岩心钻探学参考材料

岩心钻探学参考材料

名词解释

1. 磨锐式硬质合金钻头：钻头磨钝后可修磨锐利的钻头。

2. 自磨式硬质合金钻头：钻进中切削刃磨损后与岩石接触面积保持不变，即不变钝的钻头

3. 钻进规程：钻压、转速及冲洗液（泵量）3个钻进过程中可以控制的工艺参数。广义而言，它还包括提高钻进效率、保证质量以及降低成本的一些技术措施。

4. 复合片镶嵌径向角：切削具表面和钻头径向平面之间的夹角

5. 强力钻进规程：钻进时采用比一般钻进参数高的钻进参数值，以达到更高的钻进速度。

6. 冲击回转钻进：钻头在静压作用下进行回转，同时辅以纵向冲击动载，从而形成以回转切削和纵向冲击相结合的碎岩钻进方法。

7. 孔底全面钻进：孔底岩石被钻头全部破碎的钻进方法。

8. 切削角:刀翼前刃与水平面之间的夹角。

9. 岩石的各向异性：岩石在不同的方向上力学性质的差异。

10. 后角：刀翼后刃与水平面之间的夹角。

11. 岩石的研磨性：钻进过程中岩石磨损钻头的能力。

12. 回次钻速：从钻具下入钻孔进行钻进，直到把钻具从钻孔提出的工序中单位时间的进尺。

13. 岩石的塑性：外力撤除后岩石外形和尺寸不能完全恢复而产生残留变形的性质

14. 金刚石浓度：金刚石在工作胎体中分布的密度（即单位面积内所含金刚石的重量）。通常规定，每立方厘米工作胎体中含4.4克拉的金刚石时，其浓度为100%

15. 切削—剪切型碎岩：在轴向力和切向力共同作用下，钻头碎岩刃具以速度v0向前移动

而切削（剪切）岩石

16. 凿碎—剪切型碎岩：在轴向力和切向力共同作用下，钻头刃具以速度v0向前移动和冲锤对齿刃的冲击速度v z牙轮滚动时齿刃向下冲击的速度v w对岩石作用

17. 岩石的可钻性：钻进过程中岩石破碎的难易程度。

18. 岩矿心采取率：取到地表的岩心长度与回次钻进深度之比。

19. 机械钻速：单位纯钻进时间内所钻钻孔的进尺。

20. 技术钻速：一台工作钻机在一个月期间内完成基本工序和操作以及其他辅助工序和操作所花费的时间，与钻孔的进尺量之比。

21. 经济钻速：一台工作钻机在一个月期间（用于基本工序、辅助工序和非生产工序所用的时间）内的钻孔进尺量。

22. 循环钻速：一个工作机台从设备搬迁到钻完一孔后转移到他孔的整个循环时间内所给进的钻孔深度。

23. 岩石的硬度：岩石抵抗其他物体刻划或压入其便面的能力。

24. 硬质合金钻头镶焊角：切削前刃与水竖直轴线之间的夹角

简答或论述题

岩石的性质：

1．岩石的力学性质包括哪几类？试分别说明。

岩石的力学性质包括岩石的强度、岩石的硬度、岩石的弹性和塑形以及岩石的研磨性。

岩石的强度是岩石在载荷作用下抵抗外力破坏的能力，岩石的硬度是岩石抵抗其他物体刻划或压入其表面的能力，外力撤除后岩石的外形和尺寸完全恢复原状，这种变形称为弹性变形，外力撤除后岩石的外形和尺寸不能完全恢复原状而产生残留变形，这种变形

称为塑性变形，岩石磨损钻头的能力称为岩石的研磨性。

2． 试分析说明岩石的强度和硬度之间的关系。

硬度与抗压强度有一定联系，但也有很大差别。岩石硬度是岩石表面的局部对另一物体

压入时的阻力，而岩石强度是岩石整体破碎时的阻力，因此不能把岩石的单轴抗压强度

作为岩石硬度的指标。（根据理论分析，岩石抗压入硬度为单轴抗压强度的（1+2∏）倍，

实际之比大约为5~20倍）

3． 根据岩石的变形特性，图示说明脆性岩石，塑性岩石和塑脆性岩石。

图（a ）为脆性岩石的变形曲线，特征是破坏前没有明显的塑性变形，外载一旦达到弹

性极限，岩石立即破坏。图（b ）为塑脆性岩石的变形曲线，特点是随着外载加大，由

弹性变形转入塑性变形，到达D 点后，岩石发生破坏。图（c ）是塑性岩石的变形曲线，

特征是施载不大就开始塑性变形，其后变形随时间的延长而增长

4．图示说明岩石的弹性模量、塑性指数。

弹性模量：应力—应变曲线法，见课本P20面，塑性指数：P22面。

5．何为岩石的研磨性？影响岩石研磨性的因素有哪些？

岩石的研磨性是岩石磨损钻头的能力。影响岩石研磨性的因素有摩擦力、滑动速度和摩

擦时间。摩擦力取决于正压力和动摩擦系数。动摩擦系数本身又与岩石性质、岩石表面

粗糙度、摩擦面温度、滑动速度、磨损产物的清除程度与摩擦面之间的介质有关。

6．岩石的弹性模量、抗压强度、硬度在平行和垂直于岩石的层理方向上有何不同？

强度：垂直于层理方向抗压强度最大，平行于层理最小，斜交方向介于两者之间；

硬度：垂直于层理方向硬度最小，平行于层理最大；

弹性模量：平行于层理最大，垂直于层理方向最小。在钻探工作中将导致孔斜。

7．何为岩石的可钻性？划分岩石的可钻性有何意义？

岩石可钻性是表示钻进过程中岩石破碎的难易程度。它是决定钻进效率的基本因素。岩

石可钻性的划分对钻探实际生产来说非常重要，它是合理选择钻进方法、钻头类型和结

构、钻进规程参数的依据，也是制定钻探生产定额和编制钻探生产计划的依据。

(a) (b) (c)

8．试列出确定岩石可钻性的几种方法，并评述其优缺点。

目前常用的岩石可钻性划分方法有：金刚石钻进岩石可钻性分级法、按岩石研磨硬度和抗剪强度分级、按联合指标分级、微钻速度法、碎岩比功法。前三种分类方法优点是测量方法简单，测量手段易标准化。缺点是不能反映岩石破碎过程、测量误差大、不能将不同等级岩石准确分开。

9．碎岩工具与岩石相互作用的主要方法有哪几种？硬质合金钻进、冲击回转钻进、牙轮钻进分属于哪一类？

根据刃具与岩石作用的方式和碎岩机理，可把碎岩刃具分：切削一剪切型、冲击型、冲击一剪切型三类。硬质合金钻进是切削一剪切型，冲击回转钻进和牙轮钻进是冲击一剪切型。注：这题需要自己分析

10. 岩石在外载作用下的破碎变形方式有哪几种？

按破碎特点和钻进效果，岩石破碎方式可有3种，当切削具与岩石的接触压力远远小于岩石硬度时，分离下来的岩石颗粒很小，这种变形破坏方式称为岩石的表面研磨，随着轴向载荷增加，可产生较粗岩粒的分离，这种变形破坏形式称为疲劳破坏，当切削具与岩石的接触压力大于或等于岩石硬度时，这种变形破坏称为体积破坏。

11. 图示说明球状切削具在压入岩石时所形成的主压力体和剪切体

球状切削具压入时：

1)开始时，切削具与岩石接触的是一个点；

2)外载↑，切削具和岩石产生弹性变形，接触面↑；

3)接触面中心的正应力最大，首先出现裂隙；

4)随外载增加，接触面增大，产生与原有裂隙平行的新裂隙系；

5)外载继↑，弹变总值↓，应力↑，裂隙深度↑；

6)以后的破碎过程与平底压模时类似。

12．简述硬质合金切削具在塑性和脆性岩石中的碎岩过程。

①塑性岩石中：当切削具与岩石接触面压强达到或超过岩石压入硬度时，由于切削具后斜面作用，切削具刃尖沿着与垂线成γ角切入岩石。回转作用使切削具在水平力（切削力）作用下压迫其前面的岩石，使之发生塑性变形并不断向自由面滑移。但在塑性岩石的回转切削中，在切屑的裂隙尚未发展到全部横截面并断下来前，下一部分切屑又发生滑移。由于岩石脆性和均质性的程度不同，以及切削受冲洗液作用，切屑断裂成碎屑分散在冲洗液中。

②脆性岩石中：当切削具与岩石接触面压强达到或超过岩石压入硬度时，岩石发生脆性剪切，碎裂的岩屑向自由面崩出，切削具的单面楔形导致崩出的破碎穴前方和后方不对称。当切削具在水平力Px作用下前进时，首先将刃尖前的岩石剪切掉（大剪切），Px力突然减落下来。当切削具继续前进时，在切削具刃尖前不断发生小体积剪切，崩落出小体积岩屑。经过不断的小体积剪切后，切削具刃前与岩石接触面积逐渐增大，直至又达到切入深度的全高接触，再次发生大剪切。在脆性岩石中回转切削过程是由数个小剪切和一个大剪切所组成的不断循环过程。

硬质合金钻进

13．试述硬质合金的基本组成、力学性质及变化规律。

通常钻头切削具采用钨钴类硬质合金。碳化钨为骨架材料，钴为粘结材料。

合金中含钴量增加，相对密度下降，硬度、耐磨性降低，而抗弯强度、冲击韧性增高；WC的颗粒越细，硬度越大、耐磨性越强；反之，则抗弯强度、韧性增强。

14．如何确定硬质合金钻头的出刃和镶焊角。

出刃：①钻进软岩层，由于进尺快，岩粉多，颗粒大，岩心易冲毁、易堵塞、易糊钻、