钻探工程概论

1、钻探工程概论（中国地质大学）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/ 550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/6=2.55，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

2、于前二类，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/5=10 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，仍可产生较粗岩粒的

3、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 种是由于岩石颗粒的定向排列引起的，这种岩

4、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，裂隙发育的岩石硬度将会 降低。（2）岩石的硬度

5、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1.051.8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

6、、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17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

7、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和环形齿，与其他类型 复合片相比抗剪强度高、耐冲击、寿命长、热稳定性能好的特点。PDC钻头采用超

8、大排屑 流道设计，可以更加有效运移钻屑，清洗钻头，防止钻头泥包，提高机械钻速。8.金刚石钻头有哪些主要类型金刚石钻头按其制造方法不同，可分为烧结法和电镀法两种。金刚石钻头按包镶形式 的不同，可分为表镶钻头与孕镶钻头两种表镶钻头：金刚石分布在胎体表面上，当其刃角磨钝后可回收复用。钻头按金刚石粒 度分粗、中、细三种：520粒/克拉的为粗粒钻头；2040粒/克拉的为中粒钻头；40 100粒/克拉的为细粒钻头。一般情况下，细粒钻头适用于钻进致密、坚硬地层。金刚石都 是用天然品。硬度较低、完整岩层；孕镶钻头：金刚石不只是分布在胎体表面上，而且，还分布于胎体内部的一定层厚中。 金刚石是1080目的天然粉级

9、品或60129目JR4级的人造品。含金刚石的胎体层称为 工作层。钻进时，随着胎体的磨损，金刚石切刃才不断露出，旧切刃失去工作能力或脱掉， 新切刃相继出露参加工作。因此，孕镶钻头可保持稳定的钻速，应用范围较广。它坚硬、 致密、弱研磨性（优质金刚石、较低的金刚石浓度），均匀性差、完整度差、破碎地层 （金刚石浓度高、胎体硬度大）；还有一种“多层钻头”：它是孕镶钻头的变种形式，与孕镶的区别是胎体内部的金刚 石分成几层并有一定排列方式。钻头按金刚石成因分类，可分为天然金刚石钻头（表镶）和 人造金刚石钻头（都是孕镶）。此外，还有一种聚晶金刚石钻头，金刚石的镶焊属于表镶， 但在工作时却起孕镶钻头作用。它用于

10、钻进较软和研磨性强岩层，可得到很高的钻速。9.地质岩心钻探与油气井钻探的主要区别在哪里？主要区别有以下几点：钻孔的直径：Hole：孔，用于地质钻探，孔比较小，用于勘察，勘探Well:井， 用于油气井钻探，孔比较大，往往还要用于生产。2.钻孔的深度：钻探：比较浅。油气井: 比较深，技术有，成本高。3.地层情况：钻探：地层比较复杂，低层遇到的种类比较多。 油气井：一般低层地层单一。10.空气钻进技术有哪些优点？空气钻进的实质是以压缩空气代替冲洗液，作为钻进中的循环介质来冷却钻头，吹洗 钻孔把岩屑携带出地表的一种高效率、先进钻进方法。空气钻进特别适用于干旱缺水地区、 常年永冻层、孔内严重漏水地层及用

11、水钻进较困难地区。（1）钻进效率高：空气钻进效 率比一般钻进法约提高9 11倍。其原因是：孔底岩石减掉了钻孔内的液柱静压力，有 助于岩石最大限度地释放残余应力，使孔底岩石处于一种负压效应状态，借助切削具的碎 岩作用，岩屑呈“爆炸”形式崩离岩体，从而提高了钻进效率。另外压缩空气以高速吹 洗孔底、孔内干净，几乎完全没有重复破碎，故在硬岩和深孔时，钻进效率更为显著。（2）钻头寿命长：空气钻进钻头寿命长，除上面提到的因素外，还有一重要因素，即 当压缩空气经过钻头时，由于压力骤然降低，在此大量吸收热量，有利于冷却钻头，防 止烧钻，并为切削具创造有利的工作环境。与一般钻进方法相比，钻头寿命可提高十倍以 上

12、。（3）能取得正确的地质资料：空气钻进以空气为循环介质，它不污染岩石和孔壁这 不仅对洗井、抽水等工作有益，而且可以获取正确的水文地质资料。（4 ）空气钻进不用 水：这在干旱缺水地区其优越性更为显著，同时可以避免因漏水而带来的堵漏问题和冲洗 液、岩粉等对含水层堵塞的影响。11.什么是钻孔结构（也称井身结构）？钻孔结构设计是与钻进有关的，所有工程计算的基础。钻孔结构是指钻孔由开孔至终 孔，钻孔剖面中各孔段的深度和口径的变化情况。据地层理想柱状图做出来的。一般来说， 换径次数越多、钻孔结构越复杂；换径次数越少，钻孔结构越简单。在可能情况下，应使 钻孔结构尽量简单。根据地层条件，一层一层放入套管，所形

13、成图示的结构：设计依据1.钻孔的用途和目的；2.该地层的地质结构、岩石物理力学性质；3.钻 孔的设计深度和钻孔的方位方向、顶角方向；4.必需的终孔直径；5.钻进方法、钻探设 备参数。12 .套管在钻探工程中起什么作用？保护孔壁，支撑孔壁防止倒塌，为钻探提供通道。在钻探施工过程中，套管用途很广。钻进复杂地层时，用套管护壁堵漏，可保证正常 钻进。岩心钻探抽水试验孔可用套管进行止水，保证抽水资料的准确性。长期水文观测和 开采孔，可用套管作为出水的通道。下多层套管的目的主要是考虑一下几个方面：一、每口井至少有两层套管;必须下表 层套管，目的是保护浅部地层特别是地层水不受污染；二、通常每口井钻进时所穿越

14、的地 层存在多个压力系统，钻井行业标准规定同一裸眼井段上下地层压力系数差不得超过0.4； 三、如果同一裸眼井段上下压力系数相差太大，无法进行钻井施工，会出现上漏下喷，必 须将上部薄弱地层下套管封住；四、对于特别复杂的地层，如容易缩径和蠕变的石膏盐地 层为减少卡钻等事故复杂，多下层套管可减少钻井施工的难度和缩短钻井周期，经评估有 可能还降低钻井成本。钻探地质套管是供地质部门进行岩心钻探使用的钢管。套管又是 钻探和钻井工作中下人钻孔内，用以保护孔壁封闭孔身的钢管。它的主要功用是防止孔壁 坍塌，隔离地层，封闭涌水或漏水层、油气层。在开采井中，套管又是流体、气体生产的通道，例如水井、油气井、地热井、溶

15、解类矿产的开采钻井等，都必须 下入生产套管。地质钻探孔内的套管外径小，一般下入的套管也较浅，在钻探任务完成后要 将套管起拔出来,可以继续使用。石油天然气下入的表层套管、技术套管和油层套管，在下 入井内之后，都需要注水泥将套管与井壁固结起来，封闭死管外的环状间隙,套管就无法取 出。即使无工业油气流的探井，下入了套管也一样丢弃在井内。供水井下入的套管称为井 管,强度要求不高，井浅时可不用无缝钢管，用铸铁管。13.简述绳索取心钻具的主要组成， 它有哪些优点？绳索取心钻具是由双管钻具总成（内管总成、外管总成）和打捞器两大部分组成。内 管总成包括卡簧、卡簧座、卡簧档圈、弹卡、悬挂环、扶正环、座环、内管、

16、内管接头， 外管总成包括弹卡室、弹卡档头、外管，打捞器总成包括打捞钩、脱卡管、绳卡外套、捞 钩架、重锤。易损件包，弹卡总成及打捞器总成：含各种圆柱销、弹簧、轴承。绳索取芯钻具的优点：1.大大减少升降钻具的工序，减轻工人的劳动强度，减少了辅 助时间，提高了钻头寿命。2.由于钻具级配合理，钻杆和岩心管的壁比较厚，材质好，强 度高，再加上孔壁间隙较小，钻杆不易弯曲，提高了钻具的稳定性，有利于防斜和减震。由于安有扶正环，提高了内管的稳定性与钻头的同轴度，使岩心较顺利的进入内管，减 少了岩心堵塞和磨损，提高了岩矿心采取率和回次进尺。4.钻具设有上、下缓冲机构和报 警机构，能有效防止机件损坏和烧钻事故。5

17、.在复杂地层中钻进适应性较强。它提钻次数 少，减少了孔壁裸露的机会，相对地增加了孔壁的稳定性。另外，钻杆柱还可起到套管的 作用，有利于快速穿过复杂地层。6.使用范围广，既可用乳化液钻进，又可用优质泥浆钻 进。特别是在中深孔中钻进，更能显现出它的优越性，从而获得更好的经济效益。14.钻探设备包括哪些主要内容？钻探设备是指用于钻探施工这种特定工况的机械装置和设备，主要由钻机、泥浆泵及 泥浆搅拌机、泥浆净化设备、钻塔等组成。钻机：是完成钻进施工的主机，它带动钻具和钻头向底层深部钻进，并通过钻机上的 升降机来完成起下钻具和套管、提取岩心、更换钻头等辅助工作。钻塔的主要功能：起 下钻具（套管）、减压钻进

18、时悬挂钻具、处理孔内事故并为空中作业提供平台。泵的主 要功能是：向孔内输送冲洗液以及清洗底孔、冷却钻头和润滑钻具。通常，主要类型的 钻探设备均由钻机、钻塔一桅杆、泥浆泵等三部分构成。当然，对于一些大型钻探设备来讲，划分得可能会更细一点，如石油钻机就号称8大 件：井架、天车、游动滑车、大钩、水龙头、绞车、转盘、泥浆泵。15.钻具按用途可以 分为哪些？分述其主要作用。按用途包括：地质钻具、东营钻具、非开挖钻具、工程钻具、回转钻具、矿山钻 具、矿用钻具、螺杆钻具、偏心钻具16.什么是正循环钻进？什么是反循环钻进？反循环的形式有多少种？正循环钻进是泥浆自供应池由泥浆泵泵出，输入软管送往水龙头上部进口，

19、再注入旋 转空心钻杆头部，通过空心钻机一直流到钻头底部排出，旋转中的钻头将泥浆润滑，并将 泥浆扩散到整个孔底，携同钻碴浮向钻孔顶部，从孔顶溢排地面上泥浆槽。反循环钻进与正循环钻进的差异在钻进时泥浆不经水龙头直接注入钻孔四周，泥浆下 达孔底，经钻头拌和使孔内部浆液均匀达到扩壁，润滑钻头，浮起钻碴，此时压缩空气不 断送入水龙头，通过固定管道直到钻头顶部，按空气吸泥原理，将钻渣从空心钻杆排入水 龙头软管溢出。反循环钻进按照产生冲洗液上升流动的方式不同，可分为地表喷射反循环，泵吸反循 环和气举反循环三种方式。不同反循环钻进方式，随着钻孔深度的变化，钻进效率也有所 不同，所示为三种反循环钻进方式在不同孔

20、深时的效率曲线，从曲线变化情况可以看出， 地表喷射反循环钻进效率，在浅孔段效率较高，气举反循环钻进效率在50 m以后较高。 在选择反循环钻进方式时，应根据孔深、水位等情况进行合理的选择，为了提高钻进效率， 有时也采用两种方式相结合的复合式反循环钻进。17.钻进参数主要有哪些？各自起到什 么作用？钻进参数主要有以下三个方面：钻压：钻压也称轴向压力。钻进时，合金的受钻压切入岩石而钻进；同时，因钻压造 成合金与岩石的摩擦而使合金磨损。所以，在选择钻压时，必须在保证质量的前提下从钻 进效率和钻头寿命两个方面进行分析、研究。一般情况下，在松软及软岩石中钻进时，因 所需钻压不大，对钻速和合金的磨损不是主要

21、问题；而在中硬和硬岩层中钻进时，钻压确 定是否合理，对钻速和合金磨损影响很大。钻速：从理论上看，钻速随转速的增加而成正比地增加。但实际上钻速并不随转数的 增加而呈正比增加，转速的增加有其极限值（最优值）。超过此值后，钻速反而会下降， 其主要原因一是在高转数的情况下，合金在岩石表面上的作用时间太短，从而影响合金的切人深度，导致钻速下降；另一个原因是在 高转数的情况下，孔底温度增高，合金的磨损或磨钝加快而使钻速下降。泥浆泵排量：钻进时，冲洗液的质量与数量对钻进速度有很大影响。根据国内外的资 料证明，钻速随冲洗液的密度或粘度的增大而下降。从理论上看，增大冲洗液量，对提高 钻速有一定好处。应当指出，当

22、冲洗液量不足时，孔底颗粒大的岩粉不能被冲起，从而造 成孔底重复破碎量的增大，使破碎效率下降；同时，过多的岩粉堆积，也造成合金散热不 好，使温度增高，耐磨性降低；有时还易引起堵水、憋泵的现象。但过大的泵量会冲毁岩 心或孔壁，并使钻压下降，使钻速降低。当采用大泵量时，则必须给予一定的重视。送入孔内的冲洗液量、主要是用于清除孔底产生的岩粉和冷却钻头。把孔底破碎下来 的岩屑及时冲离孔底，就为连续破碎岩石新鲜面创造了条件，从而避免重复破碎岩屑和无 益地消耗功能。同时，孔底清洁也减少了钻具的磨损和防止某些孔内事故的发生。在某些 比较松软的岩层，冲洗液流可起到喷射碎岩作用（如石油钻井中的喷射钻井），因此，在

23、 硬合金钻进中，尽可能采用较大的泵量是有益的。冲洗液量应保证把岩屑颗粒带出地表。18 .影响地层可钻性的因素有哪些？ 一、岩 石可钻性的概念1、岩石可钻性的概念：岩石可钻性是表示钻进过程中岩石破碎的难易程度。在钻探 生产中通常用机械钻速作为衡量岩石可钻性的指标，单位是m/ h。2、岩石的可钻性及可钻性分级的意义岩石的可钻性是在一定钻进方法下岩石抵抗钻 头破碎它的能力。它反映了钻进作业中岩石破碎的难易程度，它不仅取决于岩石自身的物 理力学性质，还与钻进的工艺技术措施有关，所以它是岩石在钻进过程中显示出来的综 合性指标。由于可钻性与许多因素有关，要找出它与诸影响因素之间的定量关系十分困难， 目前国

24、内外仍采用试验的方法来确定岩石的可钻性。不同部门使用的钻进方法不同，其 测定可钻性的试验手段，甚至可钻性指标的量纲也不尽相同。例如，地勘部门在回转钻进 中以单位时间的钻头进尺（机械钻速）作为衡量岩石可钻性的指标，分成12个级别，级 别越大的岩石越难钻进；在冲击钻进中常采用单位体积破碎功来进行可钻性分级。而在 石油钻井部门则以机械钻速与钻头进尺的乘积或微型钻头的钻时作为衡量指标，分成10 个级别。19.钻孔灌注桩的基本流程。述题每题25分。钻探工程在国民经济建设中能够发挥哪些作用？我国人口多、资源相对不足。目前资源短缺已成为制约我国经济发展的?瓶颈？。巨大 的资源缺口将成为长期制约我国经济社会发

25、展的重要因素。快速勘查发现矿产资源后备基 地，确保国家经济安全已成为十分迫切的战略任务。发深部地质岩心钻探关键技术与装备 无论是提升我国的钻探技术水平还是满足资源勘探的迫切需求都是非常必要的；对缓解目 前资源短缺制约我国经济发展的瓶颈、发现新的矿产地、拓展新的找矿空间实现资源可持 续发展意义重大。”随着科技进步和经济发展，岩土钻掘工程在国民经济中发挥着越来越 大的作用。已广泛应用于：g（1）矿产资源勘探和部分矿产的开采；g（2）水文地 质勘探和水井钻；g（3）工程地质勘查和生态环境研究；g（4）地质灾害的防治与环 境治理；g（5）工民建和道路桥梁的基础工程；g（6）国防工程及海岸工程；g（7）

26、 科学钻探。地质矿产勘探钻进；水文水井钻进；工程地质勘察、基础工程施工钻进；油气井钻进；爆破孔钻进（采矿、物探）；科学钻探（海洋、湖泊、大陆、环境、冰川、外 星）；地热、干热岩钻采；水力采矿；核废料掩埋、二氧化碳掩埋等；地质灾害治理（边 坡锚固、抗滑桩、止水帷幕等）；非开挖铺管；文物考古钻探；竖井钻凿（矿山、地下核 试验等）；抢险救灾（地下灭火、通风孔等）2.泥浆在钻探工程中的重要作用是什 么？钻井液（原称泥浆）是指钻井中使用的工作流体。泥浆是广泛使用的钻井液，主要 适用于松散、裂隙发育、易坍塌掉块、遇水膨胀剥落等孔壁不稳定岩层。钻井液-其主 要功能如下：冲洗井底：钻井液可在钻头水眼处形成高速

27、的液流，喷向井底。这高速喷出的钻井 液可将由于钻井液压力与地层压力差而被压持在井底的岩屑冲起，起冲洗井底的作用。携带岩屑：当钻井液在环空的上返速度大于岩屑的沉降速度时，钻井液可将井中的 岩屑带出，即在一定的上返速度下，钻井液有携带岩屑（简称携岩）的作用。3.平衡地 层压力：钻井液的液柱压力必须与地层压力相平衡才能达到防止井喷或者钻井液大量漏进 地层的目的。可通过调整钻井液密度控制钻井液的液柱压力，使它与地层压力相平衡。冷却与润滑钻头：钻井液可将钻井过程中钻具（钻头与钻柱）与地层摩擦产生的热 带至地面，起冷却作用。同时，钻井液能有效地降低钻具与地层的摩擦，起润滑作用。稳定井壁：可在钻井液中加入适

28、当的处理机，使钻井液具有抑制页岩膨胀和（或） 分散的能力，同时产生薄而韧的滤饼，起稳定井壁的作用。悬浮岩屑和密度调整材料：当停止循环时，钻井液处于静止状态，其中的膨润土颗 粒可互相联结，形成结构，将岩屑悬浮起来。若钻井液中加有密度调整材料（如重晶石），则在停止循环时，钻井液也可将它悬浮起来。钻井液悬浮岩屑和密度调整材料的能力，可 使钻井液停止循环后易于再启动。获取地层信息：通过钻井液携带出的岩屑，可以获取地层许多信息，如油气显示、 地层物性等。传递功率：钻井液可将钻井液泵的功率经钻柱从钻头水眼高速喷射传到井底，提高 钻头的破岩能力，加快钻井速度。钻进过程中，用液体或气体的连续循环把孔内的岩屑冲

29、洗或吹洗出来，称为钻孔冲洗。 冲洗用的介质，不论是液体还是气体习惯上都被叫做冲洗液或钻井液(drilling fluid)。 由于早期的冲洗液多为粘土与水的混合物，所以冲洗液也被笼统地称做泥浆(mud)，泥浆 这个术语一直沿用，现在还有不少人把冲洗液统称为泥浆。钻井液作用：悬浮和携带岩屑及加重剂；平衡地层压力和井壁侧压力，稳定井壁，防 止井喷、井漏和井塌等事故的发生；传递水功率，帮助和破碎岩石；冷却和润滑钻头及钻 具；为井下钻具提供动力；部分地支承钻柱和套管的重量；从钻井液中获得所钻地层的地 质资料。冷却、排粉、润滑、支撑没有泥浆的保护，钻井井壁会遇水膨胀、缩径，甚至流散、垮孔。3.为什么说上

30、 天难、入地更难？地表下面的温度，压力随着深度的增大而不断增大，还没有那种工具能抵挡住这种 考验相反，空中没有这些阻碍，只需要足够快的速度来摆脱地球的引力就行了材料自身的影响。由于钻进的深度加深，在起下钻具时，钻杆柱上部承受所有钻杆 重量，需要有很高的抗拉强度，而钻杆柱的底部在钻进时承受压力及回转扭矩，对其抗弯 强度有很高的要求，由于材料自身的限制，不可能使钻杆无限长。但是航天中则航天器飞 的高低则没有此限制。钻遇的地层复杂且不可见。由于地球的地层结构复杂多变，尤其是在比较深的地层 更是恶劣。在高温、高压条件下，不仅岩石坚硬、难钻，且岩石具有一定塑性，易产生孔 底缩径事故，甚至在下钻进，找不到

31、井眼。钻孔的过程中会遇到各种各样的地层，这对钻 探工程提出了比航天工程更高的要求。当钻遇硬岩陡斜地层时，极易产生钻孔弯曲，面且 随着钻孔的加深，钻孔弯曲度呈指数曲线增加，从而给钻进工作带来极大困难。而航天的 空间无限大，可以不考虑这么多因素。钻探工程中设备工作条件恶劣。在一般的钻探过程中，钻探设备都工作在高负荷情 况下。除此之外，由于要实时地对钻探工作依据地层的变化作出相应的调整，因此还要对 工作设备准确性以及可靠性作出更高的要求。采用一般化学处理剂处理的泥浆将会失掉其稳定性，如钻遇高压流体，将导致井涌、 井喷。因此钻探设备应同时满足重载和实时性以及准确性的要求，航天中的空间大，应变 性好，这对钻探技术的要求比航天工程更加高了。工作设备和控制设备的通信艰难。在航天过程中，要从地面观测和控制航天器是相 对简单的，可以直接通过无线电磁传播即可，因为电磁波可以在真空中传播，信息交互过 程中没有很大的障碍。相反由于钻探工程的工作设备钻头往往在地底下，电磁波的传输受 到的往往很容易受到干扰，很难及时的提取到地下工作设备所反馈的信息。超井深作业难度大。比如英国研究人员领导的一个小组将首次向地下钻探到达地幔，并从那里取回样本。这项令人难人置信的大工程将需要在海床上钻通5英里（约8045米） 坚硬的岩石，其温度最高可达298