中国石油大学(华东)岩石可钻性

岩石可钻性

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 ±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（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：

2log d K t （1）

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

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），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：要确保岩样的钻进面一定为平面！）。

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，应缓慢卸压，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

表2 实验原始数据记录表

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 3 中（注意：要求列出计算过程！）。

由公式（1）可得22log log 33 5.04d K t ===。查表1 岩石可钻性分级对照表可得岩样等级为软4。

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对测量结果精度影响较大。

应如下操作：

（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：（1）了解岩石的可钻性，可帮助针对性地优选钻头，优化设计参数，从而提高钻井速度。

（2）在岩石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进方法、钻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。

七、意见反馈

针对实验课提出自己的意见和建议。

通过本次实验，了解了岩石的可钻性，掌握了测量方法，加强了对理论知识的认识与理解。实验过程中提高了分析问题的能力和实验操作的能力，以及实验数据的处理能力。

最后，感谢老师的悉心指导！