地大钻探工程概论开卷考试答案

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1、1.根据岩石的变形特性,图示说明岩石的三种类型。弹塑性岩石弹脆性岩石高塑性和高孔隙性岩石弹脆性岩石(花岗岩、石英岩、碧石铁质岩)在压头压入时仅产生弹性变形,至A点最大载荷为Pmax处便突然完成脆性破碎,压头瞬时压入,破碎穴的深度为h[图(a)]。这时破碎穴面积明显大于压头的端面面积,即h/δ>5。弹塑性岩石(大理岩、石灰岩、砂岩)在压头压入时首先产生弹性变形,然后塑性变形。至B点载荷达Pmax时才突然发生脆性破碎[图(b)]。这时破碎穴面积也大于压头的端面面积,而h/δ=2.5~5,即小于第一类岩石。高塑性(粘土、盐岩)和高孔隙性岩石(泡沫岩、孔隙石灰岩)区别于前二

2、类,当压头压入时,在压头周围几乎不形成圆锥形破碎穴,也不会在压入作用下产生脆性破碎[图(c)],h/δ=1。2.什么是岩石破碎的体积破碎?岩石的变形破碎形式表面破碎疲劳破碎体积破碎表面破碎:切削具与岩石的接触压力远远小于岩石硬度,切削具不能压入岩石。切削具移动时,将研磨孔底岩石,岩石破碎是由接触摩擦功引起的,研磨的岩石颗粒很小,钻进速度低。这种变形破碎方式称为岩石的表面研磨,这个区称为表面破碎区。疲劳破碎:切削具上的轴向载荷增加,但接触压力仍小于岩石硬度,可使岩石晶间联系破坏,岩石结构间缺陷发展,特别是孔底受多次加载产生的疲劳裂隙更加发展,于是众多裂隙交错,仍可产生

3、较粗岩粒的分离,这种变形破碎方式称为疲劳破碎,这个区称为疲劳破碎区。体积破碎:切削具上的载荷继续增加,接触压力大于或等于岩石硬度,切削具可有效地切入岩石,结果是:切削具在孔底移动时不断克服岩石的结构强度,切下岩屑,这种变形破坏方式称为体积破碎,这个区称为体积破碎区。体积破碎时,会分离出大块岩石,破碎效果好。3.什么是岩石的各向异性?对钻进有哪些影响?岩石在不同方向上表现出不同的强度值称为岩石的各项异性。岩石的各向异性分为两种:一种是由于微裂缝的存在以及在不同方向上的排列,分布不同而导致的,这种各向异性会随着岩石的应力变化而变化,可称为应力各向异性;另一种是由于岩石颗

4、粒的定向排列引起的,这种岩石的各向异性不会随着岩石的应力变化而改变。对钻进的影响:影响进效率的:由于在不同的层理结构上表现出不同的强度性质,在钻进这样的岩石层时会加大钻进的工作量,因此岩石的各向异性会影响钻进效率。影响钻孔偏斜:由于存在岩石的各向异性,使得钻杆在钻进过程中出现受力不平衡的情况,使得钻杆发生一定角度的偏斜甚至弯曲,会影响钻孔的偏斜量。4.影响岩石硬度的因素有哪些?岩石的硬度反映岩石抵抗外部更硬物体压入(侵入)其表面的能力。(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

5、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最小,平行于层理的硬度最大,两者之间可相差1.05~1.8倍。岩石硬度的各向异性可以很好地解释钻孔弯曲的原因和规律,并可利用这一现象来实施定向钻进。(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。5.钻探技术的基本构

6、成是什么?设备:钻孔施工所使用的地面设备总称。包括钻探机、动力机、泥浆泵、钻塔等。工艺:取心钻探技术,无岩心钻探技术,多介质反循环钻探技术,其它反循环钻探技术,水文水井钻探技术地质学基础、矿物岩石学、地层学、构造地质学、钻探工程、工程地质、工程与环境物探、钻探机械、6.简述硬质合金钻头的碎岩机理(文字与简图)与刀具(切削类似)相联系:利用镶焊在钻头体上的硬质合金切削具,作为破碎岩石的工具,这种钻进方法通称为硬质合金钻进。但在实际使用中,硬质合金钻进只适用于钻进中等硬度以下的地层,即可钻性1~7级和部分8级地层。若在更为坚硬的岩层中钻进,则切削效果很差,切削具磨损很快

7、或易折断而迅速失去钻进能力。当前,软的和中硬以下的地层,尤其是土层的钻孔工作,主要靠硬质合金钻进。7.PDC钻头的碎岩机理聚晶金刚石复合片的简称。是石油钻井行业常用的一种钻井工具。它是以金刚石为原料加入粘结剂在高温条件下烧结而成,复合片为圆片状,金刚石厚度一般小于1mm,切削岩石时作为工作层,碳化钨基体对聚晶金刚石薄层起支撑作用,两者的有机结合,使PDC既具有金刚石的硬度和耐磨性,又具有碳化钨的结构强度和冲击能力。由于聚晶金刚石内晶体间的取向不规则,不存在单晶金刚石固有个解理面,所以PDC的抗磨性及强度高于天然金刚石,且不易破碎。PDC钻头都采用了高质量的爪型齿

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