中国石油大学钻井工程第1章岩石的工程力学性质

1、第第1章章 岩石的工程力学性质岩石的工程力学性质1.1 岩石的类型及结构特点岩石的类型及结构特点1.2 岩石的工程力学性质岩石的工程力学性质1.3 岩石可钻性与研磨性岩石可钻性与研磨性1.1 岩石的类型及结构特点岩石的类型及结构特点（1 1） 岩石的组成岩石的组成岩石：岩石：是组成地壳的基本物质，它是由是组成地壳的基本物质，它是由矿物或岩屑矿物或岩屑在地质在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然体，具有一定作用下按一定规律聚集而形成的自然体，具有一定的强度。的强度。矿物：矿物：在地壳中有一定的化学成份和物理性质的在地壳中有一定的化学成份和物理性质的自然元素自然元素或化合物或化合物称为矿物，是地壳

2、中的各种化学元素在各称为矿物，是地壳中的各种化学元素在各种作用下形成的产物。常见的造岩矿物如下表。种作用下形成的产物。常见的造岩矿物如下表。化合化合 组合组合元素元素 矿物矿物 岩石岩石 常见的造岩矿物常见的造岩矿物序号序号名称名称化学成分化学成分1正长石正长石kAISI3O82斜长石斜长石NaAISI3O8或或CaAI2SI2O83石英石英SIO24白云母白云母KAI2(SI3AI)O10(OH)25黑云母黑云母K2(MgFe)6(SIAI)8O20(OH)46角闪石角闪石Na、Ca、Mg、Fe、AI的硅酸盐的硅酸盐7辉石辉石Ca、Mg、Fe、AI的硅酸盐的硅酸盐8橄榄石橄榄石(MgFe)2

3、SIO49方解石方解石CaCO310白云岩白云岩CaMg(CO3)211高岭土高岭土AI2SI2O5(OH)412氧化铁氧化铁2FeO33H2O或或Fe2O3(2) 岩石的类型岩石的类型根据成因分为三类：岩浆岩、沉积岩、变质岩根据成因分为三类：岩浆岩、沉积岩、变质岩 成因举例特点岩浆岩（火成岩）岩浆在地下巨大的压力的作用下沿地壳薄弱地带侵入地壳上部或喷出地表（火山活动），随着温度、压力的变化，冷却凝固而形成。玄武岩矿物结晶颗粒细小，有的有流纹或气孔花岗岩矿物结晶颗粒较大沉积岩出露地表的岩石，在各种外力作用下，经过风化、侵蚀、搬运、沉积、固结而形成的岩石砾岩砂岩页岩等具有层理构造和含有化石变质岩

4、已形成岩石，在岩浆活动、地壳运动产生的高温、高压条件下，使原岩石成分、性质发生改变而形成的新岩石大理岩板岩具有片理构造钻井中常遇到的岩石 沉积岩的类型沉积岩的类型根据沉积岩的成因、成份及结构分为：根据沉积岩的成因、成份及结构分为：碎屑岩、粘土岩、碳酸盐岩等。碎屑岩、粘土岩、碳酸盐岩等。沉积岩沉积岩：泥岩泥岩60% ，砂岩，砂岩30%，碳酸盐岩居第三位。，碳酸盐岩居第三位。粘土岩：粘土岩：泥岩（页岩）：泥岩（页岩）：碎屑岩：碎屑岩：砾岩、砂岩（粗砂岩、中砂岩、细砂岩）、粉砂岩砾岩、砂岩（粗砂岩、中砂岩、细砂岩）、粉砂岩碳酸盐岩：碳酸盐岩：石灰岩、白云岩、盐岩石灰岩、白云岩、盐岩( (易水化易水化

5、) )、石膏（易变形）、盐膏岩、石膏（易变形）、盐膏岩(2) (2) 岩浆岩岩浆岩花岗岩、玄武岩、安山岩、橄榄岩、辉长岩、闪长岩、流纹岩等；花岗岩、玄武岩、安山岩、橄榄岩、辉长岩、闪长岩、流纹岩等；(3) (3) 变质岩变质岩片麻岩、片岩、大理岩（方解石）、千枚岩、板岩、石英岩等；片麻岩、片岩、大理岩（方解石）、千枚岩、板岩、石英岩等；(4) (4) 过渡岩性过渡岩性（泥质、砂质、粉砂质）：（泥质、砂质、粉砂质）： 泥岩泥岩砂质泥岩砂质泥岩粉砂质泥岩页岩；粉砂质泥岩页岩； 砾岩砂岩泥质砂岩泥质粉砂岩粉砂岩；砾岩砂岩泥质砂岩泥质粉砂岩粉砂岩； 石灰岩含泥质灰岩、泥灰岩、砂质石灰岩、粉砂质石灰岩、

6、含泥质白云石灰岩含泥质灰岩、泥灰岩、砂质石灰岩、粉砂质石灰岩、含泥质白云岩、砂质白云岩、粉砂质白云岩白云岩。岩、砂质白云岩、粉砂质白云岩白云岩。 沉积岩的类型沉积岩的类型根据沉积岩的成因、成份及结构分为：根据沉积岩的成因、成份及结构分为：碎屑岩、粘土岩、碳酸盐岩等。碎屑岩、粘土岩、碳酸盐岩等。0.5mm1.0mm0.25mm0.1mm0.01mm粘土粉砂 细砂中砂粗砂砾石泥岩页岩砂岩砾岩部分岩浆岩部分岩浆岩 沉积岩的特点沉积岩的特点 （1）结构特点）结构特点 结构指岩石的微观组织特征，包括矿物成分、颗粒大小、结构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。

7、形状及排列方式、颗粒间的联结情况等。 特点：矿物成分不确定，颗粒大小不等、颗粒形状多样、特点：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。颗粒分布不均匀、胶结强度有强有弱。 （2）构造特点）构造特点 构造指岩石的宏观组织特征，是指岩石组分的空间分布及其构造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相互间的位置 。如：层理、页理、节理（裂隙）、孔隙度等。如：层理、页理、节理（裂隙）、孔隙度等。 一般，沉积岩具有明显的层理特征。一般，沉积岩具有明显的层理特征。 层理：层理： 岩石一层一层叠起来的现象。岩石一层一层叠起来的现象。倾斜的层状结构是沉积

8、岩的主倾斜的层状结构是沉积岩的主要构造特征。要构造特征。 形成层理的原因：形成层理的原因： 沉积岩常具有一层一层近似平行的层理，为不同时期沉沉积岩常具有一层一层近似平行的层理，为不同时期沉积环境变化所制。最初的层理近似水平，其后受到地壳变动影积环境变化所制。最初的层理近似水平，其后受到地壳变动影响可能倾斜、弯曲或断裂。响可能倾斜、弯曲或断裂。 层理的分类：层理的分类： A、成分相同时颗粒大小在垂直方向上的变化、成分相同时颗粒大小在垂直方向上的变化 B、不同成分颗粒的交替沉积、不同成分颗粒的交替沉积 C、某些矿物颗粒指向相同、某些矿物颗粒指向相同 D、某种矿物颗粒呈规律性的分布、某种矿物颗粒呈规

9、律性的分布在某些岩石中的化学沉积物，层理表现的很不明显。有时在某些岩石中的化学沉积物，层理表现的很不明显。有时在砂岩和层状岩石中，只有在很大块岩石中才可以区别出在砂岩和层状岩石中，只有在很大块岩石中才可以区别出层理来。层理来。在钻井地质剖面上所表现的岩性变化、软硬夹层等就是层在钻井地质剖面上所表现的岩性变化、软硬夹层等就是层理变化的反映。理变化的反映。 (3)各向异性和非均质性各向异性和非均质性 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,则称物体具有各则称物体具有各向异性。向异性。 l 岩石一般具有各向异性的性质。如在垂直于或平行于层理岩石一般

10、具有各向异性的性质。如在垂直于或平行于层理面的方向上，岩石的力学性质（弹性、强度等）有较大的面的方向上，岩石的力学性质（弹性、强度等）有较大的差异。差异。l 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。l 结晶矿物的定向排列、层理、片理、节理等使得岩石具有结晶矿物的定向排列、层理、片理、节理等使得岩石具有各向异性的特点。各向异性的特点。不均质性不均质性 如果物体中如果物体中不同部分不同部分的物理、化学性质不同，称该物体的物理、化学性质不同，称该物体是不均质的。是不均质的。l 岩石一般为非均质体。这是由岩石成分、颗粒大小、颗岩石一般为非均质体。这是

11、由岩石成分、颗粒大小、颗粒间的联结强度粒间的联结强度 、孔隙度（密度）等不均质性造成的。、孔隙度（密度）等不均质性造成的。l 测定岩石的力学性质时，不同部位的实验结果常存在很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，因此，采用统计学理论，去合适的均值作为大的差异，因此，采用统计学理论，去合适的均值作为代表。代表。第第1章章 岩石的工程力学性质岩石的工程力学性质1.1 岩石的类型及结构特点岩石的类型及结构特点1.2 岩石的工程力学性质岩石的工程力学性质1.3 岩石可钻性与研磨性岩石可钻性与研磨性1.2 岩石的工程力学性质岩石的工程力学性质 物理性质：物理性质：密度，孔隙度，饱和度

12、密度，孔隙度，饱和度水理性质：水理性质：吸水性、透水性、软化性、抗冻吸水性、透水性、软化性、抗冻性、可溶性、膨胀性及崩解性性、可溶性、膨胀性及崩解性工程力学性质：工程力学性质：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强度性质：强度性质：抗压强度、抗拉强度、抗剪强度等抗压强度、抗拉强度、抗剪强度等变形性质：变形性质：弹性模量及泊松比弹性模量及泊松比几个概念：几个概念：弹性：弹性：岩石在外力作用下产生变形，外力撤销后变形随之消失，岩石在外力作用下产生变形，外力撤销后变形随之消失，恢复到原来的形状和体积的性质称为弹性，相应的变形称为恢复到原来的形状和体积的性质称为

13、弹性，相应的变形称为弹性变形。弹性变形。塑性：塑性：岩石在外力作用下产生变形，外力撤销后变形不能完全岩石在外力作用下产生变形，外力撤销后变形不能完全恢复的性质。相应的残余变形称为塑性变形。恢复的性质。相应的残余变形称为塑性变形。脆性脆性：岩石在外力作用下变形很小（小于：岩石在外力作用下变形很小（小于3%3%）就发生破坏的性）就发生破坏的性质。相应的破坏称为脆性破坏。质。相应的破坏称为脆性破坏。强度：强度：岩石在外力作用下发生破坏时所承受的最大应力。岩石在外力作用下发生破坏时所承受的最大应力。 抗拉强度抗拉强度岩石单纯受拉伸力应力破坏时的强度岩石单纯受拉伸力应力破坏时的强度 抗压强度抗压强度岩石

14、单纯受压缩应力破坏时的强度岩石单纯受压缩应力破坏时的强度 抗剪强度抗剪强度岩石单纯受剪切应力破坏时的强度岩石单纯受剪切应力破坏时的强度 抗弯强度抗弯强度岩石单纯受弯曲应力破坏时的强度岩石单纯受弯曲应力破坏时的强度 岩石名称岩石名称抗压强度抗压强度(MPa)抗拉强抗拉强度度 (MPa)岩石名称岩石名称抗压强度抗压强度(MPa)抗拉强度抗拉强度 (MPa)花岗岩花岗岩100250725页页 岩岩5100210流纹岩流纹岩1603001230粘土岩粘土岩2150.31闪长岩闪长岩1202801230石灰岩石灰岩40250720安山岩安山岩1403001020白云岩白云岩802501525辉长岩辉长岩

15、1603001235板板 岩岩60200720辉绿岩辉绿岩1503501535片片 岩岩10100110玄武岩玄武岩1503001030片麻岩片麻岩50200520砾岩砾岩10150215石英岩石英岩1503501030砂砂 岩岩20250425大理岩大理岩100250720常见岩石的抗压及抗拉强度常见岩石的抗压及抗拉强度岩石的变形性质：岩石的变形性质：弹性模量和泊松比弹性模量和泊松比 产生弹性变形的物体在变形阶段，应力与应变的关系服从虎克定律：产生弹性变形的物体在变形阶段，应力与应变的关系服从虎克定律： =E=E 弹性模量弹性模量 ：岩石每增加单位应变所需增加的应力。岩石每增加单位应变所需增

16、加的应力。 式中：式中：E E弹性模量；弹性模量； 应力；应力； 应变应变泊松比：泊松比：压缩应力作用下岩石横向应变与纵向应变之比。压缩应力作用下岩石横向应变与纵向应变之比。/E纵横如果材料是各向同性的，则有：如果材料是各向同性的，则有：物体在弹性变形阶段，剪切变形同样也服从虎克定律，即物体在弹性变形阶段，剪切变形同样也服从虎克定律，即 =G=G 式中：式中： 剪应力；剪应力； 剪应变；剪应变； GG切变模量切变模量( (或剪切弹性模量或剪切弹性模量) )。对于同一材料，三个弹性常数对于同一材料，三个弹性常数E E、G G和和之间有如下的关系：之间有如下的关系：xyyxEzyx)1(2EG常常

17、见见岩岩石石的的弹弹性性模模量量与与泊泊松松比比 岩石名称岩石名称弹性模量弹性模量 (104MPa)泊松比泊松比岩石名岩石名称称弹性模量弹性模量 (104MPa)泊松比泊松比花岗岩花岗岩510O.10.3页页 岩岩O.280.2O.4流纹岩流纹岩510O.10.25石灰岩石灰岩5100.20.35闪长岩闪长岩715O.1O.3白云岩白云岩59.40.150.35安山岩安山岩5120.2O.3板岩板岩28O.20.3辉长岩辉长岩7150.10.3片岩片岩19O.2O.4玄武岩玄武岩612010.35片麻岩片麻岩11O0.10.35砂砂 岩岩0.510O.20.3石英岩石英岩6200.080.25

18、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 岩岩石石的的强强度度抗压强度抗压强度抗拉强度抗拉强度抗压强度抗压强度抗弯曲强度抗弯曲强度通常情况下：通常情况下：抗压抗压 抗剪抗剪 抗弯抗弯 抗拉强度抗拉强度指岩石抵抗外力压缩的能力，其数指岩石抵抗外力压缩的能力，其数值大小等于在岩样上施加轴向压缩值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，载荷直至破坏时单位面积上的载荷，可通过单轴抗压试验来获得。可通过单轴抗压试验来获得。实验要求：实验要求：*施加压力的方向应平行于岩心的轴线施加压力的方向应平行于岩心的轴线*岩样长度岩样长度L应适当，应适当，L/D

19、很小时，试件中的应力很小时，试件中的应力分布趋于三轴应力状态，具有较高的强度；分布趋于三轴应力状态，具有较高的强度；L/D很大时，将发生弹性不稳定破坏；很大时，将发生弹性不稳定破坏；L/D应适中，应适中，一般以一般以L/D=2.53.0较好。较好。*尽量减小端面效应，设法降低试件端面与加压尽量减小端面效应，设法降低试件端面与加压板间的摩擦。板间的摩擦。*试件尺寸取决于组成岩石的颗粒的尺寸，试件试件尺寸取决于组成岩石的颗粒的尺寸，试件直径与最大颗粒尺寸的比值至少为直径与最大颗粒尺寸的比值至少为10：1。因此，。因此，原则上应尽量采用较大直径的试件。建议采用原则上应尽量采用较大直径的试件。建议采用

20、2.22.6厘米直径的试件。厘米直径的试件。按抗压强度对地层进行分类按抗压强度对地层进行分类地层地层极软极软软软中软中软中中硬硬极硬极硬抗压强度抗压强度（MPaMPa）25200200直接测量：直接测量： 把岩样加工成拉伸试样，置于材料把岩样加工成拉伸试样，置于材料拉伸试验机上进行简单应力状态下拉伸试验机上进行简单应力状态下(或或称单轴抗拉伸状态称单轴抗拉伸状态)的拉伸试验。岩样的拉伸试验。岩样拉断时的应力值即为岩石的抗拉伸强度。拉断时的应力值即为岩石的抗拉伸强度。 可通过直接和间接抗拉伸强度试验来确定可通过直接和间接抗拉伸强度试验来确定实验要求：实验要求：*设计恰当的夹紧机构；设计恰当的夹紧

21、机构；*制备一定形状的岩样；制备一定形状的岩样；*确保加载方向严格平行于岩样轴线。确保加载方向严格平行于岩样轴线。内压胀裂实验： 对圆筒状岩样施以均匀内压，直到圆筒胀裂的试验方法。通过运用拉梅厚壁圆筒应力理论，可确定岩样的抗拉伸强度。 巴西劈裂实验： 这一试验是将一个薄圆盘试件沿其直径方向上加载，在沿着加载直径上分布着垂直于加载方向拉伸应力如图所示。间接抗拉伸强度试验内压胀裂实验巴西劈裂实验间接测量间接测量圆盘的破裂是从圆的中心开始,并沿着加载直径向上下两个方向扩展开来。当拉应力达到岩样的抗拉强度时，试件在加载点连线上呈现清晰的破裂。岩石的抗张强度可按下式计算(r半径，t厚度)trPt01.

22、1. 常规三轴试验常规三轴试验 常规三轴试验是最为常用的一种三轴应力试验方常规三轴试验是最为常用的一种三轴应力试验方法。首先用液压法。首先用液压p使其四周处于三向均匀压缩的应使其四周处于三向均匀压缩的应力状态，然后保持此压力（围压）不变，对岩样加力状态，然后保持此压力（围压）不变，对岩样加载，直到使其破坏。可以进行三轴压缩试验载，直到使其破坏。可以进行三轴压缩试验(12=3=p)，也可以进行三轴拉伸试验。，也可以进行三轴拉伸试验。 (a)液压作用下的压（拉）试液压作用下的压（拉）试验（常规三轴试验）验（常规三轴试验）12 = 3(b)用三个液缸的柱塞进行的用三个液缸的柱塞进行的三面压缩试验（真

23、三轴试验）三面压缩试验（真三轴试验）12 3三轴应力作用下岩石机械性质的变化三轴应力作用下岩石机械性质的变化 岩石在三轴应力条件下的强度明显增加。随着围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。压的增大，岩石强度增大。 随着围压的增大，岩石由脆性向塑性转变，且围随着围压的增大，岩石由脆性向塑性转变，且围压越大，岩石破坏前呈现的也塑性越大压越大，岩石破坏前呈现的也塑性越大。岩石从。岩石从脆性向塑性转变的压力（围压）称为临界压力。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。不同的岩石，临界压力不同。 硬度）（硬度）（formation hardnes

24、s）岩石的硬度岩石的硬度是岩石抵抗其它物体表面压入或侵入的能力。是岩石抵抗其它物体表面压入或侵入的能力。硬度与抗压强度区别：硬度与抗压强度区别： 前者只是固体表面的前者只是固体表面的局部局部对另一物体压入或侵入时的阻力，而后者则对另一物体压入或侵入时的阻力，而后者则是固体抵抗固体是固体抵抗固体整体整体破坏时的阻力。破坏时的阻力。前者反映岩石前者反映岩石颗粒的硬度颗粒的硬度，其对钻进过程中工具的磨损起重大影响；，其对钻进过程中工具的磨损起重大影响；后者反映岩石的后者反映岩石的组合硬度组合硬度，其对钻进时岩石破碎速度起重大影响。，其对钻进时岩石破碎速度起重大影响。测量岩石硬度的方法测量岩石硬度的方

25、法 静压入法、冲击回弹法、研磨法。石油工业主要是利用静压入的方法测静压入法、冲击回弹法、研磨法。石油工业主要是利用静压入的方法测量岩石硬度（岩石的压入硬度是前苏联史立涅尔提出的，也称量岩石硬度（岩石的压入硬度是前苏联史立涅尔提出的，也称史氏硬史氏硬度度） 。石油钻井中，常用的硬度有两种：石油钻井中，常用的硬度有两种：史氏硬度和摩氏硬度。史氏硬度和摩氏硬度。 摩氏硬度：摩氏硬度：表示材料的相对硬度。测量方法是用两种材料互相表示材料的相对硬度。测量方法是用两种材料互相刻划，在表面留下擦痕者则硬度较低。刻划，在表面留下擦痕者则硬度较低。用用10种矿物为代表，作为摩氏硬度的标准，依次为：滑石种矿物为代

26、表，作为摩氏硬度的标准，依次为：滑石(1度度)、石膏石膏(2度度)、方解石、方解石(3度度)、萤石、萤石(4度度)、磷灰石、磷灰石(5度度)、长石、长石(6度度)、石英石英(7度度)、黄玉、黄玉(8度度)、刚玉、刚玉(9度度)、金刚石、金刚石(10度度)。岩石矿物的摩氏硬度是选择破岩工具的重要参考依据，若在岩岩石矿物的摩氏硬度是选择破岩工具的重要参考依据，若在岩石中占一定比例的矿物的摩氏硬度达到或接近破岩工具工作部石中占一定比例的矿物的摩氏硬度达到或接近破岩工具工作部位材料的硬度，则工具磨损很快。位材料的硬度，则工具磨损很快。下面介绍史氏硬度的测量方法。下面介绍史氏硬度的测量方法。 要求：岩样

27、的长度为要求：岩样的长度为303050mm50mm，直径，直径404050mm50mm，两端面光滑且相互平行；两端面光滑且相互平行；试验仪器：试验仪器：岩石压入硬度测试仪。岩石压入硬度测试仪。岩石的脆性和塑性岩石的脆性和塑性 三类：脆性岩石（三类：脆性岩石（brittle rockbrittle rock）、塑性岩石（）、塑性岩石（plastic plastic rockrock）和塑脆性岩石（）和塑脆性岩石（brittle-plastic rockbrittle-plastic rock。 在外力作用下，岩石只改变其形状和大小而不破坏自身的连在外力作用下，岩石只改变其形状和大小而不破坏自身的

28、连续性，这种情况称为续性，这种情况称为塑性塑性的；岩石在外力作用下，直至破碎的；岩石在外力作用下，直至破碎而无明显的形状改变，这种情况称为而无明显的形状改变，这种情况称为脆性脆性的；介乎于两者之的；介乎于两者之间的是间的是脆塑性岩石脆塑性岩石。脆性和脆塑性岩石的硬度为：脆性和脆塑性岩石的硬度为：式中：式中： PP产生脆性破碎时压头上的载荷产生脆性破碎时压头上的载荷( (牛顿牛顿) )； SS压头的底面积压头的底面积( (毫米毫米2 2) )；对塑性岩石，取产生屈服对塑性岩石，取产生屈服( (即从弹性变形开始向塑性即从弹性变形开始向塑性变形转化变形转化) )时的载荷时的载荷P P0 0代替代替P

29、 P，即：，即：MPaSPPYMPaSPPY0 岩石级别及岩石硬度的关系岩石级别及岩石硬度的关系岩石类岩石类别别软软中软中软中硬中硬硬硬坚硬坚硬极硬极硬岩石级岩石级别别123456789101112压入硬压入硬度度,MPa1001002502505005001000100015001500200020003000300040004000500050006000600070007000用用岩石的塑性系数岩石的塑性系数K KP P作为定量表征岩石塑性及脆性大小的作为定量表征岩石塑性及脆性大小的参数。参数。塑性系数：塑性系数：岩石破碎前耗费的总功岩石破碎前耗费的总功A AF F与与岩石破碎前弹性变岩

30、石破碎前弹性变形功形功A AE E的比值。的比值。 对于塑脆性岩石：对于塑脆性岩石：脆性岩石脆性岩石K=1K=1；塑性岩石，；塑性岩石，K KP P=。的面积的面积ODEOABCAAKEFP第第1章章 岩石的工程力学性质岩石的工程力学性质1.1 岩石的类型及结构特点岩石的类型及结构特点1.2 岩石的工程力学性质岩石的工程力学性质1.3 岩石可钻性与研磨性岩石可钻性与研磨性1.3 岩石可钻性和研磨性岩石可钻性和研磨性 1、岩石可钻性（、岩石可钻性（Rock Drillability） （1） 概念：概念： 指岩石破碎的难易程度，可以理解为在一定的钻头规格、类型及钻井指岩石破碎的难易程度，可以理解

31、为在一定的钻头规格、类型及钻井工艺条件下岩石抵抗钻头破碎的能力。工艺条件下岩石抵抗钻头破碎的能力。 （2）评价方法）评价方法 在钻压在钻压890(500)N、钻速、钻速55n/min的固定条件下，用直径的固定条件下，用直径31.75mm的微型的微型钻头在岩心上钻孔，以钻进钻头在岩心上钻孔，以钻进2.4mm（3mm）孔深所需的时间）孔深所需的时间t作为岩石可钻作为岩石可钻性指标，由此把岩石分为易钻和难钻的。性指标，由此把岩石分为易钻和难钻的。 为应用方便，常用为应用方便，常用 作为可钻性指标，称为作为可钻性指标，称为可钻性极值可钻性极值。 tLogKd22、岩石的研磨性、岩石的研磨性 钻井过程中

32、，钻井工具和岩石产生连续的或间歇的接触和摩擦，从而在破碎岩钻井过程中，钻井工具和岩石产生连续的或间歇的接触和摩擦，从而在破碎岩石的同时，这些工具本身也受到岩石的磨损而逐渐变钝甚至损坏。石的同时，这些工具本身也受到岩石的磨损而逐渐变钝甚至损坏。 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。 至今尚没有统一的测定岩石研磨性的方法和分级标准。至今尚没有统一的测定岩石研磨性的方法和分级标准。测定岩石研测定岩石研磨性的方法磨性的方法微钻头钻进法微钻头钻进法用金属棒（如铜棒、淬火或未淬火的钢棒）在加压旋转的条件下与岩石用金属棒（如铜棒、淬火或未淬火的钢棒）在

33、加压旋转的条件下与岩石相摩擦。在给定的载荷、转速和时间内，按金属棒被磨损掉的质量来衡相摩擦。在给定的载荷、转速和时间内，按金属棒被磨损掉的质量来衡量岩石研磨性的大小。量岩石研磨性的大小。用硬质材料做成的刀具与岩石试件相对旋转磨削。在给定接触压力、旋用硬质材料做成的刀具与岩石试件相对旋转磨削。在给定接触压力、旋转速度（线速度）下，测量固定时间或旋转过的路程内刀具的磨损量以转速度（线速度）下，测量固定时间或旋转过的路程内刀具的磨损量以估价岩石的研磨性相对大小。估价岩石的研磨性相对大小。用与全尺寸钻头形状相似的微型模拟钻头在一定的钻进参数下与岩石钻用与全尺寸钻头形状相似的微型模拟钻头在一定的钻进参数下与