巖土鉆掘工程學復習資料鉆井工程全過程一回次：配鉆具→下鉆→掃孔→鉆進→沖孔→卡芯→起鉆由假設干回次疊加沖洗液循環(huán)孔口表。的流淌方向與巖心的進入方向全都。巖石性質(zhì)物理性質(zhì)：粘結(jié)狀態(tài)、孔隙度、密度、構造和構造。A粘結(jié)狀態(tài)分結(jié)實巖石、粘結(jié)性巖石、松散型巖石、流淌性巖石B.孔隙比、孔隙度巖石的孔隙比kP：巖石中的孔隙體積VP與巖石中固相骨架的體積Vc比 kP=VP/Vc巖石的孔隙度P：巖石中的孔隙體積VP與巖石總體積V的百分比V 100% V 100% kP P V P P 100%VVc P

1kP巖石的孔隙性減弱了巖石的強度。一般沉積巖具有高的孔隙度，隨著埋深的增大，巖石的孔隙度降低。巖石的容重γs：是巖樣重量G與其總體積V之比D.構造和構造

Gs V非均質(zhì)性和孔隙性。巖漿巖主要具有塊狀結(jié)沉積巖的成因廣泛，故其構造也比較簡潔。碎屑巖具有碎屑構造，按碎屑的大小可分為礫狀構造〔2m、粗粒構造〔碎屑直徑1~2m、中砂構造〔碎屑直徑0.1~1m粉砂構造〔碎屑直徑0.01~0.1m。力學性質(zhì)：強度、硬度、彈性、脆性、塑性和研磨性強度：巖石在載荷作用下抵抗破壞的力氣。破壞前所能承受的最大載荷稱為極限載荷，單位面積上的極限載荷稱為極限強度硬度：巖石的硬度反映巖石抵抗外部更硬物體壓入〔侵入〕其外表的力氣。彈性〔塑性：當除去外力時巖石能〔不能〕恢復原狀的特性研磨性：巖石磨損工具的力氣。巖石的裂開方式切削一剪切型、沖擊型、沖擊一剪切型三類鉆柱中和點：鉆柱軸向力等于零處稱為零斷面或中和點鉆井裝備：泵、動力、鉆塔總程、鉆具總程、擰卸工具、采心工具、測斜工具、事故處理工具硬質(zhì)合金〔成分、性能、外形、適應地層、破巖方式〕成分：鉆探用的鎢(WC)-鈷(Co)合金,以碳化鎢粉末為骨架性能：含鈷量↑——相對密度↓,硬度↓,耐磨性↓,抗彎強度↑,沖擊韌性↑；WC的顆粒↓——硬度↑,耐磨性↑；反之WC的顆粒↑——則抗彎強度↑、韌性↑。外形：薄片狀、方柱狀、八角柱狀和針狀Ⅰ～Ⅴ級軟巖；柱狀硬質(zhì)合金：抗彎力氣較強，壓入阻力也較小，主要適用于Ⅳ～Ⅶ狀和薄片狀硬質(zhì)合金：主要用于鑲焊自磨式鉆頭，在硬地層或研磨性巖石中使用。破巖方式：硬合金鉆進的過程，實際上是切削具在軸向力的作用下，壓入巖石；在回轉(zhuǎn)水平式連續(xù)被裂開合金鉆頭構造鉆頭體：硬合金切削具的支撐體，傳遞軸載和扭矩，承受切削具破巖的反作用力載和摩擦。切削具出刃：內(nèi)、外出刃——使鉆頭體與孔壁、巖心之間的間隙，避開摩擦孔壁和巖心，——孔底巖粉供給通道。β〔亦稱鑲焊角鑲焊在鉆頭體上，形成不同的切削角α，從而獲得不同的鉆進效果。硬質(zhì)合金切削具在鉆頭體上的布置方式：切削具的排列方式有：單環(huán)排列、多環(huán)排列、密集排列等。大，鉆速也越高，鉆頭壽命較長。對軟巖取較少的數(shù)量，對較硬和非均質(zhì)及研磨性巖石，為保證鉆頭壽命，一般應取密集式排列。鉆頭的水口和水槽〔1〕作用：是沖洗液流經(jīng)鉆頭、沖洗孔底并返回鉆柱外環(huán)空間的通道。保證切削具的冷卻和孔底準時排粉〔2〕水口外形：矩形、半圓形、梯形和三角形，三角弧形水口效果最好〔3〕環(huán)空間〔包括回水槽〕的面積。合金鉆頭三要素合金型號和外形、鉆頭體、焊接參數(shù)磨銳式硬質(zhì)合金鉆頭鉆頭上的合金切削具磨鈍后可用砂輪修磨銳利的鉆頭。切削具一般是單斜面銳角，鉆進中，隨切削具磨損，機械鉆速漸漸下降。一般適用于研磨性小的軟及中硬巖石。自磨式硬質(zhì)合金鉆頭承受小斷面切削刃，磨損后，接觸面積不變，無變鈍的弱點，機械鉆速根本平穩(wěn)。17.金剛石鉆頭成分與構造：金剛石為結(jié)晶體性質(zhì)：金剛石為結(jié)晶體碳原子之間以共價鍵相連，構造格外穩(wěn)定?！笆?。卻切削刃。3.破巖機理：其碎巖機理類似于砂輪磨削工件。以唇面上多而小的硬質(zhì)點〔金剛石〕對加工件〔孔底巖石〕進展刻劃、磨削，隨著硬質(zhì)點的漸漸磨損和消逝及粘結(jié)胎體的不斷磨耗，的硬質(zhì)點又暴露出來參與工作。孕鑲式鉆頭、胎體、濃度的“400%濃度制”，當金剛石的體積占胎體工作層體積1/4100%，全部是金剛石濃度400%。巖石越堅硬致密，金剛石質(zhì)量好，粒度細，濃度宜較低；唇面比壓較大時可選較70%~120%，過高了將影響胎體的包鑲力氣和鉆速。金剛石鉆頭制作方法：無壓浸漬法〔當溫度到達1100度時粘結(jié)金屬滲入到骨架金屬中形成有硬質(zhì)點的胎體把金剛石與鉆頭的剛體連接在一起制成金剛石鉆、熱壓法〔胎體骨架金屬粉末和粘接金屬粉末按設計比例混合并在胎體工作層混入確定濃度金剛石加熱加壓依據(jù)設計的燒結(jié)工藝流程制成金剛石鉆頭、電鑄法〔在電鍍槽內(nèi)將鎳、鈷一內(nèi)的胎體中〕鋼粒鉆進的破巖機理圓柱形鋼粒在鉆頭軸向和回轉(zhuǎn)力〔聯(lián)系力〕作用下在孔底巖面不斷翻滾，以動壓入體積裂開方式和動疲乏裂開方式破巖。牙輪鉆頭牙輪鉆進——利用牙輪鉆頭在井底回轉(zhuǎn)，使牙輪在井底滾動，以沖擊和壓碎剪切方式裂開巖石的一種鉆進方法。牙輪鉆進一般不取心，廣泛用于油氣和大口徑施工鉆進，適應性廣，在Ⅵ～Ⅹ級的巖石中效果最好。牙輪鉆的類型：銑齒、鑲齒；有體式、無體式；單牙輪、雙牙輪和三牙輪等。生產(chǎn)中以三牙輪鉆頭應用最多。22牙輪鉆頭的孔底碎巖過程a牙輪的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)，牙輪鉆頭工作時，固定在牙輪上的牙齒隨鉆頭一起繞鉆頭軸線順時針關。自轉(zhuǎn)是破巖時牙齒與地層巖石之間相互作用的結(jié)果b鉆頭的縱向振動及對地層的沖擊、壓碎作用，牙輪滾動過程中，中心位置不斷上下交替，使鉆頭沿軸向作上下來回運動為鉆頭的縱向振動頭對地層的沖擊、壓碎作用c滑動來實現(xiàn)的，產(chǎn)生滑動的緣由在于牙輪承受了超頂、復椎和移軸三種構造22-25牙輪鉆頭的超頂、復錐、移軸、自洗超頂：牙輪錐頂超過鉆頭軸心的構造稱為超頂，超過的距離為超頂距。牙輪滑動速度隨超頂距c的增大而增大。復錐：復錐牙輪包括主錐和副錐，主錐頂與鉆頭中心重合，而副錐錐頂?shù)难娱L線是超頂?shù)?。復錐牙輪線速度不作直線而是折線分布，所以產(chǎn)生滑動?！垒喌妮S向滑動。低硬、高塑巖層，偏移大；高硬度、低塑性巖層，偏移值??；研磨性的硬地層，偏移為零。自洗：牙齒鉆頭在軟地層鉆進時，牙齒間易積存巖屑產(chǎn)生泥包，影響鉆進效率。為此，消滅了自潔式鉆頭其他鉆頭硬質(zhì)合金全面鉆頭：翼片鉆頭---翼片式全面鉆頭、三翼片階梯鉆頭、針狀自磨式全面鉆頭?；\式全面鉆頭。螺旋鉆頭---平底螺旋鉆頭、耙式螺旋鉆頭金剛石全面鉆頭：單晶金剛石全面鉆頭、聚晶金剛石全面鉆頭鉆速〔四個〕平均機械鉆速：表示在純鉆進時間內(nèi)的平均鉆進效果?；卮毋@速：從孔內(nèi)下放鉆具—鉆進—提鉆一個回次內(nèi)的平均鉆井技術鉆速：在生產(chǎn)中往往在一個月計算一次考慮補充作業(yè)時間的技術鉆速。循環(huán)鉆速：是從開孔到終孔整個生產(chǎn)大循環(huán)的平均鉆速。經(jīng)濟轉(zhuǎn)速：一般按月季計算的平均轉(zhuǎn)速鉆進規(guī)程最優(yōu)規(guī)程：在確定地質(zhì)條件和鉆進方法下，為保證鉆孔質(zhì)量，獵取最高鉆速或最低鉆進本錢而選擇的鉆進參數(shù)搭配叫最優(yōu)規(guī)程。合理規(guī)程：在給定條件下，當規(guī)程參數(shù)選擇受到某種制約時〔不夠、沖洗液泵量缺乏等規(guī)程。專用規(guī)程：為完成特種取心，糾斜，定向鉆進等任務所承受的參數(shù)組合稱為專用規(guī)程。硬質(zhì)合金p、n、Q作用在實際鉆進中P、n、Q都不是單獨起作用，存在交互影響。軟巖研磨性小易切入，應重視準時排粉延長鉆頭壽命，應取高轉(zhuǎn)速、低鉆壓協(xié)作；速、中等泵量；中等研磨性中軟巖，應取兩者參數(shù)協(xié)作的中間狀態(tài)。~~Ⅵ級及以上巖層，應以較大的鉆壓為主。金剛石鉆進的臨界規(guī)程〔1〕金剛石鉆進，每種巖石都存在臨界規(guī)程，其P·n值根本是個常數(shù)；Pn之間存在著明顯的交互影響，必需同時考慮它們的取值；進入臨界規(guī)程的主要表現(xiàn)是胎體溫度急升，小于臨界規(guī)程的狀態(tài)下。〔2〕鉆進中胎體溫度和鉆頭磨耗是重要的孔內(nèi)工況指標，但不便于測量。而功耗是同步進入臨界規(guī)程，便于在地表檢測，因此可通過測量鉆進功率來推斷鉆進過程是否正常。鋼粒鉆進泵量的調(diào)整的磨損，導致鉆速下降甚至釀成巖心管折斷或鋼?？ㄣ@的惡性事故。泵量的選擇取決于巖性、鋼粒規(guī)格、鉆頭直徑、水口尺寸、鉆壓和轉(zhuǎn)速的大小、沖洗液性能及一次投砂量等因素。Q=q0D(L/min)q0=3~5L/min·cmq0=1.5~3L/min·cm。巖石級別較高、鉆頭水口較小、鉆壓工作鋼粒數(shù)量削減。因此，在整個回次鉆程中應分段逐次改小泵量，稱為“改水”。牙輪鉆頭的四個水力參數(shù)射流噴速、射流沖擊力、鉆頭壓降和鉆頭水功率〔106頁圖〕螺旋鉆頭的臨界鉆速轉(zhuǎn)速。沖擊器的類型液動沖擊器液動沖擊器依據(jù)構造不同可分為:閥式液動沖擊器又可分為:(1)正作用閥式液動沖擊器;反作用閥式液動沖擊器;雙作用閥式液動沖擊器.無閥式液動沖擊器又可分為:(1)射流式液動沖擊器;(2)射吸式液動沖擊器。風動潛孔錘：有閥潛孔錘、無閥潛孔錘沖擊破巖機理沖擊—回轉(zhuǎn)破巖機理：沖擊使接觸應力瞬間達極大，應力集中，巖石產(chǎn)生裂紋。沖擊速度上升巖石脆性上升，裂隙發(fā)育上升，不大的沖擊能〔數(shù)十焦耳〕就可裂開極堅硬的巖石回轉(zhuǎn)-沖擊碎巖：巖石受高頻沖擊力后，一方面在刃具接觸處產(chǎn)生應力集中，增大了裂開體積；另一方面巖石內(nèi)局部子被迫振蕩而產(chǎn)生疲乏破壞并降低了強度，再加上軸向的靜壓和回轉(zhuǎn)切削，增加了破巖的效果。abcdef繩索取心g反循環(huán)鉆進取心彎曲條件a存在孔壁間隙b具備傾倒的力彎曲緣由a地質(zhì)因素〔巖石的各項異性、軟硬互層技術因素〔設備安裝、鉆具構造尺寸〕c工藝因素〔鉆進方法、鉆進規(guī)程〕彎曲測量a頂角測量原理〔液面水平原理、重錘原理b方位角測量原理〔理、地理定向原理〕a設計鉆孔時應考慮預防鉆孔彎曲b保證安裝質(zhì)量，把好換徑關c承受合理鉆具構造彎曲訂正a使頂角下垂的方法，b使頂角上漂的方法c方位角偏斜訂正d偏斜較大的訂正-41.巖芯實行全孔反循環(huán)連續(xù)取心的優(yōu)點無需提鉆削減了關心時間，鉆效高。95％以上，取心質(zhì)量好。巖粉準時被排出孔底干凈，削減孔底重復裂開大幅度提高時效，延長鉆頭壽命。易于穿過坍、漏、裂開等簡潔地層。1/5~1/3。護孔堵漏漏失緣由a滲透性漏失b自然裂縫，溶洞性漏失c地層壓裂造成的鉆孔漏失漏失推斷a從巖層構造推斷b從鉆進過程中推斷c從孔內(nèi)水位推斷漏失測定a現(xiàn)場簡便測定法〔止水測定法、隔離壓力試驗法b井溫測定法c鉆孔測漏儀50.堵漏：a鉆井液堵漏〔石灰孔泥漿堵漏、凍膠泥漿堵漏、