岩土钻掘工程学所有重点

第一章

1.岩石的物理——力学性质有哪些？

岩石力学性质是岩石在受外力作用后所表现的性质，包括岩石的变形特性、强度特性、表面特性等。变形特性包括弹性塑性和脆性；强度特性包括抗压抗剪抗拉和抗弯强度；表面特性包括硬度和研磨性，这些力学性质对钻进速度、碎岩功耗和钻头寿命等有直接的影响。

3.岩石在静载作用下的破碎机理

在平底压头受载时，在第一极值带会形成环形裂纹，呈圆锥形向深部延伸，到一定深度后截止，而对称轴上的第二危险值带朝边缘发展，形成镰刀状极限状态区，继续加载时极限区的体积和压力增大，他向外趋于排挤或排开周围岩石的力也增大，由于岩石的抗剪抗拉强度很小，一旦侧压力达到某一极值时，周围的岩石便突然崩离并形成破碎穴，周围岩石崩离后，丫头下方的圆锥被压碎，压头突然入侵到一定深度。特点是塑性变形+“跳跃性”剪蹦,破碎坑穴大于切削具的断面积

4.岩石在动载作用下的破碎机理

当冲击能量不大时，在岩石的表面只能见到压头冲击的痕迹—边缘出现裂纹。增加冲击能后，在边缘之外变出现环形崩离体，称之为脆性破碎第一形态，随着冲击能的增加，崩离题的体积稍有增加。冲击能量达到一定值后，压头地下的岩石发生与静压时相似的脆性破碎，称之为脆性破碎第二形态，再继续增大冲击能，不会引起破碎形态的明显的质的变化，余下的能量使压头的侵深有所增加，并使接触面周围的岩石，崩离体出现，当冲击能达到相当大的数值的时候，则出现稳定的第三破碎形态。特点:“跳跃性”剪蹦,体积破碎

5.影响碎岩效果的因素

载荷大小的影响，;碎岩工具形状的影响，;加载速度的影响，液柱压力的影响.

6.岩石可钻性分级的方法：

1）按岩石的物理力学性质分级：压入硬度法、摆球硬度法、普氏系数法、综合力学性质法；2）利用现场实际钻进资料，即实钻法；3）利用破碎岩石单位体积所消耗功，即比功法；4）利用模拟钻进实验台对岩石进行标定，即微钻法。

7.岩石的强度和硬度的区别和联系：

强度是固体物质在外载作用下抵抗破坏的能力。硬度是岩石抵抗外部更硬物体压入其表面的能力。前者时抗压强度是固体抵抗整体破坏时的阻力，硬度是故意表面对另一物体局部压入或侵入时的阻力。硬度指标更接近于钻探过程的实际情况。一般硬度和抗压强度成正相关。

8. 为啥说岩石的单轴抗压强度与钻探工程的关系密切？

因为在回转钻进中，岩石破碎工具在岩石表面移动时，是在局部侵入的同时是岩石发生剪切破碎。岩石的抗压硬度为单向抗压硬度的（1+2n）倍。

9.影响岩石强度的因素：

影响岩石强度因素可分为自然因素和工艺因素两类。

（1）一般造岩矿物强度高者其岩石的强度也高。但沉积岩的强度取决于胶结物所占的比例及成分。

（2）岩石的孔隙度增加，密度降低，其强度则降低，反之亦然，一般岩石的强度随埋深的增大而增大。

（3）岩石的强度具有明显的各向异性。

（4）岩石的受载方式导致岩石的强度值差异很大。

(5）多向应力状态下的岩石强度比简单应力状态下的强度高出许多倍。

（6）外载作用速度的增加使岩石的应变速率增大，大幅度地提高岩石的强度；加载速度对塑性岩石强度的影响大于对脆性岩石强度的影响。

10. 影响岩石硬度的因素分为自然因素和工艺因素两大类

（1）岩石中石英及其他坚硬矿物或碎屑含量愈多，胶结物的硬度越大，岩石的颗粒越细，结构越致密，则岩石的硬度越大。而孔隙度高，密度低，裂隙发育的岩石硬度将会降低。（2）岩石的硬度具有明显的各向异性。但层理对岩石硬度的影响正好与对岩石强度的影响相反。垂直于层理方向的硬度值小，平行于层理的硬度最大。

（3）在各向均匀压缩的条件下，岩石的硬度增加。在常压下硬度越低的岩石，随着围压增大，其硬度值增长越快。

（4）随着加载速度增加，将导致岩石的塑性系数降低，硬度增加。

11. 影响岩石研磨性的自然因素和工艺因素，

（1）岩石颗粒的硬度越大，岩石的研磨性也越强，富含石英的岩石具有强研磨性。

（2）岩石胶结物的粘结强度越低，岩石的研磨性越强。

（3）岩石颗粒形状尖锐，颗粒尺寸越大，则岩石的研磨性越强。

（4）孔隙性岩石表面粗糙，在与工具接触的局部易产生应力集中，从而增强岩石的研磨性。（5）硬度相同的时，单矿物岩石的研磨性较低，非均质和多矿物的岩石研磨性较强。（6）介质会改变岩石的研磨性，湿润和含水的岩石硬度和研磨性都会降低。

12. 影响岩石可钻性的固有因素和技术因素

固有因素——岩石自身因素和自然环境因素；技术因素——设备因素、工具方法、工艺参数。

第四章：

1.金刚石的特性：

金刚石为碳的结晶体，晶体结构为正四面体，碳原子之间以共价键相连，结构非常稳定，典型的晶型有：立方体，八面体，十二面体。金刚石是世界是最硬、抗压强度最大、抗磨碎能力最强的材料。

2.天然与人造金刚石各分几个等级：

天然金刚石品级：TT TY TB TD TX TS

人造金刚石品级：RT RY RB

3.表镶金刚石的碎岩过程：

即金刚石沿同心圆运动时，它向岩石传递一定的能量，岩石吸收能量后产生破碎并形成小的沟槽。在弹-脆性岩石中，由于大小剪切体的产生，沟槽的宽度大大超过了金刚石吃入岩石的深度。在破碎岩石时，金刚石逐渐被磨钝。这时磨钝的金刚石在抽载的作用下使岩石产生应变，应变的结果是在岩石中出现一些微小的裂纹，使岩石的致密结构改变最终导致岩石破坏破碎。

4.孕镶金刚石钻头的孔底碎岩过程

其破岩机理是类似于砂轮摩削工件，即以唇面上多面而小的硬质点(金刚石)对加工件（孔底岩石）进行刻画、磨削，并随着硬质点的逐渐磨损和消失及粘结胎体的不断磨损，新的硬质点又裸露出来参加工作。按照钻探的步骤进行操作，致使岩石结构的致密性被破坏，反复的对孔底岩石进行补充轴荷载致使岩石出现裂隙发生破坏。

5.表镶金刚石钻头的结构要素：

金刚石的粒度，金刚石在唇面的排列，钻头的唇面形状，钻头的水口和水槽

6.孕镶金刚石钻头的结构要素：

粒度的选择，金刚石在台体中的浓度，钻头的台体性能，钻头的唇面形状，钻头的水口和水槽

7.金刚石的制造方法：

冷压—烧结法；冷压—浸渍法；无压浸渍法；普通热压烧结法；真空热压烧结法