1. 試述鉆探工程的應用領域并展望其發(fā)展趨勢。

 

  答：鉆探工程是用一定的工具，在地殼內(nèi)按著一定的工藝破碎巖石的整個過程，這項工程的結果即地殼內(nèi)的鉆孔。它本身是一門應用性非常強的綜合性技術。隨著科學技術的進步和發(fā)展，鉆探工程技術也得以迅速的提高和發(fā)展，應用鉆探工程的范圍也越來越廣泛。

 

  （一）應用領域

 

  (1)普查找礦鉆探。在普查找礦工作中，為了探察表土層下基巖的性質(zhì)、產(chǎn)狀，了解地層，探明地質(zhì)構造，驗證物探資料而進行的鉆探。在普查找礦中應用的鉆探一般為取樣鉆探或輕便的淺孔鉆探。

 

  (2)礦產(chǎn)勘探鉆探。隨著勘探階段的加深，對一個礦區(qū)需要進一步了解其地質(zhì)構造，礦層的埋藏深度、存在的產(chǎn)狀及礦層的品位，獲得有用礦產(chǎn)的儲量并圈定其分布的范圍，有必要按著一定的勘探線、勘探網(wǎng)進行鉆探。礦產(chǎn)勘探鉆探布置的孔相對比較集中，且用較大型鉆探設備進行鉆探工作。

 

  (3)水文地質(zhì)鉆探。為找水和探明地下水賦存規(guī)律、水質(zhì)、水量以及其運動情況而進行的鉆探。一般水文地質(zhì)鉆探孔多為探、采結合的鉆孔，即在達到勘探任務后，下管成井，鉆孔作為供水井用。

 

  (4)工程地質(zhì)鉆探。為探明某些建筑工程的地下基礎及地基的承載能力而進行的鉆探。如查明高層、大型建筑、港口、水庫的地基基礎或查明路基、壩基、橋基等。

 

  (5)石油、天然氣鉆探。為勘探石油、天然氣等礦層而進行的鉆探。一般井深較大，大概在2000~4000m左右，而有的超深井甚至超過10000m。

 

  （二）國內(nèi)外破巖方法研究方向及發(fā)展趨勢

 

  隨著科學技術的不斷進步，鉆探技術也出現(xiàn)了迅猛發(fā)展，國內(nèi)外出現(xiàn)了：

 

  （1）鉆眼爆破方法，這是常用方法。

 

  （2）機械破巖方法。如平巷掘進機、盾構機、立井鉆井機、反井鉆機等都屬于此類。

 

  （3）水力破巖方法。

 

  （4）熱熔碎巖技術。采用各種辦法將巖石加熱，使巖體內(nèi)形成比較高的溫度梯度，利用巖石各組分的不同熱膨脹系數(shù)，形成熱應力，使巖體剝落，達到破巖目的。巖石中含石英越多越適宜這種方法。

 

  （5）隨鉆測量技術。

 

  （6）深井超深井鉆探技術、定向鉆進技術。

 

  （7）非開挖鉆進技術。

 

  就超深井鉆探技術來說，現(xiàn)階段超深井一般是指井(孔)深超過6000~8000m的鉆井。超深井鉆井主要應用于兩個方面：一是在石油地質(zhì)普查方面，對地層深部的油氣藏進行鉆探，或是為油田地質(zhì)進行標準地層的鉆探；二是為國家或國際合作的地球科學研究計劃而進行的地殼構造科學深鉆。超深井的鉆井技術難點有：設備功率強大，要有強力的起重提升系統(tǒng)、高壓強力鉆井泵和高強度鉆桿；要有優(yōu)質(zhì)耐用在超深地層內(nèi)能有效破碎巖石的鉆頭；要有耐高溫的優(yōu)質(zhì)鉆井泥漿和固井水泥；以及高強度的電纜等。執(zhí)行超深井計劃需要有發(fā)達的科學技術水平。因此，我們要不斷學習新知識，時刻關注國內(nèi)外鉆探技術的發(fā)展趨勢，在學習和實踐中要有創(chuàng)新精神，為行業(yè)發(fā)展做出自己的貢獻。

 

  2.試述提高硬巖鉆進效率的技術措施。

 

  答：在硬巖鉆進時，一般采用的是金剛石鉆進和鉆粒鉆進，硬質(zhì)合金不能鉆進堅硬、強研磨性巖石，它主要用于鉆進1~7級及部分8級巖石。要提高硬巖的鉆進效率除要根據(jù)一定的地質(zhì)條件選用合理的鉆進設備（合適的鉆機類型和鉆頭鉆具組合）外，還要注意鉆壓、轉速和沖洗液量三個鉆進參量的合理控制。

 

  拿金剛石鉆鉆進來說，金剛石鉆頭可以分為表鑲金剛石鉆頭和孕鑲金剛石鉆頭，它們主要依靠堅硬耐磨的金剛石切削齒來破磨和銑削巖石，適用于堅硬地層。其特點和碎巖機理決定了它們必須采用以高轉速為主體的鉆進規(guī)程。特別是孕鑲鉆頭，由于粒度小，切入量有限，要獲得有效的鉆進速度必須依靠鉆頭的高轉速。同時，考慮到金剛石性質(zhì)較脆和不耐高溫等特點，必須配合適當?shù)你@壓和足夠的沖洗液量，保持井底干凈，及時清洗、冷卻和潤滑切削齒，防止鉆頭泥包、切削齒破碎與熱損壞，才能更好地發(fā)揮金剛石鉆頭的作用，從而提高硬巖的鉆進效率。

 

  3.試述定向鉆進的應用領域并給出實現(xiàn)造斜鉆進的技術手段（即如何造斜）。

 

  答：定向井就是使井身沿著預先設計的井斜和方位鉆達目的層的鉆井方法。 定向井技術是當今世界石油勘探開發(fā)領域最先進的鉆井技術之一，它是由特殊井下工具、測量儀器和工藝技術有效控制井眼軌跡，使鉆頭沿著特定方向鉆達地下預定目標的鉆井工藝技術。采用定向井技術可以使地面和地下條件受到限制的油氣資源得到經(jīng)濟、有效的開發(fā)，能夠大幅度提高油氣產(chǎn)量和降低鉆井成本，有利于保護自然環(huán)境，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

 

  （一）定向井的應用

 

  （1）地面限制。油田埋藏在高山、城鎮(zhèn)、森林、沼澤、海洋、湖泊、河流等地貌復雜的地下，或井場設置和搬家安裝碰到障礙時，通常在他們附近鉆定向井。

 

  （2）地下地質(zhì)條件要求。用直井難以穿過的復雜層、鹽丘和斷層等，常采用定向井。

 

  （3）鉆井技術需要。遇到井下事故無法處理或不易處理時，常采用定向井技術。如：掉鉆頭、斷鉆具、卡鉆等。

 

  （4）經(jīng)濟有效的勘探開發(fā)油氣藏的需要。

 

  ?。┰@探落空，或鉆通油水邊界和氣頂時，可在原井眼內(nèi)側鉆定向井。

 

  ⅱ）遇多層系或斷層斷開的油氣藏，可用一口定向井鉆穿多組油氣層。

 

  ⅲ）對于裂縫性油氣藏可鉆水平井穿遇更多裂縫、低滲透性地層、薄油層都可鉆水平井，提高單井產(chǎn)量和采收率。

 

  ⅳ）在高寒、沙漠、海洋等地區(qū)，可用叢式井開采油氣。

 

  （二）如何造斜  如何造斜是定向鉆井的關鍵問題之一。鉆井過程中，可利用地層的自然條件造斜，但這種造斜能力有限，而且有時方向會與設計的不一致。因此，要使井眼真正按照預定軌跡延伸，還需要專門的造斜工具和方法。從現(xiàn)在鉆井工程中應用的定向鉆進技術手段來看，有以下幾種方法：

 

  （1）鉆具組合。在常規(guī)鉆具適當增加一些部件，如穩(wěn)定器、萬向節(jié)、鉆鋌、支撐鉆頭等，就可以起到增斜、減斜或保直的作用。使用鉆具組合進行定向鉆進時，操作方便，孔徑不變，孔深平滑，無需花費專門時間完成定向及造斜工序，機械鉆速不會明顯降低。

 

  （2）造斜楔。這種方法比較費時費事，一般不常采用。

 

  （3）連續(xù)造斜器。這是一種較新的造斜工具，可以在鉆進過程中連續(xù)造斜，節(jié)省了下楔時間和工序，用它鉆進，孔深為平滑弧線，孔徑不變。

 

  （4）井底動力配合造斜件。在石油鉆井中，應用井底動力造斜鉆具比較廣泛。井底動力裝置有螺桿鉆、螺輪鉆等。這種方法不但操作簡單，定向方便，而且連續(xù)造斜，孔徑不變，孔身平滑。特別是隨鉆測量技術進入實用狀態(tài)后，井底動力鉆進的技術水平得到了進一步提高。