岩心钻探学参考材料.docx

1、岩心钻探学参考材料岩心钻探学参考材料岩心钻探学参考材料 名词解释 1. 磨锐式硬质合金钻头：钻头磨钝后可修磨锐利的钻头。 2. 自磨式硬质合金钻头：钻进中切削刃磨损后与岩石接触面积保持不变，即不变钝的钻头 3. 钻进规程：钻压、转速及冲洗液（泵量）3个钻进过程中可以控制的工艺参数。广义而言，它还包括提高钻进效率、保证质量以及降低成本的一些技术措施。 4. 复合片镶嵌径向角：切削具表面和钻头径向平面之间的夹角 5. 强力钻进规程：钻进时采用比一般钻进参数高的钻进参数值，以达到更高的钻进速度。 6. 冲击回转钻进：钻头在静压作用下进行回转，同时辅以纵向冲击动载，从而形成以回转切削和纵向冲击相结合的

2、碎岩钻进方法。 7. 孔底全面钻进：孔底岩石被钻头全部破碎的钻进方法。 8. 切削角:刀翼前刃与水平面之间的夹角。 9. 岩石的各向异性：岩石在不同的方向上力学性质的差异。 10. 后角：刀翼后刃与水平面之间的夹角。 11. 岩石的研磨性：钻进过程中岩石磨损钻头的能力。 12. 回次钻速：从钻具下入钻孔进行钻进，直到把钻具从钻孔提出的工序中单位时间的进尺。 13. 岩石的塑性：外力撤除后岩石外形和尺寸不能完全恢复而产生残留变形的性质 14. 金刚石浓度：金刚石在工作胎体中分布的密度（即单位面积内所含金刚石的重量）。通常规定，每立方厘米工作胎体中含4.4克拉的金刚石时，其浓度为100% 15.

3、切削剪切型碎岩：在轴向力和切向力共同作用下，钻头碎岩刃具以速度v0向前移动而切削（剪切）岩石 16. 凿碎剪切型碎岩：在轴向力和切向力共同作用下，钻头刃具以速度v0向前移动和冲锤对齿刃的冲击速度vz牙轮滚动时齿刃向下冲击的速度vw对岩石作用 17. 岩石的可钻性：钻进过程中岩石破碎的难易程度。 18. 岩矿心采取率：取到地表的岩心长度与回次钻进深度之比。 19. 机械钻速：单位纯钻进时间内所钻钻孔的进尺。 20. 技术钻速：一台工作钻机在一个月期间内完成基本工序和操作以及其他辅助工序和操作所花费的时间，与钻孔的进尺量之比。 21. 经济钻速：一台工作钻机在一个月期间（用于基本工序、辅助工序和非

4、生产工序所用的时间）内的钻孔进尺量。 22. 循环钻速：一个工作机台从设备搬迁到钻完一孔后转移到他孔的整个循环时间内所给进的钻孔深度。 23. 岩石的硬度：岩石抵抗其他物体刻划或压入其便面的能力。 24. 硬质合金钻头镶焊角：切削前刃与水竖直轴线之间的夹角 简答或论述题 岩石的性质： 1 岩石的力学性质包括哪几类？试分别说明。 岩石的力学性质包括岩石的强度、岩石的硬度、岩石的弹性和塑形以及岩石的研磨性。岩石的强度是岩石在载荷作用下抵抗外力破坏的能力，岩石的硬度是岩石抵抗其他物体刻划或压入其表面的能力，外力撤除后岩石的外形和尺寸完全恢复原状，这种变形称为弹性变形，外力撤除后岩石的外形和尺寸不能完

5、全恢复原状而产生残留变形，这种变形称为塑性变形，岩石磨损钻头的能力称为岩石的研磨性。 2 试分析说明岩石的强度和硬度之间的关系。 硬度与抗压强度有一定联系，但也有很大差别。岩石硬度是岩石表面的局部对另一物体压入时的阻力，而岩石强度是岩石整体破碎时的阻力，因此不能把岩石的单轴抗压强度作为岩石硬度的指标。（根据理论分析，岩石抗压入硬度为单轴抗压强度的（1+2）倍，实际之比大约为520倍）3 根据岩石的变形特性，图示说明脆性岩石，塑性岩石和塑脆性岩石。 图（a）为脆性岩石的变形曲线，特征是破坏前没有明显的塑性变形，外载一旦达到弹性极限，岩石立即破坏。图（b）为塑脆性岩石的变形曲线，特点是随着外载加大

6、，由弹性变形转入塑性变形，到达D点后，岩石发生破坏。图（c）是塑性岩石的变形曲线，特征是施载不大就开始塑性变形，其后变形随时间的延长而增长 (c) (a) (b) 4图示说明岩石的弹性模量、塑性指数。 弹性模量：应力应变曲线法，见课本P20面，塑性指数：P22面。 5何为岩石的研磨性？影响岩石研磨性的因素有哪些？ 岩石的研磨性是岩石磨损钻头的能力。影响岩石研磨性的因素有摩擦力、滑动速度和摩擦时间。摩擦力取决于正压力和动摩擦系数。动摩擦系数本身又与岩石性质、岩石表面粗糙度、摩擦面温度、滑动速度、磨损产物的清除程度与摩擦面之间的介质有关。 6岩石的弹性模量、抗压强度、硬度在平行和垂直于岩石的层理方

7、向上有何不同？ 强度：垂直于层理方向抗压强度最大，平行于层理最小，斜交方向介于两者之间； 硬度：垂直于层理方向硬度最小，平行于层理最大； 弹性模量：平行于层理最大，垂直于层理方向最小。在钻探工作中将导致孔斜。7何为岩石的可钻性？划分岩石的可钻性有何意义？ 岩石可钻性是表示钻进过程中岩石破碎的难易程度。它是决定钻进效率的基本因素。岩石可钻性的划分对钻探实际生产来说非常重要，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，也是制定钻探生产定额和编制钻探生产计划的依据。 8试列出确定岩石可钻性的几种方法，并评述其优缺点。 目前常用的岩石可钻性划分方法有：金刚石钻进岩石可钻性分级法、按岩石研

8、磨硬度和抗剪强度分级、按联合指标分级、微钻速度法、碎岩比功法。前三种分类方法优点是测量方法简单，测量手段易标准化。缺点是不能反映岩石破碎过程、测量误差大、不能将不同等级岩石准确分开。 9碎岩工具与岩石相互作用的主要方法有哪几种？硬质合金钻进、冲击回转钻进、牙轮钻进分属于哪一类？ 根据刃具与岩石作用的方式和碎岩机理，可把碎岩刃具分：切削一剪切型、冲击型、冲击一剪切型三类。硬质合金钻进是切削一剪切型，冲击回转钻进和牙轮钻进是冲击一剪切型。注：这题需要自己分析 10. 岩石在外载作用下的破碎变形方式有哪几种？ 按破碎特点和钻进效果，岩石破碎方式可有3种，当切削具与岩石的接触压力远远小于岩石硬度时，分

9、离下来的岩石颗粒很小，这种变形破坏方式称为岩石的表面研磨，随着轴向载荷增加，可产生较粗岩粒的分离，这种变形破坏形式称为疲劳破坏，当切削具与岩石的接触压力大于或等于岩石硬度时，这种变形破坏称为体积破坏。 11. 图示说明球状切削具在压入岩石时所形成的主压力体和剪切体 球状切削具压入时： 1) 开始时，切削具与岩石接触的是一个点； 2) 外载，切削具和岩石产生弹性变形， 接触面； 3) 接触面中心的正应力最大，首先出现裂隙； 4) 随外载增加，接触面增大，产生与原有裂 隙平行的新裂隙系； 5) 外载继，弹变总值，应力，裂隙深度； 6) 以后的破碎过程与平底压模时类似。 12简述硬质合金切削具在塑性

10、和脆性岩石中的碎岩过程。 塑性岩石中：当切削具与岩石接触面压强达到或超过岩石压入硬度时，由于切削具后斜面作用，切削具刃尖沿着与垂线成角切入岩石。回转作用使切削具在水平力（切削力）作用下压迫其前面的岩石，使之发生塑性变形并不断向自由面滑移。但在塑性岩石的回转切削中，在切屑的裂隙尚未发展到全部横截面并断下来前，下一部分切屑又发生滑移。由于岩石脆性和均质性的程度不同，以及切削受冲洗液作用，切屑断裂成碎屑分散在冲洗液中。 脆性岩石中：当切削具与岩石接触面压强达到或超过岩石压入硬度时，岩石发生脆性剪切，碎裂的岩屑向自由面崩出，切削具的单面楔形导致崩出的破碎穴前方和后方不对称。当切削具在水平力Px作用下前

11、进时，首先将刃尖前的岩石剪切掉（大剪切），Px力突然减落下来。当切削具继续前进时，在切削具刃尖前不断发生小体积剪切，崩落出小体积岩屑。经过不断的小体积剪切后，切削具刃前与岩石接触面积逐渐增大，直至又达到切入深度的全高接触，再次发生大剪切。在脆性岩石中回转切削过程是由数个小剪切和一个大剪切所组成的不断循环过程。 硬质合金钻进 13试述硬质合金的基本组成、力学性质及变化规律。 通常钻头切削具采用钨钴类硬质合金。碳化钨为骨架材料，钴为粘结材料。 合金中含钴量增加，相对密度下降，硬度、耐磨性降低，而抗弯强度、冲击韧性增高；WC的颗粒越细，硬度越大、耐磨性越强；反之，则抗弯强度、韧性增强。 14如何确定

12、硬质合金钻头的出刃和镶焊角。 出刃：钻进软岩层，由于进尺快，岩粉多，颗粒大，岩心易冲毁、易堵塞、易糊钻、泥包、缩径、整水等现象，内外底出刃要大些。对于遇水膨胀地层，往往使用肋骨式钻头，以肋骨扩大外环空间；钻进硬岩层，为了减少回转阻力和弯曲力矩，避免合金崩刃折断，应减小内外底出刃；钻进非均质、有裂隙、破碎岩石的内外底出刃更应减小。 镶焊角：按塑性切削方式碎岩的弱研磨性岩石，应选正斜镶；按压碎剪切方式碎岩的强研磨性脆性大的岩石，应选抗研磨性较好的直镶或负斜镶。 15试述硬质合金钻进中的钻速与转速的关系？并说明确定硬质合金钻进规程的基本原则。 不同岩石时，转速对机械钻速的影响： 在粘土类岩石中，机械

13、钻速几乎随转速成正比地增长；在坚硬的，高研磨性的岩石中，机械钻速随转速增加而增长得相对缓慢些；而在中等硬度，研磨性较小的岩石时，则介于前两者之间。基本原则：（1）新钻头的磨合；（2）防止堵心；（3）防止烧钻。 16在中硬、中等研磨性地层采用硬质合金钻进时，选择或设计钻头时应如何考虑？ 在该类岩层中钻进的特点是：1、岩石的压入硬度较大，因此，要求切削具有承受较大的抗弯能力；2、切削具切入深度较小，钻速相对较低，单位时间产生的岩粉较软岩要少；3、在该类岩层中钻进的主要问题是碎岩和磨损，因此，切削具的排列应该创造条件，有利于碎岩，有利于硬质合金抗磨。 17试述在中硬及硬地层中硬质合金钻进时钻速与转速

14、的关系。 在中等硬度，研磨性较小的岩石时，机械钻速随着钻速的增大而增大，但增大的趋势趋于平缓，硬地层中，其极限转速要比其他类岩石要小。 金刚石钻进 1 试述金刚石单晶、聚晶和复合片钻进的使用范围，并简要说明原因。 金刚石单晶：强度高、耐磨性好，在硬坚硬地层中钻进能取得良好的效果；但由于粒度小，在软中硬地层中难以取得较高的钻速，且由于出刃量小，容易发生糊钻事故；金刚石聚晶：高温稳定性好，强度较高，耐磨性好，能直接合成所需的形状，所以，在中硬地层中能取得较好的钻进效果，但由于其强度较单晶小，所以不适用于大部分硬-坚硬的岩层钻进。 金刚石复合片：综合了金刚石的耐磨性和硬质合金的抗冲击韧性，且在钻进中

15、金刚石层保持了锐利的切削角，所以，在软-中硬地层能取得较好的效果。2 如何确定金刚石钻进的钻进规程。1、钻压的确定： 具体选择钻压时，可根据岩石硬度、金刚石的抗压强度和钻头的类型等因素确定。 （1）根据转速，确定每转切深； （2）根据金刚石浓度和切深，计算出参加金刚石的颗粒数目； （3）计算出金刚石与岩石接触的面积； （4）根据岩石的压入硬度，算出所需要的理论压力 2、转速的确定 在中硬至硬、中等研磨性的完整岩层中，一般可采用较高转速； 在坚硬致密的岩层中，主要靠钻压破碎岩石，宜采用较低转速； 在复杂地层中钻进，宜采用较低转速； 3、冲洗液泵量 （1）岩层性质：钻进坚硬致密的岩层时，单位时间产

16、生的岩粉量少，选择下限泵量；钻进强研磨性岩层时，摩擦功较大，需要较大泵量冷却，但应合理选择，防止携带岩粉粒在高速液流冲蚀胎体，导致金刚石颗粒过早脱落。 （2）钻头类型：孕镶钻头出刃微小，唇面间隙小，主要靠多个水口循环，且常以高转速钻进，因此宜用较大泵量，以防止发生烧钻。表镶钻头的出刃较大，排粉和冷却条件较好，故可选用较小的泵量。3 试分析金刚石钻进规程确定的基本依据。 4 试述金刚石钻头的胎体与所钻的岩石有何关系。 胎体的硬度、抗冲蚀性能、耐磨性要与所钻岩石的压入硬度、抗压强度、研磨性相适应。根据岩石研磨性、风华程度和破碎程度选择胎体面耐磨性的原则：强研磨性岩层选用高耐磨性的胎体；中等研磨性岩

17、层选用中等耐磨性的胎体；弱研磨性岩层选用低耐磨性的胎体； 级别 特软 软 中软 中硬 硬 特硬 代号 0 1 2 3 4 5 胎体硬度（HRC）适用岩层 1020 2030 3035 3540 4045 45 坚硬致密岩层 坚硬的中等研磨性岩层 硬的中等研磨性岩层 中硬的中等研磨性地层 中硬的强研磨性地层 硬的强研磨性地层 硬、坚硬的强研磨性地层 硬、脆、碎地层 5 试分析孕镶金刚石钻头在正常规程和临界规程钻进时，都会有什么现象发生？ 在正常钻进规程中，只要冲洗液量适当，胎体温度正常，功率消耗平稳，则钻头磨损轻微。而达到临界钻进规程以后，则胎体的温度急剧上升，功率消耗急剧增大，钻头磨损严重，甚

18、至会发生烧钻。 牙轮钻头 18牙轮的布置有几种方案？各有何特点。 1、不超顶，无滑动式布置。特点是牙轮轴线，母锥轴线交于钻头中心线，主锥不超顶。牙轮在孔底的运动属于纯滚动，无滑动。牙轮的齿圈不与相邻牙轮齿圈相啮合，确定齿宽时不受相邻牙轮齿圈的限制。这种布置方案适用于钻硬地层的钻头。 2、超顶不移轴式。特点是牙轮轴线交于钻头轴线，但主锥超顶，这种布置方式牙轮在孔底有滑动。由于超顶可使各牙轮的牙齿互相啮合，因而牙轮可以自洗，有助于消除泥色现象，因而这种布置适用于软及中硬地层的钻头。 3、超顶、移轴。特点是牙轮轴相对于钻头径向偏转一个角度，即牙轮轴线偏移，且主轴有超顶，牙轮可以自洗，又由于移轴，使牙

19、轮产生轴向滑动。这种布置方式适合于软及中硬地层的钻头。 冲击回转钻进 19何谓冲击回转钻进？在钻进过程中一般如何实现冲击回转钻进？ 钻头在静压作用下进行回转，同时辅以纵向冲击动载，从而形成以回转切削和纵向冲击相结合的碎岩钻进方法。具体的实施办法是在回转钻进的钻具中增加一个具有一定冲击频率和冲击能量的冲击器。取心钻进时，冲击器安装在岩心管上端；无岩心钻进时，直接安装在钻头上。 20结合冲击回转钻进的碎岩机理，说明在不同岩性条件下冲击回转钻进破碎岩石的特点？ 在不同性质的岩石中钻进时，冲击碎岩和回转切削碎岩所起的作用是不同的。对于坚硬、脆性的岩石来说，利用动载破碎岩石时，由于瞬时应力集中，轴向静载在孔底岩石上造成了预加应力，而在冲击的同时又作用有回转力，这就对欲破碎的岩石上增加了附加剪切作用，