岩石可钻性测试实验
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）。
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 。
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！）。
基于分形方法的深部砂岩地层岩石可钻性分析
基于分形方法的深部砂岩地层岩石可钻性分析王海淼【摘要】石油钻井中测量岩石可钻性的主要方法是以井下取心为对象.测量岩石的力学性能和微钻法可钻性试验,但这种方法采样费用高,试验周期长,不能在现场直接应用,这对实际应用造成了很大困难.用筛析法分析不同围压下砂岩岩心碎屑的分布,发现砂岩岩心破碎碎屑是分形分布.不同围压的实验中,碎屑分布的分维值不同.随着围压的增加,砂岩破碎碎屑的分维增大.解释了砂岩碎屑分维增大的原因,研究了碎屑分形分布的物理机制.并进一步分析了砂岩岩心分形维数与可钻性和围压之间关系,为使用实际钻进过程中产生的上返岩屑描述可钻性指标奠定基础,为可钻性研究提供一条新的途径.%The primary method of measuring rock driUability is selecting well coring as object, measuring rock mechanical property and doing driUability test in micro-drilling method during drilling. However, field application shows that the sampling cost is high and the test period is long. It can't be directly used on field and makes great difficulty to field application. Sandstone coring clastics distribution in different confining pressure using filter approaches is analyzed and find that it is fractal distribution in sandstone coring breakage clastics. The fractal dimension D value of elastics distribution is different under different confining pressure tests. The fractal dimension of sandstone fragment distribution augments with the increasing of confining pressure. The causes of fractal dimension increasing are explained and physical mechanics of elastics fractal distribution are studied. Furthermore the relationship among coring fractal dimension, driUability and confining pressure is analyzed. It is theelements of describing driUability using upturned detritus during driUing.It is a new approach of studying driUability.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2011(011)024【总页数】4页(P5917-5920)【关键词】岩石可钻性;围压;分形;分形维数【作者】王海淼【作者单位】大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院,大庆163318【正文语种】中文【中图分类】TE22岩石可钻性是指在一定钻井技术条件下，岩石抵抗工具破碎的能力，是表示岩石被钻进时所表现出的难易程度。
SY-T 5426-2000 岩石可钻性测定及分级方法
ｓ Ｙ汀 ５ ２ － ２ 佣 ４６ ０
ｂ ）确保动载钻压为５Ｏ ２Ｎ； ０Ｎ士 ０ ｃ 主轴旋转速度为 ５ｒ ｉ ｌ ｍｎ ） ５／ ｎ ／ ｉ ｍ １ ａ ｒ ３２２ 深度测量仪器 ．． 测量钻深值， 精度为 ＯＯｍ ．ｌｍｏ ３２３ 计时仪表 ．．
２１３ 试样两端面的平行 度公差值 小于或等于 ０ ２ ｍａ ．． ．ｍ
２１４ 试验前， ．． 将试样放在温度 设置为 １ 一１ ℃干燥箱内烘烤 ２ｈ ０ １ ５ ０ ４． ２２ 试验仪器设备 ． ２２１ 旋转加载装置， ．． 应满足下列要求 ： ａ 确保静载钻压为 ８０ ＩＮ 其标定量具精度为０５６ ） ９Ｎ士 Ｏ ， ． ； ９ ｂ ）确保动载钻压为 ８Ｏ １ ； ９Ｎ ０ ２Ｎ ｃ 主轴旋转速度为５ｒ ｉ士 ｒ ｉ ） ５ ｍｎ ｌ ｍｎ ／ ／ ｏ ２２２ 深度测量仪器： ．． 测量钻深 值，精度为ＯＯｍ ｏ ． ｍ ｌ ２２３ 计时仪表： ．． 精度为ＯＯｓ ｌ ． ２２４ 微型钻头： ．． 微型 钻头 是用刀片轴将 ８ 片刀片和 ９ 片间隔垫片穿在钻头体上构成。组装后直径为 ３． ｍ ， １ ５ｍ ７
３ Ｄ Ｐ Ｃ钻头岩石可钻性测定 方法
国家石油和化学工业局 ２０ 一 ３ ３ 批 准 ００ ０ 一 １
２０ 一１ 一 １实施 ０１ ０ ０ ）
Ｓ Ｔ ４２ Ｙｉ ５ ６－ ２０ ０ ０
刀片
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图 １ 牙轮微型钻头组装示意 图
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本 标准起草单位 ：石油勘探 开发科学 研究 院钻井 工艺研究 所。
本标准主要起草人 杨德凤 樊冀安 高 学之
本标准首次发布时间为 １９ 年 １ ，本版本为第一次修订。 ９２ 月
火成岩岩石可钻性的微钻头试验研究
通过回归分析，可得到以下经验关系： 对于牙轮钻头：K d=17.248e-0.0113t ；对于PDC钻头：Kd=23.965e-0.0203t 由图知测井曲线较好的体现岩石的物理 特性，其中纵波时差反映了地层的拉伸和压 缩变形特性及强度特性。而地层的岩石可钻 性反映了岩石抵抗钻头冲击与剪切破坏的能 力。因此，岩石可钻性级值及抗压强度与声 波时差的相关性最好。
⑥数据采集控制系统：包括计算机打印 机，数据采集板卡，数据采集控制软件，相 应外围电路等。用于采集监控钻压，钻深等 数据，并根据设定要求驱动相应的受控部件 保证测试的进行。
3 实验方法与步骤
3.1 牙轮钻头岩石可钻性确定方法
圆柱形试样：高度30-80m m：直 径40-100m m；方形试样：长×宽为 100m m×100m m：高度20-100m m。同时要求 岩样两端面的平行度公差值小于或等于 0.2m m。试验前，将岩样放在温度设置为
③旋转ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ置：由电机通过减速系统给定 钻头旋转速度，转速可以调节并给于显示。
④钻压模拟控制系统：主要包括钻压模 拟部分和钻压控制部分，钻压模拟采用液压 加载方式，钻压控制部分由压力调节，压力 监测，自动恒压控制等功能，由计算机控制 完成。
⑤钻深测量系统：使用高精度位移传感 器跟踪计量钻进深度，计算机会自动根据设 定参数进行计时。
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105-110℃干燥箱内烘烤24小时。 ⑴微型钻头： 微型钻头是用刀片轴将8片刀片和9片
间隔垫片穿在钻头体上构成。组装后直径为 31.75mm。
⑵试验程序 ①装好试样，测探和测时仪表调零，启 动试验装置。 ②钻深达0.2m m时开始计时，再钻探 2.4mm，记录钻进时间，并停钻。 ③每种岩样按上述程序重复三次。
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
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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
六.实验成果及要求
钻头模式
1 钻时/s 2 3 平均钻时/s 岩石可钻性等级
牙d1 t d 2 t d3 3
td 2
K d log
地层可钻性分类表
4 8 16 32 64 128 256 512 测 定 <~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ > 值 4 8 16 32 64 128 256 512 1024 1024 s
级 1 2 3 别 类 别 软 4 5 6 中 7 8 9 硬 10
岩石可钻性的测定实验
实验报告封皮
课程名称：岩石力学 指导教师：尹博宁 开课学期：2013-2014学年第一学期
一、实验目的及要求
1．掌握可钻性的测定方法 2．学会如何根据岩石可钻性进行钻 头选型
二、实验条件及要求
岩石可钻性测定仪 钻头直径：32.75mm 钻压：890N(牙轮钻头)或500N（PDC模 式） 转速：55r/min 钻进深度:2.4mm（牙轮模式）或 4mm(PDC模式)
5：按下清零按钮，控制器及计时器归零后 再次按下清零开关。 6：开电机开关。 7：钻完后，电机自动停转，记录计时器显 示的钻时，并关闭电机开关。 8：手摇泵缓慢卸压，使压力表归零。 9：松开旋转手轮，卸下岩石。
五、实验注意事项
1：清零及电机开关按钮按两下复位。 2：手摇泵加压及卸压时不能过快，防止损 坏压力表。 3：仪器接有220V强电，实验过程中不要打 开机柜。
三、实验相关知识点（实验原理）
用微钻头在岩样上钻孔，通过实钻钻时确 定岩石的可钻性
四、实验步骤
1：打开电源总开关前关闭所有钻进模式开关， 打开总电源，根据钻头类型打开相应的钻进模 式。 2：将岩石放在岩心支架上，旋转手轮将岩石压 紧。 3：根据钻头选择两个砝码（PDC用一个大砝 码、牙轮用两个砝码）。 4：用手摇泵进行加压，使砝码升到最上端（小 于1MPa），回退手摇泵，牙轮0.8MPa、 PDC0.6MPa。
川西须家河深层岩石力学性质及可钻性研究
第３３卷第５期Ｖ０１．３３Ｎｏ．５钻采工艺ＤＲＩＵ』ＮＧ＆ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＣＹ·２９·川西须家河深层岩石力学性质及可钻性研究朱澄清１，杨迎新２，廖忠会３，况雨春２，王希勇３（１中石化西南油气分公司２西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室３中石化西南油气分公司工程技术研究院）朱澄清等．川西须家河深层岩石力学性质及可钻性研究．钻采工艺，２０１０，３３（５）：２９—３ｌ，３８摘要：川西须家河深层岩性致密，石英含量高，研磨性强，硬度高，可钻性差，钻井机械钻速普遍很低，严重制约了川西地区深层油气勘探开发事业的发展。
文章通过大量的室内试验研究，获得了岩石抗压强度、研磨性、硬度等岩石力学性质和可钻性参数，并通过对岩石的可钻性级值与测井资料之间的相关性分析，拟合出适用于这一层位的ＰＤＣ钻头可钻性分析预测函数。
并通过对岩石力学性质剖面曲线的分析研究，总结出了川西须家河深部地层对ＰＤＣ钻头工作性能的几点要求，为深入开展ＰＤＣ钻头个性化设计提供了重要的理论依据和指导思想。
关键词：岩石力学性质；可钻性；深层；ＰＤＣ钻头中图分类号：ＴＥ２１文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—７６８Ｘ．２０１０．０５．００８地层岩石力学性质及可钻性可以为钻头选型和钻井工艺设计等提供重要的技术依据。
随着我国石油工业勘探和开发工作不断向深部地层方向发展，深井超深井数量逐年增多。
但是由于深部地层或深部井段地层岩石非常致密，岩石的硬度、塑性系数和抗压强度高，特别是川Ｉ开ｉ地区深部须家河层段地层岩石可钻性差、研磨性强，且须四底部含有砾石，从而导致钻速慢、钻头寿命低，川西新场地区须三、须四层段平均机械钻速不足１ｍ。
因此专门针对川西地区须家河层段开展地层岩石力学性质及町钻性室内试验研究对于合理选用钻头、开展个性化钻头设计、加快钻进速度以及优化钻井参数、缩短建井周期具有重要意义。
表ｌ试验用岩石基本资料层位岩石类别岩性取样层段岩石数量ｒ１３）（５露头岩石中一细砂岩须五底６块露头岩石底砾岩１块露头岩石中一细粒岩屑石英砂岩须四底２块乃Ｘ４露头岩石粗砂岩２块露头岩石粗砂岩须四顶２块仍）（３实钻岩心粗砂岩须三底３块ｒ１３Ｘ３露头岩石中粒岩屑石英砂岩须三顶５块１３Ｘ２露头岩石中一细粒岩屑石英砂岩须二底７块一、岩石力学性质及可钻性室内实验为精确测得川两深层岩石力学性质及可钻性级值，本次室内实验研究共采集到须家河层段实钻岩心和露头岩石共计２８块，其基本资料如表１。
利用测井资料综合预测岩石可钻性的试验研究
பைடு நூலகம்
岩 石 可 钻 性 用 以 表 征 岩 石 抗 钻 强 度 的 大 小 ， 是 岩 石 物 理 性 质 在 钻 进 时 的 综 合 表 现 ， 是 钻 头 选 型 和 优 选 。 目 前 国 内 外 普 遍 采 用 声 参 数 钻 井 最 重 要 的 参 数 之 一 ［ ］ １ ７ ， 但 声 波 时 差 波 时 差 测 井 资 料 来 预 测 岩 石 可 钻 性 ， 主 要 包 括 岩 性 、 孔 隙 是 岩 石 声 学 特 性 的 综 合 反 映 度 、 孔 隙 流 体 类 型 ， 并 不 能 完 全 反 映 岩 石 抗 钻 强 度 的 图 波 速 测 试 系 统 示 意 图 ， 因 此 岩 石 可 钻 性 预 测 精 度 不 是 很 高 。 笔 者 通 过 大 小 １ ， 分 别 研 究 了 岩 石 声 波 时 差 、 岩 性 、 密 度 和 １ 室 内 试 验 密 度 测 定 ４ ３ 泥 质 含 量 对 岩 石 可 钻 性 的 影 响 规 律 ， 建 立 了 岩 石 可 钻 采 用 排 水 法 测 定 岩 样 密 度 （ 单 位 为 ／ ） 。 ｃ ｍ ｇ ρ ， 提 高 了 预 测 精 度 。 性 级 值 综 合 预 测 模 型 泥 质 含 量 测 定 １ ５ 根 据 沉 降 法 则 ， 采 用 沉 降 虹 吸 分 离 法 测 Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ 岩 心 试 验 １ 定 砂 岩 泥 质 含 量 。
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。
岩土钻掘工程学实验
一、实验目的： 1、了解压入硬度计和摆球硬度计的结构及测 试原理，掌握其操作方法； 2、了解岩石超声波测试仪的的测试原理和岩 石微钻速度的测试方法； 3、一般了解肖氏硬度计，洛氏硬度计的测试 原理及使用操作；． 4、根据测得的岩石硬度值，声速值及微钻速 度后进行岩石可钻性分析；
二、实验仪器：
钻进和金刚石钻进章节后而进行的实验，其目的如下： 1．根据岩石性质正确选择钻进方法，钻头类型及
钻进规程参数； 2．通过实验台钻进实验测量钻进规程参数，并能
分析它们对钻速的影响及相互关系； 3．一般了解钻机的操作及钻进规程参数常见的测
量方法；
二、实验设备
钻机、钻塔、水泵、电动机及相关测试仪表。
三、实验注意事项:
5. 打捞工具
钻探工作中由于种种原因，往往会发生钻具折断，卡钻， 埋钻、烧钻以及套管事故等。要求选用合理的打捞工具，处 理这些孔内事故，把孔内事故时间压缩到最低限度，常用的 打捞工具主要有：千斤顶、丝锥、套管公锥、冲击把手、吊 锤、钻杆冲击接头，反事故接头、套管割刀、套管铣刀、捞 管器、反管器、磁力打捞器及其它工具等。
（3）钢粒钻头
本次实验主要测量钢粒钻头的内、外径，高度， 丝扣长度，水口规格，形状，钻头壁厚。
（4）牙轮钻头
牙轮钻头分为铣齿式和镶齿式，注意两类钻头的 结构特点。
2．扩孔器
金刚石钻进必须配备扩孔器，其作用是修整孔 壁，保持孔径，减轻钻具摆动，提高钻头寿命。在 单管钻具中还起限制卡簧上移的作用。扩孔器由金 刚石，胎体，钢体三部分组成。
（2）硬质合金钻头
硬质合金钻头也可分为全面钻头和取心钻头。常 用的全面钻头有三翼阶梯式，矛式，刮刀式，鱼尾式， 三翼补强式等，常用的取心钻头有，螺旋式肋骨合金 钻头，阶梯式肋骨合金钻头，品字型、三八连续掏槽 式，大八角合金钻头，内外镶合金钻头，单双粒合金 钻头和破扩式合金钻头。
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。
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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！）。
7、转动手摇泵给活塞缸和储能器加压，先使钻头上移顶在岩样底面上，后顶砝码至最高点（注意：该过程中应特别注意观察压力表，不能使压力表超过0.9MPa ！），然后，回摇手摇泵，使砝码下行，观察压力表，停摇手摇泵后，压力能够反弹至试验规定值后即可；
8、待压力稳定后，按清零按钮，待位移、时间清零后，再按清零按钮复位；
9、打开电机开关进行实验；
10、当位移显示至规定值（牙轮钻头模式2.6mm，PDC钻头模式4mm），电机停转后立即关闭电机开关；
11、记录钻进时间；
12、逆时针转动手摇泵手柄，先后使砝码和钻头下行至最底部（注意：当压力降至将近零点时，应缓慢斜压，不要使压力表承受过大负压！）；
13、松开手轮，卸下岩样；
14、取下岩心支架，抱住接屑盘外圈，向上同时取下接屑盘和钻头（注意：不要直接抓着钻头向上拔出，以免撞伤手部！）；
15、清理后，将接屑盘和钻头装回原位；
16、应及时对手轮和手摇泵丝杠、砝码支架活塞、液缸活塞、花键轴加油和维护，保证活动顺畅。
四、实验数据
钻头模式牙轮模式
钻时/s
1 73
2 65
3 57
4 83 平均钻时/s 69.5
五、数据处理（需列出详细计算过程）
根据实验中测得的钻进时间，结合实验原理中岩石可钻性的计算方法及分级标准，计算岩石可钻性并将结果填入表2中（注意：要求列出计算过程！）。
表2 岩石可钻性试验记录表
钻头模式牙轮模式
钻时/s
1 73
2 65
3 57
4 83 平均钻时/s 69.
5 岩石可钻性等级中6
12.65.69log log 22===t K d
六、思考题
1．实验过程中哪些步骤对测量结果精度影响较大，如何操作才能提高测量 结果的精度？
答：岩样，桌面平整光滑度，手轮转动力度，钻速的调整，钻压的施加，未清零或未复位等环节，应该如下操作1，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！）。
,2，转动手摇泵给活塞缸和储能器加压，先使钻头上移顶在岩样底面上，后顶砝码至最高点（注意：该过程中应特别注意观察压力表，不能使压力表超过0.9MPa ！），然后，回摇手摇泵，使砝码下行，观察压力表，停摇手摇泵后，压力能够反弹至试验规定值后即可；,3待压力稳定后，按清零按钮，待位移、时间清零后，再按清零按钮复位；
2．调研并简要介绍岩石可钻性是如何应用于工程实践？ 思考岩石可钻性的 其它应用？
答;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。
其外岩石可钻性在凿岩，破岩和钻头选取也有广泛的应用。