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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： 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
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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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。
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）.。
