落鱼。

3.烧钻事故征兆:

（1）进尺很慢或不进尺。

（2）严重蹩水，泵压猛增。

高压腔管蹩劲跳动厉害，水泵压力表指针突然上升。

（3）孔内钻具阻力很大，扭矩表指针急剧上升。

（4）动力机负荷增大，发生与正常运转时不同声音。

夜间照明电灯忽明忽暗。

（5）水泵往复次数减少。

（6）提动钻具团难。

一旦烧住后来，既开不动车，又提不动钻具。

4.（填空）解决事故中惯用基本办法概括为：

捞、提、冲、扫、打、反、串、顶、磨、割、炸、劈、扩、震、透

第九章钻孔弯曲与测量

1.（名词）钻进（井）工程施工中，由于自然和技术因素影响，实际钻孔轨迹往往偏离设计轨迹，这种现象称为钻孔弯曲或钻孔偏斜。

2.（计算）钻孔轨迹基本要素：

运用钻孔轨迹基本要素，可以计算出轨迹上每一点空间坐标。

设钻孔轨迹为一斜直线，坐标系原点为孔口，X轴取正北、Y轴取正东方向，Z轴铅垂向下。

据钻孔各深度上（即测点）顶角和方位角。

轨迹上空间坐标计算如下：

3.（判断）钻头沿垂直于岩层方向钻进岩石破碎效率最高，而平行于层理方向，效率最低，倾斜方向破岩效率居中。

4.钻孔弯曲测量：

顶角测量原理:

液面水平原理（氢氟酸测斜）、悬锤原理

方位角测量原理:

地磁场定向原理、地面定向原理

第十章钻孔冲洗及护壁堵漏

1.（填空）钻孔冲洗液作用：

携带和悬浮岩粉、冷却钻头、保护孔壁、润滑钻具、平衡地层压力、传递动力。

2.冲洗液类型：

清水、泥浆、乳状液、空气、液混合液、无固相冲洗液、盐溶液和饱和盐水。

3.含砂量指泥浆中不不大于74µm砂子占泥浆体积百分数。

采用含砂量仪来测定钻井液含砂量，普通钻井液含砂量不不不大于4%。

4.静切力和触变性

触变性：

泥浆静止时，粘土颗粒两端水化薄膜互相粘结，从而形成网状构造，稠化成胶状物质。

当再进行搅拌或振荡时，又恢复原有流动性，这种性质称为泥浆触变性。

静切力：

要使静止状态泥浆开始运动，破坏单位面积网状构造所需力，称为静切力。

5.复杂岩层：

钻进过程中，有时会发生不同限度钻孔坍塌、掉块、漏失、涌水、井喷、膨胀、缩径等复杂状况。

凡浮现上述状况岩层，通称复杂岩层。

6.复杂地层及其分类：

附加：

（阐述一）螺旋钻进优缺陷

长处：

（1）在软岩层中钻进，钻进效率高。

（2）不用循环冲洗液，减少钻进辅助工作，适于缺水、无水地区和漏失地层中钻进。

（3）螺旋钻进钻杆回钻时，内孔壁挤压岩粉，可在孔壁上形成一层较致密泥皮，有加固孔壁作

用。

（4）钻进中持续排粉，因而能节约工序时间。

（5）定期取样基本能满足地质规定。

缺陷：

（1）只能钻进软岩层。

（2）在粘结性粘土层中钻进阻力大，因而钻进有困难。

（3）钻进所需功率大，孔深因而受到限制。

注：

本资料仅供参照，如有覆盖不全之处，请自行脑补