岩石可钻性
解释岩石可钻性的概念
解释岩石可钻性的概念岩石可钻性是指钻井作业过程中所遇到的岩层对钻头钻进的难易程度。
钻井是一种获取地下天然资源、地质勘探和地质工程调查的重要技术手段，而岩石可钻性是决定钻探技术是否顺利开展的关键因素之一。
岩石可钻性受多种因素的影响。
首先是岩石的物理性质，如岩石的硬度、密度、强度、压缩性和耐磨性等。
硬度是指岩石抵抗外力压力的能力，对于柔软的岩石来说，可钻性较高，相对易于钻入；而对于坚硬的岩石，则相对困难。
岩石的密度决定了钻井液的压力所需的能量大小，密度大的岩石需要更大的能量才能钻入。
岩石的强度是指抵抗外力破坏的能力，其取决于岩石的粘结结构和韧性。
强度大的岩石通常较难钻入，需要选用更强的钻具。
岩石的压缩性是指岩石在受到压力作用下发生体积变化的能力，而耐磨性则是指岩石表面抵抗磨损的能力。
这些物理性质对钻井作业过程中的摩擦、切削和磨损等有直接影响，进而影响钻头在岩层中的钻进难易程度。
其次，岩石的岩性和结构也会影响岩石的可钻性。
不同的岩石种类具有不同的物理性质，例如，片麻岩、花岗岩等较坚硬的岩石通常难以钻进，而砂岩、泥岩等相对柔软的岩石则较易钻进。
而岩石的结构特征，如层理、节理、破碎带等，也会对其可钻性产生重要影响。
岩石中的节理和破碎带可导致岩石断裂和塌方，从而降低了岩石的可钻性。
另外，岩石中的岩浆岩、粉砂岩等特殊类型的岩石也具有较低的可钻性。
第三，岩石与钻具的匹配度也会影响可钻性。
钻具的选择包括钻杆、钻头和钻井液等，在不同的岩石环境下需要选择不同的钻具。
正确选用合适的钻具可以减少钻具的磨损，提高钻进速度，从而改善岩石的可钻性。
此外，钻井液作为钻井过程中的重要流体介质，对岩石的可钻性也有直接影响。
钻井液的密度、黏度、清洁度、过滤性能等都会直接影响到岩石的可钻性。
合理选择和调配钻井液的性能参数，可以减小钻井液与岩石之间的摩擦，减少井壁塌方和堵塞等问题，提高钻进速度和可钻性。
最后，还有其他因素也会影响岩石的可钻性，如地温、压力、地层流体等。
岩石可钻性的测定
岩石可钻性的测定一、实验目的1．了解岩石的可钻性；2．掌握岩石可钻性的测量方法。
二、实验原理1．实验设备实验中使用岩石可钻性测试仪来测量岩石的可钻性，如下图 1 所示。
设备的具体技术指标参见《岩石可钻性测定及分级方法-SY/T 5426-2000》。
图1 岩石可钻性测试仪2．测量原理使用特制微钻头（牙轮钻头或PDC 钻头），以一定的钻压（牙轮钻头为890N ±20NPDC 钻头为500N ±10N ）和转速（55r/min ±1r/min ）在岩样上钻三个特定深度的孔（牙轮钻头为2.4mm ，PDC 钻头为3mm ），取三个孔钻进时间的平均值为岩样的钻时（t d ），对t d 取以2 为底的对数值作为该岩样的可钻性级值K d 计算公式如下所示：K d =log 2 t求得可钻性级值后，再查岩石可钻性分级标准对照表（如下表1 所示）进行定级。
表1 岩石可钻性分级对照表三、实验步骤1. 试样用石油钻井所取井下岩心或地面采的岩石，岩样制备成圆柱体（直径40-100mm，高度30-80mm）或长方体（长宽各100mm，高度20-100mm），端面平行度公差值≤0.2mm，试验前将试样放在温度设定为105-110℃的干燥箱内烘烤24 小时；2. 将手轮上移至最上端，取下岩心支架、钻头和接屑盘并清扫干净；3. 装上接屑盘，将所选的微型钻头安装在花键轴上端（注意：钻头上键槽应对准花键轴上端的键！），安装好钻头后，将岩心支架回归原位；4. 关闭所有钻进模式（牙轮模式和PDC 模式），打开总电源，打开相应的钻进模式开关（牙轮模式或PDC 模式，开关如图2 所示），打开电机调速器上的电机开关，开动电机，调电机至规定转速55 转/分（注意：教师进行此项调速操作，学生请不要调电机转速，避免产生危险！），然后关闭电机开关；图2 钻进模式开关示意图5. 选择好相应的钻压砝码（牙轮钻头用两个砝码，PDC 钻头只用一个下部大砝码），放在砝码支架上；6. 将准备好的试样放在岩心支架上，手轮下移，稍用力夹紧岩样，如果钻头高出岩心支架，应在轻轻夹紧岩样的同时，逆时针转动小手摇泵手轮，卸掉液压系统压力（注意：要确保岩样的钻进面一定为平面！）。
岩石的可钻性的概念及影响的因素
岩石的可钻性的概念及影响的因素
可钻性是指在岩石钻探过程中，岩石能够形成稳定的钻眼并且黏附在钻探工具上的程度。
岩石的可钻性受到许多影响因素，以下是其中的一些。
1. 岩石的物理特性
岩石的硬度、密度、结构和断口等物理特性是影响可钻性的关键因素。
通常来说，硬度越高的岩石越难以钻探，因为钻探工具需要更多的能量才能穿过岩石表面。
而岩石的密度和结构则指向它的稳定性，也就是在钻探过程中岩石是否会坍塌。
这些特性还会影响岩层中孔隙的大小和数量，因此，不同的岩石类型会有不同的可钻性。
2. 地下水和水压力
地下水是指岩石中的水分分布。
地下水的存在会增加钻探的难度和成本，因为钻掘物需要对水压进行相应的处理，同时，水分也会对岩石的强度产生影响。
3. 粘结力和摩擦力
在钻探过程中，钻头需要用力拉伸钢杆并在岩石表面打压而引起粘结力和摩擦力。
这些力量决定了岩石是否能够黏附在钻头上并进行钻探。
如果钻探工具和岩石之间的摩擦力较大，则可能导致钻掘工具损坏或卡住。
4. 钻杆的使用情况
钻杆是钻探的基本工具，影响钻探的深度和方向。
钻杆的质量以及上下移动的速度和角度，直接影响可钻性。
如果钻杆的角度和深度不当，则可能导致钻掘物断裂或钻掘工具卡住。
可钻性是岩石钻掘的一个关键因素，许多因素都会影响它。
理解这些因素对于决定钻掘计划和预测钻掘效果至关重要。
岩石可钻性名词解释
岩石可钻性名词解释岩石的可钻性是指岩石的属性及其受敲击后，可以用钻头、钻头或其他螺丝钻等手段施加推力，切割出钻孔的能力。
岩石有一些不同的状态，它们可以根据矿物组成特征和结构特征来判断其可钻性。
岩石可钻性是指以钻头或其他钻头将岩石分割开来，并制成不同类型和形状的矿物粉末或砂粒的能力。
岩石可钻性与岩石结构有密切关系。
对于任何一种岩石，其可钻性取决于其矿物组成和结构特征。
通常情况下，岩石的结构决定岩石的可钻性。
例如，普通的岩石，其晶粒体态单质或结晶体态细小时，其可钻性就较高；而岩石的孔隙率、细粒含量、粘土矿物含量及其结构所具有的破裂性都会影响其可钻性。
岩石可钻性的大致分类是根据其矿物结构特征及其受敲击后所表现出的可钻性程度来做出的，按照结构特征和可钻性程度，常见的岩石可钻性分为大家常见的四种：破碎性可钻性、粉碎性可钻性、坚硬可钻性和软可钻性。
破碎性可钻性指岩石具有较强的破坏性，当施加推力时，会轻易地产生碎片，但由于其碎片受到擦切原理的影响，钻头的钻深会受到限制，孔壁也会被撞击而形成比较不平整的表面。
破碎性可钻性的岩石主要有：碎屑岩、砂岩、粉砂岩、火山岩等。
粉碎性可钻性指岩石具有一定的韧性，当施加推力时，岩石会产生破碎性及屈服性的半粉状，因而可以更有效地将其吸入钻头内。
粉碎性可钻性的岩石主要有：页岩、砂岩、火山岩等带有一定韧性的岩石，以及特殊矿物的片岩和砂岩。
坚硬可钻性指岩石的矿物组成及破坏性较低，在施加推力的过程中产生破碎性很小，且能把大量钻头磨损所需要的矿物研磨成粉末，从而形成完整钻孔。
坚硬可钻性的岩石主要有：砂质岩、片岩、花岗岩等硬质岩类。
软可钻性指岩石具有很强的碎裂性，施加推力会将岩石破裂成粉末，但由于矿物结构太软、具有自润滑性、能抵抗磨损，使得钻头具有较高的耐用度。
软可钻性的岩石主要有：薄片岩、表面层状岩及其他自润滑性岩石类型。
可钻性是一个复杂的系统，其特征受到岩石矿物结构特征和组成特征的多方面影响，因而岩石的可钻性也因其构造、地下结构、地表构造及矿物结构特征等因素而异。
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。
岩石的性质与可钻性
第一章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。
岩石可钻性测试实验
中国石油大学（岩石可钻性的测定）实验报告实验日期： 2014.10.21 成绩：班级： 石工11-11 学号：11021525 姓名： 徐银亮 教师： 郭辛阳 同组者： 夏平 张栋 杜顺明 刘磊岩石可钻性的测定一、实验目的1、了解岩石的可钻性；2、掌握岩石可钻性的测量方法。
二、实验原理1、实验设备实验中使用岩石可钻性测试仪来测量岩石的可钻性，如下图1所示。
设备的具体技术指标参见《岩石可钻性测定及分级方法-SY/T 5426-2000》。
2、测量原理使用特制微钻头（牙轮钻头或PDC 钻头），以一定的钻压（牙轮钻头为890N±20N ，PDC 钻头为500N±10N ）和转速（55r/min±1r/min ）在岩样上钻三个特定深度的孔（牙轮钻头为2.4mm ，PDC 钻头为3mm ），取三个孔钻进时间的平均值为岩样的钻时（d t ），对d t 取以2为底的对数值作为该岩样的可钻性级值d K ，计算公式如下所示：t K d 2l o g求得可钻性级值后，再查岩石可钻性分级标准对照表（如下表1所示）进行定级。
测量原理详见《岩石可钻性测定及分级方法-SY/T 5426-2000》。
三、实验步骤1、试样用石油钻井所取井下岩心或地面采的岩石，岩样制备成圆柱体（直径40-100mm ，高度30-80mm ）或长方体（长宽各100mm ，高度20-100mm ），端面平行度公差值≦0.2mm ，试验前将试样放在温度设定为105-110℃的干燥箱内烘烤24小时；2、将手轮上移至最上端，取下岩心支架、钻头和接屑盘并清扫干净；3、装上接屑盘，将所选的微型钻头安装在花键轴上端（注意：钻头上键槽应对准花键轴上端的键！），安装好钻头后，将岩心支架回归原位；4、关闭所有钻井模式（牙轮模式和PDC 模式），打开总电源 ，打开相应钻进模式开关（牙轮模式或PDC 模式，开关如图2所示），打开电机调速器上的电机开关，开动电机，调电机至规定转速55转/分（注意：教师进行此项调速操作，学生请不要调电机转速，避免产生危险！），然后关闭电机开关；5、选择好相应的钻压砝码（牙轮钻头用两个砝码，PDC 钻头只用一个下部大砝码），放在砝码支架上；6、将准备好的试样放在岩心支架上，手轮下移，稍用力夹紧岩样，如果钻头高出岩心支架，应在轻轻夹紧岩样的同时，逆时针转动小手摇泵手轮，卸掉液压系统压力（注意：要确保岩样的钻井面一定为平面！）。
岩石可爆性和可钻性
第一节影响岩石爆破性的因素岩石是爆破的对象，金属矿山的绝大部分、非金属矿及煤矿等矿山的不少矿岩都采用爆破方法进行破碎和采掘。
为了取得良好的爆破效果，必须了解和掌握岩石的爆破性。
岩石的爆破性是岩石自身物理力学性质和炸药、爆破工艺的综合反映，它不仅是岩石的单一固有属性，而且是岩石一系列固有属性的复合体，,在爆破过程中表现出来，并影响着整个爆破效果。
影响岩石爆破性的主要因素，一方面是岩石本身的物理力学性质的内在因素(见表1.1);表1.1 几种典型岩石的物理力学特性另一方面是炸药性质、爆破工艺等外在因素。
前者决定于岩石的地质生成条件、矿物成分、结构和后期的地质构造，它表征为岩石密度或容重、孔隙性、碎胀性、弹性、塑性、脆性和岩石强度等物理力学性质;后者则取决于炸药类型、药包形式和重量、装药结构、起爆方式和间隔时间、最小抵抗线与自由面的大小、数量、方向以及自由面与药包的相对位置等等。
此外，还包括对爆破块度、爆堆形式以及抛掷距离等爆破效果的影响。
显然，岩石本身的物理力学性质是最主要的影响因素。
炸药爆炸对岩石的爆破作用主要有两个方面，其一是克服岩石颗粒之间的内聚力，使岩石内部结构破裂，产生新鲜断裂面;其二是使岩石原生的、次生的裂隙扩张而破坏。
前者取决于岩石本身的坚固程度;后者则受岩石裂隙性所控制。
因此，岩石的坚固性和岩石的裂隙性是影响岩石爆破性最根本的影响因素。
一、岩石的结构（组分）、内聚力和裂隙性对岩石爆破性的影响岩石由固体颗粒组成，其间有空隙，充填有空气、水或其它杂物。
当岩石受外载荷作用，特别是在受炸药爆炸冲击载荷作用下，将引起物态变化，从而导致岩石性质的变化。
矿物是构成岩石的主要成分，矿物颗粒愈细、密度愈大，愈坚固，则愈难于爆破破碎。
矿物密度可达4g/cm3以上，岩石的容重不超过其组成矿物的密度。
岩石容重一般为1.0～3.5g/cm3。
随着密度增加，岩石的强度和抵抗爆破作用的能力增大，同时，破碎或抛移岩石所消耗的能量也增加，这就是一般岩浆岩比较难以爆破的原因。
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。
岩石的可钻性及破碎过程
第一节 岩石的物理力学性质 一、岩石的组成与分类:岩石是矿物颗粒的集合体。
按成因分为：岩浆岩、沉积岩和变质岩。
岩浆岩：内力地质作用的产物，系地壳深处的岩浆沿地壳裂隙上升冷凝而成。
沉积岩：在地表条件下母岩风化剥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。)
第二节 岩石可钻性及可钻性分级:一、岩石可钻性的概念:1、概念
岩石可钻性: 是表示钻进过程中岩石破碎的难易程度。
在钻探生产中通常用单位时间的进尺（机械钻速）作为衡量岩石可钻性的指标，单位是m/h。
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。
) c.表面特性：硬度和研磨性(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：岩石磨损钻头的能力。
三、岩石的物理性质
密度：单位体积岩石的质量。
容重：单位体积岩石的重量。
比重：单位体积岩石骨架体积的重量。
岩石体积=固相骨架体积+岩石中孔隙体积，一般来说，密度越高，强度越大。
孔隙度：岩石中孔隙体积与岩石总体积之比。一般来说,孔隙度越大，强度越低。
岩石的孔隙越大，裂隙越多，水对它的影响就越小。如石灰岩，用水浸透后，强度下降明显。
四、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。 a.变形特性：弹性、塑性和脆性 b.强度特性：抗压强度、抗拉强度、抗剪强度和抗弯强度 (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，即单位面积上的最大载荷。
岩石可钻性
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。（可钻性：1.15 m/h， 一次提钻长度：1.50 m/次 ）
刚玉岩，石英岩，碧玉岩，块状石英，最坚硬的铁质角页岩，碧玉质的硅化板岩，燧石岩。（可钻性：0.09 m/h， 一次提钻长度：0.32 m/次 ）
十二级：最坚硬岩
最坚硬岩---代表性岩石为：未风化极致密的石英岩、碧玉岩、角页岩、纯钠辉石刚玉岩，石英，燧石，碧玉。（可钻性：0.045 m/h， 一次提钻长度：0.16 m/次 ）
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 ）
第四章 岩石物理力学性质和可钻性
六、岩石的硬度
1、岩石的硬度的基本概念：岩石的硬度反映岩石抵抗外部 更硬物体压入（侵入）其表面的能力。 2、硬度与抗压强度的区别与联系 （1）岩石的硬度与抗压强度一般存在正比例关系；
（2）抗压强度是固体抵抗整体破坏时的阻力，而硬度则是
固体表面对另一物体局部压入或侵入时的阻力。 （3）硬度指标更接近于钻掘过程的实际情况。
第二节 岩石在外载下的破碎机理
0、碎岩工具与岩石作用的主要方式
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。 1、切削一剪切型 钻头碎岩刃具以速度vθ 向前移
动而切削(剪切)岩石。工作参数是：
移动速度vθ 、轴向力Pz和切向力 Pθ 以及介质性质。
2、冲击型 冲击型刃具给孔底岩石以直接的冲击动载，碎岩的过程可 用工具动能Tk和岩石变形位能U 的方程式来表达（ T＝U ）：
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第四章 岩土的物理力学 性质及岩石的可钻性
一、岩石的物理力学性质概述 ★ 二、岩石在外载作用下的的破碎机理 三、岩石的可钻性及可钻性指标及坚 固性系数 ★
第一节岩石的物理力学性质概述 ★
岩石的组成与分类
岩石是矿物的集合体。矿物是具有一定成分和物理性质的无 机物质。根据其成因，岩石可分为三类： 1、岩浆岩：岩浆岩是内力地质作用的产物，由地壳深处 的岩浆沿地壳裂隙上升冷凝而成。 2、沉积岩：沉积岩是在地表条件下母岩(岩浆岩、变质岩 或早先形成的沉积岩)风化剥蚀的产物，经搬运、沉积和硬结 等成岩作用而形成的岩石。。 3、变质岩：变质岩是岩浆岩、沉积岩甚至是变质岩本身 在地壳中受到高温、高压及活动性流体的影响而变质形成的 岩石。
3、影响岩石硬度的因素
（1）岩石中坚硬矿物愈多、胶结物的硬度越大、岩石的颗粒 越细、结构越致密，岩石的硬度越大。而孔隙度高、密度低、 裂隙发育的岩石硬度将会降低。 （2）岩石的硬度具有明显的各向异性。层理对岩石硬度的 影响与对岩石强度的影响相反。垂直于层理方向，硬度值 最小； 平行于层理方向，硬度最大；两者之间可相差1.05～1.8倍。
地层的分类及可钻性评价方法
弹性波：
当外力对弹性介质的某一部分产生初始扰动时，由 于介质的弹性，这种扰动将从一个质点传播到另一个 质点，如此连续下去，即出现弹性波。 弹性波只有扰动的传播，而没有物质的传输，质点 只能围绕其平衡位置振动。
测井有关知识
声波在岩石中的传播特性 1 纵波和横波
声波传播方向和质点振动方向一致的波叫纵波。声波传播方向和质点振动方向 相互垂直的波叫横波。 在各向同性无限介质中，必有两种弹性波存在，即纵波和横波。由于纵波的传 播速度总是比横波的传播速度要快，因而常把纵波称为初始波或简称P波（压缩 波），把横波称作续至波（剪切波），简称为S波。这两种波可同时在地层中传播， 但液体和气体不能传播横波。
1 CPCH v pc = K R (W − M )n 1 + C2 h
λ
132.27 A B C D ( ρ w −1.15 ) V= ⋅ W N EH e A b c 5.62 × 60 × 1.026
Kd = lg V − 0.5366 lg W − 0.9205 lg N − 0.7011lg E H + 3.175( ρW − 1.15) − 0.0629 0.1993 lg W − 0.0375 lg N − 0.05682 lg E H + 0.4242( ρW − 1.15) − 0.0821
¾ 岩石可钻性级值的大小与机械钻速密切相关，机械钻速越快，可钻性级值越
小，岩石越容易破碎。
¾ 岩石可钻性参数是合理选择钻井方式、钻头类型和设计钻进参数的依据。正
确地评估地层可钻性是实现优质高效钻井的基础，对于提高钻井速度，降低 钻井成本具有十分重要的意义。
1.1 室内岩心微钻头实验求取可钻性(前述) 1.2 基于录井资料的地层可钻性评价 1.3 基于测井资料的地层可钻性评价 1.4 存在问题及研究不足
岩石的可钻性的概念及影响的因素
岩石的可钻性的概念及影响的因素
岩石的可钻性的概念及影响的因素
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岩石的可钻性的概念及影响的因素
岩石的可钻性是在一定的技术条件下钻进岩石的难易程度，是岩石的一种固有属性，它不是指示。
可钻性的好坏主要决定于岩石的物理机械性质，其次是钻进方法和钻进规程等。
而在相同的钻进方法和相同的钻进规程中，钻进时的机械钻速(米/时)和回次进尺可作为一种可钻性指标。
岩石可爆性和可钻性
第一节影响岩石爆破性的因素岩石是爆破的对象，金属矿山的绝大部分、非金属矿及煤矿等矿山的不少矿岩都采用爆破方法进行破碎和采掘。
为了取得良好的爆破效果，必须了解和掌握岩石的爆破性。
岩石的爆破性是岩石自身物理力学性质和炸药、爆破工艺的综合反映，它不仅是岩石的单一固有属性，而且是岩石一系列固有属性的复合体，,在爆破过程中表现出来，并影响着整个爆破效果。
影响岩石爆破性的主要因素，一方面是岩石本身的物理力学性质的内在因素(见表1.1);表1.1 几种典型岩石的物理力学特性另一方面是炸药性质、爆破工艺等外在因素。
前者决定于岩石的地质生成条件、矿物成分、结构和后期的地质构造，它表征为岩石密度或容重、孔隙性、碎胀性、弹性、塑性、脆性和岩石强度等物理力学性质;后者则取决于炸药类型、药包形式和重量、装药结构、起爆方式和间隔时间、最小抵抗线与自由面的大小、数量、方向以及自由面与药包的相对位置等等。
此外，还包括对爆破块度、爆堆形式以及抛掷距离等爆破效果的影响。
显然，岩石本身的物理力学性质是最主要的影响因素。
炸药爆炸对岩石的爆破作用主要有两个方面，其一是克服岩石颗粒之间的内聚力，使岩石内部结构破裂，产生新鲜断裂面;其二是使岩石原生的、次生的裂隙扩张而破坏。
前者取决于岩石本身的坚固程度;后者则受岩石裂隙性所控制。
因此，岩石的坚固性和岩石的裂隙性是影响岩石爆破性最根本的影响因素。
一、岩石的结构（组分）、内聚力和裂隙性对岩石爆破性的影响岩石由固体颗粒组成，其间有空隙，充填有空气、水或其它杂物。
当岩石受外载荷作用，特别是在受炸药爆炸冲击载荷作用下，将引起物态变化，从而导致岩石性质的变化。
矿物是构成岩石的主要成分，矿物颗粒愈细、密度愈大，愈坚固，则愈难于爆破破碎。
矿物密度可达4g/cm3以上，岩石的容重不超过其组成矿物的密度。
岩石容重一般为1.0～3.5g/cm3。
随着密度增加，岩石的强度和抵抗爆破作用的能力增大，同时，破碎或抛移岩石所消耗的能量也增加，这就是一般岩浆岩比较难以爆破的原因。
岩石可钻性和钻速预测
岩石可钻性和钻速预测李富摘要对井剖面地层岩石可钻性的确定直接影响到钻头选型和钻速预测,然而,现有的研究岩石可钻性的微可钻实验存在较多问题。
现有的岩石微可钻性实验一般通过取心在室内常温常压下进行,脱离了地下高温高压环境后的岩心不仅不能代表地层的可钻性,而且这样的可钻性数据离散、随机、有限、成本高。
但若能建立基于岩石物理参数的岩石可钻性预测模型,必将能缓解可钻性评价中存在的这些矛盾。
尽管利用测井资料估算岩石可钻性时,由于岩石结构的复杂性以及不适当的参数化工作使测井估算的可钻性也存在不少问题,但利用测井资料获取岩石可钻性的方法能够提供逐点可钻性数值,既能反映出整个钻井剖面岩石可钻性变化的趋势,又能反映出不同地层间的变化规律,而且成本低。
鉴于此,推导了利用声波测井资料预测岩石可钻性的计算模型,并结合S 油田实际资料开展了钻速预测方法研究。
主题词岩石可钻性声波测井资料钻头钻井速度预测测井评价岩石可钻性模型推导在对全国各类油气田的岩石可钻性进行了大量试验研究和测定工作的基础上, 原石油工业部于1987 年召开了全国岩石可钻性研究成果鉴定会,定出了岩石可钻性分级的标准(表1) 。
根据岩石软、中、硬三大类,将岩石可钻性划分10 级,一定的岩石可钻性分级对应了一定的钻头型号。
对这些数据进行处理后,作了相关分析。
回归分析结果,度指数相关,即Kd = 2. 347e- 0. 0017 x (1)相关系数R = 0. 947 1 。
图1 岩石可钻性与岩石硬度关系曲线由前人的实验测定结果已知,当地层不含天然气时,岩石的硬度( x) 随声波纵波速度(1/Δtc) 的增加而增加,即x = α/Δtc +γ ,将其代入(1) 式得:Kd = A eβ/Δtc (2)钻采工艺与装备·61·其中: A = 2. 347e- 0. 001 7γ ,β = - 0. 001 7α 。
由于岩石的纵波速度受岩石孔隙中流体性质影响,对地层是否含气尤其敏感,地层含气即使仅有5 % ,在纵波速度曲线上也会有明显变化,地层含气可能使硬地层在纵波速度(时差) 曲线上显示出弱地层的特征,而横波对地层中流体类型不敏感,通过对大量资料的统计,得到以下统计结果:化学沉积岩地层:Δt s/Δtc = 2. 26 ] Δts = 2. 26Δtc砂泥岩地层: Δts/Δtc = 1. 76 ] Δts = 1. 76Δtc岩浆岩、变质岩类:Δts/Δtc = 1. 71 ] Δts = 1. 71Δtc即Δt s = C ·Δtc该统计结果表明,地层不含气时横波时差(速度) 随纵波时差(速度) 成比例地变化,因此,岩石的硬度也将随声波横波速度(1/Δt s) 的增加而增加。
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岩石可钻性
岩石可钻性(drillability of rock)
钻进时岩石抵抗机械破碎能力的量化指标。
岩石可钻性是工程钻探中选择钻进方法、钻头结构类型、钻进工艺参数，衡量钻进速度和实行定额管理的主要依据。
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。
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。
表1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。
实际应用时互相参照，使岩石可钻性定级更符合实际情况。
为使用方便，常把1～3级称为“软岩石”；4～6级称为“中硬岩石”；7～9级称为“硬岩石”；10～1 2级称为“坚硬岩石”。