钻探工程考题

绪论绪论 1 钻探工程的基本过程 钻探工程的基本过程 是有动力机 电机 柴油机 带动钻机回转 并由钻机供给钻杆柱一 定的轴向压力和扭拒 从而使钻头勊取岩石 达到不断向深部钻进获 取地质资料的目的 2 钻进的 钻进的 3 个基本作业 个基本作业 2 个基本工序 两项重要内容是什么 个基本工序 两项重要内容是什么 破碎岩石 清除岩屑 维护孔壁是钻探工作的基本作业 钻进和升降两个必要的基本作业程序 或称工序 采取岩心或收集岩屑 这是钻探的一个中心问题和必要环节 岩心采取和防止钻孔弯曲是钻探工作的两项重要内容 3 什么是钻进规程 什么是钻进规程 4 钻探工程的应用范围和分类 钻探工程的应用范围和分类 1 找矿 1 地质普查钻探 为了查明地层性质及产状 了解地层及地质构造 或验证物探资料而进行的普查找矿钻探 2 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 3 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 4 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 5 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 6 地热钻探 为寻找地下热源而进行的钻探 7 海洋钻探 为探明海底下的矿物而进行的钻探 2 开采矿产资源 1 为民用和工业用的普通水资源的开采而钻进的供水井 2 为民用取暖和工农业用的热水资源的开采而钻进热水供水井 3 为开发能源而在陆地和海洋上进行的石油和天然气的开采钻井 4 为开采盐矿而钻的对接孔 5 为开采垃圾沼气而钻的采气孔 3 工程施工 6 利用钻进技术建造导弹 卫星发射井 7 利用钻进技术把核废料或其他有害物埋在地下深部的处理井 8 代替开凿隧道而进行的大直径钻井或管棚钻进 9 矿山各种辅助设施孔 如通风孔 疏导地下水孔以及电缆孔等 10 为安装室内设备 如空调等 而进行的微型孔钻进 按钻头所用切削材料分类 金刚石钻进 硬质合金钻进 钢粒钻进 按碎岩方式分类 回转钻进 冲击钻进 冲击回转钻进 回转冲击钻 进 按冲洗液循环方式钻进 正循环钻进 反循环钻进 孔底局部反循环 钻进 按钻进目的分类 地质钻进 石油钻进 水井钻进 工程施工钻进 5 钻孔及其要素 钻孔及其要素 钻孔要素 即钻孔直径 钻孔方向和钻孔深度 6 根据孔深 钻孔可分为哪几类 根据孔深 钻孔可分为哪几类 浅孔 0 150m 常用于物探地质调查 水文及工程地质勘查 中深孔 150 1 000m 为勘探一般矿藏时所采用 深孔 l 000m 以上 一般为勘探开发石油以及科学深钻时采用 第一章第一章 钻进设备钻进设备 1 什么是钻探设备 什么是钻探设备 从事钻探工作所使用的全套技术装备 6 钻机的作用 钻机的作用 是实施钻具的回转和给予轴向压力 以破碎岩石加深钻孔 完成从孔 内起下钻具或升降套管等工作 7 钻探工艺要求钻机能完成的工序是 钻探工艺要求钻机能完成的工序是 提供使钻杆柱及碎岩钻具 钻头 回转的动力 具有能使钻杆柱及碎岩钻头继续前进的能力 以达到不断破碎岩石 连续钻进的目的 当钻头磨钝后 需要提取岩心及处理有关井内事宜时 钻机具有使 钻杆柱及钻进工具提出孔口及再下入孔内继续下一个回次钻进的能力 8 回转式钻机的基本组成有那些 回转式钻机的基本组成有那些 回转机构 给进机构 升降机构 传动机构 操纵装置及机座等基本 部分组成 9 回转器有哪几种方式 回转器有哪几种方式 立轴式 转盘式二大类 10 要求回转器的结构与性能必需满足那些要求 回转器的转速和扭矩的性能应能适应钻进工艺孔内情况变化的要求 要求回转器能反向回转 回转器应有良好的导向作用 根据使用要求回转器应能在一定范围内变更倾角 可钻进不同方向 的钻孔 回转器应做到回转运动平稳 震动摆动小 11 给进机构任务是 给进机构任务是 量钻具重量 进行加压或减压钻进 调节和保持孔底钻头上的轴向 压力和钻进速度 并根据钻头的钻进速度给进钻具 保证钻头连续不 断地钻孔 平衡钻具重量 倒杆 提动和悬挂钻具 强力起拔钻具等 12 给进机构其性能应满足那些工艺要求 给进机构其性能应满足那些工艺要求 能根据地层性质 钻进方法 钻头类型和直径 无级调节轴心压力 能无级地调节钻进速度 最好能自动调节 有快速提升和一定的起重能力 应能准确迅速地反映孔内情况 以便及时掌握和分析孔内情况 调 整钻进工艺或采取处理措施 因此要具有一定的观测装置 如孔底压 力 进尺和钻速的观测仪表等 要尽可能缩短辅助工序时间 13 传动机构的任务是 传动机构的任务是 传递与切断动力 变速与变矩 实现柔性传动和过载保护 分配动力 与换向 改变运动形式 如将旋转运动转变为往复运动及驱动仪表等 14 钻机的技术参数是什么的重要依据 钻机的技术参数是什么的重要依据 钻机的技术参数是选择钻机 使用钻机及评价钻机的重要依据 15 钻机的技术特性参数包括那些内容 钻机的技术特性参数包括那些内容 钻机的能力参数 各工作机构的工作参数 配备动力机的有关参数 钻机的重量及总体尺寸等 16 选用 评价钻机的原则有那些 选用 评价钻机的原则有那些 钻进能力参数 回转系统参数 钻机给进系统参数 钻机升降系 统参数 17 钻探对钻机的要求有那些 钻探对钻机的要求有那些 具有适合钻进规程需要的转速和调节范围 以便有效的破碎岩石 向钻头传递足够的轴心压力 并有适当的调节范围 以适应最优的 钻压选择 能完成升降钻具工作 并能随钻具的变化而改变提升速度 具有可变换钻进角度的功能 具备处理孔内事故 纠斜的功能 工作平稳 重量轻 尺寸小 美观大方 18 泥浆泵在钻探工作中的作用 泥浆泵在钻探工作中的作用 1 清除岩屑 2 冷却 润滑钻头和钻具 3 保护井壁 4 供给钻具能 量 5 输送特种物质 6 判断孔内情况 19 钻探工作对泵的要求 钻探工作对泵的要求 根据钻探工作对泵的要求 目前钻探主要采用往复泵 1 往复式泵的工作原理 2 往复式泵的技术性能参数 3 往复式泵的 主要优点 能在冲洗液含有较高的固相含量及研磨性颗粒的条件下工作 能排送较大的泥浆中的颗粒 容易使用与维护 可靠性强 可在较大的范围内调节泥浆压力及流量 20 泵按工作原理分为哪几类 泵按工作原理分为哪几类 叶轮泵 如离心泵 单级离心泵 多级离心泵 潜水泵 深井泵 轴 流泵 混流泵 漩涡泵等 依靠叶轮的旋转运动输送液体 容积泵 往复泵 柱塞泵 活塞泵 回转泵 螺杆泵 齿轮泵 依靠工作时的容积变化输送液体 喷射泵 依靠液体的流动的能量输送液体 21 往复式泵的主要优点 往复式泵的主要优点 能在冲洗液含有较高的固相含量及研磨性颗粒的条件下工作 能排送较大的泥浆中的颗粒 容易使用与维护 可靠性强 可在较大的范围内调节泥浆压力及流量 第二章第二章 岩土的岩土的可钻性可钻性 1 什么是岩土的可钻性 岩土的可钻性及其分级极为重要 它是合 什么是岩土的可钻性 岩土的可钻性及其分级极为重要 它是合 理选择什么的依据 同时也是制定钻探什么的基础和考核什么的依据 理选择什么的依据 同时也是制定钻探什么的基础和考核什么的依据 是表示钻进过程中岩石破碎的难易程度 岩石可钻性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 2 在生产中 通常以什么来作为衡量岩土可钻性的指标 岩土的可 在生产中 通常以什么来作为衡量岩土可钻性的指标 岩土的可 钻性是个多变量函数 它主要受哪些因素的影响 目前国内外评价钻性是个多变量函数 它主要受哪些因素的影响 目前国内外评价 岩土的可钻性有哪些方法 岩土的可钻性有哪些方法 它首先受岩石性质 特别是岩石力学性质的影响 也受技术条件 钻 探设备和工具的类型 钻进方法 钻孔直径和深度等 和工艺条件 钻头压力 钻具转速 冲洗液数量和性能等 的影响 1 用岩石力学性质评价岩石的可钻性 2 用实钻速度评价岩石的可钻性 3 用微钻速度评价岩石的可钻性 4 用碎岩比功评价岩石的可钻性 3 钻头碎岩刃具与岩石作用的主要方式有哪些 钻头碎岩刃具与岩石作用的主要方式有哪些 切削一剪切型 冲击型 冲击一剪切型 4 碎岩刃具有各种各样 碎岩刃具有各种各样的形状 在研究的形状 在研究 时我们一般抽象为哪时我们一般抽象为哪两种压两种压 头对岩石的作用 头对岩石的作用 1 平底圆柱形压头压入时岩石的应力状态 2 球形压头压入时岩石的应 力状态 5 布西涅司克的解其正应力 布西涅司克的解其正应力 z可用可用 a z 的函数来表达 请写出函数的函数来表达 请写出函数 表达式及应力分布曲线 表达式及应力分布曲线 6 轴向力和切向力共同作用下岩石的应力分布分哪几个区 碎岩工具 轴向力和切向力共同作用下岩石的应力分布分哪几个区 碎岩工具 对岩石的作用有哪些特点 对岩石的作用有哪些特点 在半无限体内 形成正应力区 拉应力区 和过渡区 1 轴向力与切向力共同作用时 可视为碎岩工具对孔底岩石表面以 某一角度施加作用力 岩石破碎效果将由此作用力的数值和方向来决 定 2 轴向力与切向力共同作用时 碎岩工具下方岩石中产生不均匀的 应力状态 3 当岩石中出现拉应力时 在其他条件相同的情况下 岩石将在作 用力比较小的时候 在拉应力区开始破碎 1 载荷大小的形响 2 破碎工具形状的形响 3 施力方式的影响 4 环境的形响 7 岩石变形破碎有哪几种方式 岩石变形破碎有哪几种方式 表面破碎区 疲劳破碎区 体积破碎区 8 平底圆柱型 球型 平底圆柱型 球型 尖楔状切削具压入时的岩石变形破碎过程 尖楔状切削具压入时的岩石变形破碎过程 平底圆柱型 压模压入岩石时破碎过程是呈循环式的 即从岩石弹性 变形 塑性变形 形成主压力体 剪切体剪出 压模跳跃或下落完成 一个循环 然后再开始一个新的破碎循环 球型 在球状切削具压入条件下 从理论上说 开始时切削具与岩石 接触的是一个点 实际上是一个非常小的表面积 随着外载的增加 由于切削具和岩石都产生弹性变形 这个接触面开始增大 由于应力分布不均匀 所以在岩石内产生剪应力 导致形成小的剪切 和岩屑 图 a 外载增加时 接触面增大 产生与原有裂隙平行的新裂隙系 图 b 如果外载再增加 则接触面增大 产生的新裂隙系向岩石深处伸展 外载继续增加时 在接触面上的应力增大 裂隙向岩石内伸展的深度 随接触面上应力的增加而增大 以后的破碎过程与平底压模时类似 尖楔状 在尖楔状切削具磨圆部分下方 首先产生弹性变形 然后产 生挤压和压碎 图 a 此后 切削具切入岩 石 切入深度与剪切角 0 和刃尖角 有关 继续施加外载时 在 1 0 的角度下产生剪切体 m o a 和 b o n 图 b c 切削具以小体积剪切方式来破碎岩石 一直继续到切削具侧刃的表面 接触到未破碎岩石的侧壁上为止 图 d 此后切削具象主压力体的作用一样 产生大体积 mon 的剪切 切削具 继续切入岩石时 上述过程将重复进行 图 e 9 关于破碎岩石时消耗的能量与破碎产物的关系 黎金格尔定律和基 关于破碎岩石时消耗的能量与破碎产物的关系 黎金格尔定律和基 尔别切夫定律 尔别切夫定律 黎金格尔定律认为 固体破碎功与破碎过程中物体表面积的增加成比 例 即 随着粉碎度的增加破碎功与破碎产物粉碎度的关系是指数关 系 基尔比切夫定律认为 破碎功与物体破碎的体积成比例 基尔比切夫 定律则是直线关系 10 常用哪些指标来衡量岩石破碎的效果 常用哪些指标来衡量岩石破碎的效果 1 岩石破碎过程的发展不是随载荷的增加而平稳进行的 2 只有当载荷达到某一定值时 才能产生大体积剪切破碎 3 当载荷不足以产生大剪切时 只能根据弹塑性不同在岩石中产生压 裂或压皱作用 形成裂隙 4 载荷过小时 在岩石表面形成微小裂 5 在实际钻进中 在轴向力和水平力 转矩 作用下破碎岩石时实际 上是一个由数个小剪切和一个大剪切组成的不断循环的过程 第三章 回转钻进 第一节第一节 硬质合金钻进硬质合金钻进 1 什么是硬质合金钻进 适用于哪些岩层 有哪些特点 什么是硬质合金钻进 适用于哪些岩层 有哪些特点 利用镶焊在钻头体上的硬质合金切削具作为碎岩的工具的钻进方法 它适用于软岩层及中硬岩层的钻进工作 即可钻进 1 4 级软的沉积岩 及中硬的 5 7 级及部分 8 级岩浆岩和变质岩 1 由于切削具固定在钻头体上 它可以钻进任意倾角的钻孔 不受孔 向 孔径和孔深的限制 2 可以根据不同的岩性和要求 合理地设计和选择钻头的结构 以便 在不同的岩层中取得较优的效果 并满足工作要求 3 钻进中操作简便 容易掌握 4 钻孔质量容易保证 岩心采取率较高 孔斜较小 2 硬质合金钻进对塑性岩石来说 钻头切削具切入岩石的必要条件 硬质合金钻进对塑性岩石来说 钻头切削具切入岩石的必要条件 是什么 钻头切削具的切入深度与钻压 切削具宽度 刃尖角及岩是什么 钻头切削具的切入深度与钻压 切削具宽度 刃尖角及岩 石的抗压强度成什么比例关系 对脆性岩石来说 回转切削过程的石的抗压强度成什么比例关系 对脆性岩石来说 回转切削过程的 实质是什么 实质是什么 切削具与岩石接触面上的单位压力必须大于或至少等于岩石的抗压 入强度 压入硬度 对塑性岩石来说 切入深度 h0 与轴向压力 Py 成正比 而与切削具的 宽度 b 刃尖角 的正切 以及岩石的抗压入强度成反比 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 不断循环的过程 3 在硬质合金钻进过程中 在碎岩的同时 在硬质合金钻进过程中 在碎岩的同时 也伴随着切削具的磨损 也伴随着切削具的磨损 切削具被磨损的程度由哪些因素所决定 切削具被磨损的程度由哪些因素所决定 1 绝对磨损 是切削具高度的磨损 也称总磨损 2 相对磨损 可分为 单位时间的磨损 单位进尺的磨损 单位摩擦功的磨损 4 如何计算切削具磨损的高度 如何计算切削具磨损的高度 式中 岩石的压入硬度 f 岩石与切削具的摩擦系数 R r 切削具宽度 R r 钻头平均直径 切削具刃尖角 和摩擦角 所决定的系数 不同岩石硬合金切削具的抗磨性 能系数值可查表 5 钻探用硬质合金切削具有哪些形状 形状的确定主要考虑哪些因素 钻探用硬质合金切削具有哪些形状 形状的确定主要考虑哪些因素 片状 柱状 针状 1 有利于破碎岩石 2 有利于抗磨损 3 有利于抗 断 抗崩 4 有利于镶焊和修磨 6 取心式硬质合金钻头的结构要素有哪些 硬质合金切削具在空白 取心式硬质合金钻头的结构要素有哪些 硬质合金切削具在空白 钻头上镶嵌形式有几种 构成刃口有哪几个角度 钻头上镶嵌形式有几种 构成刃口有哪几个角度 钻头体 切削具的出刃 切削具的镶焊角度 切削具在钻头上的排列 和布置 切削具的数目 水口 水槽的形式与数目等 切削具在钻头底面的排列 有均布排列和密集排列两种类型 当 0 时 即 900 切削具垂直于钻头唇面 称为直镶 当 为正时 即 900 时 称为负斜镶 7 硬质合金切削具在钻头底面上有几种排列方式 硬质合金切削具在 硬质合金切削具在钻头底面上有几种排列方式 硬质合金切削具在 钻头底面上的排列形式 应考虑哪些因素 钻头底面上的排列形式 应考虑哪些因素 均布排列 单环排列 多环排列 密集排列 堆状排列 硫松排列 切削具应成组地排列在钻头底端 每组完成一个环槽宽度的切削 有利于玻碎岩石 即将孔底环宽分成多环来分别破碎岩石 造成更 多的自由面 有利于碎岩 尽量提高抗磨能力 并使各个切前具的磨损均匀 以免局部磨损过 多而影响整个钻头的寿命 便于排除岩粉 减少岩屑对切削具的磨损和避免重复碎岩 8 取心式硬质合金钻头分为哪几类 取心式硬质合金钻头分为哪几类 磨锐式钻头 自磨式钻头 9 硬合金钻进规程包括哪些 什么是最优钻进规程 硬合金钻进规程包括哪些 什么是最优钻进规程 强力钻进规程 强力钻进规程 特殊钻进规程 特殊钻进规程 钻进规程 是指为提高钻进效率 降低成本 保证质量所采取的技术 措施 通常指可由操作者人为改变的参数组合 生产中有不同的钻进规程 最优规程 合理规程 专用规程 指在一定地质条件和钻进方法下 为保证钻孔质量 获取最高钻速或 最低钻进成本而选择的钻进参数搭配 在给定条件下 当规程参数选择受到某种制约时 例如设备功率不足 钻具强度不够 冲洗液泵量不足等 在保证钻孔质量的同时争取最大 钻速的钻进参数组合叫做合理规程 为完成特种取心 纠斜 定向钻进等任务所采用的参数组合称为专用 规程 10 如何确定最优的回次钻程时间 如何确定最优的回次钻程时间 l 利用 VM t 和 VR t 两曲线的交点来确定 to 在钻进过程中 随 时计算 VM VR H t T 当两者相等时 此时间即为最优钻程时间 t0 即结束钻程而起钻 2 利用回次进尺曲线的相应切点来确定 to 当直线 AB 与 H t 曲线相切时 to 为最大值 也即 VR 为最大值 与该切点相对应的时间即为 to 2 利用回次进尺曲线的相应切点来确定 to tgrR ntrRfP tgrR P h yy 2 在实际应用中 当某一孔深的 T 确定后 即 A 点确定后 可依 A 点为 中心 用一直尺的边代替 AB 随着钻进 不断绘出 H t 曲线 当直尺 与曲线相切时 便可结束钻程而起钻 11 不同地层的钻进特点有哪些 不同地层的钻进特点有哪些 该类岩层容易切入 所以应选用适当的钻压 使切刃切入岩石适当深 度后 应尽量采用快的转速 以提高机械钻速 选用的规程应为 适 当的钻压 较快的转速及较大的泵量 即采用 中压 快转 大泵量 的钻进规程 同时选用优质泥浆护孔 以保护孔壁 对中硬地层岩层 应选用大钻压 中转速和适当的泵量 一般称为 大 压 中速 中泵量 的钻进规程 在高研磨性岩层 应充分发挥大钻压的作用 选用适当小的转速和较 大的泵量 使孔底保持清洁 以减小磨损 在钻头选用上 可选用抗 磨性能强的磨锐式硬合金钻头或自磨式硬合金钻头 在裂隙地层 应选用较低的钻压 中等转速 中等泵量 钻速要求应 适当 以避免切削具崩断和钻孔偏斜 在钻头选用上 应选用抗崩刃 和抗折断能力强的 负前角 钻头 第二节第二节 牙轮钻头钻进牙轮钻头钻进 1 牙轮钻头钻进的特点有哪些 牙轮钻头钻进的特点有哪些 1 牙轮在孔底绕钻孔轴线和绕牙轮轴滚动时 对岩石起压入 压碎 剪切作用的同时 带有一定频率的冲击 在几种破碎方式联合作用下 碎岩 提高了碎岩效果 2 牙轮靠滚动和滑动 回转时转矩小 消耗的功率小 3 轴心载荷均匀分布在碎岩牙轮上 在牙齿与岩石不大的接触面积 上 造成很高的比压 提高了碎岩效果 4 牙轮沿孔底滚动时 牙齿与岩石的接触传递为瞬时的 接触时间 短 减少了牙齿的磨损 延长牙齿的寿命 5 牙齿与岩石接触的时间短 因接触摩擦而产生的热量少 此热量 在牙轮回转一周中可由冲洗介质完全带走 因此不会因过热而降低牙 齿的力学性能 2 牙轮钻头的基本参数有哪些 牙轮钻头的基本参数有哪些 1 钻头直径 2 牙轮轴线偏移值 移轴 3 牙轮轴线与钻头轴线夹角 4 牙轮的形状及布置 5 牙轮上牙齿的布置 3 牙轮钻头的碎岩原理 牙轮钻头的碎岩原理 1 冲击 压碎作用 钻进时 加在钻头上的轴心载荷 静载 使牙齿压碎岩石 这就是压 碎作用 钢齿钻头的压入压碎是尖楔工具对岩石的压入压碎过程 而镶硬合金 的球齿钻头 则是球形工具压入压碎岩石的过程 同时 钻头旋转时 牙轮的纵向振动 产生冲击载荷 动载 使牙齿 冲击破碎岩石 称为冲击破碎 2 剪切破碎作用 牙轮齿对岩石的剪切破碎作用 是由于牙齿相对孔底岩石的滑 动而产生的 产生滑动的主要因素是由于牙齿布置时的超顶 移轴和复锥而产生的 4 钻压 转速对牙轮钻进的影响是什么 钻压 转速对牙轮钻进的影响是什么 实验表明 钻进速度与钻压之间呈非线性关系 由图看出 牙轮钻进的钻压有个门槛值 当钻压小于这个门槛值时 根本不进尺 钻压值在 ab 区间内 钻进速度较低 在 be 段钻 压与钻速成正比 当钻压处于 cd 段时 随着钻压的增加 钻速增加的 速率呈下降趋势 当超过 d 点时钻压的增加反而会引起钻速的下降 在一定范围内 转速与钻速成正比 当超过这个范围 随转速的增加 钻进速度的增加率减小 第三节金刚石钻进第三节金刚石钻进 1 金钢石钻进有哪些特点 金钢石钻进有哪些特点 钻进效率高 特别是在岩石硬度大的地层 钻进效率提高的幅度较 大 钻孔质量好 岩心采取率比较高 而且岩心完整 光滑 金刚石钻进的钻孔弯曲较小 孔内事故少 应用范围广 装备轻 劳动强度低 钻探成本小 2 金刚石聚晶烧结体和金刚石复合片各有哪些特点 金刚石聚晶烧结体和金刚石复合片各有哪些特点 它的特点是 1 耐热性好 有的达 12000C 时热稳定性性能基本不变 可与天然金 刚石媲美 甚至超过天然金刚石 2 抗压强度高达 3000MPa 3 可以直接合成所需的片 块 圆柱等形状和一定大小的单体 4 致密 晶体交互生成 无裂隙 耐磨性能好 5 用于钻进中硬及部分硬地层 但由于硬度较低 不能用于大部分 硬和坚硬地层 复合片的特点 1 复合片金刚石层中的金刚石含量高达 99 粘结金属含量仅占 1 左右 故金刚石层硬度高 耐磨性极好 2 复合片金刚石层很薄 一般控制在 0 5 1mm 左右 因此 刃口 锋利而且始终保持自锐 3 金刚石的有哪些物理力学性质 金刚石的有哪些物理力学性质 颜色 抗压强度 耐磨性 热膨胀系数 导热性 热稳定性 电磁性 荧 光 4 钻探对金刚石有哪些要求 钻探对金刚石有哪些要求 5 金刚石钻头破碎岩石机理是什么 金刚石钻头破碎岩石机理是什么 金刚石钻头破岩过程存在着研磨 切削 压裂 压碎等破岩形式 表镶钻头 分析其破碎岩石过程时 取单颗金刚石为研究对象 并将 其视为球体 如上图所示 理论和试验表明 表镶金刚石钻头破碎坚硬脆性岩石时 其主要破碎 方式为压裂 压碎加体积剪切 而切削破碎方式是次要的 在破碎塑性大的硬及中硬岩右时 则主要以切削方式破碎岩石 而以 压裂压碎为辅 孕镶钻头 所用的金刚石的粒度小 且埋藏于胎体之中 其实际碎 岩机理和砂轮磨削类似 如图所示 以刃具面多而小 金刚石对岩石进行刻划磨蚀 微切削 微压裂压碎 6 金刚石钻头有哪几部分组成 分为哪几类 金刚石钻头有哪几部分组成 分为哪几类 金刚石钻头破岩过程存在着研磨 切削 压裂 压碎等破岩形式 表镶钻头 分析其破碎岩石过程时 取单颗金刚石为研究对象 并将 其视为球体 如上图所示 理论和试验表明 表镶金刚石钻头破碎坚硬脆性岩石时 其主要破碎 方式为压裂 压碎加体积剪切 而切削破碎方式是 次要的 在破碎塑性大的硬及中硬岩右时 则主要以切削方式破碎岩 石 而以压裂压碎为辅 孕镶钻头 所用的金刚石的粒度小 且埋藏于胎体之中 其实际碎 岩机理和砂轮磨削类似 如图所示 以刃具面多而小 金刚石对岩石进行刻划磨蚀 微切削 微压裂压碎 7 选择金刚石钻头的原则 选择金刚石钻头的原则 1 软至中硬和完整均质岩层 一般宜 用天然表镶钻头 复合片钻头 聚晶钻 头 部分可用烧结体钻头 2 硬至坚硬致密的岩层 7 12 级 一 般宜用孕镶钻头 或细粒表镶金刚石钻 头 3 在破碎 软硬互层 裂隙发育或强研磨性岩层 如煤系地层 宜 用耐磨性好的 补强的电镀孕镶钻头 选择金刚石钻头的原则 4 强研磨性岩层 用高耐磨性胎体 中等研磨性岩层 用中等耐磨 性胎体 弱研磨性岩层 选用低耐磨性胎体 5 复杂岩层 研磨性越强 越硬 选用金刚石品级好 粒度相对细的 钻头 6 强研磨性 较破碎的岩层 在保证金刚石包镶良好的条件下 选 用金刚石浓度较高的钻头 反之 均质致密 弱研磨性的岩层 选用金刚石浓度较低的钻头 7 岩层软 排粉多 选用复合片钻头或聚晶钻头 第四节第四节 钢粒钻进钢粒钻进 1 钢粒钻进的特点有哪些 钢粒钻进的缺点和使用上的局限性 钢粒钻进的特点有哪些 钢粒钻进的缺点和使用上的局限性 作为碎岩磨料的钢粒 不被固定在钻头上面 而是在周围岩石的限制 下 靠钻头的底唇把钢粒压在其下 随着钻头的转动 带动钢粒在岩 石上面不断滚动 达到破碎岩石的目的 1 钢粒钻进不适宜用小口径钻进 2 钢粒钻进不能用于钻进小倾角的 接近于水平的钻孔 只适用于钻 进倾角 75 90 的钻孔 3 钢粒钻进不能钻进大裂隙 空洞或涌水 量大的地层 在这些地层中 钢粒会漏失或被冲走 4 对冲洗液量 的调节和掌握 必须适应孔底钢粒分布及分选的要求 且需随着孔底 情况的变化而改变 2 钢粒钻进的碎岩方式有那些 钢粒钻进的碎岩方式有那些 1 压碎碎岩 2 压裂碎岩 3 井底脉动冲击作用 3 钢粒钻进的投砂方法有哪些 钢粒钻进的投砂方法有哪些 1 投砂方法及投砂量 向孔底供给钢粒的方法称投砂方法 钢粒钻进的投砂方法有三种 即 一次投砂法 结合投砂法和连续投砂法 其中以一次投砂法使用最为 广泛 第四章第四章 冲击及冲击回转钻进冲击及冲击回转钻进 1 什么是冲击回转钻进 它对哪些岩石有很好的效果 冲击回转钻进 什么是冲击回转钻进 它对哪些岩石有很好的效果 冲击回转钻进 用钻头有哪些主要的类型 用钻头有哪些主要的类型 冲击回转钻进是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 此种方法对 破碎坚硬和研磨性岩石冲击回转钻进用钻头的特点有很好的效果 冲击回转钻进用钻头的特点 1 冲击回转钻进时钻头刚体承受冲击荷载 轴向静载和扭矩 2 取心冲击钻头壁厚较普通取心钻头厚 3 钻头体的外形多呈多边形 4 为使钻头切削具承受大冲载 5 切削具的出刃形式多为平底形 且出刃量较大 2 液动冲击回转钻进用钻头 液动冲击回转钻进用钻头 取心式硬合金钻头 金刚石钻头 3 风动冲击回转钻进用钻头 第五章第五章 其它钻进方法其它钻进方法 第一节 机械振动钻进 第二 节 机械螺旋钻进 长螺旋钻 短螺旋钻 环状螺旋钻 第三节 旋挖式钻机钻进 第六章第六章 钻孔冲洗及护壁堵漏钻孔冲洗及护壁堵漏 1 钻孔冲洗液的功用 钻探对冲洗液有哪些要求 钻孔冲洗方式有 钻孔冲洗液的功用 钻探对冲洗液有哪些要求 钻孔冲洗方式有 几种 几种 实质 冲洗介质在孔内的连续或定期的循环 达到清洗孔底 携带和 悬浮岩屑与岩粉 冷却钻头 保护孔壁等多种目的 1 清洗孔底 携带和悬浮岩屑 2 冷却钻头 3 润滑钻头和钻具 4 保护孔壁 5 其他功用 1 冲洗液的性能应能在较大的范围内进行调节 以便适应钻进各种复 杂地层 2 冲洗液应有良好的冷却散热能力和润滑性能 3 冲洗液在使用中应能抗各种外界干扰 其性能基本保持稳定 4 冲洗液的使用应不妨碍或有利于取心 防斜 测井等工作的进行 5 冲洗液应不腐蚀钻具和地面的循环设备 冲洗液应无毒和不污染环 境 1 全孔正循环 2 全孔反循环 2 冲洗介质的种类及使用范围有哪些 冲洗介质的种类及使用范围有哪些 冲洗液按介质的不同 可分为 气体 液体 按形成的分散体系不同可分为 纯气体 液 气 气 液 固 液 固 气 液 液 纯液体的 7 种 选择冲洗液的主要依据是 保证钻进过程中孔壁稳定 减少钻具的回 转阻力和震动 预防钻孔漏失或喷涌 保持生产层的自然渗透性 保 证高的岩矿心采取率和品质 保证有较高的技术经济指标 3 泥浆的功用 为保证钻探所钻地层的要求 经常对泥浆的哪些性能 泥浆的功用 为保证钻探所钻地层的要求 经常对泥浆的哪些性能 进行测定 要求掌握概念 进行测定 要求掌握概念 1 清洗孔底 冷却钻头 润滑钻具 携带和悬浮岩屑 2 平衡地 层压力 维持孔壁稳定 防止坍塌掉块 3 防止水敏岩层崩塌 垮孔 膨胀 缩径 4 泥皮造壁 防止渗漏 5 堵塞小的孔隙 裂隙漏水 泥浆的相对密度和固相含量 泥浆的流变性能 塑性粘度 表观粘度 动切力 静切力 漏斗粘度 滤失性能 失水量和泥饼厚度 以及含砂量 润滑性 胶体率和 pH 值等 泥浆的相对密度是泥浆的质量与同体积水质量之比 泥浆中的固相含量是指泥浆中固体颗粒占的重量或体积百分数 流变性能包括 粘度 动切力 静切力 稠度系数 流动指数等 泥浆粘度是泥浆作相对流动时的内摩擦阻力 以一定体积的泥浆通过 给定的孔径时所需的时间 T 来表示 4 常用的泥浆处理剂可分为哪几类 在泥浆的化学处理中 无机处理 常用的泥浆处理剂可分为哪几类 在泥浆的化学处理中 无机处理 剂起的作用有那些 有机处理剂在泥浆处理中的作用有那些 剂起的作用有那些 有机处理剂在泥浆处理中的作用有那些 1 无机处理剂 2 有机处理剂 无机处理剂大都是电解质类化工产品 包括各种盐和各种碱 个别情 况也用一些酸 作用可分为 稀释剂 降失水剂 絮凝剂 增粘剂 润滑减阻剂 起 泡和消泡剂和页岩稳定剂等 分散作用 促使粘土颗粒分散 控制聚结 使粘土颗粒处于适度 聚结的稳定状态 调节泥浆的 pH 值 沉淀除钙和络合作用 使有机处理剂溶解或水解 与有机处理剂交联 胶凝作用 配 饱和盐溶液 加重作用和堵漏作用 如重晶石和云母片 5 钻井对造浆膨润土的要求有哪些 钻井对造浆膨润土的要求有哪些 较低的相对密度 较好的流变特性 携带岩屑 清洗孔底的能力强 失水量小 能形成薄而坚韧的泥皮等 以保证机械钻速高 孔内清洁 孔壁稳定 最好用钠质膨润土或钙质膨润土经改性处理成为人工钠土 蒙脱 石含量高 阳离子交换容量大 可溶性盐含量少 非粘土矿物含量少 膨胀倍数大 分散性好 造浆率高 配制的泥浆流变特性好 失水量低 6 什么是复杂地层 分为哪几类 复杂地层的地质成因有那些 什么是复杂地层 分为哪几类 复杂地层的地质成因有那些 复杂地层 是指钻进时产生不同程度的钻孔坍塌 掉块 漏失 涌水 或井喷 孔壁膨胀或缩小等孔内复杂情况的地层 不稳定地层 力学不稳定地层 遇水不稳定地层 漏失 或涌水 地层 轻微漏失 中等漏失 严重漏失 断层破碎带和交叉断裂裂隙形成的硬脆碎地层 指孔壁与冲洗液接触 因而产生松散 溶胀 剥落 溶蚀等孔壁失去 稳定性的地层 故亦称水敏性地层 7 在钻进过程中如何对孔内复杂情况进行分析与判断 在钻进过程中如何对孔内复杂情况进行分析与判断 复杂地层的深度 厚度 孔径变化 漏失层的深度 厚度 漏失量等 对复杂地层的分析判断包括两个方面 即 在钻进过程中的分析判断 和用专门的装置或仪器对复杂层位进行测定 1 根据岩层结构情况判断漏失层位和坍塌孔段 2 根据钻速情况判断复杂层位 3 根据泥浆性能变化判断复杂层 4 根据水泵压力表的变化判断漏失层 5 根据孔内稳定水位判断漏失层 8 孔壁岩层经常受哪几种力的影响 防塌泥浆的机理有哪些 孔壁岩层经常受哪几种力的影响 防塌泥浆的机理有哪些 1 冲洗液循环的环空压力 2 激动压力 3 泥页岩的表面水化力 4 渗透水化力 1 离子作用原理 离子作用的原理是利用无机盐类或无机碱类的离子 与粘土质的泥页岩表面进行离子交换 改变粘土的活性 从而控制粘 土的水化膨胀性能 常用的无机盐和无机碱有 NaCl KCl CaCl2 MgCl2 NH4Cl KOH Ca OH 2 等 尤其是 KCl 稳定孔壁的效能最好 这是由于 钾离子水化能小 易紧密地 吸附在负电荷中心附近 或易中和粘土表面的负电荷 钾离子易嵌 入粘土晶片的六角环中起封闭结构的作用 从而阻止泥页岩的水化 钾离子一旦被粘土吸附后不易被其他离子交换下来 2 包被作用 聚合物泥浆中的水溶性聚合物吸附在孔壁岩层或粘土矿 物表面上 形成一层高分子吸附膜 阻止粘土与水的接触 从而抑制 泥页岩的水化膨胀 3 封堵作用 加入泥浆中的特种添加剂 如沥青 油渣等材料 可 用来封堵属于力学不稳定的岩层的微裂缝或松散破碎带 防止钻井液 中的水分沿岩层裂缝渗入地层和遇水剥落崩解的岩层 从而起到防止 稳定孔壁坍塌的目的 4 活度平衡原理 活度平衡的实质是使泥浆的活度与地层水的活度相 平衡 利用渗透原理来有效控制粘土 泥页岩的水化膨胀 保持孔壁 的稳定 所谓活度平衡 就是调节泥浆中水相的含盐量 直到泥浆中水的化学 位与页岩中水的化学位相等为止 5 正电势垒稳定原理 混合金属层状氢氧化物 MMH 与粘土矿物 形成复合体后 在负电粘土颗粒的周围 形成一层正电荷的势垒 能 有效地阻止粘土的离子交换 从而起到稳定活度的作用 有效地抑制 粘土矿物的渗透水化而膨胀 第七章第七章 岩矿心采取岩矿心采取 1 钻探工程质量指标有哪些 岩矿心采取的质量指标有哪些 钻探工程质量指标有哪些 岩矿心采取的质量指标有哪些 钻探工程 6 项质量指标是 岩矿心的采取和整理 钻孔弯曲与校正 孔深测量与校正 简易水文观测 原始报表 封孔与检验 其中 岩 矿心的采取和钻孔弯曲尤为重要 2 岩矿心按采取难易的分类 岩矿心按采取难易的分类 1 完整 致密 少裂隙的岩矿层 2 节理 片理 裂隙发育 硬或中硬 性脆易碎的岩矿层 3 软硬不均 夹层多 性质不稳定的岩矿层 4 软 松散 破碎 胶结性差的岩矿层 5 易被冲洗液溶蚀和溶化的岩矿层 6 怕污染的岩矿层 7 淤泥和流砂类岩矿层 3 常用的取心工具有哪些 常用的取心工具有哪些 常用的取心工具有单管取心 双动双管取心 单动双管取心和绳索取 心等 第八章第八章 钻孔弯曲与定向钻进钻孔弯曲与定向钻进 1 什么是钻孔弯曲 钻孔弯曲会带来哪些不良后果 什么是钻孔弯曲 钻孔弯曲会带来哪些不良后果 在施工过程中 由于种种因素的影响 实际的钻孔轨迹往往偏离设计 的钻孔轨迹 这种现象称为钻孔偏斜或钻孔弯曲 对于地质成果来说 由于未按预定目标点穿过矿体或其他地质层位 就有可能歪曲矿体产状 打丢矿体 遗漏断层或改变勘探网度 从而 影响对矿体的评价 构造的判断和储量计算的精确程度 2 钻孔的空间位置三要素 钻孔弯曲的原因与规律 特别是地质规 钻孔的空间位置三要素 钻孔弯曲的原因与规律 特别是地质规 律 有哪些 律 有哪些 顶角 方位角和孔深 孔弯曲的原因可分为地质 技术和工艺 3 个方面 地质方面 1 钻头在松软地层中遇到大砾石 钻孔易沿砾石斜面弯曲 2 钻孔遇到裂隙 而裂隙方向与钻孔方向相近 钻孔沿裂隙方向弯曲 3 钻孔遇溶洞或老窿时易发生弯曲 4 断层 节理发育 岩脉穿插多的地方钻孔易偏斜 且递增幅度大 5 软 硬岩层换层时 钻孔的顶角和方位角易发生变化 当钻头由 软岩层进入硬岩层时 如钻孔轴线与岩层层面夹角大于 30 钻孔 向垂直于岩层倾斜方向弯曲 3 钻孔偏斜的危害性 钻孔偏斜的危害性 降低钻探效率 增加钻探成本 易造成测井事故 影响地质资 料的可靠性 4 钻孔弯曲必须进行效正 通常把钻孔轨迹绘制在什么平面上 钻孔弯曲必须进行效正 通常把钻孔轨迹绘制在什么平面上 测斜通常是按一定的测距测量钻孔的 顶角和方位角 然后计算各 测点的 空间坐标 画出 钻孔轨迹 5 钻孔弯曲采用的计算方法有哪几种 钻孔弯曲采用的计算方法有哪几种 全角半距法 均角全距法 曲率半径法 最小曲率法 6 什么是定向钻进 定向钻孔分为哪几类 定向方法有哪些 定向 什么是定向钻进 定向钻孔分为哪几类 定向方法有哪些 定向 钻孔施工工艺 钻孔施工工艺 按照预定的轨迹钻达预定目标的钻孔称为定向钻孔 按施工技术方法的不同 1 初级定向钻孔 2 受控定向钻孔 按孔身轨迹的不同 1 平面弯曲定向钻孔 2 空间弯曲定向钻孔 按钻孔结构形态 1 单孔底定向钻孔 2 多孔底定向孔 根据工作原理 定向方法可分为 1 直接定向 2 间接定向 3 随钻 定向 定向钻孔施工工艺 1 建立人工孔底 2 定向下造斜工具 3 造斜钻 进 第九章第九章水文钻探与成井工艺水文钻探与成井工艺 1 什么是水文水井钻探 水文水井钻探的特点 水文孔的孔身结构 什么是水文水井钻探 水文水井钻探