中国矿业大学2008-2009学年
《岩土钻掘工程学》（试卷A）
（考试时间：100分钟 考试方式：闭卷）
学院 班级 姓名 学号
一、填空题(每空1分，25×1分=25分)
1、钻进的基本程序是 、 、 。 2、钻探质量的六项内容包括 、钻孔弯
曲、 、 、 和封孔。
3、钻孔冲洗介质的功用有 、 、 和 。
4、成井工艺过程包括 、下管、 、 、 和 。
5、钢粒钻进时投砂方法有 、 、 。
6、高压旋喷注浆法对冒浆的处理中，减少冒浆的措施有 、适当缩小喷嘴口径、 。
7、油气井根据工作的性质可分为探井和 ，其中探井又可分为 、 和 。 二、名词解释(每题3分，5×3分=15分) 1、自磨式钻头 2、泥浆触变性 3、复杂地层 4、钢粒钻进 5、封孔
三、简答题(每题5分，6×5分=30分) 1、岩石可钻性测定方法有哪些?
2、简述孕镶金刚石钻头的胎体磨耗和金刚石磨耗的三种状态。 3、简述采取岩矿心时对岩矿心质量的要求。
4、对滤水管性能有哪些要求?滤水管的类型有哪些? 5、试述灌注桩中断桩的处理措施。
6、分析下图是何循环方式，在图中标出循环液流动方向，并简述其循环工作流程。 四、论述题(每题10分，3×10分=30分) 1、叙述地质因素如何影响钻孔弯曲。
2、叙述硬质合金钻进井底碎岩过程，以及硬质合金钻头切削具的镶焊角度与适应地层情况。 3、写出灌注桩施工工艺流程，并叙述灌桩工序中灌注混凝土的具体过程。
（第三题6题图）
参考答案
一、填空题(每空1分，25×1分=25分)
1、破碎孔底岩石、提取岩芯和岩粉、加固孔壁
2、岩矿芯采取、简易水文测量、孔深校正、原始报表 3、冷却钻头、清洗孔底、保护孔壁、润滑钻具
4、破壁换浆与探井、填砾、止水、洗井、试抽（或抽水试验） 5、一次投砂法、结合投砂法（分批投砂法）、连续投砂法 6、提高喷射压力、加快提升和旋转速度 7、生产井、普查井、预探井、详探井 二、名词解释(每题3分，5×3分=15分)
1、自磨式钻头：为了克服磨锐式钻头在钻进中不断被磨钝而钻速下降的问题，特别选用了小端面的切削刃（薄片或针状），使其在钻进中磨损后与岩石的接触面积保持一定而不变（即不会变钝）。
2、泥浆触变性：泥浆静止时内部的网状结构会稠化成胶状物质，当再进行搅拌或振荡时，又会恢复其原有的流动性的性质。
3、复杂地层：由于地质构造的运动，地下水的溶蚀、冲刷以及由于岩石本身的特点而使其稳定性和完整性遭受破坏的地层。如破碎、坍塌、掉块、漏水、涌水、空洞、砾石、流砂、钻孔扩径和缩径等地层。
4、钢粒钻进：用未镶有切削具的钻头钢体压住不与钻头钢体镶在一起、呈自由状态、尺寸不大的钢粒，并带动它们在孔底翻滚而破碎岩石的钻进方法。
5、封孔：钻孔终孔后，为了封闭和隔离含水层而进行的止水工作。 三、简答题(每题5分，6×5分=30分)
1、岩石可钻性测定方法有哪些?
答案要点：
按机械钻速分级（实钻法分级）；摆球硬度分级法；压入硬度分级法；微钻法；普氏系数分级法；凿碎比功法。
2、简述孕镶金刚石钻头的胎体磨耗和金刚石磨耗的三种状态。
答案要点：
a、 二者相应的地磨耗，且胎体的磨耗略微超前于金刚石磨耗，钻头能自锐，此时金刚石在旋转方向的背后有蝌蚪状的胎体支撑，手摸有粗糙感。
b、胎体磨耗过快使金刚石过早脱落或破裂，说明岩石的研磨性强而胎体则不耐磨，使钻探成本提高。
c、胎体磨耗过慢，致使金刚石不出刃。钻进过程中钻头出现 “打滑 ”现象，即不进尺。
3、简述采取岩矿心时对岩矿心质量的要求。
答案要点：
1）岩矿心的采取率；岩心≥65%，矿心≥75%； 2）完整性； 3）纯洁性；
4）避免选择性磨损。
4、对滤水管性能有哪些要求?滤水管的类型有哪些?
答案要点：
对滤水管的要求：1）有最大的进水面积；2）足够大的机械强度；3）耐腐蚀能力；4）滤水挡砂能力；5）成本低，安装方便。
滤水管的类型：骨架式滤水管、缠丝滤水管、包网滤水管、砾石滤水管、贴砾滤水管。 5、试述灌注桩中断桩的处理措施。
答案要点：
1）断桩处位置较深，弯矩小，且断处以上已灌注混凝土时：先打一探孔，探明断桩位置；再打一孔，标高低于断处，用高压输水管插入任一孔中，冲洗出断桩处的泥、砂。然后，将压浆管插入任一口并封死孔口，注浆，另一孔出浆后，慢慢提升压浆管将整个孔填满浆。
2）当断桩处深，弯矩大，且断处以上已灌注混凝土时：与上不同的是，两孔要开大些，并插进小钢轨或钢筋束，再按上述方法压浆填满。
3）断桩处浅，而断桩处已停止灌砼。打入钢护筒，排水清渣，对桩头凿除清理，再浇注砼达到桩顶设计标高。
最后，断桩不能有效处理，考虑在其旁边补桩。
6、分析下图是何循环方式，在图中标出循环液流动方向，并简述其循环工作流程。
答案要点：
循环液流动方向见图上；
孔底反循环：此法上半部分为正循环，下半部分通过一喷反接头，形成反循环。流程：水泵——›钻杆——›喷反接头—›孔底——›钻头——›钻杆—›喷反接头—›钻杆——›回水管——›泥浆池。
四、论述题(每题10分，3×10分=30分) 1、叙述地质因素如何影响钻孔弯曲。
答案要点：1）岩石的各向异性：受外力作用，岩石各方向表现出不同的力学性质；表现为垂直层理方向的硬度小于顺着层理方向的硬度，故钻进中，垂直层理方向的钻速就大于顺着层理方向的钻速；钻孔顶角和方位角有趋向于垂直岩层层面方向。
。
2）岩层遇层角的影响：遇层角—钻孔的轴线与岩层层面之间小于90的夹角
d。 ← 钻进时，软岩—› 硬岩，a. d 30°，顶层进。
↑ 硬岩——› 软岩：钻孔同时向硬岩层方向弯曲，层理倾角越大，弯曲越明显。 → 软岩——› 硬岩——› 软岩，且硬岩厚度小；钻孔顶角有回原的趋势。
3）松散、溶洞地层：钻具自重作用下，钻孔极易下垂。
2、叙述硬质合金钻进井底碎岩过程，以及硬质合金钻头切削具的镶焊角度与适应地层情况。
答案要点：
切削具所受的两个作用力：轴向压力Py和水平回转力Px。
塑性岩石的碎岩过程：①钻头上切削具切入岩石的必要条件：切削具与岩石接触面上的单位压力必须大于（或最小等于）岩石的抗压入强度，即Py³S0*s；②当切削具切入岩石并作回转运动时，切削具在水平力（切削力） Px作用下压迫其前面的岩石发生塑性变形，并不断地向自由面划移，此过程称为回转切削过程。③塑性岩石在钻头的切削具的切入和回转切削两过程的作用下发生碎岩过程。
脆性岩石的碎岩过程：?切入过程：切削具以轴向压力Py向下压入脆性岩石，条件仍是Py³S0*s， 此时，岩石发生脆性剪切，碎裂的岩石向自由面崩出，产生剪切体；? 回转切削过程：切削具在轴向力Py作用下切入岩石h0后在水平力Px的作用下，则发生水平剪切的过程，将刃前的岩石abo剪切掉。
切削具的刃角和镶焊角：f—镶焊角；a—切削角；b—刃角；e—后角。
1）镶焊角f和切削角a ：f=0， a=90，直镶，镶焊方便，最常用，用于各种岩层；f >0， a 90，负斜镶，适于硬岩。
2）刃角b ：反映切入岩石难易程度和抗磨、抗崩能力； b 越小，切入越易，抗磨、抗崩能力越差，适于软岩； b 越大，切入越难，抗磨、抗崩能力越强，适于硬岩。
3）后角e ：影响切削具回转钻进时其后面与岩石表面的接触和磨损的程度。在工作中必须有一定的后角，才能使切削具后面与岩石表面不接触或少接触以减少磨损。
4）切削角a= b + e ：相应的反映镶焊角f的大小，应根据所钻岩石而选定。一般地，钻进软岩， a应选小些；脆性及中硬岩中，切削具被磨钝是主要矛盾，宜采用直镶式
。
或f =-10的负斜镶式。
3、写出灌注桩施工工艺流程，并叙述灌桩工序中灌注混凝土的具体过程。
答案要点：
钻孔灌注桩的工艺流程：整场地— 桩位放样— 埋护筒— 钻机就位— 钻进— 清孔— 下钢筋笼— 下灌浆导管— 二次清孔— 灌混凝土入孔— 混凝土养护— 验桩。
混凝土浇注前必须清孔；下钢筋笼；下灌浆导管；灌注混凝土：为保证初灌砼的质量，开始灌注时注意隔水；提升导管；拆除导管；控制灌注标高；拔出护筒。（注意展开论述方能得全分
中国矿业大学2008-2009学年
《岩土钻掘工程学》（试卷B）
（考试时间：100分钟 考试方式：闭卷）
学院班级
1、岩土钻掘施工设备的发展趋势 、 、 。
2、岩石可钻性测定方法有 、 、 、 、 、 。 3、钻探中常用的冲洗介质有 、 、 、 。
4、成井工艺中下管的方法有 、 、 、 、 。
5、水井成井工艺中填砾的方法有 、 、 、 。
6、油、气井按工作的性质可分为探井和 ；其中探井又可分为 、 、详探井。 二、名词解释(每题3分，5×3分=15分) 1、岩石可钻性
2、岩石的自然安息角 3、压裂碎岩 4、钻孔弯曲 5、成井工艺
三、简答题(共5题，每题6分，共30分) 1、如何钻探提高劳动生产率？ 2、简述油、气井的建井过程。 3、描述泥浆塑性流型流变情况。
4、分析下图是何种循环方式，在图中标出循环液流动方向并简述其循环工作原理。 5、简述岩石中爆破作用的基本原理。
四、论述题(共3题，每题10分)
1、叙述孕镶金钢石钻头唇面钝化—锐化过程，以及胎体性能与地层的适应性原理。 2、分析冲击回转钻进的碎岩机理，并说明冲击回转钻进效率高的原因。 3、叙述投砂方法及其投砂操作步骤。
（三题4小题图）
参考答案
一、填空题(每空1分，25×1分=25分) 1、小型轻便化、大型多功能化、特殊专用化
2、实钻法（或机械钻速法）、摆球硬度分级法、压入硬度分级法、微钻法、普氏系数分级法、凿碎比功法
3、清水、泥浆、乳化液、空气（泡沫）
4、提吊下管法、浮板下管法、托盘下管法、二次下管法、综合下管法 5、静水填砾法、注水填砾法、抽水填砾法、深井-钻杆泵入法 6、生产井、普查井、预探井
二、名词解释(每题3分，5×3分=15分)
1、岩石可钻性：钻进过程中岩石抵抗破碎的强度。表示岩石破碎的难易性。
2、岩石的自然安息角：颗粒间缺乏凝聚力的松散性岩石，堆放时能保持其外形，由于颗粒的自重和颗粒之间摩擦力的作用而不坍塌，此时其斜面与水平面所夹之角。 3、压裂碎岩：由钢粒的碾压作用而产生的疲劳碎岩方式。
4、钻孔弯曲：钻孔偏离设计的曲线，称钻孔弯曲或孔斜；钻孔弯曲度是衡量钻孔弯曲的程度。
5、成井工艺：安装井内装置的工作，下管成井，以取得抽水资料，为开采地下水提供依据或保证供水井的开采使用寿命。
三、简答题(共5题，每题6分，共30分) 1、如何钻探提高劳动生产率？
答案要点：
1）加强组织领导工作，采用合理的劳动组织和分工。
2）提高纯钻进时间的进尺： j选择合适的钻进规程；k使用小口径钻进；l根据岩石破碎的机理和岩层的性质，大力推广使用新型钻头。
3）减少辅助时间在总时间中所占的比重，就可增加纯钻进时间.减少辅助时间的方法：j实现机械化和自动化；k使用无岩芯钻进。
4）缩短或消灭非生产时间：
j钻机数目多时，可成立专业安装队进行安装、拆卸、迁移工作。 k使用移动式轻便钻探设备。 2、简述油、气井的建井过程。
答案要点：
特有工序：固井、试油及油井完成。 3、描述泥浆塑性流型在管内流变情况。
答案要点：
泥浆作为塑性型流体：液体在外力作用下，管内流动情况如下： 1
）不流动（OA段）：t
s（静切力）；
2）塞流（AC段）： t>ts 除管壁处，整个液体像圆柱塞子移动； 3）塞流向层流过渡（CB 段）：外力继续加大，内部结构开始破坏；
4）层流（BD段）：泥浆内部结构拆散速度和结构恢复速度相等，达到平衡状态。 ts-td=hp´dv/dx
式中：ts——静切力； td——动切力； hp——塑性粘度。
5）紊流（D点以后）：流速大，泥浆质点无规则运动。
4、分析下图是何种循环方式，在图中标出循环液流动方向并简述其循环工作原理。
答案要点：
泵吸反循环，循环液流动方向如图。
利用砂石泵的抽吸作用。循环液流程：源池——井口——环状间隙——井底——钻杆内腔——砂石泵——沉淀池。
先使钻杆内充满水：一是上部安装真空泵，二是安装注水泵。 钻进效率随孔深增加而下降。
适用于井内水位高的大直径浅井钻进。 5、简述岩石中爆破作用的基本原理。
答案要点：
根据测试得知，炸药在岩石中爆破时，它释放出来的能量是以冲击波和爆轰气体膨胀压力的方式作用在岩石上的，从而造成岩石的破坏。
1）爆轰气体膨胀压力作用破坏论
该观点是从静力学的观点出发，认为药包爆炸后，产生大量高温高压的气体，这种气体膨胀时所产生推力，作用在药包周围的岩壁上，引起岩石质点的径向位移，由于作用力的不等引起的不同的径向位移，导致在岩石中形成剪切应力；
2）应力波反射拉伸破坏论
该观点从爆轰的动力学观点出发。认为药包爆破时，强大的冲击波冲击和压缩周围的岩石，在岩石中激发成强烈的应力波，当应力波传到自由面时，从自由面反射而成拉伸应力波；
3）冲击波和爆轰气体膨胀压力共同作用破坏论
这派观点认为爆破时岩石的破坏是冲击波和爆轰气体膨胀压力共同作用的结果。 四、论述题(共3题，每题10分)
1、叙述孕镶金钢石钻头唇面钝化—锐化过程，以及胎体性能与地层的适应性原理。
答案要点：
孕镶钻头的作用除了包镶金刚石和焊接钢体外，还要保证金刚石在钻进中有自锐作用。孕镶钻头的自锐过程：工作中，胎体的底表面与岩石间的间隙里充满了岩石颗粒，这些颗粒被冲走之前，一直研磨胎体，使孕镶钻头自锐。工作的金刚石脆性碎裂后，随钻进的进行，胎体不断磨损，失去对工作金刚石的包镶能力，则该层金刚石脱落，另一层具有工作能力的金刚石不断出露，恒定碎岩。
其胎体磨耗与金刚石磨耗状态基本有三种：
a、 二者相应的地磨耗，且胎体的磨耗略微超前于金刚石磨耗，钻头能自锐，此时金刚石在旋转方向的背后有蝌蚪状的胎体支撑，手摸有粗糙感。
b、胎体磨耗过快使金刚石过早脱落或破裂，说明岩石的研磨性强而胎体则不耐磨，使钻探成本提高。
c、胎体磨耗过慢，致使金刚石不出刃。钻进过程中钻头出现 “打滑 ”现象，即不进尺。
2、分析冲击回转钻进的碎岩机理，并说明冲击回转钻进效率高的原因。
答案要点：
冲击回转钻进井底碎岩机理：
切削具所受的三种力：回转力、轴向静压力、冲击力。碎岩过程：冲击—局部岩脊—回转切削。
硬、脆性岩石：冲击力为主，回转为了移动切削具位置，改变冲击点，回转切削（回转速度较重要）。
中硬、塑性岩石：回转切削为主，冲击作用为辅。
钻进效率高的原因：1）冲击载荷是接触应力，瞬时可达极高值，应力较集中；2）切削具磨损减少；3）冲击时还加有一定的轴向压力；4）高频并连续地给岩石施加冲击荷载；5）冲击中又有连续不断的回转切削作用。 3、叙述投砂方法及其投砂操作步骤。
答案要点：
投砂方法——向孔底补给钢粒的方法。有三种：一次投砂法，结合投砂法，连续投砂法。
1）一次投砂法：在回次钻进前将所需钢粒量一次投入孔内。操作简单费时少，但最初孔底钢粒堆积多，影响钻探质量。
2）结合投砂法：也称分批投砂法，在回次钻进前先投入孔内所需钢粒量的50%，所剩50%钢粒量在回次中分2~3次投入。此法在一定程度上改善了孔径扩大和岩芯过细的问题，但操作比较麻烦，需中途停车补砂。
3）连续投砂法：利用连续投砂器，在钻进过程中不断送砂。若投砂器工作正常，则孔底始终会保持一定数量的钢粒，因而克取岩石均匀，钻进速度稳定，钻孔质量良好。但问题在于投砂器工作常不稳定，送砂时多时少，故现场不爱采用。
回次投砂量应在压力和转速一定的条件下，根据钢粒质量、钻头直径、岩石性质、预计回次进尺时间等因素来确定。
中国矿业大学2007-2008学年
《岩土钻掘工程学》（试卷A）
（考试时间：100分钟 考试方式：闭卷）
学院 班级 姓名 学
号
一、填空题（每空1分，25´1分=25分）
1、岩土钻掘施工设备的发展趋势是 、 、 。
2、钻孔的三要素是 、 、 。 3、岩石可钻性测定方法有 、 、 、 、普氏系数分级法、 。
4、岩芯钻探常用的设备有 、 、动力机、 、泥浆搅拌机等。 5、钢粒钻进时投砂方法有 、 、 。
6、钻探用泥浆属于 型流体。
7、采取岩矿芯时对岩矿芯质量的要求 、 、 、 。
8、水文地质和水井钻孔的分类为水文地质孔、 、 、 、供水井。 二、名词解释（每题3分，5´3分=15分） 1、复杂地层； 2、磨锐式钻头； 3、泥浆造壁能； 4、钢粒钻进；
5、固井工程（石油钻）。
三、简答题（每题5分，6´5分=30分）
1、什么是钻孔结构？钻孔换径的原因是什么？ 2、试述灌注桩灌桩工序中灌注混凝土的过程； 3、简述地质因素如何影响钻孔弯曲；
4、分析下图是何循环方式？在图中标出循环流动方向，并简述其循环工作原理； 5、试述供水井成井工艺的过程；
6、简述高压旋喷桩对于冒浆是如何处理的。 四、论述题（每题10分，3´10分=30分）
1、叙述硬质合金钻进井底碎岩的过程，以及硬质合金钻头切削具的镶焊角度与适应地层情况。
2、叙述金刚石钻进井底碎岩的过程，以及孕镶钻头的胎体磨耗和金刚石磨耗的三种状态。 3、试述灌注桩施工中清孔的目的，断桩的产生原因及出现断桩事故如何处理。
三题4小题图
参考答案
一、填空题（每空1分，25´1分=25分）
1、岩土钻掘施工设备的发展趋势是 小型轻便化 、 大型多功能化 、 特殊专用化 。
2、钻孔的三要素是 孔径 、 孔向 、 孔深 。
3、岩石可钻性测定方法有 实钻法（或机械钻速法）、 摆球硬度分级法 、 压入硬度分级法 、 微钻法 、普氏系数分级法、 凿碎比功法 。
4、岩芯钻探常用的设备有 钻机 、 水泵（或泥浆泵） 、动力机、 钻塔 、 泥浆搅拌机等。
5、钢粒钻进时投砂方法有 一次投砂法 、 结合投砂法 、 连续投砂法 。 6、钻探用泥浆属于 塑性 型流体。
7、采取岩矿芯时对岩矿芯质量的要求 岩（矿）芯的采取率 、 完整性 、 纯结性 、 避免选择性磨损 。
8、水文地质和水井钻孔的分类为水文地质孔、 水文地质勘探孔 、 探采结合井 、 水文地质长期观测孔 、供水井。 二、名词解释（每题3分，5´3分=15分）
1、复杂地层：由于地质构造的运动，地下水的溶蚀、冲刷以及由于岩石本身的特点而使其稳定性和完整性遭受破坏的地层。
2、磨锐式钻头：钻头磨钝后可以重新修磨锐利；从钻进过程中来说，应称之为磨钝式钻头更为恰当，因为实际上，这种钻头在钻进中是不断地被磨钝的，而再次使用时需要重新修磨。
3、泥浆造壁能：在泥浆失水的同时，泥浆中的一些较大的粘土颗粒附着在孔壁岩石上，形成一层泥皮，泥浆的这种能力称为泥浆造壁能。
4、钢粒钻进：用未镶有切削具的钻头钢体压住不与钻头钢体镶在一起、呈自由状态、尺寸不大的钢粒，并带动它们在孔底翻滚而破碎岩石的钻进方法。
5、固井工程（石油钻）：包括下套管和注水泥两项工作。准备固井的井段，先下入套管柱，然后再在套管与井壁之间注入一定高度的水泥浆，把井壁与套管之间的环状间隙严密封闭起来，以做到不漏，不窜，隔绝油、气、水层。
三、简答题（每题5分，6´5分=30分） 1、什么是钻孔结构？钻孔换径的原因是什么？
答案要点：
钻孔结构：钻孔由开孔至终孔，孔深口径的变化。一般地，换径次数越多，钻孔结构越复杂。
换径原因：(1) 地质原因：流沙层、坍塌层、破碎、溶洞等，需下套管。下套管后换径（小径）钻进。(2) 技术设备因素：钻至一定深度后，由较大口径换较小口径，以适应设备负荷能力。
2、试述灌注桩灌桩工序中灌注混凝土的过程；
答案要点：混凝土浇注前必须清孔；下钢筋笼；下灌浆导管；灌注混凝土：为保证初灌砼的质量，开始灌注时注意隔水；提升导管；拆除导管；控制灌注标高；拔出护筒。
3、简述地质因素如何影响钻孔弯曲；
答案要点：1）岩石的各向异性：受外力作用，岩石各方向表现出不同的力学性质；表现为垂直层理方向的硬度小于顺着层理方向的硬度，故钻进中，垂直层理方向的钻速就大于顺着层理方向的钻速；钻孔顶角和方位角有趋向于垂直岩层层面方向。 2）岩层遇层角的影响：遇层角—钻孔的轴线与岩层层面之间小于90的夹角d。 钻进时，软岩—› 硬岩，a. d 30°，顶层进。硬岩——› 软岩：钻孔同时向硬岩层方向弯曲，层理倾角越大，弯曲越明显。软岩——› 硬岩——› 软岩，且硬岩厚度小；钻孔顶角有回原的趋势。
。
3）松散、溶洞地层：钻具自重作用下，钻孔极易下垂。
4、分析下图是何循环方式？在图中标出循环流动方向，并简述其循环工作原理；
答案要点：气举反循环；循环流动方向见下图；
工作原理：将压缩空气通过供气管路送至井下气水混合室，与钻杆内循环液混合，形成轻比重的混合气液柱，在内外压差的作用下，混合液沿钻杆内上升形成反循环。 5、试述供水井成井工艺的过程；
答案要点：主要工艺过程：破壁、换浆、探井——安装井管——填砾——止水——洗井——试抽。
6、简述高压旋喷桩对于冒浆是如何处理的。
答案要点：冒浆量：其量小于注浆量20%者为正常；超过20%或完全不冒浆时属不正常。
冒浆不正常的处理方法：a.不冒浆情况：浆液中+速凝剂；b.冒浆过大（>20%）：是有效喷射范围与注浆量不相适应。减少冒浆量的措施有：←提高喷射压力；↑适当缩小喷嘴口径；→加快提升和旋转速度。
冒出地面的浆液，经过滤、沉淀、除去杂质和调整浓度后可再利用。 五、论述题（每题10分，3´10分=30分）
1、叙述硬质合金钻进井底碎岩的过程，以及硬质合金钻头切削具的镶焊角度与适应地层情况。
答案要点：切削具所受的两个作用力：轴向压力Py和水平回转力Px。
塑性岩石的碎岩过程：①钻头上切削具切入岩石的必要条件：切削具与岩石接触面上的单位压力必须大于（或最小等于）岩石的抗压入强度，即Py³S0*s；②当切削具切入岩石并作回转运动时，切削具在水平力（切削力） Px作用下压迫其前面的岩石发生塑性变形，并不断地向自由面划移，此过程称为回转切削过程。③塑性岩石在钻头的切削具的切入和回转切削两过程的作用下发生碎岩过程。
脆性岩石的碎岩过程：?切入过程：切削具以轴向压力Py向下压入脆性岩石，条件仍是Py³S0*s， 此时，岩石发生脆性剪切，碎裂的岩石向自由面崩出，产生剪切体；? 回转切削过程：切削具在轴向力Py作用下切入岩石h0后在水平力Px的作用下，则发生水平剪切的过程，将刃前的岩石abo剪切掉。
„„„„„„„„„„(6分)
切削具的刃角和镶焊角：f—镶焊角；a—切削角；b—刃角；e—后角。
1）镶焊角f和切削角a ：f=0， a=90，直镶，镶焊方便，最常用，用于各种岩层；f >0， a 90，负斜镶，适于硬岩。
2）刃角b ：反映切入岩石难易程度和抗磨、抗崩能力； b 越小，切入越易，抗磨、抗崩能力越差，适于软岩； b 越大，切入越难，抗磨、抗崩能力越强，适于硬岩。
„„„„„„„„„„(4分)
2、叙述金刚石钻进井底碎岩的过程，以及孕镶钻头的胎体磨耗和金刚石磨耗的三种状态。
答案要点：表镶金刚石钻头碎岩：表镶金刚石钻头的金刚石颗粒及其出刃都比较大，可取单颗金刚石分析其碎岩过程：1）对于坚硬脆性岩石，以压裂、压碎加体积剪切为主，切削破碎为次；2）对于塑性大的中硬岩石，以切削方式碎岩为主，压碎压裂为辅。
孕镶金刚石钻头碎岩：1）孕镶金刚石钻头只有在其胎体磨损，金刚石逐步出刃，才能切入岩石，有效碎岩。2）孕镶金刚石钻头的碎岩机理：一种看法是磨削碎岩；另一种看法是与表镶钻头相似，仅金刚石粒度不同而已，因此，对于脆性岩石，以微压裂压碎加体积剪切为主，对于塑性岩石，以微切削为主。
„„„„„„„„„„(5分)
孕镶钻头的作用除了包镶金刚石和焊接钢体外，还要保证金刚石在钻进中有自锐作用。其胎体磨耗与金刚石磨耗状态基本有三种：
a、 二者相应的地磨耗，且胎体的磨耗略微超前于金刚石磨耗，钻头能自锐，此时金刚石在旋转方向的背后有蝌蚪状的胎体支撑，手摸有粗糙感。
b、胎体磨耗过快使金刚石过早脱落或破裂，说明岩石的研磨性强而胎体则不耐磨，使钻探成本提高。
c、胎体磨耗过慢，致使金刚石不出刃。钻进过程中钻头出现 “打滑 ”现象，即不进尺。
„„„„„„„„„„(5分)
3、试述灌注桩施工中清孔的目的，断桩的产生原因及出现断桩事故如何处理。
答案要点：
混凝土浇注前必须清孔；目的：清除孔底沉渣；清除孔壁泥皮。
断桩——灌注混凝土时，泥浆把上下两段混凝土隔开，使混凝土截面积受损。
„„„„„„„„„„(4分)
断桩事故的处理：
1）断桩处位置较深，弯矩小，且断处以上已灌注混凝土时：先打一探孔，探明断桩位置；再打一孔，标高低于断处，用高压输水管插入任一孔中，冲洗出断桩处的泥、砂。然后，将压浆管插入任一口并封死孔口，注浆，另一孔出浆后，慢慢提升压浆管将整个孔填满浆。
2）当断桩处深，弯矩大，且断处以上已灌注混凝土时：与上不同的是，两孔要开大些，并插进小钢轨或钢筋束，再按上述方法压浆填满。
3）断桩处浅，而断桩处已停止灌砼。打入钢护筒，排水清渣，对桩头凿除清理，再浇注砼达到桩顶设计标高。
最后，断桩不能有效处理，考虑在其旁边补桩。
„„„„„„„„„„(6分)
中国矿业大学2007-2008学年
《岩土钻掘工程学》（试卷B）
（考试时间：100分钟 考试方式：闭卷）
学院班级姓名
一、填空题(本题共6小题，每空1分，共25分)
1、岩土钻掘施工设备的发展趋势 、 、 。
2、岩石可钻性测定方法有 、 、 、 、 、 。 3、钻探中常用的冲洗介质有 、 、 、 。
4、成井工艺中下管的方法有 、 、 、 、 。
5、水井成井工艺中填砾的方法有 、 、 、 。
6、油、气井按工作的性质可分为探井和 ；其中探井又可分为 、 、详探井。 二、名词解释(每题3分，5×3分=15分) 1、岩石可钻性
2、岩石的自然安息角 3、压裂碎岩 4、钻孔弯曲 5、成井工艺
三、简答题(共5题，每题6分，共30分) 1、如何钻探提高劳动生产率？ 2、简述油、气井的建井过程。 3、描述泥浆塑性流型流变情况。
4、分析下图是何种循环方式，在图中标出循环液流动方向并简述其循环工作原理。 5、简述岩石中爆破作用的基本原理。
四、论述题(共3题，每题10分)
1、叙述孕镶金钢石钻头唇面钝化—锐化过程，以及胎体性能与地层的适应性原理。 2、分析冲击回转钻进的碎岩机理，并说明冲击回转钻进效率高的原因。 3、叙述投砂方法及其投砂操作步骤。
（三题4小题图）
参考答案
一、填空题(每空1分，25×1分=25分) 1、小型轻便化、大型多功能化、特殊专用化
2、实钻法（或机械钻速法）、摆球硬度分级法、压入硬度分级法、微钻法、普氏系数分级法、凿碎比功法
3、清水、泥浆、乳化液、空气（泡沫）
4、提吊下管法、浮板下管法、托盘下管法、二次下管法、综合下管法 5、静水填砾法、注水填砾法、抽水填砾法、深井-钻杆泵入法 6、生产井、普查井、预探井
二、名词解释(每题3分，5×3分=15分)
1、岩石可钻性：钻进过程中岩石抵抗破碎的强度。表示岩石破碎的难易性。
2、岩石的自然安息角：颗粒间缺乏凝聚力的松散性岩石，堆放时能保持其外形，由于颗粒的自重和颗粒之间摩擦力的作用而不坍塌，此时其斜面与水平面所夹之角。 3、压裂碎岩：由钢粒的碾压作用而产生的疲劳碎岩方式。
4、钻孔弯曲：钻孔偏离设计的曲线，称钻孔弯曲或孔斜；钻孔弯曲度是衡量钻孔弯曲的程度。
5、成井工艺：安装井内装置的工作，下管成井，以取得抽水资料，为开采地下水提供依据或保证供水井的开采使用寿命。
三、简答题(共5题，每题6分，共30分) 1、如何钻探提高劳动生产率？
答案要点：
1）加强组织领导工作，采用合理的劳动组织和分工。
2）提高纯钻进时间的进尺： j选择合适的钻进规程；k使用小口径钻进；l根据岩石破碎的机理和岩层的性质，大力推广使用新型钻头。
3）减少辅助时间在总时间中所占的比重，就可增加纯钻进时间。减少辅助时间的方法：j实现机械化和自动化；k使用无岩芯钻进。
4）缩短或消灭非生产时间：
j钻机数目多时，可成立专业安装队进行安装、拆卸、迁移工作。 k使用移动式轻便钻探设备。 2、简述油、气井的建井过程。
与岩芯钻探类似，但其工艺过程要求高、技术措施更完备。建井过程如下：
特有工序：固井、试油及油井完成。 3、描述泥浆塑性流型在管内流变情况。
答案要点：
泥浆作为塑性型流体：液体在外力作用下，管内流动情况如下： 1
）不流动（OA段）：t
s（静切力）；
2）塞流（AC段）： t>ts 除管壁处，整个液体像圆柱塞子移动； 3）塞流向层流过渡（CB 段）：外力继续加大，内部结构开始破坏；
4）层流（BD段）：泥浆内部结构拆散速度和结构恢复速度相等，达到平衡状态。 ts-td=hp´dv/dx
式中：ts——静切力； td——动切力； hp——塑性粘度。 5）紊流（D点以后）：流速大，泥浆质点无规则运动。
4、分析下图是何种循环方式，在图中标出循环液流动方向并简述其循环工作原理。
答案要点：
泵吸反循环，循环液流动方向如图。
利用砂石泵的抽吸作用。循环液流程：源池——井口——环状间隙——井底——钻杆内腔——砂石泵——沉淀池。
先使钻杆内充满水：一是上部安装真空泵，二是安装注水泵。 钻进效率随孔深增加而下降。
适用于井内水位高的大直径浅井钻进。 5、简述岩石中爆破作用的基本原理。
答案要点：
根据测试得知，炸药在岩石中爆破时，它释放出来的能量是以冲击波和爆轰气体膨胀压力的方式作用在岩石上的，从而造成岩石的破坏。
1）爆轰气体膨胀压力作用破坏论
该观点是从静力学的观点出发，认为药包爆炸后，产生大量高温高压的气体，这种气体膨胀时所产生推力，作用在药包周围的岩壁上，引起岩石质点的径向位移，由于作用力的不等引起的不同的径向位移，导致在岩石中形成剪切应力；
2）应力波反射拉伸破坏论
该观点从爆轰的动力学观点出发。认为药包爆破时，强大的冲击波冲击和压缩周围的岩石，在岩石中激发成强烈的应力波，当应力波传到自由面时，从自由面反射而成拉伸应力波；
3）冲击波和爆轰气体膨胀压力共同作用破坏论
这派观点认为爆破时岩石的破坏是冲击波和爆轰气体膨胀压力共同作用的结果。 四、论述题(共3题，每题10分)
1、叙述孕镶金钢石钻头唇面钝化—锐化过程，以及胎体性能与地层的适应性原理。
答案要点：
孕镶钻头的作用除了包镶金刚石和焊接钢体外，还要保证金刚石在钻进中有自锐作用。孕镶钻头的自锐过程：工作中，胎体的底表面与岩石间的间隙里充满了岩石颗粒，这些颗粒被冲走之前，一直研磨胎体，使孕镶钻头自锐。工作的金刚石脆性碎裂后，随钻进的进行，胎体不断磨损，失去对工作金刚石的包镶能力，则该层金刚石脱落，另一层具有工作能力的金刚石不断出露，恒定碎岩。
„„„„„„„„（5分）
其胎体磨耗与金刚石磨耗状态基本有三种：
a、 二者相应的地磨耗，且胎体的磨耗略微超前于金刚石磨耗，钻头能自锐，此时金刚石在旋转方向的背后有蝌蚪状的胎体支撑，手摸有粗糙感。
b、胎体磨耗过快使金刚石过早脱落或破裂，说明岩石的研磨性强而胎体则不耐磨，使钻探成本提高。
c、胎体磨耗过慢，致使金刚石不出刃。钻进过程中钻头出现 “打滑 ”现象，即不进尺。
„„„„„„„„（5分）
2、分析冲击回转钻进的碎岩机理，并说明冲击回转钻进效率高的原因。
答案要点：
冲击回转钻进井底碎岩机理： 切削具所受的三种力：回转力、轴向静压力、冲击力。碎岩过程：冲击—局部岩脊—回转切削。
硬、脆性岩石：冲击力为主，回转为了移动切削具位置，改变冲击点，回转切削（回转速度较重要）。
中硬、塑性岩石：回转切削为主，冲击作用为辅。
„„„„„„„„（5分）
钻进效率高的原因：1）冲击载荷是接触应力，瞬时可达极高值，应力较集中；2）切削具磨损减少；3）冲击时还加有一定的轴向压力；4）高频并连续地给岩石施加冲击荷载；5）冲击中又有连续不断的回转切削作用。
„„„„„„„„（5分）
3、叙述投砂方法及其投砂操作步骤。
答案要点：
投砂方法——向孔底补给钢粒的方法。有三种：一次投砂法，结合投砂法，连续投砂法。
„„„„„„„„（2分）
1）一次投砂法：在回次钻进前将所需钢粒量一次投入孔内。操作简单费时少，但最初孔底钢粒堆积多，影响钻探质量。
2）结合投砂法：也称分批投砂法，在回次钻进前先投入孔内所需钢粒量的50%，所剩50%钢粒量在回次中分2~3次投入。此法在一定程度上改善了孔径扩大和岩芯过细的问题，但操作比较麻烦，需中途停车补砂。
3）连续投砂法：利用连续投砂器，在钻进过程中不断送砂。若投砂器工作正常，则孔底始终会保持一定数量的钢粒，因而克取岩石均匀，钻进速度稳定，钻孔质量良好。但问题在于投砂器工作常不稳定，送砂时多时少，故现场不爱采用。
„„„„„„„„（6分）
回次投砂量应在压力和转速一定的条件下，根据钢粒质量、钻头直径、岩石性质、预计回次进尺时间等因素来确定。
……………………（2分）