岩石可钻性分级研究进展
岩石可钻性分级的讨论及可钻性精确测量
不大 ， 难精 确评价钻 头 的选 择与设 计 是 否正确 。不 很 能 充分挖 掘钻 头的潜 力和提 高 地质 勘探 速 度 。
性 ， 果仍 无 明显进 展 。 结 现在 又有 人用 多项 力学 指标 、
现 场 数据 及 室 内模 拟试 验 结 果 来综 合 评 定 岩 石 可钻
ｆ ｒ ｔ ｎ ｒ ｏ ｋ ｓ ｍ ｐ ｅ ｃ ｍ ｐ ｒｓ ｎ ｍｅ ｈ ｎ ｄ ａ ｏ ｅ ｓ ａ ｄａ ｄ ｒ ｃ ａ ｌ ｏ ａ ｉ ｏ ｔ ｏｄ ｉ ｉ ｍｏｎ ａ ｃ ｔ ｉ ｇ ａ ｃ ｏ ｄｉｍ ｏ ｄ ｓ ｗ ｕ ｔｎ ｎｄ ｍｉｒ ａ ｎｄ ｃ ｍ ｐ ｒｓ ｔ ｄ ｒ ｅ ｏｍｍ ｅ ｅ Ｏ ｃ ｎ ｉｍ ｈｅ ｄ ｉｌｎｇ ｃ ｒ ｃ ｅ ｆｒ ｃ ｎ ｔ ｅ ｐ — ｏ ａ ｉｏｎ ｍｅ ｈｏ ａ ｅ ｒ ｃ ｎｄ ｄ ｔ ｏ ｆｒ ｔ ｒｌｉ ｈａ ａ ｔ ｒ ｏ ｏ ｋ ｉ ｈ ａ ｐｒ Ｓ ｅ ． ｏｍｅ ａ ｔ ｌａ ｐｌｃ ｔｏ ａ ｅ ｖ ｅ ｔｆｅ ｈ ｕ ｈｏ ’ ｏ ｌ ｉ ｈ ｔ ｔ ｅ ｍｅ ｈ ｃ ｕａ ｐ ｉａ ｉ ｎ ｃ ｓ ｓ ｈａ ｅ ｔ ｓ ｉｉ ｄ ｔ ｅ ａ ｔ ｒ Ｓ ｃ ｎｃｕｓｏｎ ｔ ａ ｈ ｔ ｏｄ ｎ ｎｌ ｈ ｏｔｏ ｙ ｓ ｏｗｓ ｉ ａ ｍｉａ ｉ ｆｅ ｔｂｕ ｈ ｏ ｄｅ ｌｉ ｔ ｔｏｎ ｅ ｆ ｃ ｔ ｔ ｅ ｃ ｍｐａ ｉｏｎ ｓ ａ ａ ｄ ｉ ｌ ｏ ｓ ａ ｌ ． ｒｓ ｔ ｎｄ ｒ ｓ ａ ｓ ｔ ｂ ｅ
定性的比较标准 。
关 键 词 ： 刚石 钻 头 ； 石 ； 进 ； 钻 性 进 分 级 ； 金 岩 钻 可 测量
中图分 类号 ： Ｑｌ４ Ｔ ６
岩石可钻性分形法的检验与评价
目前确定可钻性指标 的方式是在室内通过测试岩 石试样的力学性能， 或模拟真实钻进条件用微钻头来研 究可钻性指标 。微钻头法测定结果符合程度高 ， 但 由于 室 内试验滞后于实际钻进， 费用高， 周期长 ， 妨碍钻井速 度 的提 高［ １ ］ 。为 解 决 以上 问题 ， 本 文 引 入 分 形 理 论Ｅ 。 ］ ， 提 出一 种用 岩 屑粒 度 分布 分 形维 数来 确 定 可钻 性 级值 的测试 方法 ， 简 称分形法 。该方 法 以井底 返 出岩 屑为研究对象， 可以边取样边测定 ， 实 现随钻随测 ， 从根 本上解决了传统取芯法 的滞后性 、 费用高等缺点 。笔者 研究 发 现Ｅ ： 上 返岩 屑 粒度 分 布不 仅具 有 良好 的分 形 性， 其 粒度 分形 维数 随深 度 增 大 ， 且 与微 钻 头岩 石 可 钻 性级 值呈线 性关 系 。本 文将 在 上述 研 究 基础 上 继 续 展 开工 作 。 １ 分 形概念 分形几何理论在 ２ ０ 世纪 ７ ０ 年代建立后 ， 迅速在物 理学 、 地理学、 冶金学、 材料科学和计算机 图形学等领域 得到应用 ， ２ Ｏ 世纪 ８ Ｏ 年代 ， 分形几何学在岩石 力学方 面得到 了广泛 应用 ， 开 始 应 用 于岩 石 力 学研 究 。例 如 ， 在结 榭 陛岩体 爆破 破碎 分 形 、 矿 山岩 体 断 裂 构造 分 形 、 岩石分形强度理论 、 岩石断裂、 岩石损伤分形等研究方 面， 近 几年 国 内外 都取得 了大 量研究 成果 。 分 形几 何学 是一种 定 量 研究 和描 述 自然 界 中极不 规则且 看似 无序 的复 杂结 构 、 现 象 或行 为 的新方 法 ， 它
第一作者简介 ： 李玮（ １ ９ ７ ９ 一 ） ， 男（ 汉族 ） ， 吉林榆树人， 博士 、 副教授 ， 现从 事油气井工程力学及岩石力学方面的教学和研究工作 。
岩石可钻性研究方法与发展前景
参考文献
随着研究进程的深入，人们希望用实验室
［1］ 鄢泰宁，等.岩土钻掘工程学[M].徐州：中国地质大学出版社，2001. ［2］ 尹宏锦.实用岩石可钻性[M].东营：中国石油大学出版社，1988.
测量手段，也就是用物理力学性质来表示岩石 ［3］ 鞍山黑色冶金矿山设计研究院，长沙矿山研究院.国外牙轮钻机[M].北京：冶金工
的理论及现实意义。
关键词：岩石可钻性；地质钻探；可钻性极值
中图分类号：TU452
文献标识码：B
文章编号：1007- 7359(2010)04- 0073- 02
试样 编号
某些矿岩可钻性试验结果
矿岩
试验 比重
次数
1 坚硬灰色细粒条带状磁铁矿 3.64 10
2
中硬细粒赤铁矿
3.43 10
3
坚硬细粒赤铁矿
验法测试岩石的可钻性级值。压入硬度是以平底压模在岩心平 速与轴压成正比变化。此外，室内实验测试需要大量的岩心，对
面上压出第一次破碎坑时的单位面积载荷表示，根据实验测得 于没有进行取心施工或者是岩心资料非常珍贵的区块，这种方
的岩石硬度值确定岩石的可钻性级值。随着研究的不断深入， 法的应用就受到了一定的限制。
可能单一的根据岩石的种类来确定它们的可钻性。在地质钻探
Ⅰ 极硬 白色 1.00 3.7~6.7 91.4~304.8 250 34020 35~60
过程中，岩石的可钻性评价通常方式主要分为传统法和统计法
Ⅱ 硬 白色 1.33 7.0~9.1 335.3~457.2 250 34020 35~60
两大类，前者是在室内通过测试岩石试样的物理力学性能，此 方法有滞后性、周期长、费用高等缺陷；后者是采用实际机械钻 速表示，影响因素主要有地层岩石性质、钻头类型等。
岩石可钻性与分形性关系研究
式中 曰 ， ） 表 示 由粒径 的碎 屑破 碎成粒径 为 的砂岩岩 心碎 屑 的质量分布 函数 。砂 岩碎屑的质量保持不变 。试验表 明， ５ ） ＝ Ｋ ｘ ， Ｂ （ ｘ ， ） ＝ Ｏ ） 。为简单起见 ， 令 一， ￡ ） ＝ １ ， 则式（ ３ — １ ） 变为 ： ｔ ） ＝ ｌ ￣ ｅ ｘ ｐ （ －ｋ ｘ ｔ ） （ ３ － ２ ） 令 向： ， 相当于度量尺寸， 可以假 ｘ ｃ ＝ １ 。所 以， 当 ＜ ｄ ＝ １ ） 时有：
４ 结 论
即 ＝Ｗ ／ Ｉ Ｖ ４ ． １通 过 系 统 研 究 表 明 ，岩 屑 的 分形 方法 的 可 钻 性 测定 结 果 式中 Ｗ ＝ ａ Ｖ ， ｄ 是一个含有 Ｄ和 ｄ的函数， 而且是 随 Ｄ递减 的指 与岩心实验测量值一致 ， 基本能满足钻井工程 的需要 。 数 函数， 而 ｄ可 以根据岩屑尺寸的实际情况来确定 。Ⅳ 为牙 轮钻 ４ ． ２通过钻 屑岩 屑分形 方法 确定地 层岩 石 的可钻性 实验 分 头破碎岩 石所 需 的功率 ， Ｎ＝Ｃ Ｐ ｎ Ｄ ｈ ， （ Ｐ为钻 压 为转速 ， 为钻 析 ， 需要大量 的的钻屑 的来 源 以满 足测定 的要求 ， 对 于缺乏 岩心 头直径 ） 。 或者测井资料的地区更加适合 。 既然前人 通过大量 的实验证 明 ， 岩屑的分形性与可钻性有 着 ４ ． ３岩屑分形对地层可钻性测定方法操作简易可行 ， 基本能满 联系 。 所 以我们准备通过实验将 大量 的露 头岩石 ， 建立起 关系。 将 足钻井现场应用的需要 ， 为现场 的工程技术人员提供理论指导 。 岩石 以不 同的种类 、 不 同的可钻 性与其破碎后岩屑 的分形性建立 ４ ． ４低成本的岩屑分形法确定岩石 的地层可钻性 ，可以为油 数据库 ， 通过 数据库 的建 立 ， 将不 同油 田的钻 井过程 中上返岩 屑 气勘探 开发的巨大的经济效益 。 通过数据库进行分 析 ， 建立 一种钻进 过程 中通过上返岩屑确立岩 ４ ． ５根据 前人 的实验钻头 的砂 岩破碎体是 分形， 且 等概率假 石可钻性的方法。 设条件下 ， 深 井砂 岩破碎体 Ｄ大于泥岩 、 页岩的 Ｄ 。 并且我们的分析方法是用岩屑粒度 ，可 以利用钻井过程 的固相 ４ ． ６基 于 Ｂ ｏ ｎ ｄ裂 纹 学 说 推 导 出 Ｄ 与 Ｋ ｄ之 间 的 函 数关 系 ， 并 处理来确立不同筛网的尺寸 ， 等数据库建立完整后 ， 可以同过此方法 制定 了一个 由岩屑 Ｄ表示 的岩石 可钻性预测标准， 使 用上返岩屑 推广到各大油 田。以后就可以直接根据固相处理分离 出的岩屑粒度 ， Ｄ 描述 可钻 性 的方 法 在 实 践 中是 可 行 的 。 加 上 岩屑 的迟 到时 间 ， 预 测钻 进油 层 的岩石 的可钻 『 生 级数。 ４ ． ７通过对岩 屑的分析可得 出钻屑 和废 钻井液 的主要成分 ， 进 而选 用适宜的处理剂 ， 来 实现钻井生产过程 中产生 的钻屑 和废 ３牙轮 钻 头的 破岩 机理 分形 研究 钻井液全部处理 。 钻井（ ｄ ｉ ｒ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ） 是 利用机械设备 、 在地 层 中钻成具有 一定深度 参 考 文献 的圆柱形孔 眼的钻探 工程 。 钻 井是通过钻头进行对地下 的地层岩 ［ １ ］ ｚ ｈ ０ ｎ ｇ ｙ ａ ｎ ｚ ｈ ａ ｏ ． Ｙ ｉ ｗ ａ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ． Ｘ ｉ ａ ｏ Ｈ ａ ｏ Ｌ ｉ ｕ Ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ａ ｌ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｅ ｄ ｔ ｏ 石 的破 碎过程。钻井钻头的破 碎岩石过程按 照研究对象大致可 以 ｃ ａ ｌ ａ ｃ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ ｒ ｏ ｃ ｋ ｓ １ ９ ９ ０ 分为以下几类 ： 【 ２ ］ Ｍａ ｎ ｄ ｅ ｌ ｂ ｒ ｏ ｔ Ｂ Ｂ ． Ｔ ｈ ｅ Ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ａ ｌ Ｇ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ． Ｎ ｅ ｗ Ｙ ｏ ｒ ｋ ： Ｗ． Ｈ ． 钻头 的类 型 ： 可分 为牙轮 钻头 、 Ｐ Ｄ Ｃ钻 头 、 刮刀钻头 等 ， 本文 Ｆｒ ｅ ｅ ｍａ ｎ ． １ ９ ８ ２ 我们 主要研究 的是牙 轮钻 头类 型 ； ［ ３ ］ Ｊ ａ ｅ ｇ ｅ ｒ Ｊ Ｃ， Ｃ ｏ ｏ ｋ Ｎ Ｇ Ｗ． Ｆ ｕ ｎ ｄ ａ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｓ ｏ ｆ ｒ ｏ ｃ ｋ ｘ ｎ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ｉ ｃ ｓ ． ２ ｎ ｄ ｅ ｄ 地层 岩性 ： 砂岩 、 泥岩 、 页岩 、 碳 酸岩 和火 山岩等各种岩性 ； ［ Ｍ］ ． Ｌ ｏ ｎ ｄ ｏ ｎ ： ｃ ｈ ａ ｐ ｍａ ｎ＆ Ｈａ ｌ １ ． １ ９ ７ ６ 破碎过程 ： 可分为表面破碎阶段 或体 积破碎 阶段 ； 『 ４ 】 高峰， 谢和平， 赵鹏． 岩石块度分布 的分形性质及细观结构效应［ ． 『 ］ ． 钻 头在地层岩石 中的破碎形式 ： 钻头侧 向切 削破岩作用与轴 岩 石力 学与 工程学 报， １ ９ ９ ４ ， （ ３ ） ： ２ ４ ０— ２ ４ ６ ． 向切 削破岩作用 ； 【 ５ ｌ 高峰， 谢 和平， 赵鹏 ． 岩石块度分布 的分形性质及细观结构效应 破碎机理 ： 为压碎 、 冲击和剪切作用 。 【 Ｊ 】 ． 岩石力学与工程学报， １ ９ ９ ４ ， １ ３ ｆ ３ ） ： ２ ４ ０— ２ ４ ６ ． 本文选择 的是牙轮钻头 的典型破碎形式 ， 图３ － １是钻头破碎 ［ ６ ］ 姚宇新 ． 破碎能耗 的分维数【 Ｊ ］ ＿ 大连铁道学 院学报， ２ ０ ０ ４ ， ２ ５ （ ３ ） ： 一】 ３ ． 岩石 的示意 图，假设实验钻头是三牙轮钻头 ，地层岩性 主要为砂 ９ 岩， 轮齿对岩石的破碎形式有压碎 、 冲击和剪切作用 。 牙轮钻头破 ［ ７ ］ 马廷雷． 钻屑、 废 钻井液无 害化 处理技术研 究［ Ｄ ］ ． 辽宁： 大连海 岩产物 中多 以片状岩屑为主【 ｌ ０ ｌ 。 砂岩岩心破碎过程是分形过程 。 假 事大学 ， ２ ０ ０ ３ ． 设某时刻 ｔ ， 粒径 为 ｘ的砂岩岩心碎屑的质量分 布函数 为 批 ， ） 。 ［ ８ 】 李 士斌 ， 李玮． 岩石可钻性分形 法的可行性分析 ［ Ｊ ］ ． 大庆 石油 则 时 间内 ， 粒径介于 ～ ＋ 的砂岩岩心碎屑 的质量为 ： 学院学报， ２ ０ ０ ６ ， ３ ０ （ ３ ） ： ２ ４ —２ ６ ． ａ ／ ａ ｔ ｆａ． Ｈ’ （ｘ． ｔ） ／ Ｏ． ． ， ｒ ｆ ｄｘ ｄ ｔ 【 ９ 】 张厚 美， 薛佑 刚． 岩石可钻性表示方法探讨［ Ｊ １ ． 钻采工艺， １ ９ ９ ９ ， 这个碎 屑质量 同样可分为两部分 ：砂岩岩心碎屑 以速率 ｓ （ ｘ ） １ ３ （ １ ） ： １ ０ －１ ３ ． 破碎为下一级粒径 的碎屑和 由粒径为 的砂岩。 岩心碎屑破碎成 ［ １ Ｏ ］ 李士斌， 闫铁， 李 玮． 地层岩石 可钻性 的分 形表示方 法［ Ｊ Ｉ ． 石 粒径介于 ｘ ￣ ｘ ＋ ｄ ｘ出的砂岩岩心碎屑的质量 ： 油学报， ２ ０ ０ ６ ， ２ ７ （ １ ） ： １ ２ ４ —１ ２ ７ ． 作 者 简 介 ／ ａ ｔ ｌ ａ Ｍ（ ｘ ， Ｏ／ ＆ｌ ｄ ｘ － － － Ｓ ｌ ａ Ｍ（ ｘ ， Ｏ／ Ｏ ｘ ｌ ￣＋
对岩石可钻性的新看法
常用的可钻性级值的求取各有特点，无法直接认为哪种方法最优。
常用的方法得到是可钻性级值的一个剖面，在实际使用中是不可能、也没有必要逐一地去分析每一点的可钻性级值。
因此，建立不同岩性、不同地区的岩屑与岩心力学参数之间的相关关系模型，使之发展成为一套完整获取岩石可钻性级值等相关参数的体系。
然后建立标准程序及配套应用方案，对不同方法得到的可钻性级值进行分层处理之后，再对该层内的可钻性级值进行加权平均，得到新的可钻性级值。
此外，还可以结合实际钻进的岩石，确定分级模型的影响因素分别是为压入硬度、摆球塑性系数、金刚石钻进时效。
以正态分布函数作为隶属函数来计算模型的评价矩阵，模型类似一个转换器，通过输入确定的某一组影响因素和确定的权重，根据评价模型，就可以输出评价和预测结果，从而明确地确定出岩石所属的可钻性等级。
通过模型确定岩石的可钻性等级，运用matlab等有关的软件将计算过程实现程序化，模型计算结果表明该方法能够对岩石可钻性作出较客观精确的分析，这样求岩石可钻性的方法更为科学和便利，可节省大量的人力、物力和财力。
岩石可钻性分级研究进展
岩石可钻性分级研究进展摘要：文内综述介绍了近三十年来的国际岩石可钻性研究概况。
对一些典型的分级方法做了介绍，对于深人开展我国创造性的岩石可钻性研究应当有所裨益。
关键词：岩石；可钻性；分级1 石可钻性及可钻性分级研究概况岩石可钻性是在某种规定的指标和技术下，以一定量度来表示岩石破碎的难易程度，也即是岩石对钻头破碎岩石的一种阻抗程度。
岩石可钻性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。
根据岩石本身固有抗钻能力的大小，结合不同碎岩方式，可对岩石可钻性做出定量划分。
可钻性级值是指导地质分层及钻头选型工作的重要参数，也是提高机械钻速、降低钻井成本的重要途径，岩石的可钻性是决定钻进效率的基本因素。
2 现有的岩石可钻性分级方法现有的岩石可钻性分级方法种类繁多，较有代表性的有下述几种。
2.1 传统法2.1.1压入硬度法压入硬度法是利用压入硬度计测出岩石的压入硬度值作为岩石的可钻性指标。
压入硬度法是测定岩石的某点或有限点抵抗外力入侵的能力，而岩石是由大大小小不规则的矿物颗粒组成的。
矿物颗粒在空间的排列是任意的，颗粒间存在很多空洞和缝隙，岩石结构上的这种特殊性决定了岩石各点的压入硬度值有很大的差异，整块岩石的可钻性不应该也不可能由某点或某几点的压入硬度值来确定。
2.1.2点载法点载法是由点载仪测得的，用点载强度系数作为衡量岩石的可钻性指标。
点载强度系数由岩石样品在三向应力状态下产生破坏时的点载决定。
点载法不能从可钻性上把岩石分开。
这是因为岩石在三向应力状态下，产生张性破坏，而各种岩石都存在许多缝隙，岩石破坏是由于在缝隙处产生应力集中。
这样点载法的测定结果实际上是岩石裂隙发育程度的反映。
2.1.3 微钻头钻进法微钻头钻进法是在室内运用可钻性测定仪确定岩石的可钻性，利用穿孔速度和牙轮磨损情况，压痕试验中确定的压痕器指数，以及抗压强度试验结果，对岩石的可钻性进行综合评定。
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。
岩石可钻性研究
岩石可钻性研究摘要:为满足优质高速钻井的要求,需要对岩石可钻性做出更加精确的观测。
本文对岩石力学参数和可钻性级值通过多元回归的方法得出了围压下岩石可钻性级值的相关模型,通过该模型,可以更准确的预测地层岩石可钻性。
关键词:钻井岩石可钻性级值岩石力学性质1 引言岩石可钻性的概念是在生产实践中形成,用以说明破碎岩石的工具与岩石之间的关系。
现代的岩石可钻性概念有以下几种提法[1]:(1)所谓岩石的可钻性,是指在一定技术条件下钻进岩石的难易程度;(2)可钻性可理解为钻井过程中岩石抗破碎强度的程度,它表征岩石破碎的难易程度;(3)岩石坚固性的钻孔方面的表现称为可钻性。
2 岩石可钻性及力学参数实验2.1 牙轮钻头与PDC岩石可钻性的关系对于岩石可钻性来讲,牙轮钻头的岩石可钻性同PDC钻头的岩石可钻性所反映的都是破岩工具破碎岩石的难易程度,所不同的只是使用的破岩工具不同而已,破岩方式及对不同地层的破岩速度也不同,但是牙轮钻头和PDC钻头的可钻性二者是紧密相连的,牙轮钻头可钻性级值高的地层,用PDC进行钻进可钻性级值同样高,根据实验结果对二者进行回归分析得到相关模型如下[2]:式中:KPDC为PDC钻头岩石可钻性级值;KD为牙轮钻头可钻性级值。
该式的相关系数为0.90。
从相关性模型中可以知道,二者的相关性很强,因此在后面的的研究中只研究牙轮钻头的可钻性,PDC钻头的可钻性与牙轮钻头相似。
2.2 岩石可钻性级值(微钻速/与岩石抗压强度的关系)(如表1)将表1中的岩石可钻性级值与抗压强度进行统计回归分析,可得到用抗压强度表示岩石可钻性级值,回归方程为:式中Kd为可钻性级值,бc为抗压强度(mPa),Vm为微钻速(m/H)式(1)的相关因数为:0.824,式(2)的相关系数为0.726(如图1图2)2.3 岩石可钻性级值与岩石力学参数的关系岩石可钻性级值与岩石物理性质的单元回归分析表明,可钻性和岩石抗压强度和硬度的关系较密切,而与朔性系数关系较差,即硬度和抗压强度是可钻性的综合反应,以下是把岩石的多种力学性质参数(其中包括岩石的抗压强度、硬度、泊松比、朔性系数、杨氏模量)通过多元逐步回归分析得到相关性模型[3、4、5]:式中Kd为牙轮钻头可钻性;бC为岩石抗压强度;Py为岩石硬度;E为杨氏模量;μ为泊松比;k为朔性系数。
岩石力学性质及可钻性分级研究
Vdf = 11133 + 01000 13Hy R = 01024
Vdf = - 01423Hy01078 6 R = 01083 2
Vdf = 11609 - 01237Kn R = 0124
Vdf = 01199 5 Kn - 01355 R = - 01264
Vdf = 1121 - 01000 5Wr R = - 01010 1
复相关系 数R
0172 0172
U 31305 31346
Q 31118 31077
方 差 分 析
ST 61433
F 29168
61423
30145
SGM 01346 01344
F = 0105 4123 4123
显著性 F > Fa F > Fa
产生这种现象的原因是 : 由于压入硬度法的碎岩过程 , 在受力条件 、种类 , 以及岩石性 质等方面影响与实际过程存在差异 。压入截面积对岩石硬度的影响不容忽视 。对有些岩石 , 由于矿物粒径及分布状态 , 使得测出的 Hy 值 , 主要反映了矿物硬度 , 而钻进对岩石破碎 , 是在轴压和回转切削联合作用下 , 碎出时反映了造岩矿物的破碎也包括了矿物颗粒间的胶结 物破坏 , 使岩石破碎的同时还产生斜剪力 。实验表明 , 岩石在斜剪力作用下 , 其破碎强度仅 为压模静载破碎强度的 1/ 6～1/ 12 。从而导致了 Hy 与钻进效率的差异 。
首先对测试数据中的压入硬度 ( Hy) 、塑性系数 ( Kn) 、研磨性 ( Wr) 、钻头研磨值 ( △W) 、摆球硬度 (N) 、摆球塑性系数 ( K<) 分别与微钻钻速 (Adm) 和实钻统计钻速 (Vdf) 进行一元回归分析 。从中筛选出与岩石可钻性显著相关的指标 。回归结果见表 2 。
基于测井资料的岩石可钻性研究
声波时 燕Ｉ ，－ ｐｓｍ
图１ 岩 石可 钻性 与声 波 时差 的统 计 关系
重点 ，但 是声波 时差是 岩石 力学性 质 的动 力学 响应参
数 ，岩 石 的 声 波 时差 在很 大 程 度 上 受 到 泥 质 含 量 、矿 物 成 分 、埋 藏 深 度 等 因 素 的影 响 ，因此 必 须 寻 找 一 种新 的 厅法 解 决 这一 问题 。
讲 ，利用测井资料的声 波时差可 以建立地层 的可钻性剖 面。其实现方法如下 ：在室 内利用可钻性测定仪确定地 层 岩石 的可钻性级值 ，结合测井资料 中的声波时差进行
信 息系统 工程 Ｉ２ ｌ ．． ０ １ ２ ９０
９ ７
ｉ
Ｅ ＸＣＨＡＮ ＸＰ Ｉ Ｅ Ｅ 经 验 交 流 ＧＥ ＯＦＥ Ｅ￣ ＮＣ ｄ
（ ４）岩石埋深 和地质年代 ：正常情况下 ，随埋深 的增加 和年代 的久远 ，岩石压实程度不断增加 ，可钻性
变差 ，声波时差 随之下降。
根据 以上分析可知 ，岩石声波时差能够体现岩石的
可钻性 。因而 ，可以运用声波时差曲线进行岩石可钻性
预测 ，但仅用它作为岩石可钻性预测 的唯一变量可能会
造成 同一声波时差曲线对地层岩石可钻性多解的情况 ， 因此 ，还必须辅 以其他测井资料 ，即基于测井参 数预测
岩 石 可钻 性 。
机 的 ，它们不能反映层间以及整个井剖面岩石可钻性变
化 情 况 ，不 能 够 建立 起 岩 石 可 钻 性 连续 的变 化 剖 面 另 一
方 面 ，井下 的岩层 与试样 的岩心是有区别 的；此外 ，建
立地区岩石可钻性剖 面需要进行大量 的岩石性质测定 实 验 ，这将花费大量 的人力和资金。基 于以上不足 ，所 以
岩石可钻性分级的讨论及可钻性精确测量概要
第19卷第2期超硬材料工程V o l . 192007年4月SU PERHA RD M A T ER I AL EN G I N EER I N GA p r . 2007岩石可钻性分级的讨论及可钻性精确测量①鲁凡(中南大学, 湖南长沙410007摘要:文章认为, 其不能同时满足标准化与模拟性的要求, 因而推荐使用, 用以确定岩石的可钻性。
文章通过一些实际应用, , , 又有稳定性的比较标准。
关键词:金刚石钻头; ; :A :1673-1433(2007 02-0024-06Cla ssif ica tion and prec ise m ea surem en t of dr ill i ng character of rockLU Fan(Central S ou th U niversity , Chang sha , H unan 410007, Ch inaAbstract :T he reason fo r the failu re of i m p roving the classificati on p recisi on of rock’sdrilling character in diam ond drilling p rocess at p resen t lies in that the m easu rem en t cou ldn’tsatisfy the requ irem en t of standardizati on and si m u lati on si m u ltaneou sly . T here 2fo re standard rock sam p le com p arison m ethod in diam ond saw cu ttingand m icro diam ond com p arison m ethod are recomm ended to confir m the drilling character of rock in the pa 2per . Som e actual app licati on cases have testified the au tho r’sconclu si on that the m ethod no t on ly show s ideal i m itati on effect bu t the com parison standard is also stab le .Keywords :diam ond b it ; rock ; drilling ; drilling character classificati on ; m easu rem en t1岩石可钻性分级研究概况近几十年来, 国内外对岩石可钻性研究的进展都不大, 很难精确评价钻头的选择与设计是否正确。
应用声波测井仪对苏里格地区岩石可钻性分级
ｆｌ ｌ
、 ｆ
＝
【 ．０ ＾ ．０ ５ ０一 ） ｅ （２ ００ ８ ＋００ ４ ｇ ］ ｇ １）
传 统 的 岩 石 可 钻 性 分 级 是 用 岩 芯 做 力 学 性 质 、 实钻 速 度 、微 钻 速度 或 碎 岩 比功 等 四种 试 验 来进 行 。用 岩 芯 做试 验 是直 接 的方 法 ，可 靠 性 比 较 高 ，但 是 ，取 岩 芯 不仅 费 用 高 ，而 且 不可 能连 续取芯 ，实现 起来 难度 较大 。
些 学 者 在 研 究 岩 石 力 学 时 ，发 现 声 波 测 井 （ 波 时 差 ）、密 度 测 井 与 岩 石 的 岩性 、弹 性 模 纵
一
接 牧 羹
量 有 着 密 切 关 系 ，利 用 测 井 资料 研 究岩 石 力 学 给 岩 石 可 钻 性 分级 。另 外 电阻 率测 井 、 中子 测 井 、 自然 咖 玛 、 自然 电位 测 井 也 与岩 石 可 钻 性 有 着 间 接 的关系 。
一 ３一 ３
井 仪 ，声 系 如 图 １ 示 ， 由 两 个 压 电 陶 瓷 发 射 器 所 （ 声源 ）Ｔ 、Ｔ 和 两 个 压 电陶 瓷 接 收 器 Ｒ１ １ ２ 、Ｒ２ 组成 。Ｔ１ 到Ｒ１ 的间距 称 为源 距 。Ｔｌ ２ 、Ｔ 轮流 发 射 声波 ；Ｔ１ 射后 ，Ｒ１ ２ 发 和Ｒ 分别 接 收 并经 首波 到 时 检 测 ，得 到纵 波 到 时ｔ１ ｔ１ ｌ 和 ２ 。在 图１ ，发 自Ｔ１ 中 的声 波 ，到达 Ｒ１ Ｒ 的传 播 路 径 分别 为 ＡＢ 和 和 ２ ＣＥ ＡＢ Ｆ Ｄ ，旅行 时间 （ 时 ）分 别为 ： 到
来 ，就 是 声波 测 井 。接 受 器 、 声源 统 称 为 声 系 ， 根 据 声 系 排列 尺 寸 的不 同 ，声 波 测井 仪 可 分 为 补 偿 测井 仪 （ ＨＣ）、长源 距 声波测 井仪 （ Ｓ ）和 Ｂ ＬＳ 阵列 声 波测 井 仪 。声 波 在 井 内地 层 中传 播 由于地 层 岩 石 成 分 、结 构 、 孔 隙 中流 体 成 分 的变 化 ，其 波速 、 幅度 甚 至 频 率 都会 发 生变 化 。只 记录 声波 速度 变 化 的称 为 声速测 井 （ ＡＣ），记录 声 幅变 化 的称 为 声幅 测 井 。声 波速 度 测 井 中短源 声系 仅 记 录纵 波 （ 即首 波 ）传 播 时差 ，长 源距 声系 可 记 录 纵 波 、横 波 、伪瑞 利 波 、斯 通 莱 波 等 各种 波 列 的 传 播 时差 ，所 以又 称 全 波 声 波 测 井 ，而 阵列 声 波 仪 由于 声 系 复杂 既 可记 录 纵 波 声速 ，又 可 记 录全 波 列声速 ，还 可记 录声 幅 。
岩石可钻性分级方法研究及展望
Journal of Oil and Gas Technology 石油天然气学报, 2023, 45(2), 101-108 Published Online June 2023 in Hans. https:///journal/jogt https:///10.12677/jogt.2023.452013岩石可钻性分级方法研究及展望刘 鑫，王馨玥，王丹丹，何京龙，荆为琰，李 猛*重庆科技学院石油与天然气工程学院，重庆收稿日期：2023年4月17日；录用日期：2023年5月31日；发布日期：2023年6月13日摘要 地层可钻性是钻头选型及钻头结构设计的重要依据，在钻井工程中准确评价可钻性级值能提高钻速、降低钻井成本，快速可靠地进行可钻性分级显得尤为重要。
本文将可钻性分级方法的发展应用过程划分为三个阶段进行综述，阐述了各阶段可钻性分级方法的基本原理、具体的试验或建模过程，并对各种分级方法的特点做出评价。
结果表明：传统方法测定可钻性级值精度最高，但不连续；数理分析方法计算简便快捷，但精度不高；机器学习预测方法可预测连续的地层可钻性级值，精度较传统实验测定法有所降低。
本文还提出了一种在现行方法的基础之上利用新一代人工智能ChatGPT 进行可钻性预测的展望，以期相关学者进行参考。
关键词石油钻探，岩石可钻性，数理分析，机器学习，ChatGPTResearch and Prospect of Rock Drillability Classification MethodXin Liu, Xinyue Wang, Dandan Wang, Jinglong He, Weiyan Jing, Meng Li *School of Petroleum and Natural Gas Engineering, Chongqing University of Science and Technology, Chongqing Received: Apr. 17th , 2023; accepted: May 31st , 2023; published: Jun. 13th , 2023AbstractFormation drillability is an important basis for bit selection and structure design. In drilling engi-neering, accurate evaluation of drillability level can improve drilling rate and reduce drilling cost, so it is particularly important to conduct drillability classification quickly and reliably. This paper summarizes the development and application process of drillability classification method into three stages, describes the basic principle of drillability classification method at each stage, the *通讯作者。
岩石可钻性分级表及分级研究
岩石可钻性分级表及分级研究（参考岩芯钻探技术规程）姓名：刘海声中国地质大学（武汉）工程学院1 影响因素岩石可钻性不是岩石固有的性质，它不仅取决于岩石的特性，而且还取决于采用的钻进技术工艺条件：(1)岩石的特性包括岩石的矿物组分、组织结构特征、物理性质和力学性质。
其中直接影响因素是岩石的力学性质，而岩石的物理性质、矿物组分和组织结构特征等主要是通过影响其力学性质而间接影响可钻性的。
在影响岩石可钻性的力学性质中，起主要作用的是岩石的硬度、弹塑性和研磨性。
岩石硬度影响钻进初始的碎岩难易程度；弹塑性影响碎岩工具作用F岩石的变形和裂纹发展导致破碎的特征；研磨性决定了碎岩工具的持久性和机械钻速(纯钻进时间内的单位时间进尺，m／h)的递减速率。
一般规律是岩石可钻性随压入硬度和研磨性的增大而降低，随塑性系数的增大而提高(2)钻进技术工艺条件包括钻进切削研磨材料、钻头类型、钻探设备、钻探冲洗介质、钻进工艺的完善程度，以及钻孔的深度、直径、倾斜度等。
2 分级在一定的技术工艺条件下，岩石按被钻头破碎的难易程度的分级。
根据钻进方法的不同，岩石可钻性分别有岩心钻探的岩石可钻性、手动回转钻进的岩石可钻性、螺旋钻进的岩石可钻性、钢丝绳冲击钻进的岩石可钻性、冲击振动钻进的岩石可钻性和石油钻井的岩石可钻性等。
中国冶金工程钻探采用岩心钻探的岩石可钻性。
岩心钻探的岩石可钻性分为12级。
为1958年中国地质部颁布的《岩石十二级分级表》，此表是以对于在规定的设备、工具和技术规程的条件下进行实际钻进所获得的大量资料的统计分析为定级基础的。
随着对岩石物理力学性质的深入研究、测试技术方法和仪器的进步、钻探设备和工艺技术的发展，为适应金刚石钻探工艺应用的需要，并使岩石可钻性分级更趋科学、准确、合理，1984年中国地质矿产部颁布了《金刚石岩心钻探岩石可钻性分级表》。
该分级表采用了以岩石压入硬度为主，同时考虑摆球回弹次数、塑性系数、微钻速度和声波穿透速度等的综合分级法，将岩石仍分为12级，列为以压入硬度、摆球硬度和统计效率为指标的(表2)、以微钻速度为指标的(表3)和以声波穿透速度为指标的分级表。
预探井地层岩石可钻性分级方法研究
２ 分 级 方 法 研 究
下 面 以一个 具体 的实例来 说 明 如何 采用 逆推 修 正法 对预 探井 地 层岩 石 可钻性 进 行分 级 。该实 例 为辽 河 油 田的 ＱＱ一 １井 ，设计 井深 为 ５ ０ ｍ，完钻 井深 ５ ０ ｍ。 ４０ ２０
２ １ 钻 头 型 号 修 正 系 数 ．
由于实际钻井 中 ，影 响钻速 的因素很 多 ，如钻 井参数 （ 钻压 、转速 ） 、水 力参数 （ 压 、排量 ） 泵 、泥浆 性能 （ 密度 、粘度 等） 、钻头尺 寸 、钻头新 旧程度 、地 层 岩性 等 ，都 对 钻速 有 影 响 。一 般对 地层 可 钻性 ｊ 的研究 ，在 室 内条件下 ，固定钻 井参数 ，变换 岩性 ，求 得地层 可钻 性指标 ，经 实际 数据 修正 后 ，指导 现场
１ 逆 推 修 正 法数 据 的 采 集 与 分 析
采用 逆推 修正 法 ，需要 收 集 的资 料 包 括 ：① 地 质 分 层 及 岩 性组 合 ；② 邻 井 或 邻 构 造 单元 的 地质 资
料 。次要测 定 的资 料包 括 ：① 内测 定邻 井 或邻 构造 的岩心进 行 地层 可 钻性 ；② 室 内测定 在 随钻 过程 中对 本 井岩 心进 行 地层 可钻 性 。
应用 。鉴 于预探井 的特 殊性 ，参 数选择 采取类 似 的方 法 ，即尽 量 固定 钻井 、泥 浆参 数在一 定 范 围内 ，减 少 非正常钻进 凶素影响 ，建立 一定的数据 采用标 准 ，以同类钻头 的平均 钻速 进行 修正 ，产生 修正 系数 ，以减
少钻头类 型的影响 。根据 数理统 计方法 ，舍弃相 对误差 大 的离散 点 和异 常点 。数据按钻 头尺寸分段 处理 。
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长江大 学学报 （ 自然 科 学 版 ） ２ ０ 年 ６ 第 ５ 第 ２ ：理工 ０８ 月 卷 期 Ｊｕｎ ｌ ｆ ａ ｇｚ Ｕ ｉ ｒｉ （ ａ ｅ Ｅ ｉ ］ｎ ２０ 。Ｖ １５Ｎ ． ：Ｓ ｉ Ｅ ｇ ｏ ｒａ ｏ ｎｔｅ ｎｖ ｓ ｙ Ｎ ｔ ｉ ｄ ） Ｙ ｅ ｔ Ｓ ｔ ｕ．０８ ｏ． ｏ ２ ｃ ＆ ｎ
不同钻井方式下的井底岩石可钻性研究
０ ４ ） 助 ０ ＨＺ 资 作 者 简 介 ： 谋 （ ９ ２ ） 男 ， 北 潜 江 人 ， ０ ６年 毕 业 于 长 江 杨 １ ８ ， 湖 ２０
１ 计 算 井 底 围压
图 １ Ｍａ ｒｒ 为 ｕｅ 在单 齿 冲 击试 验 中通 过 改 变 井
筒 液柱 压力 得到 的破 碎坑体 积 与井 底压 力 的关 系 曲 线 （ 底压 力 为液柱 压 力 与孔 隙 压力 之 差 ） 由图 １ 井 。
大 学石 油 ２ 程 专 业 ， 气 井 专业 在 读 博 士 研 究 生 ， 要 从 事 欠 平衡 钻 ￣ － 油 主
摘 要 ： 石 可 钻 性 指 标 是 钻 井 工 程 中的 一 项 基 本 数 据 ， 岩 当前 计 算 岩 石 可 钻 性 的 方 法 很 少 考 虑 井 底 围 压 对 岩 石 可 钻 性 的影 响 。 首先 ， 述 了 围压 对 井 底 岩 石 强 度 的 影 响 ， 析 了不 同 渗 透 性 条 件 下 求 取 井 底 围 压 的 差 异 ； 论 分 其 次 ， 立 了 围压 下 的 岩 石 可 钻 性 计 算模 型 ， 对 液 体 测 井数 据 进 行 了校 正 以 获 取 气体 钻 井 的 岩 石 力 学 参 数 ； 后 ， 建 并 最
第 ３ ８卷 第 ２期
２１ ０ ０年 术
Ｖｏ１ ８ Ｎ ｏ ２ ．３ ．
Ｍ ａ ．， ０１ ｒ ２ ０
岩屑声波法评价岩石可钻性的试验研究
第23卷 第14期岩石力学与工程学报 23(14)：2439～24432004年7月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering July ，20042003年7月14日收到初稿，2003年9月17日收到修改稿。
* 中国石油天然气集团公司“十五”项目资助课题。
作者 邹德永 简介：男，1962年生，工学硕士，1989毕业于石油大学石油工程专业，现任副教授，主要从事岩石力学和破岩工具方面的研究工作。
E-amil ：zougan@ 。
岩屑声波法评价岩石可钻性的试验研究*邹德永 程远方 刘洪祺(石油大学(华东)石油工程学院 东营 257061)摘要 岩石可钻性是石油钻井中优选钻头类型的重要依据。
岩屑声波法评价岩石可钻性以容易获取、来源充足的钻井岩屑为研究资料，通过测定岩屑的声波波速，来定量计算岩石的可钻性级值，可以获得连续的地层信息，实现钻头类型的优选。
试验分析了毫米级岩屑波速测量的可行性和岩屑波速与岩石可钻性级值的相关性，表明岩屑波速具有良好的代表性，且岩屑波速与岩石可钻性级值(K d )有着密切的关系。
测定了26块有代表性的岩芯的可钻性级值及相应岩屑的声波速度，建立了岩石可钻性级值(K d )与岩屑波速的关系模型。
在一口预探井进行了随钻检测地层可钻性的现场试验，证明该方法是有效的。
关键词 石油工程，岩屑，声波速度，岩石可钻性，试验，模型分类号 TD 231.6，TE 21 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2004)14-2439-05TESTING STUDY ON ROCK DRILLABILITY EV ALUATIONBY ACOUSTIC VELOCITY OF CUTTINGZou Deyong ，Cheng Yuanfang ，Liu Hongqi(College of Petroleum Engineering ，University of Petroleum ， Dongying 257061 China )Abstract The rock drillability is an important index for optimizing the selection of drill bit. A new methodology for evaluating rock drillability by acoustic velocity of cutting is developed ，which can easily and continuously provide drillability information of stratum. The feasibility of the measurement on rough rock fragments of very small dimensions and the correlativity between acoustic velocity of cutting and rock drillability index are investigated. The results show that the acoustic velocity obtained from small cuttings is well related to rock drillability index. The relation model between the index and the acoustic velocity is developed. Test drilling is performed and shows that this method is effective.Key words petroleum engineering ，rock cutting ，acoustic velocity ，rock drillability ，test ，model1 引 言岩石可钻性是石油钻井工程的主要基础资料之一，对钻头选型、预测钻速和制定生产定额等具有重要的指导意义。
岩石可钻性评价方法研究新进展
来， 石油行业普遍采用室 内岩心实测法确定地层岩石 的可钻性级值 ， 取得 了较好的应用效 果 ， 但是对 于缺少岩心资 料 的地 区来说 ， 这种方法的应用受到了一定 的限制。８ ０年代初期 ， 内外广大 的科 研工作者开始 了利用测井数 据 国 以及岩屑资料评价岩石可钻性 的研究 ， 取得 ＿很大 的突破 ， ｒ 并在现场得 到 了应用 。文 【 针对近年来 国 内外关 于岩 ＿ ｝ Ｉ 石可钻性评价方 法研究 的发展现况 ， 结合其测量方法的基础 Ｌ加以分析 ， 指出传统的室 内测量方法 应用的局限性 ，
的方法 ， 利用取 自于地层 的岩 心 测试 能 够 真 实 的反
映地 层 的可钻性 范 围 ， 为钻 头 的选 型 及 地质 分 层 提
、
传 统 方 法
Ｉ ，压入 硬度 法
供 了强有力 的参 数 ， 也是 检 验 其它 计 算 地层 可 钻性
级值 准确性 的依据 。但是 室 内实验测 试需 要大量 的
性 变化下 岩石 的可钻 性 ， 因此 出现 了数 理统 计 方 法 评 价岩 石 可钻性 的研究 。
下的破碎属于单纯的压入破碎 ， 而岩石在 牙轮钻 头作 用下 的破碎 ， 了压人 破 碎 方式 外 ， 有 剪切 、 除 还
冲击作 用 。压 头压 人破碎 岩石 只是模 拟 了钻 头 的主
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第３ ０卷
Ｖｏ ． Ｏ １３
第 ６期
Ｎｏ ６ ．
钻
采
工
艺
・２ ・ ７
Ｄ Ｌ Ｇ ＆ Ｐ ０ Ｃ １ Ｎ Ｔ Ｃ Ｎ Ｌ Ｇ Ｒ１ＩＮ １ Ｒ ＤＵ Ｔ０ Ｅ Ｈ Ｏ Ｏ Ｙ
岩石 可 钻 性评 价 方 法研 究新 进展
邓 理 ，李 黔 ，高 自力。
岩石可钻性预测研究
６ ４・
科 技 论 坛
岩石 可钻性预测研 究
孙 祖 捷 （ 黑龙 江省 有 色金 属地 质 勘 查 局 ７ ０ ７队 ， 黑龙江 绥化 １ ５ ２ ０ ０ ０ ） 摘 要： 研 究岩 石 可 钻性 有 两 个 目的 ： 一 是 根 据 岩 性 合理 地 选 用钻 头和 最优 钻进 规 程 ； 二 是拟 定机 台的 生产 指 标 。只要 通 过 研 究 工 作
用压入硬度表示可钻性 之所 以出现许 多不相符合 的现 象 ， 其 主 １ 研 究 岩石 可 钻 ・ 陛的 意 义 和 分 类 研 究岩石可钻性有两个 目的 ： 一是根据岩性合理地选用钻头和 要原 因是压入硬 度法破碎岩石与切削 巨钻 切岩石 的机 理和方式 等 获得压人 最优钻进规程 ； 二是拟定机 台的生产指标 。只要通过研究工作对岩 不 同。压入硬度法是通过压膜在静载作用下破碎岩石 的， 随着压膜上静压增大 ， 开始在压 膜周 围边 沿产 石 的机械性 质进行定性分类 ， 即可满足前者 的需要 ； 而解 决后一个 硬度数值 的过程是 ： 造成首次小块破碎 ； 压力继续增大 ， 压膜 下的载荷处于 问题 ， 还需有定量的指标 ， 并达到一定 的准确程度。 岩石可钻性 的研 生载荷集中 ， 究不仅要反映现 阶段 的设备水平 ，而且必须考虑施工的技术条件 。 均布状态 ，当载荷增加到使模下主压力锥形体发生体积破碎时 ， 压 国内外探矿界一直重视岩石可钻性 的研究 。 并研究 出了一系列测试 膜 即产生跳跃式吃入 。 此时 ， 单位面积上的载荷便是压人硬度值 。 可 见， 压入硬 度法碎岩是 主压力体 四面受夹持条 件的限制 ， 即在多 向 方法与仪器 。这些方法可归纳为以下四大类 ： 它表现 出的抗压强度要 比一般情况下 大 ａ ． 通 过测定岩 石的物理机械性质来确定岩石 可钻 性的方法 （ 力 应力状态下发生 的。所以 ， 得 多。 此外 ， 由于岩性不 同， 其压人硬度也不相同。 例如 ， 具有解理面 学法 ） ； ｂ ．利用破碎岩石时消耗 能量的大小来确定岩石 可钻 性的方法 的粗粒 岩石就 比无理解 、 裂 隙的细粒致密岩石硬度低 。这是 由于岩 （ 能量法 ） ； 石被压模压人 时， 在其解理 面及微裂 隙的薄弱环节 上产 生应 力集 中 ｃ． 然后 向外 延 展 破 碎 区 ， 提 早 进 入 跳 跃 吃 人 阶段 ， 从 利用现场生产实钻效果来确定 岩石可钻性 的方法 （ 现场实钻 而 首 先 发 生 破碎 ， 法） ； 而 表 现 出 较 低 的压 入 硬 度 。 ｄ ．在实验室 内利用微型钻台与设备进行模 拟钻进行测定岩石 在实钻时 ， 每个切削具都是在轴压 和回转两 向合力作用下斜 剪 岩石的 ， 同时在切具后面还伴 随发生张力 破碎 过程。斜剪切力与岩 可钻性的方法（ 微钻法 ） ； 能量法多用 于采矿 业 ， 而在 较深 的钻孔里 ， 由于难 以准确地测 石夹角的大小随岩性 而变化 。在一定 的轴压力下 ， 随着岩石抗破碎 强度增大 ， 此夹角将变小 ， 即切刃碎岩吃入深度变浅 。同时 ， 钻进斜 出井 底 能 量 消 耗 ， 因而 能 量 法在 钻 探 上 迄 未 采 用 。 实钻法虽 曾被 广泛的用于现场生产 ， 并起 到了积极作 用 ， 但由 剪切 力的影响 ， 使 切具下 的主压力体受 夹持条件得到 改善 ， 近乎 于 于条件所限 ， 及诸多不确定因素 ， 所以 ， 实钻法已被淘 汰。 般受力状态 。因此 ， 它的碎岩不象测压入硬度那样明显地受岩石 实验证明 ， 岩石在斜 剪切力 的作用下 ， 其 力学 法与微钻法 已成为 目前 国内地质勘探 系统测定岩石 可钻 致密性与不均匀性 的影响。 性 的 主要 方 法 。本 文 着 重 讨论 力学 法 。 破碎强度仅为压模静载破碎强度的 ｌ ， ６ —— １ ／ １ ２ 。 ２ 压 入 硬 度 与可 钻 性 的 关 系 正是在压入硬度法的碎岩 ， 在受力条件 、 受力种类 、 以及 岩性 影 才导致 可钻性 与实钻结果有差 在发现了岩石 的物理机械性质与其可钻性有密切联系后 ， 许 多 响等方面与实钻过程存在上述差别 ， 人便 趋向于通过测定岩石的力学性质来确定可钴 。 由于岩石 的力 异 。 ３研磨・ Ｉ 生对 可钻 性 的 影 响 学性质包括强度 、 研磨性 、 塑性系数 、 压入硬度 、 弹性模量等 ， 所以， 其测试方 法也有多种 ， 而以硬度法 ， 尤其是压入硬度法更受重视 。 在实际钻探 中， 当钻头钻取岩层 时 ， 其本身也被逐 渐磨钝 ， 在研 ２ ． １ 压人硬度与可钻性 的一致性 磨性强的岩层 中尤 为明显 。磨损过程是连续发生 的 ， 即钻头开始钻 压入硬度 法是通过局部压碎岩石来测定岩石硬度的一种方法 。 岩时， 其切刃未被磨钝 ， 这 时影响岩石破碎 的主要 因素是岩石 的硬 从宏观上来看 ， 它与钻头钻进地层 的破碎形式相似 。特别是 它模拟 度 。继续钻进 ， 钻刃被逐渐磨钝 ， 致使效率发生变化 ， 这 种变化后的 人们企 图通过研究 了牙轮钻头的碎岩状态 ， 在 一定程度 上能 反映地质钻进 的岩 石可 钻 新效率可表征研磨性 与可钻性 间的关 系。所 以 ， 性规律 ， 因而比测定岩石的硬度测定法更有代表性 。 同时 ， 在钻进 中 岩石 的研磨性来标定岩石 的可钻性 。 硬与硬岩 的实践 中， 发现压入硬度与可钻性有这一致性 。 研 究工作发 现 ， 研磨性对可钻性 的影 响是 复杂的。不 同研磨性 我们对两批岩样进行了测试 ， 也发现压入硬度能反映可钻性 的 的岩石影 响也不 同。如初钻速度同为 ３ ０毫米 ／ 分的三种岩样 ， 经过 变化规律 ， 即压 人硬度 越大 ， 岩石越 难钻进 ， 但二者 的相关性不 理 段 时间的钻进 后 ， 钻刃被磨 损 ， 钻速 分别 为 ７ ． ８ ２ 、 ｌ ６ ． ９ ５ 、 ３ Ｏ ． ７ ８毫 想。 米／ 分， 即第一种 岩石钻速下 降最多 ， 第三种 岩石钻速 反而略有 增 用数学方法对三批岩样 的测试数 据进行处理 ， 发现用线性 回归 加。这主要是 由于岩石研磨性不 同而引起 的。 法， 比用对数及指数法更容易表现出规律性 。 其线性 回归方程如下 ： 研究还发 现 ， 研 磨性除受岩石 中石英含 量控制外 ， 与石英颗 粒 Ｖｍ ｌ ＝８１ ． ５６ ５— ０． １ １ ６Ｒ１ Ｖｍ ２ ＝５ ７． １ ４－０ ． ０７ ４４ Ｒ２ 的大小及其分 布方式也有密切关系 。此外 ， 岩石研 磨性 还受技术条 Ｖｍ３＝ ４２． ７８ —０． ０ ５ １ ８Ｒ３ 件 的影 响 ， 尤其是 当技术 因素超过常规范 围时 ， 对研磨 性的影 响则 式中 ， Ｖ ｍｌ ， Ｖ ｍ ２ ， Ｖ ｍ３ 分 别代表第一 ， 第二 ， 第 三批 岩样 的微钻 更大 。 所以 ， 在测定岩石的研 磨性 时， 应尽量采用与实钻条件接近的 平均钻速（ 毫米 ／ 分） ； Ｒ １ ， Ｒ ２ ， Ｒ ３分别代表各批岩样 的压人硬度（ 公 方式方法 ， 才有实际意义 。 分， 毫米 ） 。它们的相关 系数分别为 ０ ． ５ ３ ， ０ ． ６ １ ， ０ ． ６ ６ ， 可见 ， 虽有一定 针对 上述 问题 ， 我模 拟钻头胎体 的组成 ， 试制 了孕 囊金 刚石切 的规律性 ， 但相关性不太好 ， 而且 ， 只有测试大量岩样才有代表性 。 削具 ， 并用这种切削具在车床上进行了研磨岩样试验 。 试验 中， 磨耗 ２ ． ２压 入硬 度 与 可 钻 性 的 不 一致 性 量用克拉天秤称量 ， 然后计算 出模取单位体积岩样所耗孕囊切具 的 对两批 岩样进行测试还发现 ， 压入硬度 相同的岩石 ， 其钻 速可 重量 ， 用毫克 ／ 厘 米 表 示 。 对 于 多参 数 测 试 实 验 台 上 获 得 的 数 据 ， 能不同 ， 甚 至相差很大 ； 也 有的岩石 ， 当其压入硬度增大 时 ， 钻 速反 用线性 回归方程求 出钻速与研磨性系数关系式 ： 而变 高 、 Ｖ ｍ＝ ３ ８ ． ８ ６ — ０ ． １ ５ ２ Ｗ１ ， 式中， Ｖ ｍ代 表微钻 钻速 （ 毫米 ／ 分） ； Ｗ１ ２ ． ３压 入 硬 度 与可 钻 性 不 一 致 的 原 因 代表相对研磨 系数 （ 毫米 ／ 厘米 ）பைடு நூலகம்。
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岩石可钻性分级研究进展
要文内综述介绍了近三十年来的国际岩石可钻性研究概况。
对一些典型的分级方法做了介绍，对于深人开展我国创造性的岩石可钻性研究应当有所裨益。
关键词岩石可钻性分级
1 石可钻性及可钻性分级研究概况
岩石可钻性是在某种规定的指标和技术下，以一定量度来表示岩石破碎的难易程度，也即是岩石对钻头破碎岩石的一种阻抗程度。
岩石可钻性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。
根据岩石本身固有抗钻能力的大小,结合不同碎岩方式，可对岩石可钻性做出定量划分。
可钻性级值是指导地质分层及钻头选型工作的重要参数，也是提高机械钻速、降低钻井成本的重要途径，岩石的可钻性是决定钻进效率的基本因素。
近几十年来，国内外对岩石可钻性研究的进程比较缓慢，仍然不能确切评价如何选取和设计钻头，不能充分挖掘钻头的使用潜力和提高地质钻探效率。
岩石可钻性是极其复杂的，不可能单一的根据岩石的种类来确定它们的可钻性。
在地质钻探过程中，岩石的可钻性评价通常方式主要分为传统法和统计法两大类，前者是在室内通过测试岩石试样的物理力学性能，此方法有滞后性、周期长、费用高等缺陷；后者是采用实际机械钻速表示，影响因素主要有地层岩石性质、钻头类型等。
2 现有的岩石可钻性分级方法
现有的岩石可钻性分级方法种类繁多,较有代表性的有下述几种。
2.1 传统法
2.1.1压入硬度法
压入硬度法是利用压入硬度计测出岩石的压入硬度值作为岩石的可钻性指标。
压入硬度法是测定岩石的某点或有限点抵抗外力入侵的能力,而岩石是由大大小小不规则的矿物颗粒组成的。
矿物颗粒在空间的排列是任意的,颗粒间存在很多空洞和缝隙,岩石结构上的这种特殊性决定了岩石各点的压入硬度值有很大的差异,整块岩石的可钻性不应该也不可能由某点或某几点的压入硬度值来确定。
2.1.2点载法
点载法是由点载仪测得的,用点载强度系数作为衡量岩石的可钻性指标。
点载强度系数由岩石样品在三向应力状态下产生破坏时的点载决定。
点载法不能从可钻性上把岩石分开。
这是因为岩石在三向应力状态下,产生张性破坏,而各种岩石都存在许多缝隙,岩石破坏是由于在缝隙处产生应力集中。
这样点载法的测定结果实际上是岩石裂隙发育程度的反映。
2.1.3 微钻头钻进法
微钻头钻进法是在室内运用可钻性测定仪确定岩石的可钻性，利用穿孔速度和牙轮磨损情况，压痕试验中确定的压痕器指数，以及抗压强度试验结果，对岩石的可钻性进行综合评定。
这是一种很直观的方法，利用取自于地层的岩心测试能够真实的反映地层的可钻性范围，为钻头的选型及地质分层提供了强有力的参数，也是检验其它计算地层可钻性级值准确性的依据。
微钻头实验，要求从软到硬岩中的钻头性能是足够的，但对必须使用硬
质合金齿钻头的极硬岩来说，则不完全可靠；实验所用的岩块试样必须具有充分的代表性，否则影响试验结果的真实性；试验中采用一种转速，当增大转速将提高钻速，可能增加钻头和轴承的磨损；试验中只考虑一种轴压，而实际上钻速与轴压成正比变化。
此外，室内实验测试需要大量的岩心，对于没有进行取心施工或者是岩心资料非常珍贵的区块，这种方法的应用就受到了一定的限制。
2.1.4 摇摆法
Rehinder和P.A.用摇摆硬度计测量岩石的相对硬度,曾经获得一定的成功此法又叫阻尼振荡法,实质在于将银有金刚石或硬质合金摆尖的摆,悬吊于被测岩石的光滑表面,使其运动后,由于岩石局部破碎所吸收的能量,加上空气摩擦,使系统阻尼。
阻尼大小与被测岩石的硬度H相关为
式中：为初始振幅；
为振幅随时间衰减的速率。
在六十年代中期，美国的Henis、R.W.和Street曾用精制的石灰岩及其它试块，做过检验性试验。
试验中采用了比Rehinder更先进的测试仪表，试验程序也非常严密。
试验后结论为用摇摆硬度法测得的岩石硬度随摆重而异。
如以获得最大硬度时的摆重叫临界摆重，那末轻于临界摆重的摆，阻尼仅为空气摩擦的函数高于临界摆重的摆，阻尼才主要是岩石破碎能量的函数。
只有重量等于临界摆重的摆，才能对被测岩石的硬度最为敏感。
因此,这种方法貌似简单，实甚烦杂，只有严格选择适应于各种被测岩石硬度的摆才有其使用价值。
2.2 统计法
2.2.1 钻速方程反求法
实践证明，采用通用钻速方程反求岩石可钻性的方法比室内岩心实验求岩石可钻性的方法更为科学和便利，可节省大量的人力、物力和财力。
用钻速方程反求法可以精确测量岩石的可钻性，可应用于现场计算。
通过测井资料对岩石可钻性进行计算，将计算结果与微可钻性试验结果比较，两者的相对误差较小，小于5%，说明利用钻速方程可以较为精确地测量岩石的可钻性，是作为实时监测岩石可钻性的有效方法，另外通过对钻井参数的数据收集，通过计算机的程序处理就可以实时显现岩石的可钻性级值。
但是在求取可钻性的时候需要大量的录井数据（如钻压、转速、钻井液密度和机械钻速等）和详实的井史资料，它同测量仪器仪表和钻井过程中的施工参数密切相关，所求取的可钻性级值不能完全代表地下岩石的真实情况。
2.2.2分形几何理论
分形几何学是一种定量研究和描述自然界中极不规则且看似无序的复杂结构、现象或行为的新方法, 它的主要内容是研究一些具有自相似性的不规则曲线和形状( 称为线性分形) ; 具有自反演性的不规则图形; 具有自平方性的分形变换以及具有自仿射的分形集等等。
分形的基本特征是自相似性, 而且自然界中的自相似性或标度不变性常常是统计意义上的。
由于没有特征尺度, 分形体不能用一般测度( 如长、宽、高等) 进行度量, 描述分形的特征参数叫做分形维数, 也因其可以是分数而称其为分数维, 简称分维。
在实际应用中, 这种自相似可以是数学上的严格
自相似, 但更多的是考虑研究对象的自相似性。
更一般地, 我经常把几何上并不明显的自相似性转变成统计意义上的自相似性, 也就是虑研究对象的某些指标的局部概率分布与整体概率分布之间的相似关系。
分形几何理论在上世纪70 年代建立后, 迅速在物理学、地理学、冶金学、材料科学和计算机图形学等领域得到应用。
80 年代, 分形几何学在岩石力学方面得到了广泛应用, 例如, 在结构性岩体爆破破碎分形、矿山岩体断裂构造分形、岩石分形强度理论、岩石断裂、岩石损伤分形等研究方面, 近几年国内外都取得了大量研究成果。
尽管目前还没有人用分形理论研究钻井过程中的岩石破碎问题, 但毫无疑问钻头破碎岩石的过程是自相似过程, 可以用分形理论来描述钻井上返岩屑的分形规律, 进而由此确定岩石破碎的难易程度。
3 地层可钻性研究的发展趋势
随着研究进程的深入，人们希望用实验室测量手段，也就是用物理力学性质来表示岩石可钻性。
开始用单项力学性能指标来评定岩石可钻性，由于测量结果不准确，后改用多种物理力学性质来综合评定岩石可钻性，效果也不好。
又改用多项物理力学性能指标与现场数据相结合的方法来评定岩石可钻性，结果仍无明显进展。
现在又有人用多项力学指标、现场数据、室内模拟试验结果以及数理统计来综合评定岩石可钻性。
虽然测量方法越来越复杂，但一直没有研究出精确反映岩石可钻性的测量方法。
4 结论与建议
通过以上的论述已经可以看出，常用的可钻性级值的求取各有特点，无
法直接认为哪种方法最优。
以上方法得到是可钻性级值的一个剖面，在实际使用中是不可能、也没有必要逐一地去分析每一点的可钻性级值，然后选取和设计出适合每一点的钻头类型。
因此，建立不同岩性、不同地区的岩屑与岩心力学参数之间的相关关系模型，使之发展成为一套完整获取岩石可钻性级值等相关参数的实验体系。
然后建立标准程序及配套应用方案，对不同方法得到的可钻性级值进行分层处理之后，再对该层内的可钻性级值进行加权平均，得到新的可钻性级值，从而为下一步钻头选型提供比较准确的参考依据。