鉆探工程概論(中國(guó)地質(zhì)大學(xué))

1、1.根據(jù)巖石的變形特性，圖示說明巖石的三種類型。彈塑性巖石 彈脆性巖石 高塑性和高孔隙性巖石彈脆性巖石（花崗巖、石英巖、碧石鐵質(zhì)巖）在壓頭壓入時(shí)僅產(chǎn)生彈性變形，至A點(diǎn)最大載荷為Pmax處便突然完成脆性破碎，壓頭瞬時(shí)壓入，破碎穴的深度為h 圖 (a) 。這時(shí)破碎穴面積明顯大于壓頭的端面面積，即h/5。 彈塑性巖石（大理巖、石灰?guī)r、砂巖）在壓頭壓入時(shí)首先產(chǎn)生彈性變形，然后塑性變形。至B點(diǎn)載荷達(dá)Pmax時(shí)才突然發(fā)生脆性破碎圖 (b) 。這時(shí)破碎穴面積也大于壓頭的端面面積，而h/=2.55，即小于第一類巖石。 高塑性（粘土、鹽巖）和高孔隙性巖石（泡沫巖、孔隙石灰?guī)r）區(qū)別于前二類，當(dāng)壓頭壓入時(shí)，在壓頭周

2、圍幾乎不形成圓錐形破碎穴，也不會(huì)在壓入作用下產(chǎn)生脆性破碎圖 (c)，h/=1。2.什么是巖石破碎的體積破碎？巖石的變形破碎形式 表面破碎 疲勞破碎 體積破碎表面破碎：切削具與巖石的接觸壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于巖石硬度，切削具不能壓入巖石。切削具移動(dòng)時(shí)，將研磨孔底巖石，巖石破碎是由接觸摩擦功引起的，研磨的巖石顆粒很小，鉆進(jìn)速度低。這種變形破碎方式稱為巖石的表面研磨，這個(gè)區(qū)稱為表面破碎區(qū)。疲勞破碎：切削具上的軸向載荷增加，但接觸壓力仍小于巖石硬度，可使巖石晶間聯(lián)系破壞，巖石結(jié)構(gòu)間缺陷發(fā)展，特別是孔底受多次加載產(chǎn)生的疲勞裂隙更加發(fā)展，于是眾多裂隙交錯(cuò)，仍可產(chǎn)生較粗巖粒的分離，這種變形破碎方式稱為疲勞破碎，這個(gè)區(qū)

3、稱為疲勞破碎區(qū)。 體積破碎：切削具上的載荷繼續(xù)增加，接觸壓力大于或等于巖石硬度，切削具可有效地切入巖石，結(jié)果是：切削具在孔底移動(dòng)時(shí)不斷克服巖石的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，切下巖屑，這種變形破壞方式稱為體積破碎，這個(gè)區(qū)稱為體積破碎區(qū)。體積破碎時(shí)，會(huì)分離出大塊巖石，破碎效果好。 3.什么是巖石的各向異性？對(duì)鉆進(jìn)有哪些影響？巖石在不同方向上表現(xiàn)出不同的強(qiáng)度值稱為巖石的各項(xiàng)異性。巖石的各向異性分為兩種：一種是由于微裂縫的存在以及在不同方向上的排列，分布不同而導(dǎo)致的，這種各向異性會(huì)隨著巖石的應(yīng)力變化而變化，可稱為應(yīng)力各向異性；另一種是由于巖石顆粒的定向排列引起的，這種巖石的各向異性不會(huì)隨著巖石的應(yīng)力變化而改變。對(duì)鉆進(jìn)的

4、影響：影響進(jìn)效率的：由于在不同的層理結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)出不同的強(qiáng)度性質(zhì)，在鉆進(jìn)這樣的巖石層時(shí)會(huì)加大鉆進(jìn)的工作量，因此巖石的各向異性會(huì)影響鉆進(jìn)效率。影響鉆孔偏斜：由于存在巖石的各向異性，使得鉆桿在鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)受力不平衡的情況，使得鉆桿發(fā)生一定角度的偏斜甚至彎曲，會(huì)影響鉆孔的偏斜量。4.影響巖石硬度的因素有哪些？巖石的硬度反映巖石抵抗外部更硬物體壓入（侵入）其表面的能力。（1）巖石中石英及其他堅(jiān)硬礦物或碎屑含量愈多，膠結(jié)物的硬度越大，巖石的顆粒越細(xì)，結(jié)構(gòu)越致密，則巖石的硬度越大。而孔隙度高，密度低，裂隙發(fā)育的巖石硬度將會(huì)降低。（2）巖石的硬度具有明顯的各向異性。但層理對(duì)巖石硬度的影響正好與對(duì)巖石強(qiáng)度的影

5、響相反。垂直于層理方向的硬度值最小，平行于層理的硬度最大，兩者之間 可相差1.051.8倍。巖石硬度的各向異性可以很好地解釋鉆孔彎曲的原因和規(guī)律，并可利用這一現(xiàn)象來實(shí)施定向鉆進(jìn)。（3）在各向均勻壓縮的條件下，巖石的硬度增加。在常壓下硬度越低的巖石，隨著圍壓增大，其硬度值增長(zhǎng)越快。（4）一般而言，隨著加載速度增加，將導(dǎo)致巖石的塑性系數(shù)降低，硬度增加。但當(dāng)沖擊速度小于10m/s時(shí)，硬度變化不大。加載速度對(duì)低強(qiáng)度、高塑性及多孔隙巖石硬度的影響更顯著。 5.鉆探技術(shù)的基本構(gòu)成是什么？設(shè)備：鉆孔施工所使用的地面設(shè)備總稱。包括鉆探機(jī)、動(dòng)力機(jī)、泥漿泵、鉆塔等。工藝：取心鉆探技術(shù)，無巖心鉆探技術(shù)，多介質(zhì)反循環(huán)

6、鉆探技術(shù)，其它反循環(huán)鉆探技術(shù)，水文水井鉆探技術(shù) 地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)、礦物巖石學(xué)、地層學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、鉆探工程、工程地質(zhì)、工程與環(huán)境物探、鉆探機(jī)械、6.簡(jiǎn)述硬質(zhì)合金鉆頭的碎巖機(jī)理（文字與簡(jiǎn)圖）與刀具（切削類似）相聯(lián)系：利用鑲焊在鉆頭體上的硬質(zhì)合金切削具，作為破碎巖石的工具，這種鉆進(jìn)方法通稱為硬質(zhì)合金鉆進(jìn)。但在實(shí)際使用中，硬質(zhì)合金鉆進(jìn)只適用于鉆進(jìn)中等硬度以下的地層，即可鉆性1 7 級(jí)和部分8 級(jí)地層。若在更為堅(jiān)硬的巖層中鉆進(jìn)，則切削效果很差，切削具磨損很快或易折斷而迅速失去鉆進(jìn)能力。當(dāng)前，軟的和中硬以下的地層，尤其是土層的鉆孔工作，主要靠硬質(zhì)合金鉆進(jìn)。7. PDC鉆頭的碎巖機(jī)理聚晶金剛石復(fù)合片的簡(jiǎn)稱。是石

7、油鉆井行業(yè)常用的一種鉆井工具。它是以金剛石為原料加入粘結(jié)劑在高溫條件下燒結(jié)而成，復(fù)合片為圓片狀，金剛石厚度一般小于1mm,切削巖石時(shí)作為工作層，碳化鎢基體對(duì)聚晶金剛石薄層起支撐作用，兩者的有機(jī)結(jié)合，使PDC既具有金剛石的硬度和耐磨性，又具有碳化鎢的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和沖擊能力。由于聚晶金剛石內(nèi)晶體間的取向不規(guī)則，不存在單晶金剛石固有個(gè)解理面，所以PDC的抗磨性及強(qiáng)度高于天然金剛石，且不易破碎。PDC鉆頭都采用了高質(zhì)量的爪型齒和環(huán)形齒，與其他類型復(fù)合片相比抗剪強(qiáng)度高、耐沖擊、壽命長(zhǎng)、熱穩(wěn)定性能好的特點(diǎn)。PDC鉆頭采用超大排屑流道設(shè)計(jì)，可以更加有效運(yùn)移鉆屑，清洗鉆頭，防止鉆頭泥包，提高機(jī)械鉆速。8.金剛石鉆

8、頭有哪些主要類型金剛石鉆頭按其制造方法不同，可分為燒結(jié)法和電鍍法兩種。金剛石鉆頭按包鑲形式的不同，可分為表鑲鉆頭與孕鑲鉆頭兩種表鑲鉆頭：金剛石分布在胎體表面上，當(dāng)其刃角磨鈍后可回收復(fù)用。鉆頭按金剛石粒度分粗、中、細(xì)三種：520粒/克拉的為粗粒鉆頭；2040粒/克拉的為中粒鉆頭；40100粒/克拉的為細(xì)粒鉆頭。一般情況下，細(xì)粒鉆頭適用于鉆進(jìn)致密、堅(jiān)硬地層。金剛石都是用天然品。硬度較低、完整巖層；孕鑲鉆頭：金剛石不只是分布在胎體表面上，而且，還分布于胎體內(nèi)部的一定層厚中。金剛石是1080目的天然粉級(jí)品或60129目JR4級(jí)的人造品。含金剛石的胎體層稱為工作層。鉆進(jìn)時(shí)，隨著胎體的磨損，金剛石切刃才不

9、斷露出，舊切刃失去工作能力或脫掉，新切刃相繼出露參加工作。因此，孕鑲鉆頭可保持穩(wěn)定的鉆速，應(yīng)用范圍較廣。它堅(jiān)硬、致密、弱研磨性（優(yōu)質(zhì)金剛石、較低的金剛石濃度），均勻性差、完整度差、破碎地層（金剛石濃度高、胎體硬度大）；還有一種“多層鉆頭”：它是孕鑲鉆頭的變種形式，與孕鑲的區(qū)別是胎體內(nèi)部的金剛石分成幾層并有一定排列方式。鉆頭按金剛石成因分類，可分為天然金剛石鉆頭(表鑲)和人造金剛石鉆頭(都是孕鑲)。此外，還有一種聚晶金剛石鉆頭，金剛石的鑲焊屬于表鑲，但在工作時(shí)卻起孕鑲鉆頭作用。它用于鉆進(jìn)較軟和研磨性強(qiáng)巖層，可得到很高的鉆速。9.地質(zhì)巖心鉆探與油氣井鉆探的主要區(qū)別在哪里？主要區(qū)別有以下幾點(diǎn)：1.鉆

10、孔的直徑：Hole：孔，用于地質(zhì)鉆探，孔比較小，用于勘察，勘探 Well：井，用于油氣井鉆探，孔比較大，往往還要用于生產(chǎn)。2.鉆孔的深度：鉆探：比較淺。油氣井：比較深，技術(shù)有，成本高。3.地層情況：鉆探：地層比較復(fù)雜，低層遇到的種類比較多。油氣井：一般低層地層單一。10.空氣鉆進(jìn)技術(shù)有哪些優(yōu)點(diǎn)？空氣鉆進(jìn)的實(shí)質(zhì)是以壓縮空氣代替沖洗液，作為鉆進(jìn)中的循環(huán)介質(zhì)來冷卻鉆頭，吹洗鉆孔把巖屑攜帶出地表的一種高效率、先進(jìn)鉆進(jìn)方法?？諝忏@進(jìn)特別適用于干旱缺水地區(qū)、常年永凍層、孔內(nèi)嚴(yán)重漏水地層及用水鉆進(jìn)較困難地區(qū)。（1）鉆進(jìn)效率高： 空氣鉆進(jìn)效率比一般鉆進(jìn)法約提高9 11 倍。其原因是：孔底巖石減掉了鉆孔內(nèi)的液柱

11、靜壓力， 有助于巖石最大限度地釋放殘余應(yīng)力，使孔底巖石處于一種負(fù)壓效應(yīng)狀態(tài)，借助切削具的碎巖作用， 巖屑呈“爆炸” 形式崩離巖體，從而提高了鉆進(jìn)效率。另外壓縮空氣以高速吹洗孔底、孔內(nèi)干凈， 幾乎完全沒有重復(fù)破碎，故在硬巖和深孔時(shí)， 鉆進(jìn)效率更為顯著。（2）鉆頭壽命長(zhǎng)： 空氣鉆進(jìn)鉆頭壽命長(zhǎng)，除上面提到的因素外， 還有一重要因素， 即當(dāng)壓縮空氣經(jīng)過鉆頭時(shí)，由于壓力驟然降低， 在此大量吸收熱量，有利于冷卻鉆頭， 防止燒鉆，并為切削具創(chuàng)造有利的工作環(huán)境。與一般鉆進(jìn)方法相比，鉆頭壽命可提高十倍以上。（3）能取得正確的地質(zhì)資料：空氣鉆進(jìn)以空氣為循環(huán)介質(zhì)，它不污染巖石和孔壁這不僅對(duì)洗井、抽水等工作有益，而且

12、可以獲取正確的水文地質(zhì)資料。（4）空氣鉆進(jìn)不用水：這在干旱缺水地區(qū)其優(yōu)越性更為顯著，同時(shí)可以避免因漏水而帶來的堵漏問題和沖洗液、巖粉等對(duì)含水層堵塞的影響。11.什么是鉆孔結(jié)構(gòu)（也稱井身結(jié)構(gòu)）？鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是與鉆進(jìn)有關(guān)的，所有工程計(jì)算的基礎(chǔ)。鉆孔結(jié)構(gòu)是指鉆孔由開孔至終孔，鉆孔剖面中各孔段的深度和口徑的變化情況。據(jù)地層理想柱狀圖做出來的。一般來說，換徑次數(shù)越多、鉆孔結(jié)構(gòu)越復(fù)雜；換徑次數(shù)越少，鉆孔結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單。在可能情況下，應(yīng)使鉆孔結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單。根據(jù)地層條件，一層一層放入套管，所形成圖示的結(jié)構(gòu)： 設(shè)計(jì)依據(jù)1鉆孔的用途和目的；2該地層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖石物理力學(xué)性質(zhì)；3鉆孔的設(shè)計(jì)深度和鉆孔的方位方向、頂角方

13、向；4必需的終孔直徑；5鉆進(jìn)方法、鉆探設(shè)備參數(shù)。12.套管在鉆探工程中起什么作用？保護(hù)孔壁，支撐孔壁防止倒塌，為鉆探提供通道。在鉆探施工過程中，套管用途很廣。鉆進(jìn)復(fù)雜地層時(shí)，用套管護(hù)壁堵漏，可保證正常鉆進(jìn)。巖心鉆探抽水試驗(yàn)孔可用套管進(jìn)行止水，保證抽水資料的準(zhǔn)確性。長(zhǎng)期水文觀測(cè)和開采孔，可用套管作為出水的通道。下多層套管的目的主要是考慮一下幾個(gè)方面：一、每口井至少有兩層套管;必須下表層套管，目的是保護(hù)淺部地層特別是地層水不受污染；二、通常每口井鉆進(jìn)時(shí)所穿越的地層存在多個(gè)壓力系統(tǒng)，鉆井行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定同一裸眼井段上下地層壓力系數(shù)差不得超過0.4；三、如果同一裸眼井段上下壓力系數(shù)相差太大，無法進(jìn)行鉆井施

14、工，會(huì)出現(xiàn)上漏下噴，必須將上部薄弱地層下套管封??；四、對(duì)于特別復(fù)雜的地層，如容易縮徑和蠕變的石膏鹽地層為減少卡鉆等事故復(fù)雜，多下層套管可減少鉆井施工的難度和縮短鉆井周期，經(jīng)評(píng)估有可能還降低鉆井成本。鉆探地質(zhì)套管是供地質(zhì)部門進(jìn)行巖心鉆探使用的鋼管。套管又是鉆探和鉆井工作中下人鉆孔內(nèi),用以保護(hù)孔壁封閉孔身的鋼管。它的主要功用是防止孔壁坍塌,隔離地層,封閉涌水或漏水層、油氣層。在開采井中,套管又是流體、氣體生產(chǎn)的通道,例如水井、油氣井、地?zé)峋?、溶解類礦產(chǎn)的開采鉆井等,都必須下入生產(chǎn)套管。地質(zhì)鉆探孔內(nèi)的套管外徑小,一般下入的套管也較淺,在鉆探任務(wù)完成后要將套管起拔出來,可以繼續(xù)使用。石油天然氣下入的表

15、層套管、技術(shù)套管和油層套管,在下入井內(nèi)之后,都需要注水泥將套管與井壁固結(jié)起來,封閉死管外的環(huán)狀間隙,套管就無法取出。即使無工業(yè)油氣流的探井,下入了套管也一樣丟棄在井內(nèi)。供水井下入的套管稱為井管,強(qiáng)度要求不高,井淺時(shí)可不用無縫鋼管,用鑄鐵管。13. 簡(jiǎn)述繩索取心鉆具的主要組成，它有哪些優(yōu)點(diǎn)？繩索取心鉆具是由雙管鉆具總成（內(nèi)管總成、外管總成）和打撈器兩大部分組成。內(nèi)管總成包括卡簧、卡簧座、卡簧檔圈、彈卡、懸掛環(huán)、扶正環(huán)、座環(huán)、內(nèi)管、內(nèi)管接頭， 外管總成包括彈卡室、彈卡檔頭、外管，打撈器總成包括打撈鉤、脫卡管、繩卡外套、撈鉤架、重錘。易損件包，彈卡總成及打撈器總成：含各種圓柱銷、彈簧、軸承。繩索取芯

16、鉆具的優(yōu)點(diǎn)：1.大大減少升降鉆具的工序，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了輔助時(shí)間，提高了鉆頭壽命。2.由于鉆具級(jí)配合理，鉆桿和巖心管的壁比較厚，材質(zhì)好，強(qiáng)度高，再加上孔壁間隙較小，鉆桿不易彎曲，提高了鉆具的穩(wěn)定性，有利于防斜和減震。3.由于安有扶正環(huán)，提高了內(nèi)管的穩(wěn)定性與鉆頭的同軸度，使巖心較順利的進(jìn)入內(nèi)管，減少了巖心堵塞和磨損，提高了巖礦心采取率和回次進(jìn)尺。4.鉆具設(shè)有上、下緩沖機(jī)構(gòu)和報(bào)警機(jī)構(gòu)，能有效防止機(jī)件損壞和燒鉆事故。5.在復(fù)雜地層中鉆進(jìn)適應(yīng)性較強(qiáng)。它提鉆次數(shù)少，減少了孔壁裸露的機(jī)會(huì)，相對(duì)地增加了孔壁的穩(wěn)定性。另外，鉆桿柱還可起到套管的作用，有利于快速穿過復(fù)雜地層。6.使用范圍廣，既可用乳化

17、液鉆進(jìn)，又可用優(yōu)質(zhì)泥漿鉆進(jìn)。特別是在中深孔中鉆進(jìn)，更能顯現(xiàn)出它的優(yōu)越性，從而獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。14.鉆探設(shè)備包括哪些主要內(nèi)容？鉆探設(shè)備是指用于鉆探施工這種特定工況的機(jī)械裝置和設(shè)備，主要由鉆機(jī)、泥漿泵及泥漿攪拌機(jī)、泥漿凈化設(shè)備、鉆塔等組成。鉆機(jī)：是完成鉆進(jìn)施工的主機(jī)，它帶動(dòng)鉆具和鉆頭向底層深部鉆進(jìn)，并通過鉆機(jī)上的升降機(jī)來完成起下鉆具和套管、提取巖心、更換鉆頭等輔助工作。鉆塔的主要功能：起下鉆具（套管）、減壓鉆進(jìn)時(shí)懸掛鉆具、處理孔內(nèi)事故并為空中作業(yè)提供平臺(tái)。泵的主要功能是：向孔內(nèi)輸送沖洗液以及清洗底孔、冷卻鉆頭和潤(rùn)滑鉆具。通常，主要類型的鉆探設(shè)備均由鉆機(jī)、鉆塔桅桿、泥漿泵等三部分構(gòu)成。 當(dāng)然，對(duì)

18、于一些大型鉆探設(shè)備來講，劃分得可能會(huì)更細(xì)一點(diǎn)，如石油鉆機(jī)就號(hào)稱8大件：井架、天車、游動(dòng)滑車、大鉤、水龍頭、絞車、轉(zhuǎn)盤、泥漿泵。15. 鉆具按用途可以分為哪些？分述其主要作用。按用途包括：地質(zhì)鉆具、東營(yíng)鉆具、非開挖鉆具 、工程鉆具 、回轉(zhuǎn)鉆具 、礦山鉆具 、礦用鉆具 、螺桿鉆具 、偏心鉆具16.什么是正循環(huán)鉆進(jìn)？什么是反循環(huán)鉆進(jìn)？反循環(huán)的形式有多少種？正循環(huán)鉆進(jìn)是泥漿自供應(yīng)池由泥漿泵泵出，輸入軟管送往水龍頭上部進(jìn)口，再注入旋轉(zhuǎn)空心鉆桿頭部，通過空心鉆機(jī)一直流到鉆頭底部排出，旋轉(zhuǎn)中的鉆頭將泥漿潤(rùn)滑，并將泥漿擴(kuò)散到整個(gè)孔底，攜同鉆碴浮向鉆孔頂部，從孔頂溢排地面上泥漿槽。反循環(huán)鉆進(jìn)與正循環(huán)鉆進(jìn)的差異在

19、鉆進(jìn)時(shí)泥漿不經(jīng)水龍頭直接注入鉆孔四周，泥漿下達(dá)孔底，經(jīng)鉆頭拌和使孔內(nèi)部漿液均勻達(dá)到擴(kuò)壁，潤(rùn)滑鉆頭，浮起鉆碴，此時(shí)壓縮空氣不斷送入水龍頭，通過固定管道直到鉆頭頂部，按空氣吸泥原理，將鉆渣從空心鉆桿排入水龍頭軟管溢出。反循環(huán)鉆進(jìn)按照產(chǎn)生沖洗液上升流動(dòng)的方式不同，可分為地表噴射反循環(huán)，泵吸反循環(huán)和氣舉反循環(huán)三種方式。不同反循環(huán)鉆進(jìn)方式，隨著鉆孔深度的變化，鉆進(jìn)效率也有所不同，所示為三種反循環(huán)鉆進(jìn)方式在不同孔深時(shí)的效率曲線，從曲線變化情況可以看出，地表噴射反循環(huán)鉆進(jìn)效率，在淺孔段效率較高，氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)效率在50 m 以后較高。在選擇反循環(huán)鉆進(jìn)方式時(shí)，應(yīng)根據(jù)孔深、水位等情況進(jìn)行合理的選擇，為了提高鉆進(jìn)

20、效率，有時(shí)也采用兩種方式相結(jié)合的復(fù)合式反循環(huán)鉆進(jìn)。17.鉆進(jìn)參數(shù)主要有哪些？各自起到什么作用？鉆進(jìn)參數(shù)主要有以下三個(gè)方面：鉆壓：鉆壓也稱軸向壓力。鉆進(jìn)時(shí)，合金的受鉆壓切入巖石而鉆進(jìn)；同時(shí)，因鉆壓造成合金與巖石的摩擦而使合金磨損。所以，在選擇鉆壓時(shí)，必須在保證質(zhì)量的前提下從鉆進(jìn)效率和鉆頭壽命兩個(gè)方面進(jìn)行分析、研究。一般情況下，在松軟及軟巖石中鉆進(jìn)時(shí)，因所需鉆壓不大，對(duì)鉆速和合金的磨損不是主要問題；而在中硬和硬巖層中鉆進(jìn)時(shí)，鉆壓確定是否合理，對(duì)鉆速和合金磨損影響很大。鉆速：從理論上看，鉆速隨轉(zhuǎn)速的增加而成正比地增加。但實(shí)際上鉆速并不隨轉(zhuǎn)數(shù)的增加而呈正比增加，轉(zhuǎn)速的增加有其極限值（最優(yōu)值）。超過此值

21、后，鉆速反而會(huì)下降，其主要原因一是在高轉(zhuǎn)數(shù)的情況下，合金在巖石表面上的作用時(shí)間太短，從而影響合金的切人深度，導(dǎo)致鉆速下降；另一個(gè)原因是在高轉(zhuǎn)數(shù)的情況下，孔底溫度增高，合金的磨損或磨鈍加快而使鉆速下降。泥漿泵排量：鉆進(jìn)時(shí)，沖洗液的質(zhì)量與數(shù)量對(duì)鉆進(jìn)速度有很大影響。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的資料證明，鉆速隨沖洗液的密度或粘度的增大而下降。從理論上看，增大沖洗液量，對(duì)提高鉆速有一定好處。應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)沖洗液量不足時(shí)，孔底顆粒大的巖粉不能被沖起，從而造成孔底重復(fù)破碎量的增大，使破碎效率下降；同時(shí)，過多的巖粉堆積，也造成合金散熱不好，使溫度增高，耐磨性降低；有時(shí)還易引起堵水、憋泵的現(xiàn)象。但過大的泵量會(huì)沖毀巖心或孔壁，并使

22、鉆壓下降，使鉆速降低。當(dāng)采用大泵量時(shí)，則必須給予一定的重視。送入孔內(nèi)的沖洗液量、主要是用于清除孔底產(chǎn)生的巖粉和冷卻鉆頭。把孔底破碎下來的巖屑及時(shí)沖離孔底，就為連續(xù)破碎巖石新鮮面創(chuàng)造了條件，從而避免重復(fù)破碎巖屑和無益地消耗功能。同時(shí)，孔底清潔也減少了鉆具的磨損和防止某些孔內(nèi)事故的發(fā)生。在某些比較松軟的巖層，沖洗液流可起到噴射碎巖作用（如石油鉆井中的噴射鉆井），因此，在硬合金鉆進(jìn)中，盡可能采用較大的泵量是有益的。沖洗液量應(yīng)保證把巖屑顆粒帶出地表。18.影響地層可鉆性的因素有哪些？一、巖石可鉆性的概念 1、巖石可鉆性的概念 ：巖石可鉆性是表示鉆進(jìn)過程中巖石破碎的難易程度。在鉆探生產(chǎn)中通常用機(jī)械鉆速作

23、為衡量巖石可鉆性的指標(biāo)，單位是mh。 2、巖石的可鉆性及可鉆性分級(jí)的意義 巖石的可鉆性是在一定鉆進(jìn)方法下巖石抵抗鉆頭破碎它的能力。它反映了鉆進(jìn)作業(yè)中巖石破碎的難易程度，它不僅取決于巖石自身的物理力學(xué)性質(zhì)，還與鉆進(jìn)的工藝 技術(shù)措施有關(guān)，所以它是巖石在鉆進(jìn)過程中顯示出來的綜合性指標(biāo)。由于可鉆性與許多因素有關(guān)，要找出它與諸影響因素之間的定量關(guān)系十分困難，目前國(guó)內(nèi)外仍采 用試驗(yàn)的方法來確定巖石的可鉆性。不同部門使用的鉆進(jìn)方法不同，其測(cè)定可鉆性的試驗(yàn)手段，甚至可鉆性指標(biāo)的量綱也不盡相同。例如，地勘部門在回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中以單 位時(shí)間的鉆頭進(jìn)尺（機(jī)械鉆速）作為衡量巖石可鉆性的指標(biāo)，分成12個(gè)級(jí)別，級(jí)別越大的巖石越

24、難鉆進(jìn)；在沖擊鉆進(jìn)中常采用單位體積破碎功來進(jìn)行可鉆性分級(jí)。 而在石油鉆井部門則以機(jī)械鉆速與鉆頭進(jìn)尺的乘積或微型鉆頭的鉆時(shí)作為衡量指標(biāo)，分成10個(gè)級(jí)別。 19. 鉆孔灌注樁的基本流程。述題 每題25分。1. 鉆探工程在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中能夠發(fā)揮哪些作用？我國(guó)人口多、資源相對(duì)不足。目前資源短缺已成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。巨大的資源缺口將成為長(zhǎng)期制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要因素。快速勘查發(fā)現(xiàn)礦產(chǎn)資源后備基地，確保國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全已成為十分迫切的戰(zhàn)略任務(wù)。發(fā)深部地質(zhì)巖心鉆探關(guān)鍵技術(shù)與裝備無論是提升我國(guó)的鉆探技術(shù)水平還是滿足資源勘探的迫切需求都是非常必要的；對(duì)緩解目前資源短缺制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸、發(fā)現(xiàn)新的礦產(chǎn)

25、地、拓展新的找礦空間實(shí)現(xiàn)資源可持續(xù)發(fā)展意義重大?！彪S著科技進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，巖土鉆掘工程在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著越來越大的作用 。已廣泛應(yīng)用于：(1) 礦產(chǎn)資源勘探和部分礦產(chǎn)的開采；(2) 水文地質(zhì)勘探和水井鉆；(3) 工程地質(zhì)勘查和生態(tài)環(huán)境研究；(4) 地質(zhì)災(zāi)害的防治與環(huán)境治理；(5) 工民建和道路橋梁的基礎(chǔ)工程；(6) 國(guó)防工程及海岸工程；(7) 科學(xué)鉆探。 地質(zhì)礦產(chǎn)勘探鉆進(jìn)；水文水井鉆進(jìn)；工程地質(zhì)勘察、基礎(chǔ)工程施工鉆進(jìn)；油氣井鉆進(jìn)；爆破孔鉆進(jìn)(采礦、物探)；科學(xué)鉆探（海洋、湖泊、大陸、環(huán)境、冰川、外星）；地?zé)?、干熱巖鉆采；水力采礦；核廢料掩埋、二氧化碳掩埋等；地質(zhì)災(zāi)害治理（邊坡錨固、抗滑樁、止水

26、帷幕等）；非開挖鋪管；文物考古鉆探；豎井鉆鑿（礦山、地下核試驗(yàn)等）；搶險(xiǎn)救災(zāi)（地下滅火、通風(fēng)孔等）2. 泥漿在鉆探工程中的重要作用是什么？鉆井液（原稱泥漿）是指鉆井中使用的工作流體。泥漿是廣泛使用的鉆井液，主要適用于松散、裂隙發(fā)育、易坍塌掉塊、遇水膨脹剝落等孔壁不穩(wěn)定巖層。鉆井液 - 其主要功能如下：1.沖洗井底：鉆井液可在鉆頭水眼處形成高速的液流，噴向井底。這高速噴出的鉆井液可將由于鉆井液壓力與地層壓力差而被壓持在井底的巖屑沖起，起沖洗井底的作用。2.攜帶巖屑：當(dāng)鉆井液在環(huán)空的上返速度大于巖屑的沉降速度時(shí)，鉆井液可將井中的巖屑帶出，即在一定的上返速度下，鉆井液有攜帶巖屑（簡(jiǎn)稱攜巖）的作用。3

27、.平衡地層壓力：鉆井液的液柱壓力必須與地層壓力相平衡才能達(dá)到防止井噴或者鉆井液大量漏進(jìn)地層的目的?？赏ㄟ^調(diào)整鉆井液密度控制鉆井液的液柱壓力，使它與地層壓力相平衡。4.冷卻與潤(rùn)滑鉆頭：鉆井液可將鉆井過程中鉆具（鉆頭與鉆柱）與地層摩擦產(chǎn)生的熱帶至地面，起冷卻作用。同時(shí)，鉆井液能有效地降低鉆具與地層的摩擦，起潤(rùn)滑作用。5.穩(wěn)定井壁：可在鉆井液中加入適當(dāng)?shù)奶幚頇C(jī)，使鉆井液具有抑制頁(yè)巖膨脹和（或）分散的能力，同時(shí)產(chǎn)生薄而韌的濾餅，起穩(wěn)定井壁的作用。6.懸浮巖屑和密度調(diào)整材料：當(dāng)停止循環(huán)時(shí)，鉆井液處于靜止?fàn)顟B(tài)，其中的膨潤(rùn)土顆?？苫ハ嗦?lián)結(jié)，形成結(jié)構(gòu)，將巖屑懸浮起來。若鉆井液中加有密度調(diào)整材料（如重晶石），則

28、在停止循環(huán)時(shí)，鉆井液也可將它懸浮起來。鉆井液懸浮巖屑和密度調(diào)整材料的能力，可使鉆井液停止循環(huán)后易于再啟動(dòng)。7.獲取地層信息：通過鉆井液攜帶出的巖屑，可以獲取地層許多信息，如油氣顯示、地層物性等。8.傳遞功率：鉆井液可將鉆井液泵的功率經(jīng)鉆柱從鉆頭水眼高速噴射傳到井底，提高鉆頭的破巖能力，加快鉆井速度。鉆進(jìn)過程中，用液體或氣體的連續(xù)循環(huán)把孔內(nèi)的巖屑沖洗或吹洗出來，稱為鉆孔沖洗。沖洗用的介質(zhì)，不論是液體還是氣體習(xí)慣上都被叫做沖洗液或鉆井液(drilling fluid)。由于早期的沖洗液多為粘土與水的混合物，所以沖洗液也被籠統(tǒng)地稱做泥漿(mud) ，泥漿這個(gè)術(shù)語(yǔ)一直沿用，現(xiàn)在還有不少人把沖洗液統(tǒng)稱為

29、泥漿。鉆井液作用：懸浮和攜帶巖屑及加重劑；平衡地層壓力和井壁側(cè)壓力，穩(wěn)定井壁，防止井噴、井漏和井塌等事故的發(fā)生；傳遞水功率，幫助和破碎巖石；冷卻和潤(rùn)滑鉆頭及鉆具；為井下鉆具提供動(dòng)力；部分地支承鉆柱和套管的重量；從鉆井液中獲得所鉆地層的地質(zhì)資料。冷卻、排粉、潤(rùn)滑、支撐沒有泥漿的保護(hù)，鉆井井壁會(huì)遇水膨脹、縮徑，甚至流散、垮孔 。3為什么說上天難、入地更難？地表下面的溫度，壓力隨著深度的增大而不斷增大，還沒有那種工具能抵擋住這種考驗(yàn)相反，空中沒有這些阻礙，只需要足夠快的速度來擺脫地球的引力就行了材料自身的影響。由于鉆進(jìn)的深度加深，在起下鉆具時(shí)，鉆桿柱上部承受所有鉆桿重量，需要有很高的抗拉強(qiáng)度，而鉆桿

30、柱的底部在鉆進(jìn)時(shí)承受壓力及回轉(zhuǎn)扭矩，對(duì)其抗彎強(qiáng)度有很高的要求，由于材料自身的限制，不可能使鉆桿無限長(zhǎng)。但是航天中則航天器飛的高低則沒有此限制。 鉆遇的地層復(fù)雜且不可見。由于地球的地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，尤其是在比較深的地層更是惡劣。在高溫、高壓條件下，不僅巖石堅(jiān)硬、難鉆，且?guī)r石具有一定塑性，易產(chǎn)生孔底縮徑事故，甚至在下鉆進(jìn)，找不到井眼。鉆孔的過程中會(huì)遇到各種各樣的地層，這對(duì)鉆探工程提出了比航天工程更高的要求。當(dāng)鉆遇硬巖陡斜地層時(shí)，極易產(chǎn)生鉆孔彎曲，面且隨著鉆孔的加深，鉆孔彎曲度呈指數(shù)曲線增加，從而給鉆進(jìn)工作帶來極大困難。而航天的空間無限大，可以不考慮這么多因素。鉆探工程中設(shè)備工作條件惡劣。在一般的鉆

31、探過程中，鉆探設(shè)備都工作在高負(fù)荷情況下。除此之外，由于要實(shí)時(shí)地對(duì)鉆探工作依據(jù)地層的變化作出相應(yīng)的調(diào)整，因此還要對(duì)工作設(shè)備準(zhǔn)確性以及可靠性作出更高的要求。采用一般化學(xué)處理劑處理的泥漿將會(huì)失掉其穩(wěn)定性，如鉆遇高壓流體，將導(dǎo)致井涌、井噴。因此鉆探設(shè)備應(yīng)同時(shí)滿足重載和實(shí)時(shí)性以及準(zhǔn)確性的要求，航天中的空間大，應(yīng)變性好，這對(duì)鉆探技術(shù)的要求比航天工程更加高了。 工作設(shè)備和控制設(shè)備的通信艱難。在航天過程中，要從地面觀測(cè)和控制航天器是相對(duì)簡(jiǎn)單的，可以直接通過無線電磁傳播即可，因?yàn)殡姶挪梢栽谡婵罩袀鞑ィ畔⒔换ミ^程中沒有很大的障礙。相反由于鉆探工程的工作設(shè)備鉆頭往往在地底下，電磁波的傳輸受到的往往很容易受到干擾，很難及時(shí)的提取到地下工作設(shè)備所反饋的信息。超井深作業(yè)難度大。比如英國(guó)研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)小組將首次向地下鉆探到達(dá)地幔，并從那里取回樣本。這項(xiàng)令人難人置信的大工程將需要在海床上鉆通5英里(約8045米)堅(jiān)硬的巖石，其溫