1、江西省煤田地质局钻探技能知识竞赛复习题一（钻进工艺部分）一. 判断题（请选择正确的观点或方案）共 23 题1. 减压钻进时，钻杆柱的受力状态：【A 】A. 上部钻杆柱受拉，下部钻杆柱受压；B. 上部钻杆柱受压，下部钻杆柱受拉；C. 全部钻杆柱受压；D. 全部钻杆柱受拉。2. 轴向力等于零处称为钻杆柱的中和点。钻杆柱中和点处的应力状态是：【A】A. 纯扭；B. 压扭；C. 拉扭。3. 钻杆柱各个截面受扭矩作用都产生剪应力。 其中扭矩最大处在：【A】A. 孔口处；B. 在孔底处。4. 用硬质合金钻头回转钻进中硬及中硬以下岩石时， 【A】A. 应以高转速为主；B. 应以高钻压为主。5. 硬质合金切削
2、具在孔底磨损的实际状况：【B】6. 钻进过程中切削具处于表面破碎状态的条件是：【B】A. 0 ，其中 切削具上作用的比压， 0岩石的压入硬度；B. 0 ，其中 切削具上作用的比压， 0岩石的压入硬度。7. 取心式硬质合金钻头的切削具底出刃设计成阶梯式，其主要目的是：【A】A. 增加自由面体积破碎；B. 利于排除岩粉；C. 增大比压。8. 金刚石钻进时，孔底碎岩效果主要取决于钻头自磨出刃(自锐) 状态的是：【B 】 A. 表镶金刚石钻头；B. 孕镶金刚石钻头。9. 用孕镶金刚石钻头回转钻进坚硬致密岩层时， 【B】A. 应选用硬胎体；B. 应选用软胎体。10. 金刚石钻头的水路设计原则是：【A 】
3、A. 孕镶金刚石钻头加工小水口、多水口；B. 表镶金刚石钻头加工小水口、多水口。11. 在钻压基本不变的条件下，那种钻头将表现出机械钻速逐渐下降：【B,C】A. 针状硬质合金自磨式钻头；B. 磨锐式硬质合金钻头；C. 表镶金刚石钻头；D. 孕镶金刚石钻头。12. 为保证好的钻进效果，钢粒钻头的唇面硬度应：【C】A. 大于钢粒的硬度；B. 等于钢粒的硬度；C. 小于钢粒的硬度。13、 牙轮钻头破碎岩石时，造成钻头对地层产生冲击、压碎作用主要靠：【B】A. 牙轮牙齿与孔底单齿、双齿交替接触；B. 牙轮的超顶、复锥和移轴结构。14、 确定最优回次钻程时间的依据是：【B】A. 岩心管已打满；B. 回次
4、钻速达最大值；C. 机械钻速达最大值。15、 转速是影响金刚石钻头钻速的重要因素，其确定原则是：【B】a) 表镶金刚石钻头的线速度孕镶金刚石钻头的线速度；b) 表镶金刚石钻头的线速度孕镶金刚石钻头的线速度。16、 金刚石钻进进入临界规程时：【B】A. 机械钻速持续上升，钻进效果好；B. 钻头胎体温度持续上升，钻头严重磨耗。17、 在那种回转钻进方法中冲洗液的主要功能是冷却、排粉和分选切削具： 【B】A. 金刚石钻进；B. 钢粒钻进；C. 牙轮钻进。18、 在长螺旋钻进中为防止钻屑堵塞，螺旋转速应选择【A】a) 螺旋转速临界转速；b) 螺旋转速临界转速；c) 螺旋转速临界转速。 19、 正常情况
5、下，金刚石取心钻具所用的卡取岩心方法是：【B】A. 干钻取心；B. 卡簧取心；C. 投卡料取心；D. 沉淀取心。20、 绳索取心钻具起钻提取岩心时是：【B】A. 靠干钻扭断岩心；B. 靠外管拉断岩心；C. 靠内管拉断岩心。21、 测量钻孔顶角弯曲的常用原理：【ABD】i. 液面水平原理；ii. 重锤原理；iii. 地磁场定向原理；iv. 加速度计原理；v. 磁通门原理；vi. 地面定向原理或陀螺原理。22、 测量钻孔方位角弯曲的原理：【CEF】i. 液面水平原理；ii. 重锤原理；iii. 地磁场定向原理；iv. 加速度计原理；v. 磁通门原理；vi. 地面定向原理或陀螺原理。23、 在测斜计
6、算公式 tg=tgcos 中， 是：【B】A. 方位角，位于水平面内； B. 终点角，位于垂直于钻孔轴线的平面内；C. 方位角，位于起点平面内。 二. 填空题 共 11 题1. 根据其地质成因，岩石可分为 、 和 三类。一般而言，金属和非金属矿床赋存于 岩石中，而煤和石油等可燃性矿产通常赋存于 岩石中。 【岩浆岩、沉积岩和变质岩, 岩浆岩和变质岩， 沉积岩】2. 按压头压入时岩石的变形曲线和破碎特性（如图） ，可把岩石分成三类：(a) 、(b) 和 (c) 。 【(a)弹-脆性岩石 、(b) 弹-塑性岩石 和 (c) 高塑性岩石 】 。3. 岩土钻掘工程中习惯于把岩石的研磨性分成弱、中、强三个
7、等级。请分别举一种岩石为例说明之：弱研磨性 ，中研磨性 ，强研磨性 。 【弱研磨性 泥岩 ，中研磨性 灰岩 ，强研磨性 石英砂岩】4. 钻具一般是指钻头以上，水接头以下的全部管柱，由 、 、 、 、 和 组成。 【岩心管、异径接头、取粉管、扶正器、钻铤、钻杆和主动钻杆】5. 钻杆柱的主要功用包括： 、 、 、 和 。 【传递钻压和扭矩的载体、输送冲洗介质的通道、更换钻头、 提取岩心管和处理事故的载体、绳索取心和反循环连续取心时岩心的通道 和 承担孔底动力机反扭矩的载体 】6、写出回转钻进选择钻头的一般原则是： 岩层应选择硬质合金回转钻头； 岩层应选择铣齿牙轮钻头； 岩层应选择金刚石钻头或钢粒钻
8、头； 岩层应选择镶齿牙轮钻头。【 在软岩和中硬 ； 在中硬及部分中硬以上 在硬岩 在硬脆 】7、 钻探用的 YG 类硬质合金是以 为骨架， 为粘结剂，用粉末冶金方法制成的。 【以 WC 颗粒 为骨架， 钴 为粘结剂】8、 YG 类硬质合金的含钴量越高，则其硬度 、耐磨性 、抗弯强度 、冲击韧性 ；YG 类硬质合金中的 WC 颗粒越细，则其硬度 、耐磨性 ；反之，则抗弯强度 、韧性 。【含钴量越高，则其硬度 、耐磨性 、抗弯强度 、冲击韧性 ； WC 颗粒越细，则其硬度 、耐磨性 ；反之，则抗弯强度 、韧性 。 】9、取心式硬质合金钻头结构要素主要包括： ， ， ， ， ， 。【 钻头体 ， 切
9、削具出刃 ， 切削具的镶焊角度 ， 硬质合金切削具在钻头体上的布置方式 ， 切削具在钻头体上的数目 ， 钻头的水口和水槽 。 】10、冲击-回转钻进的碎岩形式特点是 ，其适用范围 ；回转-冲击钻进的碎岩形式特点是 ，其适用范围 。 【冲击-回转钻进特点是 以冲击载荷碎岩为主，回转力矩主要是使切削具沿孔底剪切两次冲击间残留的岩石脊峰 ，其适用范围 硬-坚硬岩石 ；回转-冲击钻进特点是 在一般硬质合金或金刚石回转钻进基础上增加高频低冲击功 ，其适用范围 中硬-硬岩石 。 】 11、 “钻孔弯曲强度”的含义是 。 【单位孔身长度的顶角或方位角变化。 】三. 论述题 共 35 题 1. 岩石的力学性质
10、包括哪几类？试分别说明。 【岩石的力学性质是岩石在外载作用下才表现出来抵抗变形和破坏的能力。包括强度、硬度、弹性、脆性、塑性和研磨性等。岩石的强度岩石在载荷作用下抵抗破坏的能力；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；岩石的弹性指标弹性模数：弹性范围内应力与应变的比值，泊松比：弹性变形阶段横向应变与纵向应变的比值；岩石的塑性指标塑性系数：岩石破碎前所消耗的总能量与弹性变形的能量之比；岩石的研磨性岩石磨损工具的能力。 】2. 、何为岩石的孔隙度，它对岩石的力学性质将产生什么影响？ 【 岩石的孔隙度岩石中孔隙体积与岩石总体积之比。岩石的孔隙性削弱了岩石的强度。 】3. 什么是岩
11、石的各向异性，具体分析岩石各向异性对其强度、硬度和弹性的影响，它们对钻探工作将产生什么影响？岩石的各向异性表征岩石在不同的方向上力学性质的差异。 【强度垂直于层理方向抗压强度最大，平行于层理最小，斜交方向介于两者之间；硬度垂直于层理方向硬度最小，平行于层理最大；弹性模量平行于层理最大，垂直于层理方向最小。在钻探工作中将导致孔斜。 】4. 为什么说岩石的硬度指标更能反映钻掘过程的实际情况。 【因为岩石硬度反映的是岩石抵抗外部更硬物体压入（侵入）其表面的能力。既岩石表面对另一物体局部压入或侵入时的阻力。所以它更接近于钻掘过程的实际情况。 】5. 解释岩石的研磨性概念及其影响因素，是否岩石的硬度越大
12、，其研磨性就一定强？举例说明之。 【岩石的研磨性岩石磨损工具的能力。影响因素：岩石颗粒硬度越大，胶结物粘结强度越低，岩石颗粒形状越尖锐、颗粒尺寸越大，岩石表面越粗糙（非均质和多矿物岩石） ，则研磨性越强；湿润和含水的岩石研磨性降低。不一定岩石的硬度越大其研磨性就一定强。例如：泥质石英砂岩其中的胶结物较软，压入硬度并不大，钻进中较软的胶结物首先被破碎下来，石英颗粒出露使岩石表面变粗糙，从而增强了研磨能力。 】6. 试分别说明岩土工程界测定岩石硬度的常用方法，简析这几种方法与常用钻进方法的相关性。 【测定岩石硬度的常用方法：静压入法、冲击回弹法。其中前者模拟硬质合金和金刚石钻进，后者模拟牙轮钻进、
13、冲击回转钻进。 】7. 说明碎岩工具与岩石作用的三类主要方式（切削-剪切型、冲击型、冲击- 剪切型） ，并分别举例加以分析。 【 碎岩工具与岩石作用的三类主要方式：切削-剪切型钻头碎岩刃具轴向力 Py 和切向力 Px 作用下，以速度 v向前移动切削 (剪切)岩石；冲击型刃具给孔底岩石以直接的冲击动载；冲击-剪切型钻头刃具上不仅作用有轴向力 Py、切向力Px 和回转速度 v，还有冲锤或牙轮滚动对刃具的冲击速度 vz。举例：切削-剪切型硬质合金钻进；冲击型钢丝绳冲击钻；冲击-剪切型牙轮钻进、液动冲击- 回转钻进。 】8. 以平底压头在外载作用下压入岩石为例，用文字+示意图的形式说明压入时岩石的应力
14、状态，注明最大剪应力所在的第一危险极值带和第二危险极值带的大致位置。 【所示，最大剪应力所在的第一危险极值带位平底压头在外载作用下压入岩石时，接触面下方岩石的等应力分布状态如图于压头边缘往中心下部发育（图中的 0.333 应力线） ，第二危险极值带在 z 轴上，深度约等于压头半径（图中的 0.3 应力线） 。由于最大剪应力点是压碎岩石的发源处，且平底圆柱形压头压入时应力存在两个极值点，应引起重视。 】9. 图示说明球状切削具在压入岩石时所形成的主压力体和剪切体。 【球状切削具压入岩石时，切削具和岩石产生弹性变形，接触面中心的正应力最大，首先出现裂隙；随外载增加，接触面增大，产生与原裂隙平行的新
15、裂隙系；外载继续增大，弹性变形总值下降，应力增大，裂隙深度增大；破碎过程与平底压模类似，并形成 aob 主压力体和 mca, bcn 剪切体。 】10. 简析影响碎岩效果，造成岩石产生表面破碎，疲劳破碎和体积破碎的主要影响因素。 【钻进速度与比压 P 的关系曲线可分成三个区段：表面破碎切削具与岩石的接触压力远小于岩石硬度，切削具不能压入岩石，岩石破碎是由接触摩擦功引起的。疲劳破碎轴向载荷增大，但小于岩石硬度，多次加载使疲劳裂隙发育，众多裂隙交错，产生粗岩粒分离。体积破碎切削具上的载荷继续增大，接触压力大于等于岩石硬度，切削具有效地切入岩石，分离出大块岩屑，破碎效果好。 】11. 举出三种以上对
16、岩石进行可钻性分级的方法。 【岩石可钻性分级方法举例：力学性质指标法据压入硬度值把岩石分成 6 类 12 级，据摆球的回弹次数把岩石分成 12级。实际钻进速度法在规定的设备工具和技术规范条件下进行实际钻进，以机械钻速作为岩石的可钻性级别。微钻法采用模拟的微型孕镶金刚石钻头，按一定的规程，对岩心进行钻进试验。破碎比功法用圆柱形压头作压入试验时，可通过压力与侵深曲线图求出破碎功，根据破碎比功法对岩石可钻性分成 10 个等级。 （以上任选三种即可） 】12. 简析在 Py 和 Px 共同作用下，回转切削破碎塑性岩石的过程。 【切削具切入岩石并回转，在水平力 Px 作用下，压迫前面的岩石使发生塑性变形
17、并不断地向自由面滑移切削作用。在切屑的裂隙尚未发展到全面断裂之前，下一切屑又发生滑移。因此切屑是连续、平稳的，其切削槽宽与切削具刃宽相同，岩屑将碎裂并被冲洗液带至地表；在 Py 和 Px 共同作用下的切入比 Py 单独作用下切入更容易，也切入的更深。 】 13. 简析在 Py 和 Px 共同作用下，弹塑性岩石的孔底破碎过程碎岩特点，及岩石破碎的大体阶段。 【在 Py 和 Px 共同作用下，弹塑性岩石的孔底碎岩特点：以跳跃式的剪切破碎为主（P x 力的变化情况如图所式） 。岩石破碎大体分三个阶段： 切入岩石，岩石剪切破碎，前移碰撞刃前岩石。刃前接触面很小，挤压力较大，小剪切破碎。继续前移产生若干
18、次小剪切。 当刃前接触面较大时，前进受阻。继续挤压刃前岩石（部分被压成粉状） ；同时，P x 力急剧增大，当达极限值时产生大的剪切破碎，然后 Px 力突然减小。切削具不断向前推进，重复着压碎、小剪切、大剪切的循环过程。 】 14. 如何根据岩石性质来确定硬质合金钻头的出刃和镶焊角？ 【硬质合金钻头的内、外出刃使钻头体与孔壁、岩心之间形成间隙，避免摩擦，提供循环冲洗通道。一般硬岩、钻速低，取小值；反之取大值。遇水膨胀的软地层，应加焊肋骨。底出刃保证切削具能顺利地切入岩石，并为冷却切削具和排除岩粉提供通道，阶梯式底出刃可增加切削具破碎岩石的自由面产生体积破碎。切削具的镶焊角有正斜镶、直镶、负斜镶三
19、种方式。通常正斜镶在软岩中具有高钻速，而负斜镶适用于硬岩和非均质岩层，最常用的是直镶。 】 15. 解释确定最优回次钻程时间的思路与具体方法。 【磨锐式钻头的瞬时钻速随切削具磨钝而递减。什么时候起钻换钻头最好呢？如果起钻太早，钻头还可以使用，如果起钻太晚，钻速将太低。确定最佳回次钻程时间的标准是回次钻速达最大值，这样经济效益最好。理论已证明，当回次钻速最大时，其值等于瞬时钻速，所以可用作图法来确定最优回次钻程时间（如图所示） ，用瞬时钻速 vm 和回次钻速 vR 两曲线的交点来确定 t0。也可以根据现场钻参仪实时采集的数据，按不等式（v R/vm）C m (Cm=1.11.2) 判断是否需要终
20、止回次钻程。（以上两种方法答出一种即可】16、解释制造表镶金刚石钻头时选择金刚石粒度的原则。 【制造表镶金刚石钻头大都选用粒度为 1560 粒/克拉的天然金刚石，其中粗粒 细粒分别用于中硬坚硬岩层。 】17、从所钻岩性、金刚石的品级、粒度、钻头唇面形状及施加比压大小诸方面出发，简析选择孕镶金刚石钻头中金刚石浓度的依据。 【 孕镶金刚石钻头中金刚石在胎体中的含量用浓度表示，当金刚石的体积占胎体工作层体积 1/4 时浓度为 100%，全部是金刚石则浓度为 400%。岩石越坚硬致密，金刚石质量好，粒度细，浓度宜较低；唇面比压较大时可选较高的浓度。常用浓度 70%120%，过高了将影响胎体的包镶能力和
21、钻速。 】18、牙轮的超顶、复锥和移轴三种结构使牙轮在滚动的同时还伴有牙齿对孔底的滑动，从而产生剪切破碎作用。以超顶为例，解释牙轮在孔底的滑动剪切破碎作用。 【以超顶为例（如图） ，牙轮与地层接触母线上 x 点，由 b 引起的的速度 Vb x 呈直线分布，oa 段向前，ob 段向后，v bo=0。由 c 引起的速度 vcx 也呈直线分布方向向后，在 b 点 vcb=0。速度合成后，牙轮相对于岩石的滑动速度呈直线，与 ab 线交于 M 点，v sM=0 为纯滚动点，bM 段向后滑动，aM 段向前滑动。滑动速度随超顶距 c 的增大而增大。 】19、试述钢粒钻进的井底工作过程。 【钢粒钻进的井底工作
22、过程：圆柱形钢粒在钻头轴向和回转力（联系力）作用下在孔底不断翻滚，以动压入体积破碎方式和动疲劳破碎方式破岩。圆柱形钢粒在孔底翻滚给岩石一个微动载作用，产生跳跃式体积破碎。当钢粒逐渐被磨成椭球形，众多钢粒的重复碾压使裂纹加深加密动疲劳破碎。往往新鲜的圆柱形钢粒以第一种破岩方式为主，被磨圆的钢粒以第二种破岩方式为主。 】20、在整个钢粒钻进回次钻程中应分段逐次改小泵量（称为“改水” ） ，为什么？ 【在整个钢粒钻进回次钻程中泵量除了排粉、冷却功能外，还在孔底钢粒的补给、分选中起主要作用。生产中水口将逐渐被磨短，钢粒被磨小，但水口处的流速将加快，使钻头处工作钢粒数量减少。因此，在整个回次钻程中应分段
23、逐次改小泵量，称为“改水”】21、解释机械钻速、回次钻速和最优规程的概念。 【机械钻速单位时间内的钻探进尺数 vm=H/t，其中 t 为纯钻进时间。回次钻速从钻具下入钻孔到提出钻具的整个回次过程的单位时间进尺 vR=HR/(t+t1)，其中 t1 为辅助作业时间，包括：起下钻、冲孔、扫孔、立轴倒杆、接长钻杆、卡取岩心、更换钻头等时间。最优规程在一定地质条件和钻进方法下，为保证钻孔质量，获取最低钻进成本或最高钻速而选择的钻进参数搭配。 】22、请考虑钻具重量、地表施加的机械给进力、冲洗液浮力、孔壁摩擦阻力等因素，写出在加压钻进和减压钻进状态下的孔底实际钻压的表达式。 【在加压钻进状态下的孔底实际
24、钻压=给进力(钻具质量 +正的机械施加力)-( 冲洗液浮力+孔内摩擦阻)。减压钻进状态下的孔底实际钻压=给进力(钻具质量+负的机械施加力)-( 冲洗液浮力+孔内摩擦阻)。 】23、请解释钻进过程中破岩“时间效应”的含义，为什么有些岩石会随转速增大钻速反而出现下降趋势？ 【时间效应 岩石在切削具作用下，从发生弹性变形-形成剪切体-跳跃式吃入一定深度，需要一短暂时间。切削具要在岩面停留短暂时间 t，使裂隙发育至自由面形成剪切体。如果转速超过临界值(nn 0) 切削具作用于岩面时间 t，裂隙尚未发育载荷便移走了，造成表面破碎。 24、分析冲击回转钻进的优越性。 【与回转钻进相比，冲击回转钻进只要用不大的冲击力，便可破碎坚硬岩石；在可钻性级，部分级的岩石中，钻进效果尤为突出。冲击回转钻进可不仅可提高效率和钻头寿命，而且还可解决“堵心”、 “打滑”、 “防斜”等问题。 】25、从阀式正作用、反作用、双作用或射流式、射吸式液动冲击器中举一例说明其工作原理。 【以阀式正作用液动冲击器为例（如图） 。阀式正作用冲击器以液体压力推动冲锤下行冲击，弹簧力复位。冲锤 5 在簧 6 作用下处上位，中孔被活阀 4 盖住，液流瞬间被阻，
