鉆探工程概論試題及答案

1、鉆探工程概論復(fù)習(xí)題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）在壓頭壓入時僅產(chǎn)生彈性變形，至A點最大載荷為Pmax處便突然完成脆性破碎，壓頭瞬時壓入，破碎穴的深度為h［圖(a)］。這時破碎穴面積明顯大于壓頭的端面面積，即hδ＞5。彈塑性巖石（大理巖、石灰?guī)r、砂巖）在壓頭壓入時首先產(chǎn)生彈性變形，然后塑性變形。至B點載荷達Pmax時才突然發(fā)生脆性破碎［圖(b

2、)］。這時破碎穴面積也大于壓頭的端面面積，而hδ=2.5～5，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，在壓頭周圍幾乎不形成圓錐形破碎穴，也不會在壓入作用下產(chǎn)生脆性破碎［圖(c)］，hδ=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遠小于巖石硬度，切削具不能壓入巖石。切削具移動時，將研磨孔底巖石，巖石破碎是由接觸

3、摩擦功引起的，研磨的巖石顆粒很小，鉆進速度低。這種變形破碎方式稱為巖石的表面研磨，這個區(qū)稱為表面破碎區(qū)。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，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，這個區(qū)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

4、具在孔底移動時不斷克服巖石的結(jié)構(gòu)強度，切下巖屑，這種變形破壞方式稱為體積破碎，這個區(qū)稱為體積破碎區(qū)。體積破碎時，會分離出大塊巖石，破碎效果好。3.什么是巖石的各向異性？對鉆進有哪些影響？沉積巖在平行于和垂直于層理面方向上的巖石物理力學(xué)性質(zhì)具有明顯差異，即各向異性。的巖層中鉆進，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。）7.簡述孕鑲金剛石鉆頭的碎巖機理

5、聚晶金剛石復(fù)合片的簡稱。是石油鉆井行業(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切削巖石時作為工作層，碳化鎢基體對聚晶金剛石薄層起支撐作用，兩者的有機結(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解理面，所以PDC的抗磨性及強度高于天然金剛石，且不易破碎。PDC鉆頭都采用了高質(zhì)量的爪

6、型齒和環(huán)形齒，與其他類型復(fù)合片相比抗剪強度高、耐沖擊、壽命長、熱穩(wěn)定性能好的特點。PDC鉆頭采用超大排屑流道設(shè)計，可以更加有效運移鉆屑，清洗鉆頭，防止鉆頭泥包，提高機械鉆速。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孕鑲鉆頭胎體表面上多而小的硬質(zhì)點(金剛石)對孔底巖石進行刻劃磨蝕并且隨著金剛石的逐漸磨損和消失以及粘結(jié)胎體的不斷磨耗新的金剛石又裸露出來進行工作。碎巖過程可看作是微切削和微壓裂壓碎作用的綜合屬于小體積破碎。對于

7、脆性巖石以微壓裂壓碎為主對于塑性巖石以微切削為主。金剛石鉆頭的破巖作用是由金剛石顆粒完成的。在堅硬地層中，單粒金剛石在鉆壓作用下使巖石處于極高的應(yīng)力狀態(tài)下（約42005700MPa，有的資料認(rèn)為可達6300MPa），使巖石發(fā)生巖性轉(zhuǎn)變，由脆性變?yōu)樗苄?。單粒金剛石吃入地層，在扭矩作用下切削破巖，切削深度基本上等于金剛石顆粒的吃入深度。這一過程如同“犁地”故稱為金剛石鉆頭的犁式切削作用。在一些脆性較大的巖石里（如砂巖、石灰?guī)r等），鉆頭上的金

8、剛石顆粒在鉆壓扭矩的同時作用下，破碎巖石的體積遠大于金剛石顆粒的吃入與旋轉(zhuǎn)體積。當(dāng)壓力不大時只能沿金剛石的運動方向形成小溝槽，加大壓力則會使小溝槽深部與兩側(cè)的巖石破碎，超過金剛石顆粒的斷面尺寸。8.用于鉆井行業(yè)的人造超硬材料主要有哪些？人造金剛石、人造立方氮化硼等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：1.鉆孔的直徑：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

9、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.空氣鉆進技術(shù)有哪些優(yōu)點？空氣鉆進的實質(zhì)是以壓縮空氣代替沖洗液，作為鉆進中的循環(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、先進鉆進方法。空氣鉆進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較困難地區(qū)。（1）鉆進效率高：空氣鉆進效率比一般鉆進法約提

10、高9—11倍。其原因是：孔底巖石減掉了鉆孔內(nèi)的液柱靜壓力，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，鉆進效率更為顯著。（2）鉆頭壽命長：空氣鉆進鉆頭壽命長，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，由于壓力驟然降低，在此大量吸收熱量，有利于冷卻鉆頭，

11、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：空氣鉆進以空氣為循環(huán)介質(zhì)，它不污染巖石和孔壁這不僅對洗井、抽水等工作有益，而且可以獲取正確的水文地質(zhì)資料。（4）空氣鉆進不用水：這在干旱缺水地區(qū)其優(yōu)越性更為顯著，同時可以避免因漏水而帶來的堵漏問題和沖洗液、巖粉等對含水層堵塞的影響。什么是鉆孔結(jié)構(gòu)（也稱井身結(jié)構(gòu)）？——所謂井身結(jié)構(gòu)，就是在水文水井鉆孔前和鉆井過程中，為了滿足水文