岩土钻掘工程学考试重点(经典)详解

岩土钻掘工程

题型：填空1’×16，判断1’×10，名词解释3’×5，简答6’×4，论述10’×1&12’×1，计算10’×1

第一章岩土的物理力学性质及其破碎机理

1. 岩石按粘结状态的分类：坚固岩石、粘结性岩石、松散性岩石、流动性岩石

2. 影响岩石强度的因素（自然和工艺因素）：

（1）一般情况下，造岩矿物强度越高，岩石的强度也越高。

（2）岩石的孔隙度减小，密度增大，强度则升高。因此，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。垂直于层理方向的抗压强度最大，平行于层理的抗压强度最小，在与层理斜交方向上的抗压强度介于两者之间。

（4）岩石的受载方式导致岩石的强度值差异很大：岩石的抗压强度最大，抗剪强度约为抗压强度的10%。

因此，钻掘过程中，破岩工具应主要以剪切的方式来破碎岩石。

（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）加载速度的影响：

①加载速度增加，岩石的强度提高；

②加载速度对塑性岩石强度的影响大，对脆性岩石强度的影响小。

影响岩石硬度的因素（自然和工艺因素）

（1）岩石中坚硬矿物愈多、胶结物的硬度越大、岩石的颗粒越细、结构越致密，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。层理对岩石硬度的影响与对岩石强度的影响相反。垂直于层理方向，硬度值最小；平行于层理方向，硬度最大；两者之间可相差1.05～1.8倍。

（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）一般而言，随着加载速度增加，将导致岩石的塑性系数降低，硬度增加。但当冲击速度小于10m/s时，硬度变化不大。加载速度对低强度、高塑性及多孔隙岩石硬度的影响更显著。

3. 岩石硬度的测定：

静压入法：以1～5mm2的压头压入岩样表面，岩石破碎时的载荷Pmax 除以接触面积S，则为岩石的硬度值Hy（通常称为压入硬度）。

冲击回弹法：利用重物落在岩石表面后回弹高度或回弹角度或回弹次数来确定岩石的硬度。

4.岩石可钻性的概念:岩石可钻性是表示钻进过程中岩石破碎的难易程度。

5.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-剪切型、冲击型、冲击-剪切型三类。

第二章钻探设备与钻头

1. （填空）钻探设备的组成：提升系统、循环系统、旋转钻进、动力系统、传动系统、控制系统、钻机底座、辅助系统

2. 钻头的种类（按类型）:刮刀钻头、牙轮钻头、硬质合金钻头、金刚石钻头、特殊用途钻头

3. 钻头的使用范围：（1）刮刀钻头，用于软、塑性岩石，扭矩大、对钻具不利，无活动件。

（2）牙轮钻头，应用广泛，用于软—硬地层，扭矩小，牙轮转动。

（3）金刚石钻头，用于坚硬、高研磨性地层，无活动件。

（4）PDC钻头，用于软到中硬的均质地层，无活动件，钻压小，钻速快。

（5）取芯钻头，从地下井内取出岩石，进行分析。

刮刀钻头从在极软和软地层使用发展到极软、软和中硬地层使用；

金刚石钻头从坚硬和硬地层使用，发展到坚硬、硬和中硬地层使用。

4. （填空）钻头性能指标：钻头进尺（米）、钻头工作寿命（小时）、机械钻速（米/小时）、单位进尺成本（元/米）

5. 铣齿牙轮钻头和镶齿牙轮钻头有哪些主要区别：铣齿牙轮钻头的牙齿是由牙齿毛坯经铣削加工而成的，主要是楔形齿；而镶齿牙轮钻头是在牙轮上钻出孔后，将硬质合金齿镶入孔中，有多种齿形。

第三章钻具、钻塔与钻机

1.钻具是指方钻杆以下(含方钻杆)钻头以上(含钻头)各部分钢管柱的总称。

2.方钻杆作用：传递扭矩和承受井内钻具的重量。

3. 钻铤作用：（1）给钻头施加钻压；（2）保证复杂应力条件下的必要强度；（3）减轻钻头的振动使其工作稳定；（4）控制孔斜。

4. （名词）钻孔结构：是指钻孔由开孔至终孔，各孔段的深度和口径的变化情况。一般来说，钻孔换径次数越多，钻孔结构越复杂。

5. （简答）有下列情况之一者必须下套管：

（1）下孔口管，以保护孔口处岩土层不被冲坏，并将冲洗液导向循环槽，孔口管的另一个重要作用正是导正钻孔方向；

（2）加固很难用泥浆护壁的不稳定地层；

（3）隔离漏水层与涌水层；

（4）当设备负荷能力不足或处理孔内异常需要缩小一级孔径，而上覆地层又有坍塌掉块、缩径危险时。

6. 钻机按使用地区条件分：陆地钻机、海洋钻机、海滩钻机、沙漠钻机等

7. （填空）钻塔按照结构特点可以分为：三脚钻塔、四脚钻塔、A型钻塔和桅杆四种类型。

第四章回转钻进用钻头

1. 钻孔的钻进方法：钻进方法是指向地下钻孔（井）时，破碎孔（井）底岩石的方法及技术措施的总称。目前主要是应用机械的方法破碎岩石。

2.井下动力钻具主要有三类：螺杆钻具、涡轮钻具和冲击器。

3. 牌号的意义：合金牌号如YG8c的意义为：YG——钨-钴系硬质合金；8——钴的百分含量为8%；c（x）——粗（细）粒合金。

4. 典型硬质合金钻头：松软及中软岩层用钻头：肋骨式钻头、薄片硬合金钻头。

中硬及较硬岩层用钻头：内外镶硬质合金钻头、单双粒硬合金钻头和品字形硬合金钻头。

5. （计算）题1、在钻探的切削具磨损与钻进进尺计算中：

已知：v0=A/so2，且机械转速Vm=A/(S0+θt)2，

其中：S0 －切削具的初始面积，mm2；t－磨损时间，min；

A—系数，为常量；θ－磨损系数，mm2/min。

求钻头在t时间内的总进尺？求平均钻速？