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
岩石可钻性的测定 中国石油大学(华东)
中国石油大学（岩石可钻性的测定）实验报告实验日期： 成绩：班级： 学号： 姓名： 教师： 同组者：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 ￣＋
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。
铁路隧道岩石可钻性凿击试验相关研究
铁路隧道岩石可钻性凿击试验相关研究
马金彪
【期刊名称】《甘肃科技》
【年(卷),期】2024(40)3
【摘要】为了研究分析岩石的可钻性等级及其影响因素,文章以不同岩性的岩石试样为研究对象,开展了室内可钻性凿击试验、单轴抗压强度、弹性模量、纵波波速及薄片鉴定等测试。
统计分析了不同岩性可钻性等级,厘清了岩石各物理力学指标及矿物成分与岩石可钻性等级间的相关关系。
结果表明:(1)不同岩性可钻性等级差异显著,其中石英岩等级为难;花岗岩、二长花岗岩等级为中难;板岩、页岩分级为易;(2)岩石单轴抗压强度、纵波波速、石英含量越大,岩石可钻性等级越难;(3)岩石云母含量、泊松比与岩石可钻性等级呈负相关关系。
【总页数】5页(P5-9)
【作者】马金彪
【作者单位】中铁第一勘察设计院集团有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U2
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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
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 。
第二章岩土的可钻性
第二节 岩石可钻性及可钻性分级
二、岩石可钻性的划分方法
4、用碎岩比功评价岩石的可钻性 ---破碎比功法 压头侵入岩石时使岩石发生弹性变形所作的功为：
A弹
P
2
式中：P——岩石破碎时的载荷； ξ——与上述载荷相应的弹性变形。
工程钻探课件
第二节 岩石可钻性及可钻性分级 二、岩石可钻性的划分方法 4、用碎岩比功评价岩石的可钻性 ---破碎比功法 由材料力学知，弹性变形ξ的计算式为：
P(1 2 )
2aE
式中：μ——泊松比； a——压头半径； E——岩石弹性模数。
工程钻探课件
第二节 岩石可钻性及可钻性分级
二、岩石可钻性的划分方法
4、用碎岩比功评价岩石的可钻性 ---破碎比功法
所以有：
P 2 (1 2 )
A弹 4aE
岩石破碎时的总功为：
P2 (1 2 )
A总 A弹 Ku 4aE Ku
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、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
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。（可钻性：1.60 m/h， 一次提钻 长度：1.70 m/次 ）
工程钻探课件
第二章 岩石的可钻性及破碎过程
第一节 岩石的物理力学性质 二、岩石的结构与构造 岩浆岩：晶质结构岩石一般强度较高，同时断面粗糙者往 往研磨性较大。 沉积岩：颗粒和胶结物组成，沉积岩的主要构造特征是有 钻进过程中产生的层理，与钻进有关。 变质岩：主要构造特征是片理（如石墨和滑石）。
岩石可钻性研究
科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald研 究 报 告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P D C 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]:5711.041.0dPDC K K (1)式中:K PDC 为PDC钻头岩石可钻性级值;K D 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:c d K 043.0227.3 (2)c d V 000026.00041.0 (3)式中K d 为可钻性级值,бc 为抗压强度(mPa),V m 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]:y c d P K E K 02805.0184.001705.09759.00114.0758.3 (5)式中 K d 为牙轮钻头可钻性;бC 为岩石抗压强度;P y 为岩石硬度;E为杨氏模量;μ为泊松比;k为朔性系数。
地层岩石可钻性评价方法及区域分布规律研究的开题报告
地层岩石可钻性评价方法及区域分布规律研究的开题报告一、研究背景随着工程建设和勘探开发的不断深入，地质勘探工作变得越来越重要。
对地质地貌的研究，对于勘探开发活动具有非常重要的意义，钻孔是地质勘探中必不可少的手段，其目的就是为了获取地下的地质信息。
因此，地层岩石可钻性评价方法及区域分布规律研究具有重要意义。
二、研究目的本研究旨在探索地层岩石可钻性评价方法及区域分布规律，建立相应的评价模型和分析方法，为地质勘探工作提供科学依据和指导，提高勘探开发效率和准确性。
三、研究内容和方法本研究主要围绕地层岩石钻孔可钻性的评价方法和区域分布规律展开研究，具体内容包括以下几个方面：（1）地层岩石可钻性的评价方法研究：通过对现有文献资料的调研和参考，结合实际钻孔调查，建立地层岩石可钻性评价方法，包括对岩石属性、地质构造、地层厚度等因素的影响等方面的分析，改善对于岩土力学的理解。
（2）地层岩石可钻性区域分布规律研究：通过对已有地质勘探资料的整理和分析，探讨不同地层和不同地理环境下地层岩石可钻性的分布规律，以及影响因素和相关变量，包括地形、水文地质等等。
（3）建立地层岩石可钻性评价模型：基于上述研究内容，建立地层岩石可钻性评价模型，以期提高钻孔勘探工作的准确性和效率。
四、研究意义和预期结果本研究将对钻孔地质勘探技术的发展和推进做出一定的贡献。
通过研究地层岩石可钻性的评价方法和区域分布规律，建立评价模型，为工程建设和勘探开发提供理论指导和技术支撑，从而提高勘探开发的效率和准确性。
预期研究结果具体包括以下几个方面：（1）建立地层岩石可钻性评价方法和分析模型；（2）探讨地层岩石可钻性的分布规律和影响因素；（3）为地质勘探工作提供科学依据和技术支撑。
基于机械比能理论的煤岩可钻性分级方法
械比能(Mechanical Specific Energy，MSE)的概念。
其物理意义为单位时间内开挖单位体积岩石所需的
功。定义式为：
EMSE
4F πd 2
480nT vd 2
(1)
式中：EMSE 为机械比能，GPa；F 为钻压力， kN ；
d 为钻头直径，mm；n 为钻头转速，r/min；T 为钻
ELM 的训练速度和泛化性能在单层前馈神经网络 算法中均是最好的[18-20]。
该算法的主要原理如下：对于给定的训练数据
集 （xi ,ti）|xi Rn ,ti Rm ,i 1,, N 和 激 励 函 数
g() ，ELM 算法可以简述为以下几个步骤：
① 根据数据集的维数确定隐含层神经元的个
第3期
谢志江等: 基于机械比能理论的煤岩可钻性分级方法
· 237 ·
于防治瓦斯灾害具有非常重要的意义[1]。现阶段， 煤矿钻机的智能化程度还相对较低，在钻孔作业的 过程中仍需要人工操作[2-3]。因此，提高煤矿钻机的 自动化、智能化程度，实现钻进过程的自适应，是 煤矿钻机的未来发展方向[4]。
煤岩地质信息在线识别是煤矿钻机自适应钻进 的基础，也是实现钻孔作业无人化、自动化的先决 条件。近年来，国内外诸多学者针对地层识别开展 了深入的研究。 S.S. Peng 等[5]提出一种通过监测钻 压力变化来识别顶板锚固钻孔过程中空区和破碎区 的方法。刘少伟等[6]、李鑫涛[7]研究发现，在顶板锚 固孔施工过程中，不同的岩石类型会得到不同的动 力响应，提出了依据推力、转速、钻进速度、扭矩 等参数曲线的变化来获取所钻地层的分层信息。张 幼振等[8]采用核模糊 C 均值聚类算法对钻进过程中 的钻压力、转速和钻进速度等参数进行训练，达到 识别含煤地层岩性的目的。
基于熵权聚类分析方法的岩石可钻性分级
其中， ＝ ／ ∑ ， ｉ ＝ ｌ ， ２ ， … ， ｍ； Ｊ ＝ １ ， ２ ， …，
（ ２ ） 计 算 第 项 指标 的熵 值 ｅ ， 和 信息 效用 值 ｜ Ｉ ｌ ， ：
一
ｌ 峨 ， ｆ ＝ １ ＇ ２…， ２ Ｉ ｍ； Ｊ＝ ｌ ＇ ２ ２…， ＇ （ ８ ）
某 项指标 的信 息 效用值 ｈ ｊ 与信 息熵 ｅ ｚ ＬＩ Ｎ的 关系为 ： １ 一 （ ９ ） （ ３ ） 确 定第 ＿ ， 项 指标 的权 重 ：
Ｐ：０ ． ０ ０ ０ ７ ４ ２ ３ ６ １ ＜ｏ ． ０ ５， 残 差均 方 Ｒ ＭＳ Ｅ：３ ． ０ ５ ６ ２ ７， 上述 指 标值表 明逐步 回归 效 果理 想 。 基于 上述 分析 ， 容重、 孔深 对穿 孔速度 的影 响程度 相 当 ， 岩 石 容重 越 大， 穿 孔速 度 越小 ； 钻孔 越深 ， 穿 孔速 度越 小 。 ３岩石 可钻 性 分级 评价 指标 确 定 假设 五与 ｘ ， 之 间 的关 系可 ｈ ｉ ｎ ａ ｓ ｅｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏｌ ｏ ｇ ｙ Ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗ
●Ｉ
基 于 熵 权 聚 类 分 析 方 法 的岩 石 可钻 性 分 级
王学 超
（ 哈尔 滨 煤炭 设计 研 究 院 １ ５ ０ ０ ０ １ ） ［ 摘 要］ 通过 对矿 岩 物理 力学 特性 、 裂 隙线 密度 、 穿孔 速度 的统 计 分析 ， 应用 多元 逐 步 回归模 型建 立 关于 穿 孔速度 表达 式 ， 得 到容 重 、 密 度对 穿 孔速 度具 有 重要 影响 的结论 。 由各 评价指 标 线性相 关性 分析 结果 ， 表 明抗拉 强 度 、 裂 隙线密度 、 穿 孔速 度是 评价 岩石 可钻性 分级 的有 效指标 ， 建立 了基于 加权 聚类 分析方 法 的 岩 石可 钻 性分 级 。 采用 熵值 法确 定权 重避 免 了 以往 权 重确 定时 带有 人为 主观 因素 及专 家经 验的 影 响 ， 为 岩石 可钻 性分 级提 供 了一种 更加 科学 的方法 。 ［ 关键 词］ 穿孔 速度 ； 相关性； 岩石 可钻 性 ； 加 权 聚类分 析 ； 熵 中图分 类号 ： ＴＤ 文献标 识码 ： Ａ 文 章编号 ： １ ０ ０ ９ — ９ １ ４ Ｘ （ ２ ０ １ ４ ） Ｏ ８ 一 Ｏ ０ ０ ５ 一Ｏ １
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
基于分形理论的岩石可钻性分级方法_李士斌
2. 27
1990. 6
2. 14
1591. 2
2. 17
1487. 1
2. 14
2772. 3
2. 28
22 60
2. 29
2526. 2
2. 19
2900. 9
2. 19
2007. 4
2. 22
1985. 8
2. 2
平均误 差
2. 41 2. 09 2. 27 2. 33 2. 35 2. 31 2. 15 2. 24 2. 27 2. 16 2. 28 2. 36 2. 39
Kd
8. 81 9. 22 9. 28 8. 06 5. 3 5. 4 7. 03 4. 81 4. 62 7. 34 6. 88 8. 02 7. 43 7. 44 5. 81 6. 85 7. 34 6. 47 6. 51 6. 65 6. 81 6. 64 6. 37 6. 31 7. 08 7. 01
y = 100( r/ rm ) n
( 2)
式中: rm 表示块度分布直线与 y = 100% 线段交点上
的 r 值, 其他符号意义与式( 1) 相同。
2. 岩屑块度分布的分形维数
设有一系列不同孔径为 r 的/ 筛子0对上返岩屑
颗粒进行筛选, 直径小于 r 的碎屑颗粒漏下去, 直径
大于 r 的碎屑颗粒留在上面, 颗粒总数 N ( r ) , M ( r )
一、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
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。
川西地区提高岩石可钻性钻井方式研究
第１ 期
新
疆 地
质
中图分类号 ： ６ ４１ Ｐ３ ． ５
２１ ０ ０年 ３月
Ｍａ ．０１ ｒ２ ０
、０ ８ ＮＯ １ ，ｌ ２ ．
０Ｌ ０ＧＹ Ｘ烈 Ａ ｌ ＮＧ ＧＥ
文章编 号：１０ ．８ ５２ １ ）１１３０ ０ ０８４ （０ ００ —１—３
文献标识码 ： Ａ
式 中： — — 岩石 的 内摩擦 角 ：
岩石 的 内聚 强度 ， ａ ＭＰ ； 岩 石所 受 的 围压 ， ａ ＭＰ ．
２ 岩石可钻性实验分析
本研 究采 用 Ｚ Ｚ １ 多 功能岩 石 可钻 性测 定仪 ， Ｋ 一型 在钻 压 ８ ０Ｎ、转速 ５ ｍ 试验 条 件下 ， 钻深 ０ ～ ９ ５ｒ ｐ 预 ． ４
围压 计算 公式 为 ：
Ｐ ＝ ｗ ：０ 一 ｃ尸 一 ｌ－ ， 只… …… …… ……（） ３ ２
项 目资助 ： 项 目受 国家 ８３计 划 《 本 ６ 全过 程欠 平衡 技 术 与装备 》（０６ Ａ０Ａ１４资助 ２０ Ａ ６ ０ ） 收稿 日期 ：０ ９ ０ ．９修 订 日期 ：０ ９ １ ． ５ ２ ０ ２ １ ； ２ ０ ．２ １ 第一作 者 简介 ： 思洪 （９３） 湖南 邵 阳人， 南石 油大 学 油气 井专 业在 读研 究 生， 从 事欠平 衡 钻井 研 究 唐 １８－ 男， ， 西 主要
个 重 要 因 素 Ｊ 分 析 发 现 川 西 主 力 产 区 地 层 主 要 ， 经
以砂 岩 和 泥 页 岩 互 层 为 主 ． 岩 主 要 为 石 英 砂 岩 、 砂
长石砂 岩和 岩屑砂岩 ， 石 粒级 以中一 粒 为主 ， 岩 细 多 数 砂 岩 分 选 较 好 ， 屑 颗 粒 磨 圆 中 等 一 差 ． 层 中 碎 较 储
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岩石可钻性分级研究进展
发表时间：2017-07-24T11:46:41.000Z 来源：《基层建设》2017年第9期作者：徐泽怀
[导读] 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。
身份证号码：44052519700207xxxx 广东揭阳 522000
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。
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。
2.1.4 摇摆法
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。
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。
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。
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，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。
参考文献：
［1］鲁凡.岩石可钻性分级的讨论及可钻性精确测量[J].超硬材料工程，2007（2）.。