东北石油大学石油工程专业石油工程3第一章上课版

1、石油工程石油工程31、学时分配：、学时分配：6学时。学时。 2、本章重点：、本章重点： （1）地下压力特征；）地下压力特征； （2）异常高压的形成及地层压力的预测、检测方法）异常高压的形成及地层压力的预测、检测方法 （3）地层破裂压力的获取方法）地层破裂压力的获取方法 （4）岩石的工程力学性质）岩石的工程力学性质 3、难点：、难点： （1）异常高压的形成及地层压力的预测、检测方法）异常高压的形成及地层压力的预测、检测方法 （2）地层破裂压力的获取方法）地层破裂压力的获取方法 4、解决方法：、解决方法： （1）利用多媒体图片和动画进行展示）利用多媒体图片和动画进行展示 5、作业：、作业： P40

2、，1；P41，2；3；4；5；8；15石油工程石油工程3一、地下各种压力的概念一、地下各种压力的概念 llhghp式中：式中：p ph h- -静液压力，静液压力，MpaMpa；-液体密度液体密度,g/cm3,g/cm3； h hl l- -液柱垂直高度，液柱垂直高度，m m。 静液压力梯度静液压力梯度 单位深度的液柱压力称为静液压力梯度单位深度的液柱压力称为静液压力梯度: : ghpGllhh石油工程石油工程3 静液压力梯度受液体密度的影响和含盐浓度、气体的静液压力梯度受液体密度的影响和含盐浓度、气体的浓度以及温度梯度的影响。浓度以及温度梯度的影响。 油气井钻井中遇到的有代表性的平均静液压力

3、梯度有油气井钻井中遇到的有代表性的平均静液压力梯度有两类：两类：淡水和淡盐水盆地，淡水和淡盐水盆地，Gh为为0.0098 MPam 盐水盆地，盐水盆地，Gh为为0.0105 MPam 石油工程石油工程3（二）上覆岩层压力（二）上覆岩层压力（Overburden pressure） 上覆岩层压力上覆岩层压力地层某地层某处的上覆岩层压力是该处以上地层（包括岩处的上覆岩层压力是该处以上地层（包括岩 石基质和岩石孔隙中流体）总重力所产生的压力。石基质和岩石孔隙中流体）总重力所产生的压力。 )1(00981.0maoDp面面积积流流体体重重力力基基岩岩重重力力+=poioioDp00981.0（分段计算

4、）（分段计算）式中：式中：p0 -上覆岩层压力，上覆岩层压力，MPa；D-地层地层垂直垂直深度深度,m；-岩石孔隙度，岩石孔隙度，%；ma-岩石骨架密度，岩石骨架密度，g/cm3；-孔隙中流体密度，孔隙中流体密度，g/cm3；0-地层密度，地层密度， g/cm3。石油工程石油工程3上覆岩层压力梯度上覆岩层压力梯度: : iioiioioDDDpG00981.0 上覆岩层压力随深度增加而增大。上覆岩层压力随深度增加而增大。 沉积岩的平均密度大约为沉积岩的平均密度大约为2.5g/cm2.5g/cm3 3，上覆岩层压力梯度平均为，上覆岩层压力梯度平均为0.0227MPa/m0.0227MPa/m。（

5、介于：。（介于：0.01070.01070.0290 0.0290 MPaMPam m） 在实际钻井过程中，以钻台作为上覆岩层压力的基准面。在实际钻井过程中，以钻台作为上覆岩层压力的基准面。 地层密度确定：地层密度确定： 密度测井法密度测井法: : 参考参考矿场地球物理测井矿场地球物理测井（p88p88） 声波测井法：声波测井法： o = Tma -2.11*( T - Tma ) / ( T f+ T ) Tma-岩石骨架的声波时差，岩石骨架的声波时差， s/m; T-地层的声波时差，地层的声波时差， s/m T f -地层孔隙内流体的声波时差，地层孔隙内流体的声波时差， s/m石油工程石油

6、工程3（三）地层压力（三）地层压力（formation pressureformation pressure） 地层压力地层压力指岩石孔隙中的流体所具有的压力，也称地层指岩石孔隙中的流体所具有的压力，也称地层 孔隙压力孔隙压力（formation pore pressure），用用pp 表示。表示。 正常地层压力正常地层压力 等于地层流体的静液压力，等于地层流体的静液压力， pp =ph=ph。 异常地层压力异常地层压力 地层压力大于或小于正常地层压力。地层压力大于或小于正常地层压力。 超过正常地层压力的地层压力超过正常地层压力的地层压力( (pp ph)ph)称为异常高压。称为异常高压。 低

7、于正常地层静液压力的地层压力低于正常地层静液压力的地层压力(pp ph)(pp pp+ 3 321石油工程石油工程3破裂压力预测方法破裂压力预测方法哈伯特哈伯特威利斯法威利斯法马修斯马修斯凯顿法凯顿法伊顿法伊顿法黄荣樽法黄荣樽法液压试验法液压试验法3.3.预测方法预测方法石油工程石油工程3NoImage（1）Hubbert&Willis（1957） 认为：认为： 三维不均匀应力状态，三维不均匀应力状态，1 12 23 3，3 3= (= (1/31/2)1 1 井内液压力必须克服地层孔隙压力和最小有效水平地井内液压力必须克服地层孔隙压力和最小有效水平地 应力时地层才能破裂。应力时地层才

8、能破裂。 （2）Mathews & Kelly(1967) 认为：认为： 水平均匀地应力状态，水平均匀地应力状态，3 3= =2 2=K=Ki i(D)(D)1 1 井内液柱压力必须克服地层孔隙压力和最小有效水平井内液柱压力必须克服地层孔隙压力和最小有效水平 地应力时地层才能破裂。地应力时地层才能破裂。 )(0pipfppKpp（1-21）)(2/ 13/ 1 (0ppfpppp1)2/13/1 (pfpp（1-20）石油工程石油工程3（3）Eaton(1969) 认为：认为： 水平均匀地应力状态，水平均匀地应力状态， 井内液压必须克服地层孔隙压力和最小有效水井内液压必须克服地层孔隙压

9、力和最小有效水 平地应力时地层才能破裂。平地应力时地层才能破裂。 123)(10ppfpppp（1-22）（1-23）石油工程石油工程3NoImage（4 4）黄荣樽（）黄荣樽（19851985） 认为：认为： 井壁岩石处于三维不均匀应力状态，井壁岩石处于三维不均匀应力状态， 1 1 2 23 3 ； 水平地应力由上覆岩层压力和构造力水平地应力由上覆岩层压力和构造力 两部分产生；两部分产生； 当当 井内液压力超过井壁上某一点处的地层孔隙压力、井内液压力超过井壁上某一点处的地层孔隙压力、 切切 向（周向）有效应力和岩石的抗拉强度，地层开裂。向（周向）有效应力和岩石的抗拉强度，地层开裂。式中：式中

10、：，由现场压裂实验数据求得；由现场压裂实验数据求得；S St t 岩心抗拉试验求得岩心抗拉试验求得。tpOSSpfSppKpp)(12(3ssK石油工程石油工程3NoImage4.4.现场液压试验法现场液压试验法 步骤：步骤： 1 1、下套管固井侯凝后，钻、下套管固井侯凝后，钻4-5m4-5m新井眼；新井眼； 2 2、上提钻头至套管鞋内；、上提钻头至套管鞋内； 3 3、关闭防喷器（闸板）和节流阀；、关闭防喷器（闸板）和节流阀； 4 4、缓慢启动泵，小排量（、缓慢启动泵，小排量（0.66-1.32L/S) 0.66-1.32L/S) 向井内注入钻井液；向井内注入钻井液； 5 5、记录注入量和立管

11、压力并随时绘制、记录注入量和立管压力并随时绘制 二者关系曲线；二者关系曲线； 6 6、当立压开始下降并趋与平缓后，停泵；、当立压开始下降并趋与平缓后，停泵； 7 7、求出地层的破裂压力。、求出地层的破裂压力。石油工程石油工程3NoImage石油工程石油工程3NoImage一、地下各种压力的概念一、地下各种压力的概念 1. 静液压力：静液压力： ph=0.00981h hl l； 2. 上覆岩层压力的概念；上覆岩层压力的概念； 3. 基岩应力；基岩应力； 4. 地层压力地层压力; 正常地层压力：水力学开启系统正常地层压力：水力学开启系统 异常高压：水力学封闭系统异常高压：水力学封闭系统 5、异常

12、低压和异常高压的成因、异常低压和异常高压的成因本节小结本节小结: PPpo+=石油工程石油工程3NoImage二、地层压力评价方法二、地层压力评价方法 1. 地层压力预测方法地层压力预测方法声波时差法声波时差法 2. 地层压力监测（检测）方法地层压力监测（检测）方法dc 指数法指数法三、地层破裂压力三、地层破裂压力 1. 地层破裂压力的基本概念地层破裂压力的基本概念 2.地层破裂压力的预测方法地层破裂压力的预测方法 石油工程石油工程3NoImage思考题：思考题： 1 1、在正常压力地层声波时差和、在正常压力地层声波时差和d dc c指数随井深变化的规律是什么？指数随井深变化的规律是什么？ 2

13、 2、利用声波时差和、利用声波时差和d dc c指数为什么能够预测或监测异常高压地层？指数为什么能够预测或监测异常高压地层？ 3 3、为什么现场一般在下套管固井后进行压裂实验？、为什么现场一般在下套管固井后进行压裂实验？ 4 4、如何根据压裂试验曲线计算地层破裂压力、如何根据压裂试验曲线计算地层破裂压力p pf f和构造应力系数和构造应力系数K Kssss？ 5 5、液压试验时，如果井口压力接近地面设备的承压能力时地层仍、液压试验时，如果井口压力接近地面设备的承压能力时地层仍未压裂，此时该怎么办？未压裂，此时该怎么办？石油工程石油工程3NoImage一、岩石的类型及结构特点一、岩石的类型及结构

14、特点 1. 1. 岩石的组成岩石的组成 岩石岩石 是矿物颗粒的集合体，颗粒之间或者靠直接接触面上的作用力是矿物颗粒的集合体，颗粒之间或者靠直接接触面上的作用力联结，或者由外来的胶结物胶结。大多数岩石由两种以上的矿物成联结，或者由外来的胶结物胶结。大多数岩石由两种以上的矿物成分组成。分组成。 矿物矿物 是具有固定的化学成分和确定的物理性质的天然无机化合物。是具有固定的化学成分和确定的物理性质的天然无机化合物。除了硫、碳的矿物及少数金属外，绝大多数矿物是由两种以上元素除了硫、碳的矿物及少数金属外，绝大多数矿物是由两种以上元素组成的化合物。组成的化合物。 主要造岩矿物一览表主要造岩矿物一览表（P22

15、，表，表1-1）。 石油工程石油工程3NoImage2.2.岩石的类型岩石的类型 岩石可分为三大类：岩石可分为三大类： 火成岩（岩浆岩）火成岩（岩浆岩）-由岩浆（硅酸盐）容体冷凝而成。如花岗岩、由岩浆（硅酸盐）容体冷凝而成。如花岗岩、 玄武岩、橄榄岩、安山岩等。玄武岩、橄榄岩、安山岩等。 变质岩变质岩-火成岩和沉积岩等由于高温高压作用或外来物质的加入，火成岩和沉积岩等由于高温高压作用或外来物质的加入， 改变了原来的成分、结构，变成新的岩石。改变了原来的成分、结构，变成新的岩石。 如如: :花岗岩花岗岩片麻岩，石灰岩片麻岩，石灰岩大理岩，石英砂岩大理岩，石英砂岩石英岩等。石英岩等。 沉积岩沉积岩

16、-母岩风化后的产物经过搬运、沉积和成岩作用而形成的岩石。母岩风化后的产物经过搬运、沉积和成岩作用而形成的岩石。 如：泥岩、砂岩、石灰岩、白云岩、石膏、岩盐如：泥岩、砂岩、石灰岩、白云岩、石膏、岩盐 。 石油工程石油工程3沉积岩类型沉积岩类型 (1) (1) 碎屑沉积岩碎屑沉积岩 母岩风化后的物质经机械沉积作用后形成的岩石。碎屑颗粒（岩石母岩风化后的物质经机械沉积作用后形成的岩石。碎屑颗粒（岩石碎屑、矿物碎屑）由胶结物（碎屑、矿物碎屑）由胶结物（泥质、铁质、钙质、硅质泥质、铁质、钙质、硅质）胶结在一起）胶结在一起。砾岩：砾岩：颗粒大于颗粒大于1mm1mm。主要是火成岩、变质岩碎屑，碎屑间由胶结物

17、充填。主要是火成岩、变质岩碎屑，碎屑间由胶结物充填。砂岩：砂岩：颗粒颗粒0.10.11mm1mm。石英、长石、辉石、角闪石、云母等矿物颗粒。石英、长石、辉石、角闪石、云母等矿物颗粒+ +胶结物胶结物粉砂岩：粉砂岩：介于砂岩和泥岩之间的一类岩石，颗粒尺寸介于砂岩和泥岩之间的一类岩石，颗粒尺寸0.010.010.1mm0.1mm。泥泥 岩：岩：颗粒小于颗粒小于0.01mm0.01mm。主要成分为粘土矿物，并含有部分。主要成分为粘土矿物，并含有部分 碎屑物质（石英、长石、云母等）。碎屑物质（石英、长石、云母等）。巨砾：巨砾：1m1m；粗砾：；粗砾：1001001000mm1000mm；中砾：；中砾：

18、1010100mm100mm；细砾：；细砾：1 110mm10mm粗砂：粗砂：0.50.51mm1mm；中砂：；中砂：0.250.250.5mm0.5mm；细砂：；细砂：0.10.10.25mm0.25mm石油工程石油工程3 (2) (2) 化学沉积岩（结晶沉积）化学沉积岩（结晶沉积） 母岩风化后的溶解物质经化学沉积作用后形成晶质岩石。母岩风化后的溶解物质经化学沉积作用后形成晶质岩石。 碳酸盐岩碳酸盐岩石灰岩，主要成分为石灰石（石灰岩，主要成分为石灰石（CaCO3） 白云岩，主要成分为白云石（白云岩，主要成分为白云石（MgCa(CO3)2） 硫酸盐岩硫酸盐岩石膏（石膏（CaSO4） 岩岩 盐盐

19、 石盐（石盐（NaCl） 在沉积岩中：泥岩在沉积岩中：泥岩60%，砂岩，砂岩30%，碳酸盐岩居第三，碳酸盐岩居第三位位。 石油工程石油工程3NoImage3.3.沉积岩的特点沉积岩的特点 （1 1）结构特点）结构特点 结构结构:指岩石的微观组织特征，包括矿物成分、颗粒大小、形指岩石的微观组织特征，包括矿物成分、颗粒大小、形状及排列方式、颗粒间的联结情况等。状及排列方式、颗粒间的联结情况等。 特点：特点：矿物成分不确定、颗粒大小不等、颗粒形状多样、颗粒矿物成分不确定、颗粒大小不等、颗粒形状多样、颗粒分布不均匀、胶结强度有强有弱。分布不均匀、胶结强度有强有弱。 （2 2）构造特点）构造特点 构造构

20、造:指岩石的宏观组织特征，是指岩石组分的空间分布及其指岩石的宏观组织特征，是指岩石组分的空间分布及其相互间的位置关系。如层理、页理、节理（裂隙）、孔隙度等相互间的位置关系。如层理、页理、节理（裂隙）、孔隙度等。 石油工程石油工程3NoImage 层理层理岩石一层层迭起来的现象。岩石一层层迭起来的现象。 倾斜的层状结构是沉积岩的主要构造特征。倾斜的层状结构是沉积岩的主要构造特征。 形成层理的原因：形成层理的原因： 颗粒大小在纵向上的变化颗粒大小在纵向上的变化 岩石成分在纵向剖面上的变化岩石成分在纵向剖面上的变化 某些矿物颗粒的定向排列某些矿物颗粒的定向排列颗粒大小变化颗粒大小变化岩石成分变化岩石

21、成分变化某些矿物颗粒定向排列某些矿物颗粒定向排列石油工程石油工程3NoImage(3(3）各向异性和非均质性）各向异性和非均质性 a:各向异性：各向异性： 如果物体的某一性质随方向的不同而不同，则称物体具有各向异性。如果物体的某一性质随方向的不同而不同，则称物体具有各向异性。 岩石一般具有各向异性的性质。如在垂直于和平行于层理面的岩石一般具有各向异性的性质。如在垂直于和平行于层理面的 方向上，岩石的力学性质（弹性、强度等）有较大的差异。方向上，岩石的力学性质（弹性、强度等）有较大的差异。 岩石的各向异性性质是由岩石的构造特点所决定的。岩石的各向异性性质是由岩石的构造特点所决定的。 结晶矿物颗粒

22、的定向排列、层理、片理、节理等使得岩石具有各向结晶矿物颗粒的定向排列、层理、片理、节理等使得岩石具有各向 异性的特点。异性的特点。石油工程石油工程3NoImageb:不均质性不均质性如果物体中不同部分的物理、化学性质不同，称该物体是不均质如果物体中不同部分的物理、化学性质不同，称该物体是不均质的。的。 岩石一般为非均质体。这是由岩石成分、颗粒大小、颗粒间的联结强岩石一般为非均质体。这是由岩石成分、颗粒大小、颗粒间的联结强度、度、 孔隙度（密度）的不均匀性所造成的。孔隙度（密度）的不均匀性所造成的。 测定岩石的力学性质时，不同部位的实验结果常存在很大的差异。因测定岩石的力学性质时，不同部位的实验

23、结果常存在很大的差异。因此，应采用统计学理论，取合适的均值作为代表。此，应采用统计学理论，取合适的均值作为代表。石油工程石油工程3NoImage二、岩石的机械性质（力学性质）二、岩石的机械性质（力学性质） 岩石力学性质岩石力学性质岩石受力后表现出来的岩石受力后表现出来的变形特性变形特性和和强度特性强度特性。指岩石在载荷作用下开始破坏时的最大应力指岩石在载荷作用下开始破坏时的最大应力( (强度极限强度极限) )以及应力与破坏之间的关系，它反映了岩石抵以及应力与破坏之间的关系，它反映了岩石抵抗破坏的能力和破坏规律。抗破坏的能力和破坏规律。 指岩石在各种载荷作用下的变形规律指岩石在各种载荷作用下的变

24、形规律( (包括岩包括岩石的弹性变形、塑性变形、粘性流动和破坏规律石的弹性变形、塑性变形、粘性流动和破坏规律) )。石油工程石油工程3NoImage1.1.变形特性变形特性 弹性弹性岩石岩石在外力作用下产生变形，外力撤除后变形随之在外力作用下产生变形，外力撤除后变形随之消失，恢复到原来的形状和体积的性质。相应的变形称为弹性消失，恢复到原来的形状和体积的性质。相应的变形称为弹性变形。变形。 塑性塑性岩石岩石在外力作用下产生变形，外力撤除后变形不能完在外力作用下产生变形，外力撤除后变形不能完 全恢复的性质。全恢复的性质。相应的残余变形称为塑性变形相应的残余变形称为塑性变形。 脆性脆性岩石在外力作用

25、下变形量很小（岩石在外力作用下变形量很小（ 抗剪抗剪 抗弯抗弯 抗拉强度抗拉强度强度强度获取获取方法：方法：对具体的岩石进行强度试验对具体的岩石进行强度试验 石油工程石油工程33.3.简单应力条件下岩石力学性质简单应力条件下岩石力学性质APc 岩石抵抗外力压缩的能力岩石抵抗外力压缩的能力, ,大小等于在岩样上施加轴向压缩载荷直大小等于在岩样上施加轴向压缩载荷直至破坏时单位面积上的载荷。至破坏时单位面积上的载荷。a:a:岩石抗压强度岩石抗压强度（1 1）岩石强度试验）岩石强度试验石油工程石油工程3b:b:岩石抗拉伸强度岩石抗拉伸强度*设计恰当的夹紧机构；设计恰当的夹紧机构；*制备一定形状的岩样；

26、制备一定形状的岩样；*确保加载方向严格平行于岩样轴确保加载方向严格平行于岩样轴线。线。实验要求实验要求测量方法测量方法间接抗拉伸强度试验间接抗拉伸强度试验直接抗拉伸强度试验直接抗拉伸强度试验石油工程石油工程3trpt0抗拉试验抗拉试验-巴西实验巴西实验 破裂从圆的中心开始破裂从圆的中心开始, ,沿加载直径向上下扩展。岩石的抗张强沿加载直径向上下扩展。岩石的抗张强度可按下式计算：度可按下式计算：石油工程石油工程3NoImageAPs223bhPlbc:抗剪试验抗剪试验 d:抗弯试验抗弯试验 石油工程石油工程3NoImage破坏方式破坏方式石油工程石油工程3NoImage（2 2）一般规律：）一般

27、规律： 在简单应力条件下，大部分岩石都接近弹性脆性体，岩石的破坏表在简单应力条件下，大部分岩石都接近弹性脆性体，岩石的破坏表现为脆性破坏。现为脆性破坏。 岩石的弹性模量与所加载荷大小及应变种类有关。当载荷较小时，岩石的弹性模量与所加载荷大小及应变种类有关。当载荷较小时，弹性模量接近常数，且各种应变情况下的弹性模量相差不大。当载弹性模量接近常数，且各种应变情况下的弹性模量相差不大。当载荷较大时，荷较大时，在受压缩的情况下，弹性模量将随载荷的增大而增大；在受压缩的情况下，弹性模量将随载荷的增大而增大；在受拉伸的情况，弹性模量则随载荷的增大而减小。在受拉伸的情况，弹性模量则随载荷的增大而减小。 在动

28、外力（如声波）作用下，大多数岩石服从直线虎克定律。在动外力（如声波）作用下，大多数岩石服从直线虎克定律。 一般情况下一般情况下 抗拉强度抗弯强度抗拉强度抗弯强度抗剪强度抗压强度抗剪强度抗压强度。 垂直于地层层面方向的岩石强度平行于地层层面方向的岩石强度。垂直于地层层面方向的岩石强度平行于地层层面方向的岩石强度。 石油工程石油工程3（1 1）常规三轴试验）常规三轴试验(a)液压作用下的压（拉）试验（常规液压作用下的压（拉）试验（常规三轴试验）三轴试验）1 12 2 = = 3 3(c)液压作用下的压扭试验液压作用下的压扭试验1 1(b)三个液缸的柱塞进行三面压缩试验三个液缸的柱塞进行三面压缩试验

29、（真三轴试验）（真三轴试验）1 12 2 3 3(d)液压作用下的两面柱塞压缩液压作用下的两面柱塞压缩试验试验1 12 2 3 3石油工程石油工程3NoImage 常规三轴试验：常规三轴试验：1 P=2 = 3（a）压缩试验）压缩试验P=1 = 2（b）拉伸试验）拉伸试验3 石油工程石油工程3NoImage（2 2） 一般规律一般规律 v岩石在三轴应力条件下的强度明显增加。随着围压的增大，岩石岩石在三轴应力条件下的强度明显增加。随着围压的增大，岩石强度增大。强度增大。 v随着围压的增大，岩石由脆性向塑性转变，且围压越大，岩石破随着围压的增大，岩石由脆性向塑性转变，且围压越大，岩石破坏前呈现的也

30、塑性越大坏前呈现的也塑性越大。岩石从脆性向塑性转变的压力（围压）岩石从脆性向塑性转变的压力（围压）称为临界压力。不同的岩石，临界压力不同。称为临界压力。不同的岩石，临界压力不同。 v 在各向均匀压缩状态下，岩石永远不会破坏。在各向均匀压缩状态下，岩石永远不会破坏。3=03=23.53=503=853=1653=326XXXX3=03=27.53=55.53=1553=217.513，MPa13，MPa石油工程石油工程3NoImage5.5.岩石的硬度和塑性系数岩石的硬度和塑性系数 硬度的概念硬度的概念 岩石抵抗其它物体表面压入的能力岩石抵抗其它物体表面压入的能力。石油工业中的岩石硬度是石油工业

31、中的岩石硬度是压压入入 硬度，也称为史氏硬度，是由前苏联史立涅尔提出的。硬度，也称为史氏硬度，是由前苏联史立涅尔提出的。 硬度与抗压强度区别：硬度与抗压强度区别： 硬度是岩石表面的硬度是岩石表面的局部局部抵抗外力压入的能力，抗压强度则是岩抵抗外力压入的能力，抗压强度则是岩石整体抗压的能力。石整体抗压的能力。 塑性系数塑性系数 表征岩石塑性和脆性大小的参数。表征岩石塑性和脆性大小的参数。石油工程石油工程3NoImage岩石硬度试验装置岩石硬度试验装置 771 1液缸缸体；液缸缸体； 22液缸柱塞；液缸柱塞； 3-3-岩样；岩样； 44压头压头 5压力计；压力计； 6千分表；千分表； 7柱塞导向杆

32、柱塞导向杆6压入硬度和塑性系数的测定方法压入硬度和塑性系数的测定方法压入试验压入试验石油工程石油工程3岩石硬度和塑性系数的计算：岩石硬度和塑性系数的计算： 塑性系数塑性系数: :面积面积岩石破碎前弹性变形功岩石破碎前耗费的总功ODEOABCAAKEFp石油工程石油工程3岩石按塑性系数分类（岩石按塑性系数分类（3类、类、6级）级）石油工程石油工程3NoImage硬度硬度P Py:y: 对脆性和塑脆性岩石对脆性和塑脆性岩石：SPPySPPy0MPa 对塑性岩石：对塑性岩石：岩石按硬度的分类（岩石按硬度的分类（6 6类、类、1212级）级） P破坏载荷；破坏载荷； P0弹性变形载荷弹性变形载荷 S压

33、头的底面积压头的底面积MPa 石油工程石油工程3NoImage三、影响岩石力学性质的因素分析三、影响岩石力学性质的因素分析 1.1.岩石结构岩石结构 （1）对晶质岩石，由硬度较高的矿物组成的岩石，其硬度也较高。对晶质岩石，由硬度较高的矿物组成的岩石，其硬度也较高。 如玄武岩（斜长石、辉石，如玄武岩（斜长石、辉石，6）白云岩（）白云岩（4）石灰岩（）石灰岩（3）。）。 （2）砂岩的强度随着石英（砂岩的强度随着石英（7）含量的增加而增大；）含量的增加而增大； 硅质胶结钙质铁质泥质。硅质胶结钙质铁质泥质。 （3）同种岩石孔隙度增大，密度降低，强度降低。）同种岩石孔隙度增大，密度降低，强度降低。 因此

34、，岩石的强度一般随埋藏深因此，岩石的强度一般随埋藏深 度的增加而增大。度的增加而增大。 2. 2. 井底各种压力井底各种压力 （1）有效应力（外压与内压之差）越大，岩石强度越大，塑性越大。有效应力（外压与内压之差）越大，岩石强度越大，塑性越大。 （各向压（各向压 缩效应）。缩效应）。 （2）井内液柱压力与孔隙压力之差越大，岩石强度越大，塑性越大。井内液柱压力与孔隙压力之差越大，岩石强度越大，塑性越大。石油工程石油工程3NoImage3. 3. 载荷性质的影响载荷性质的影响 岩石对动载的抗力要比静载大得多。随着冲击速度增大，硬度增大，岩石对动载的抗力要比静载大得多。随着冲击速度增大，硬度增大，塑

35、性系数塑性系数 减小。减小。 但在冲击速度小于但在冲击速度小于10米米/秒时，岩石硬度和塑性系数变化不大，接近秒时，岩石硬度和塑性系数变化不大，接近于静载时的数值。于静载时的数值。 在在10000米深度范围内：米深度范围内： 强度：岩盐泥页岩石灰岩石膏白云岩；强度：岩盐泥页岩石灰岩石膏白云岩； 砂岩强度取决于胶结物及胶结程度。砂岩强度取决于胶结物及胶结程度。 塑性：岩盐石灰岩泥页岩石膏白云岩石英岩塑性：岩盐石灰岩泥页岩石膏白云岩石英岩石油工程石油工程3NoImage四、岩石的可钻性和研磨性四、岩石的可钻性和研磨性 1. 1. 岩石可钻性岩石可钻性( (Rock Drillability） （1

36、 1）概念）概念 岩石可钻性可理解为岩石破碎的难易性，它反映了是岩石抵抗钻岩石可钻性可理解为岩石破碎的难易性，它反映了是岩石抵抗钻 头破碎的能力头破碎的能力。 （2 2）评价方法）评价方法 在钻压在钻压889.7N（200磅）、转速磅）、转速55r/min的固定条件下，用直径的固定条件下，用直径31.75mm（1-1/4in）的微型钻头在岩心上钻孔，以钻进）的微型钻头在岩心上钻孔，以钻进2.4mm孔深所需孔深所需要的时间要的时间td 作为岩石可钻性指标，由此把岩石分为易钻的和难钻的。作为岩石可钻性指标，由此把岩石分为易钻的和难钻的。 为应用方便，常用为应用方便，常用 Kd=Log2td 作为可钻性指标，称为作为可钻性指标，称为可钻性级值可钻性级值。 石油工程石油工程3NoImage级别级别td/秒秒 44881616323264641281282562565125121024 1024 Kd 22 33 44 55 66 77 88 99 1010分类分类极软极软软软中软中软中中中硬中硬硬硬极硬极硬（3 3）可钻性分级）可钻性分级2. 2. 岩石研磨性（岩石研磨性（ Rock Abrasiveness） 岩石磨损钻头切削刃材料的能力称为岩石的研磨性。岩石磨损钻头切削刃材料的能力称为岩石的研磨性。 至今尚没