岩石的压入硬度及可钻性
油页岩性能检测及其结果分析
油页岩性能检测及其结果分析朱文鉴1王镇泉2（1.北京探矿工程研究所，北京，100083；2.中国石油大学（北京），北京，102249）摘要：本文介绍了吉林扶余矿区和辽宁野马套海矿区的油页岩物理特性和力学特性的检测结果，结合油页岩的物理力学特性数据，作者分析了在油页岩矿区进行钻探施工采用PDC钻头的适应性和泥浆体系的优选结果。
为油页岩矿区进行地质勘探施工的钻头选型和泥浆体系优选提供一定的参考。
关键词：油页岩、适应性、试验分析油页岩是一种高灰分(>40%)的固体可燃有机矿产，低温干馏可获得类似天然石油。
它由无机物和有机物组成，常见的无机物有石英、粘土、长石碎屑物、碳酸盐等，有时还含有铜、钴、镍、钛、钒等化合物。
含油率＞３.５％，有机质含量较高，主要为腐泥质、腐殖质或混合型，其发热量一般大于4186.8kJ/kg，仅次于煤的发热量。
油页岩是一种重要的能源，又属非常规油气资源，在提供动力燃料和热电等方面发挥着较大的作用。
我国油页岩资源丰富，居世界第4位。
我国油页岩主要分布在20个省和自治区、47个盆地，共有80个含矿区。
全国油页岩资源为7199.37亿T，如果将油页岩折算成页岩油，全国页岩油资源为476.44亿T，如果扣除油页岩开发和干馏过程中的损失，全国页岩油可回收资源为119.79亿T。
随着我国经济社会高速的发展，能源需求日益增大，油气资源又相对缺乏，急切需要寻找和开发可替代能源，因此开发利用油页岩是重要的可行的发展之路。
1 油页岩力学特性测试解决油页岩地层的钻探工程问题是加快油页岩勘探开发进程的必要条件。
为解决油页岩钻探中存在的技术问题，采集了吉林和辽宁省油页岩矿区的油页岩（见表1、图1），进行了油页岩的物理化学性质、力学性能等指标严格测试。
为油页岩钻井液优选、破岩工具研制、钻进规程优化、油页岩开采等提供基础数据。
图1 野外采集的油页岩样品1.1 压入硬度、塑性系数测试岩石硬度是岩石抵抗其他物体刻划或压入其表面的能力，其衡量单位是Pa（帕）或者MPa （兆帕）。
硬地层取芯中的岩石可钻进性与钻进方法
地层取芯中的岩石可钻进性与钻进方法引言：在地层取芯中不同岩石理化特性有很大差异。
从宏观到微观通过研究岩石的理化特征，以及相应的钻进手段对对岩石钻进的影响对岩石钻进时钻进效率进行分析，做到高效钻进。
本文主要讨论的是硬地层取芯中的诸多问题。
首先我们探讨岩石的可钻性。
对不同岩石的理化性质进行逐步分析。
然后介绍目前常见的取芯钻进方式，在不同岩石和不同钻进方式之间建立对应关系，对不同岩是做到对症下药逐个击破。
钻进效率最优。
最后，会讨论一些钻进时的辅助手段，从另一个侧面提高钻进效率做到百尺竿头更进一步。
岩层的钻进方法钻进方法的分类方法很多，有的根据钻进目的分类，有的根据碎岩方式分类，还有的根据冲洗介质的种类以及循环方式分类。
根据钻进目的可分为地质钻进、石油钻进、水进钻进、工程施工钻进等。
根据机械碎岩方式可分为回转钻进、冲击钻进、螺旋钻进、振动钻进等。
在回转钻进中，根据所用的钻头不同又可分为金刚石钻进、硬质合金钻进、牙轮钻进以及钢粒钻进等岩石的力学性质岩石的力学性质是岩石在外力作用下表现出来的特性。
主要有变形特性、强度特性和表面特性。
变形特性：弹性、塑性和脆性强度特性：抗压强度、抗拉强度、抗剪强度和抗弯强度表面特性：硬度和研磨性岩石强度：岩石在载荷作用下变形到一定程度就发生破坏。
破坏前岩石所能承受的最大载荷，单位面积上的最大载荷。
根据受力条件不同，岩石强度又可分为抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度、抗压强度。
有单向应力状态下的强度，多向应力状态下的强度。
岩石的硬度：岩石表面对工具压入的反抗特性。
岩石硬度与抗压强度有一定联系，又有很大区别。
岩石抗压强度是岩石整块抗破碎的能力。
岩石抗压入硬度为单向抗压强度的（1+2π）倍。
测定压入硬度实际上使岩样产生局部破碎，而这种局部破碎是在多向受压状态下进行的。
岩石的研磨性：在用机械方法破碎岩石的过程中，钻头与岩石产生连续的或间断的接触和摩擦。
钻头破碎岩石的同时，其自身也受到岩石的磨损而逐渐变钝。
钻井工程试题及答案(第一章)
第一章 试题及答案一、名词解释1. 岩石的塑性系数是怎样定义的？答：岩石的塑性系数是用来定量表征岩石塑性及脆性大小的参数。
塑性系数为岩石破碎前耗费的总功与岩石破碎前弹性变形功的比值。
2. 什么是岩石的可钻性？答：岩石的可钻性是岩石抗破碎的能力。
即一定钻头规格、类型及钻井工艺条件下岩石抵抗钻头破碎的能力。
3. 什么叫有效应力、有效上覆岩层压力、各向压缩效应？答：在“各向压缩效应”试验中，如果岩石孔隙中含有流体且具有一定的孔隙压力，这种孔隙压力的作用降低了岩石的各向压缩效应，这样，把岩石所受外压与内压之差称为有效应力。
上覆岩层压力和岩石内孔隙流体压力的差称为有效上覆岩层压力。
在三轴应力试验中，如果岩石是干的或者不渗透的，或孔隙度小且孔隙中不存在液体或者气体时，增大围压则一方面增大岩石的强度，另一方面也增大岩石的塑性，这两方面的作用统称为“各向压缩效应”。
4. 简述地下各种压力的基本概念答：地下压力包括静液压力h P 、上覆岩层压力Po 、地层压力p P 和基岩应力σ等。
静液压力是由液柱自身的重力所引起的压力，它的大小与液体的密度、液柱的垂直高度或深度有关。
地层某处的上覆岩层压力是指该处以上地层岩石基质和空隙中流体的总重力所产生的压力。
基岩应力是指由岩石颗粒之间相互接触来支撑的那部分上覆岩层压力，也称有效上覆岩层压力或颗粒间压力，这部分压力是不被孔隙水所承担的。
二、简答题1． 简述地下各种压力的基本概念及上覆岩层压力、地层孔隙压力和基岩应力三者之间的关系。
答：地下压力包括静液压力h P 、上覆岩层压力Po 、地层压力p P 和基岩应力σ等。
静液压力是由液柱自身的重力所引起的压力，它的大小与液体的密度、液柱的垂直高度或深度有关。
地层某处的上覆岩层压力是指该处以上地层岩石基质和空隙中流体的总重力所产生的压力。
基岩应力是指由岩石颗粒之间相互接触来支撑的那部分上覆岩层压力，也称有效上覆岩层压力或颗粒间压力，这部分压力是不被孔隙水所承担的。
岩石的可钻性分级与技术参数
岩石的可钻性分级与技术参数岩石的可钻性，是指钻进时岩石抵抗压力和破碎的能力；也表示进尺效率的高低。
因此，岩石的可钻性是岩石各种特性的综合，是衡量岩石钻进难易程度的主要指标。
一般用单位时间的进尺数来表示可钻性的高低。
按照这个分级方法，常把岩石的可钻性，划分为十二个等级。
由于各种岩石具有不同的物理力学性质,对钻进速度有不同的影响。
在实际钻进过程中，在一定的技术条件下，测定出的各种岩石的钻进速度，通称为岩石的可钻性，也就是岩石被钻头破碎的难易程度。
岩心钻探时岩石的可钻性分级如下：一级：松散土、松软疏散的---代表性岩石为：次生黄土、次生红土、松软不含碎石及角砾的砂土、硅藻土、不含植物根的泥炭质腐殖层。
（可钻性：7.50 m/h，一次提钻长度：2.80 m/次）二级：较软松散岩、较松软疏散的---代表性岩石为：黄土层、红土层、松软的泥炭层、含10%-20%砾石、碎石的黏土质和砂土质、松软的高岭土类、含植物根的腐殖层。
（可钻性：4.00 m/h，一次提钻长度：2.40 m/次）三级：软岩、软的---代表性岩石为：强风化页岩、板岩、千枚岩和片岩，轻微胶结的砂层，含20%砾石、碎石的砂土，含20%礓结石的黄土层，石膏质土层，泥灰岩，滑石片岩、贝壳石灰岩、褐煤、烟煤。
（可钻性：2.45 m/h，一次提钻长度：2.00 m/次）四级：稍软岩、稍软的---代表性岩石为：页岩、砂质页岩、油页岩、炭质页岩、钙质页岩、砂页岩互层，较致密的泥灰岩、泥质砂岩。
块状石灰岩、白云岩、强风化的橄榄岩、纯橄榄岩、蛇纹岩和磷灰岩、中等硬度煤层、岩盐、结晶石膏、高岭土层、火山泥灰岩、冻结的含水砂层。
（可钻性：1.60 m/h，一次提钻长度：1.70 m/次）五级：稍硬岩、稍硬的---代表性岩石为：卵石、碎石及砾石层、崩级层、泥质板岩，绢云母绿泥石板岩、千枚岩和片岩、细粒结晶灰岩、大理石、较松软的砂岩、蛇纹岩、纯橄榄岩、风化的角闪石斑岩和粗面岩、硬烟煤、无烟煤、冻结的粗粒砂、砾层、冻土层。
地质岩心钻探规程
前言本规程包括了岩心钻探工程设计的编制、钻探方法和设备选择、通用的工艺方法、冲洗介质及施工守则、钻孔质量保证、钻探施工的人身健康、安全、环境保护和生产管理等方面的内容，是不同领域岩心钻探工程及各种专项钻探工艺技术方法的基础性规程。
本规程是地质岩心钻探工程设计、施工、管理和检查验收等各项工作的重要依据和准则。
对于不同的勘查对象、勘查阶段、勘查目的而有所变更的一些特殊要求和技术指标,应符合相关的规程、规范或通过协议、合同做出明确规定。
本规程是遵循GB／T 1．1—2009的起草规则，首次以技术标准形式发布.本规程由中国地质调查局提出。
本规程由国土资源部归口。
本规程起草单位：中国地质科学院勘探技术研究所。
本规程主要起草人：王达、赵国隆、肖亚民、陈星庆、汤松然、孙建华、张林霞、刘秀美、戴智长。
本规程由国土资源部负责解释。
地质岩心钻探规程1 范围本规程规定了钻探施工过程所有工序的技术要求及相关管理规定.本规程中对“岩心”的界定是广义的,指能采集到的各类岩石样品，即除圆柱状的岩心外，也包括各种岩块、岩样和岩屑，故各种反循环连续取心也被纳入岩心钻探的范围。
本规程主要适用于地质岩心钻探，工程勘察、工程施工、水文水井钻探和油气井钻探的小口径钻孔施工,可参照本规程。
本规程适用于孔深3000 m以内的钻孔施工.2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件,其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB／T 1。
1 标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写GB／T 3787手持武电动工具的管理、使用、检查和维修安全技术规程GB／T 5005钻井液材料规范GB 6722爆破安全规程GB／T 9151钻探工程名词术语GB 15848铀矿地质勘查辐射防护和环境保护规定GB／T 16950金刚石岩心钻探钻具设备GB／T 16951金刚石绳索取心钻探钻具设备GB／T 18376。
岩石硬度及塑性系数测定
中国石油大学岩石硬度及塑性系数测定实验报告实验日期：2014年10月8日成绩：班级：学号：姓名：教师：同组者：岩石硬度及塑性系数测定岩石是钻井的主要工作对象。
在钻成井眼的过程中，一方面要提高破碎岩石的效率，另一方面要保证井壁岩层稳定，这些都取决于对岩石的工程力学性质的了解和认识。
岩石的工程力学性质包括岩石的机械性质、岩石的研磨性、岩石的可钻性等。
岩石的机械性质包括岩石的弹性、强度、脆性与塑性、硬度等。
本实验旨在了解岩石的机械性质，掌握岩石压入硬度及塑性系数的测量方法。
一、实验目的1、直观了解岩石的物理机械性质2、掌握岩石硬度及塑性系数的测量方法二、实验原理1、实验设备实验中使用岩石硬度仪来测量岩石的压入硬度及塑性系数，如图1所示。
该设备主要由手摇泵，液压罐，压模，载荷传感器，位移传感器，下板，支柱，上板和函数记录仪等构成。
图1 岩石硬度仪实物图压模主要由基体和硬质合金压头两部分构成，其结构及尺寸如图3 所示，其中d=1.5~2.5mm。
图2 压模结构及尺寸示意图2．测量原理利用手摇油泵将液压油压入液压罐，推动液压罐的活塞上升，使位移传感器与岩心托盘侧面伸出的铁片接触、岩样与压模接触，随着压力的增加，压模将逐渐压入岩样，压入的深度由位移传感器测出，压力由载荷传感器测出，测出的数据自动存入函数记录仪，具体参见动画“岩石硬度及塑性系数的测定”。
将函数记录仪中的数据文件转存入U 盘，在计算机上利用专用软件提取“位移”和“载荷”数据，作岩石的变形曲线，如图3所示。
其中，a 为脆性岩石，其特点是OD段为弹性变形阶段，达到D 点后即发生脆性破碎；b 为塑脆性岩石，其OA 段为弹性变形阶段，AB 段为塑性变形区，到达B 点时产生脆性破碎；c 为塑性岩石，施加不大的载荷即产生塑性变形，其后变形随变形时间的延长而增加，无明显的脆性破坏现象。
脆性岩石塑脆性岩石塑性岩石图3 压模压入岩石时的变形曲线硬度：塑性系数：式中： P Y ——岩石的硬度，MPa ；P ——岩石产生脆性破坏时的载荷，N ；S ——压模压头的底面积，mm 2P 0——岩石产生屈服时的载荷，N ；K p ——岩石塑性系数三、实验步骤1．岩样制备将被测岩石切割成正方（或圆柱）体，边长（或高度）不小于50mm ，被测量端面应加以研磨，使端面平滑且相互平行（直径50mm 的岩样两端面不平行度不超过0.5mm ），将切磨好的岩样置于100℃的烘箱中烘干2~2.5 小时，然后放在干燥器内备用。
钻井工程常用名词术语英文
钻井⼯程常⽤名词术语英⽂钻探⼯程名词术语Terms of drilling engineering1 主题内容与适⽤范围本标准规定了钻探⼯程中常⽤的名词术语。
本标准适⽤于钻探⽣产、设计、制造、管理、科研、教学、出版以及援外等⽅⾯。
2 基本术语 basic terms2.1 钻探⼯程drilling engineering为探明地下资源地质情况，开采地下矿藏以及其他⽬的所进⾏的钻孔施⼯⼯程。
2.1.1 钻探设备drilling equipment(rig)钻孔施⼯所使⽤的地⾯设备总称。
2.1.2 钻探⼯具drilling tools钻孔施⼯所使⽤的孔内各种机具、以及⼩型地⾯机具的总称。
2.1.3 钻探⼯艺drilling technology钻孔施⼯所采⽤的各种技术⽅法、措施以及施⼯⼯艺过程。
2.2 钻进、钻探drilling钻头钻⼊地层或其他介质形成钻孔的过程称钻进，以探明地下资源及地质情况的钻进称钻探。
2.2.1 取芯钻进.core drilling以采取圆柱状岩矿芯为⽬的的钻进⽅法与过程。
同义词：“岩芯钻进”。
2.2.2 不取芯钻进non-core drilling破碎全部孔底岩⽯的钻进⽅法与过程。
同义词：“⽆岩芯钻进”。
2.2.3 扩孔钻进reaming扩⼤原有钻孔直径或扩⼤某⼀孔段直径的钻进⽅法与过程。
2.3 封孔sealing of hole为防⽌地表⽔和地下含⽔层通过钻孔与有⽤矿体串通，终孔后对钻孔进⾏的⽌⽔封填⼯作。
3 钻探⽅法 drilling methods3.1 固体矿产钻探solid mineral drilling以勘察固体矿产的产状、赋存状态、品位、储量及其他地质形象为⽬的的钻探⼯作。
3.2 ⽔⽂钻探hydro-geological drilling以⽔⽂地质勘察为⽬的的钻探⼯作。
3.3 ⽔井钻探water well drilling以开发利⽤地下⽔资源为⽬的的钻探⼯作。
石油工程概论复习重点--钻井部分
石油工程概论复习重点—钻井部分题型：名词解释(20分)；判断题(20分) ；简答题(60分)绪论1、 石油的定义：一种以液态形式存在于地下岩石孔隙中的可燃性有机矿产，是以碳-氢化合物为主体的复杂混合物。
没有确定的化学成分和物理常数。
又称原油。
2、 天然气的定义：与石油有相似产状的、通常以烃类为主的气体，指油田气、气田气、凝析气和煤层气。
甲烷成分CH4>80%3、 石油工程的定义：石油工程是根据油气和储层特性建立适宜的流动通道并优选举升方法，经济有效地将深埋于地下油气从油气藏中开采到地面所实施的一系列工程和工艺技术的总称。
包括油藏、钻井、采油和石油地面工程等4、 石油工程的任务：勘探发现具有工业油气流的含油气构造；制定合理的开发方案；进行合理的钻井设计和科学的钻井施工；制定采油工程方案，确定采油工艺技术；开发的动态监测与开发调整；采取有效措施，提高原油采收率5、 石油工程的目标：经济有效地提高油田产量和原油采收率第一章 岩石的工程力学性质1、 岩石的类型：根据成因分为三类：岩浆岩、沉积岩、变质岩。
钻井中常遇到的是沉积岩2、 岩石各向异性的概念：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）有较大的差异。
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。
3、 不均质性: 如果物体中不同部分的物理、化学性质不同，称该物体是不均质的。
4、 强度：岩石在外力作用下发生破坏时所承受的最大应力5、 抗压强度—岩石单纯受压缩应力破坏时的强度6、 岩石的硬度是岩石抵抗其它物体表面压入或侵入的能力7、 硬度与抗压强度区别：前者只是固体表面的局部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整体破坏时的阻力。
％地质储量采出的油气总量油气采收率＝100前者反映岩石颗粒的硬度，其对钻进过程中工具的磨损起重大影响；后者反映岩石的组合硬度，其对钻进时岩石破碎速度起重大影响8、 塑性系数：岩石破碎前耗费的总功AF 与岩石破碎前弹性变形功AE 的比值9、 应力应变曲线：主要掌握塑脆性10、 影响岩石力学性质的因素：岩石结构；井底各种压力；载荷性质的影响11、 岩石可钻性：指岩石破碎的难易程度，可以理解为在一定的钻头规格、类型及钻井工艺条件下岩石抵抗钻头破碎的能力。
岩土钻掘工程学所有重点
岩土钻掘工程学所有重点第一章1.岩石的物理——力学性质有哪些？岩石力学性质是岩石在受外力作用后所表现的性质，包括岩石的变形特性、强度特性、表面特性等。
变形特性包括弹性塑性和脆性；强度特性包括抗压抗剪抗拉和抗弯强度；表面特性包括硬度和研磨性，这些力学性质对钻进速度、碎岩功耗和钻头寿命等有直接的影响。
3.岩石在静载作用下的破碎机理在平底压头受载时，在第一极值带会形成环形裂纹，呈圆锥形向深部延伸，到一定深度后截止，而对称轴上的第二危险值带朝边缘发展，形成镰刀状极限状态区，继续加载时极限区的体积和压力增大，他向外趋于排挤或排开周围岩石的力也增大，由于岩石的抗剪抗拉强度很小，一旦侧压力达到某一极值时，周围的岩石便突然崩离并形成破碎穴，周围岩石崩离后，丫头下方的圆锥被压碎，压头突然入侵到一定深度。
特点是塑性变形+“跳跃性”剪蹦,破碎坑穴大于切削具的断面积4.岩石在动载作用下的破碎机理当冲击能量不大时，在岩石的表面只能见到压头冲击的痕迹—边缘出现裂纹。
增加冲击能后，在边缘之外变出现环形崩离体，称之为脆性破碎第一形态，随着冲击能的增加，崩离题的体积稍有增加。
冲击能量达到一定值后，压头地下的岩石发生与静压时相似的脆性破碎，称之为脆性破碎第二形态，再继续增大冲击能，不会引起破碎形态的明显的质的变化，余下的能量使压头的侵深有所增加，并使接触面周围的岩石，崩离体出现，当冲击能达到相当大的数值的时候，则出现稳定的第三破碎形态。
特点:“跳跃性”剪蹦,体积破碎5.影响碎岩效果的因素载荷大小的影响，;碎岩工具形状的影响，;加载速度的影响，液柱压力的影响.6.岩石可钻性分级的方法：1）按岩石的物理力学性质分级：压入硬度法、摆球硬度法、普氏系数法、综合力学性质法；2）利用现场实际钻进资料，即实钻法；3）利用破碎岩石单位体积所消耗功，即比功法；4）利用模拟钻进实验台对岩石进行标定，即微钻法。
7.岩石的强度和硬度的区别和联系：强度是固体物质在外载作用下抵抗破坏的能力。
岩石的可钻性
岩石的可钻性在岩土钻掘工程设计与实践中，人们常常希望能事先知道所施工岩石的破碎难易程度，以便正确选择合理的钻（掘）进方法、钻（钎）头的结构及工艺规程参数，制定出切合实际的岩土钻掘工程生产定额。
岩石的可钻性及坚固性指标，在实际应用中占有重要地位。
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，钻探界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。
几种有代表性的划分岩石可钻性级别的方法是：1. 力学性质指标法采用单一的岩石力学性质来划分岩石的可钻性级别。
据压入硬度值把岩石分成6类12级（表1-4），据摆球的回弹次数把岩石分成12级（表1-5）。
如果用上述两种方法确定的可钻性级别不一致，可按包括压入硬度值Hy和摆球硬度值Hn的回归方程式（1-17）来确定可钻性K值。
（1-17）岩石类别软中软中硬硬坚硬极硬岩石级别1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 12硬度(MPa)≤100100～250250～500500～10001000～15001500～20002000～30003000～40004000～50005000～60006000～7000＞7000岩石级别 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12回弹次数≤1415～29 30～4445～5455～6465～7475～8485～9495～104105～125≥1252. 实际钻进速度法在规定的设备工具和技术规范条件下进行实际钻进，以所得的纯钻进速度作为岩石的可钻性级别。
硬地层取芯中的岩石可钻进性与钻进方法
地层取芯中的岩石可钻进性与钻进方法引言：在地层取芯中不同岩石理化特性有很大差异。
从宏观到微观通过研究岩石的理化特征，以及相应的钻进手段对对岩石钻进的影响对岩石钻进时钻进效率进行分析，做到高效钻进。
本文主要讨论的是硬地层取芯中的诸多问题。
首先我们探讨岩石的可钻性。
对不同岩石的理化性质进行逐步分析。
然后介绍目前常见的取芯钻进方式，在不同岩石和不同钻进方式之间建立对应关系，对不同岩是做到对症下药逐个击破。
钻进效率最优。
最后，会讨论一些钻进时的辅助手段，从另一个侧面提高钻进效率做到百尺竿头更进一步。
岩层的钻进方法钻进方法的分类方法很多，有的根据钻进目的分类，有的根据碎岩方式分类，还有的根据冲洗介质的种类以及循环方式分类。
根据钻进目的可分为地质钻进、石油钻进、水进钻进、工程施工钻进等。
根据机械碎岩方式可分为回转钻进、冲击钻进、螺旋钻进、振动钻进等。
在回转钻进中，根据所用的钻头不同又可分为金刚石钻进、硬质合金钻进、牙轮钻进以及钢粒钻进等岩石的力学性质岩石的力学性质是岩石在外力作用下表现出来的特性。
主要有变形特性、强度特性和表面特性。
变形特性：弹性、塑性和脆性强度特性：抗压强度、抗拉强度、抗剪强度和抗弯强度表面特性：硬度和研磨性岩石强度：岩石在载荷作用下变形到一定程度就发生破坏。
破坏前岩石所能承受的最大载荷，单位面积上的最大载荷。
根据受力条件不同，岩石强度又可分为抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度、抗压强度。
有单向应力状态下的强度，多向应力状态下的强度。
岩石的硬度：岩石表面对工具压入的反抗特性。
岩石硬度与抗压强度有一定联系，又有很大区别。
岩石抗压强度是岩石整块抗破碎的能力。
岩石抗压入硬度为单向抗压强度的（1+2π）倍。
测定压入硬度实际上使岩样产生局部破碎，而这种局部破碎是在多向受压状态下进行的。
岩石的研磨性：在用机械方法破碎岩石的过程中，钻头与岩石产生连续的或间断的接触和摩擦。
钻头破碎岩石的同时，其自身也受到岩石的磨损而逐渐变钝。
岩石的几种实验室试验方法
岩石的几种实验室试验方法实验一 岩石的抗拉强度实验一、原理抗拉强度是岩石力学性质的重要指标之一。
由于岩石的抗接强度远小于其抗压强度，故在受载时，岩石往往首先发生拉伸破坏，这一点在地下工程中有着重要意义。
由于直接拉伸试验受夹持条件等限制，岩石的抗拉强度一般均由间接试验得出。
在此采用国际岩石学会实验室委员会推荐并为普遍采用的间接拉伸法（劈裂法，又舟巴西法）测定岩样的抗拉强度。
由弹性理论可以证明，圆柱或立方形试件劈裂时的抗拉强度由下式确定DtP ubt πσ2=式中：P u —试件破坏时的荷载；D —圆柱体试件的直径或立方体试件高度； t —圆柱体试件厚度或立方体试件宽度。
止式认为在试件破裂面上的应力为均匀拉应力，实际上在试件受压接触点处，压应力值大于均匀拉应力值的12倍以上，然后迅速下降，以圆柱试件为例，在距圆柱试件中心大约0.8r （半径）处，应力值变为零，然后变为拉应力，至圆板中心附近拉应力取最大值，因此做劈裂试验时常在圆柱样中心附近首先产生拉伸断裂，圆柱体试件受压直径面上的应力分布如图1－1所示。
图1－1二、仪器设备1．压力机，规格10吨；2．试样加工设备：钻石机、切石机、磨光机、卡尺、角尺、测量平台、放大镜、金刚砂、玻璃板、烘箱、干燥器等；3．垫条：直径为1.5mm或为2.0mm的钢丝。
三、操作步骤1．试样制备规格为υ5厘米或5×5厘米的岩样，每组3个，加工允许尺寸误差小于0.2mm，两端面平行度小于0.1mm，端面应垂直于试样轴线，最大偏差小于0.25度。
对于非均质粗粒结构岩石，或取样尺寸小于标准尺寸者，允许采用非标准试样，但高径比应满足标准试样的要求。
2．试样安装将准备好的试样连同垫条按图1－1所示的形式旋转在压力机上下压板间，然后调整压力机的横梁或活塞，使试样固定，应注意使试样上、下两垫条刚好位于包含压力机加荷板中心线的垂直面内，以避免荷载的偏心作用。
3．施加荷载以每秒3~5kg/cm2的加荷速率加压，直至试样破坏，记录最大破坏荷载，并描述试样破坏情况。
压入硬度的修正方法_根据硬度和塑性系数估算破岩比功
5 结语 比功既考 虑了破岩 载荷的大 小, 也 考虑了 破碎岩
石的体积, 比硬度更能综合反映岩 石的破碎难易程度。 本文所提出的由硬度、塑性系数、破碎坑体积扩大率估 算比功的 方法, 比 直接测定 比功简便, 精 度较高, 具有 实际应用价值。
功, 它与比功具有相同的量纲, 但在数量上要比实际破 碎比功大。原因有两方面, 一是( 2) 式中的功 P ·h( 对 应于图 1 中长方形 OP BC 的面积) 比实际破岩总功 A T ( 图 1 中 OA B C 所围面积) 要大; 二是岩石破 碎时总要 发生崩裂 扩大现象, 使实际 破碎坑体积 比压头 侵入岩 石中的体积要大。为此从这两方面对硬度进行修正。
提 要 通过分析压入硬度和破岩比功的关系, 得出比功更能综合反映岩石的破碎难易程度的结论。为简化比 功的测定方法, 提出根 据压入硬度、塑性系数及破碎坑 体积扩大率来估 算比功的方法, 推导出比功的计 算公式, 并对 比功的计算值和实测值进行了对比, 具有一定应用价值。
关键词 压入硬度 塑性系数 比功 修正
A T ≈ 〔3K / ( 4K + 2) 〕 P h
( 5)
( 5) 式为 估算破碎功 的近似公 式, 为 验证其精 度,
将计算值和实测值进行了对比, 结 果见表 1。
平均误差为 5. 8% , 可见误差较小。实 际上, 当 K
= 1 时, 图 1 中的变形曲线为直 线, 此时破碎 功 A T = P
6 参考文献 〔1〕 刘 希圣 . 钻 井 工艺 原 理 ( 上 册 ) . 石 油 工 业 出版 社,
岩石的性质与可钻性
岩石的性质与可钻性钻探工作的对象是岩石。
钻探工作必须了解组成地壳的各种岩石矿物。
岩石的物理力学性质，因岩石成分和构造的不同而相差很大，对钻进的影响和反应也是各种各样的。
为了更好地进行钻探工作，提高钻进质量和效率，必须对岩石的物理力学性质进行全面的了解。
研究岩石的物理力学性质，主要是研究与破碎岩石有关的因素，从而掌握其破碎的规律性，以便创造更有利的破碎条件，更好地选择钻进方法、钻进规程和切削具、研磨材料及钻探设备类型等。
岩石是由各种晶质或非晶质的矿物组成。
由于岩石本身分子结构以及成因条件的不同，岩石的基本状态可以分为坚硬的、可塑性的和松散性的三类。
构成坚硬岩石的矿物颗粒间，存在着联结力和摩擦力，且联结力明显地大于摩擦力。
这类岩石破碎以后，无论是湿润、压缩或同时湿润并压缩，都不能恢复原状，如花岗岩、石灰岩。
和坚硬岩石一样，构成塑性岩石的矿物颗粒间也具有联结力和摩擦力，但是其联结力与湿润程度有关，在联结力受到破坏时，如果加以压缩和湿润，则其联结力可以部分地或全部地恢复，各种泥质类岩石都有这种塑性现象。
可以把松散性岩石看成颗粒间相互没有联结力，而只靠摩擦力相结合的岩石。
如疏松的岩石，在被水泡和或完全干燥的情况下，都没有联结力。
当含水达15%～20%时，这种岩石则具有一定的联结力，典型的是砂子和砾石。
岩石的上述三种状态并不是永恒的。
它们可以在外界条件的影响下互相变化，如坚硬岩石经过地质构造和变质作用，能变成塑性岩石；经过外应力的风化作用，也能变成松散性岩石。
而塑性岩石或松散性岩石，经过变质、沉积等作用，也会变成坚硬岩石。
组成地壳的各种岩石，按其成因特征可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。
如果把变质岩包括在岩浆岩中，则在地壳内，岩浆岩占95%，沉积岩占5%(其中泥质页岩占4%，砂岩占0.75%，碳酸盐类岩石占0.25%)，上述三类岩石，钻探工作中几乎都会遇到，煤田钻探、石油天然气和地热井勘探，所遇到的岩石大都是沉积岩。
岩石的压入硬度及可钻性
岩石的压入硬度及可钻性
点击：137 添加时间：2008-12-31
1、前天所发资料，推荐钻机为： 150m（国内标准）以上钻机。
2、钻头适应岩石：下述表格中岩石（Ⅴ-Ⅻ）均可应用。
3.、表镶扩孔器适应岩石：下述表格中岩石（Ⅴ-Ⅸ）完整岩石可应用。
4、孕镶扩孔器适应岩石：下述表格中岩石（Ⅴ-Ⅻ）均可应用。
5、电镀扩孔器适应岩石：下述表格中岩石（Ⅴ-Ⅻ）均可应用。
某些岩石的压入硬度及可钻性*
岩石的抗压强度（重排）
一般抗压强度越高的岩石越坚固，可钻性级别也高，但也有例外情况，如白云岩强度较高，但硬
度较低，可钻性也低；而某些粗晶花岗岩强度较低但硬度较高，可钻性也高。
总的来说大多数岩石还是强度高的硬度也大，可钻性级别也高。
普氏强度系数与岩石可钻性的关系
普氏强度系数f=R/300+SQRT(R/30) R为抗压强度
岩石研磨性分类表
钻头胎体的硬度及耐磨性（针对热压钻头）
金刚石粒度与岩石的适应性（针对热压钻头）
金刚石浓度与岩石的适应性（针对热压钻头）。
地质岩心钻探规程
前言本规程包括了岩心钻探工程设计的编制、钻探方法和设备选择、通用的工艺方法、冲洗介质及施工守则、钻孔质量保证、钻探施工的人身健康、安全、环境保护和生产管理等方面的内容，是不同领域岩心钻探工程及各种专项钻探工艺技术方法的基础性规程。
本规程是地质岩心钻探工程设计、施工、管理和检查验收等各项工作的重要依据和准则。
对于不同的勘查对象、勘查阶段、勘查目的而有所变更的一些特殊要求和技术指标，应符合相关的规程、规范或通过协议、合同做出明确规定。
本规程是遵循GB／T 1．1—2009的起草规则，首次以技术标准形式发布。
本规程由中国地质调查局提出。
本规程由国土资源部归口。
本规程起草单位：中国地质科学院勘探技术研究所。
本规程主要起草人：王达、赵国隆、肖亚民、陈星庆、汤松然、孙建华、张林霞、刘秀美、戴智长。
本规程由国土资源部负责解释。
地质岩心钻探规程1 范围本规程规定了钻探施工过程所有工序的技术要求及相关管理规定。
本规程中对“岩心”的界定是广义的，指能采集到的各类岩石样品，即除圆柱状的岩心外，也包括各种岩块、岩样和岩屑，故各种反循环连续取心也被纳入岩心钻探的范围。
本规程主要适用于地质岩心钻探，工程勘察、工程施工、水文水井钻探和油气井钻探的小口径钻孔施工，可参照本规程。
本规程适用于孔深3000 m以内的钻孔施工。
2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB／T 标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写GB／T 3787手持武电动工具的管理、使用、检查和维修安全技术规程GB／T 5005钻井液材料规范GB 6722爆破安全规程GB／T 9151钻探工程名词术语GB 15848铀矿地质勘查辐射防护和环境保护规定GB／T 16950金刚石岩心钻探钻具设备GB／T 16951金刚石绳索取心钻探钻具设备GB／T 硬质合金牌号第二部分：地质、矿山工具用硬质合金牌号GB 50194建设工程施工现场供用电安全规范AQ 2004地质勘探安全规程DZ／T 0032--1992地质勘查钻探岩矿心管理通则DZ／T 0053液动冲击回转钻探技术规程DZ／T 0054定向钻进技术规范DZ／T 0078 固体矿产勘查原始地质编录规定DZ／T 0088地质钻探用钻塔系列3 基本规定钻孔口径系列地质岩心钻探口径系列是钻探工程最基础的规定，依照国际通用的标准采用R、E、A、B、N、H、P、S作为代号，规格代号及对应的公称口径见表1。
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岩石的压入硬度及可钻性
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1、前天所发资料，推荐钻机为： 150m（国内标准）以上钻机。
2、钻头适应岩石：下述表格中岩石（Ⅴ-Ⅻ）均可应用。
3.、表镶扩孔器适应岩石：下述表格中岩石（Ⅴ-Ⅸ）完整岩石可应用。
4、孕镶扩孔器适应岩石：下述表格中岩石（Ⅴ-Ⅻ）均可应用。
5、电镀扩孔器适应岩石：下述表格中岩石（Ⅴ-Ⅻ）均可应用。
某些岩石的压入硬度及可钻性*
岩石的抗压强度（重排）
一般抗压强度越高的岩石越坚固，可钻性级别也高，但也有例外情况，如白云岩强度较高，但硬
度较低，可钻性也低；而某些粗晶花岗岩强度较低但硬度较高，可钻性也高。
总的来说大多数岩石还是强度高的硬度也大，可钻性级别也高。
普氏强度系数与岩石可钻性的关系
普氏强度系数f=R/300+SQRT(R/30) R为抗压强度
岩石研磨性分类表
钻头胎体的硬度及耐磨性（针对热压钻头）
金刚石粒度与岩石的适应性（针对热压钻头）
金刚石浓度与岩石的适应性（针对热压钻头）。