不同钻井方式下的井底岩石可钻性研究

石油钻井技术中钻头与岩石相互作用研究石油资源的开发是现代工业发展的基础之一。

石油钻井技术是开发石油资源的重要方法。

在石油钻井过程中，钻头与岩石的相互作用是十分重要的一环。

本文将探讨石油钻井技术中钻头与岩石相互作用的研究。

一、钻头的类型及其特性钻头是钻井工具中最为关键的部分，钻头的设计与制造对钻井效率、成本和安全等方面都有着重要影响。

钻头的类型很多，主要包括平头钻头、锥形钻头、扭曲型钻头、压路钻头和三角形钻头等。

不同类型的钻头针对不同的岩石类型和地质环境，在切削效果和切削质量等方面存在差异。

钻头的切削特性受其切削元件的类型、数量、布局、切削力和切削液等因素影响。

钻头的切削过程是一个极复杂的物理过程，牵涉到多个力学、热学和化学问题。

因此，石油钻井技术中钻头的研究是一项非常复杂的工作。

二、钻头与岩石的相互作用岩石是地质工程中一种十分复杂的物质。

岩石的特性取决于岩石的化学成分、结构、构造和物理性质等因素。

钻头与岩石的相互作用主要表现为切削力和切削质量两个方面。

在钻井过程中，钻头的旋转和推进都会产生切削力。

切削力的大小取决于压力和速度等因素。

高速旋转的钻头会产生离心力，使岩石松散并被钻头带离井口。

同时，钻头还会与岩石进行挤压作用，使岩石形成切削角和切削面。

在切削质量方面，钻头与岩石相互作用的主要问题是如何控制切削面的质量。

切削面的质量直接影响到井壁的稳定性、孔壁的防塌和钻头的寿命等关键技术指标。

因此，钻头的切削质量是石油钻井技术中一个非常重要的问题。

三、钻头与岩石相互作用研究的意义石油钻井技术中钻头与岩石相互作用的研究对促进石油资源的开发、提高钻井效率、降低钻井成本、保障生产安全等方面具有十分重要的意义。

首先，钻头与岩石相互作用的研究可以指导钻头的设计和制造。

通过研究钻头与不同种类的岩石的相互作用，可以有效地改进钻头的结构和材料，提高钻头的切削效率和寿命。

其次，研究钻头与岩石相互作用可以指导钻井过程的优化。

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。

利用钻井资料实时监测岩石的可钻性发表时间：2010-08-12T15:16:11.670Z 来源：《西部科教论坛》2010年第6期供稿作者：郑明明1 鲍挺1 高晓星1 张思渊1 [导读] 岩石可钻性是优选钻头，制定生产定额以及降低钻井成本的基础。

因此，可靠你、快速、低成本地预测。

郑明明1 鲍挺1 高晓星1 张思渊1（1.中国地质大学(武汉)工程学院，湖北，武汉，430074）摘要：岩石可钻性是优选钻头，制定生产定额以及降低钻井成本的基础。

因此，可靠你、快速、低成本地预测。

岩石可钻性显得尤其重要。

文章在分析现有岩石可钻性预测方法的基础上，探讨了岩石可钻性与测井参数间的关系，开展了利用测井资料和实钻井录井资料相结合实时监测岩石可钻性的方法研究，方法更加全面科学，通过对井底钻井液密度的实时监测等措施提高了计算岩石可钻性的精确度。

结果表明，利用测井资料及其导出资料和实钻井录井资料结合计算岩石的可钻性，可以快速实时地在现场计算分析出岩石的可钻性级数，提高了工作效率，对工程施工具有重要意义。

关键词：岩石可钻性；钻井资料；钻井液密度；实时监测岩石可钻性指标是钻井工程中必需的一个基本数据，它在钻井工程中有重要的应用价值，如指导钻头选型、用于钻头参数优选、预测钻速、制定生产定额等，因此，岩石可钻性的表示及测定是钻井工程中的一项基础性工作。

归纳总结得出获取岩石可钻性的方法主要有微钻头钻进法、D 指数法和利用测井参数预测岩石可钻性的3大类方法。

微钻头钻进法和D指数法在预测岩石可钻性上虽有一定的效果和经济意义，但其都存在一定的缺点。

但现有的预测地层岩石可钻性的方法，因受主客观条件的限制，都存在以下问题：①难以全面反映岩石在地下所处的高温高压环境的影响；②难以全面反映非均质地层岩石性质的变化；③在井下岩性变化大的区域，室内测定数据对钻井指导意义不大，测定得到的数据可能对钻井缺乏可对比性i④受岩心资料和经费的限制，难以建立连续剖面；⑤要想掌握某地区岩石性质要重新进行测定，需投人大量的资金、时间及巨大的工作量。

岩石可钻性分级研究进展摘要：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。

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。

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！）。

岩石可钻性表示方法探讨
张厚美;薛佑刚
【期刊名称】《钻采工艺》
【年(卷),期】1999(022)001
【摘要】５０年代，我国石油、矿山、地质等行业广泛使用前苏联史立涅尔提出
的压入硬度表示岩石可钻性，而８０年代后我国石油行业改用美国罗劳提出的微钻法测定岩石可钻性。

后者是否比前者更具优越性？本文对此进行了探讨。

文中介绍了岩石可钻性的概念及常用的表示方法，对压入硬度法和微钻法原理、测定方法、结果等进行了对比，并对压入硬度和可钻性级值垢关系进行了统计分析。

结果表明，压入硬度和可钻性级值在统计意义上并无显著差别，而
【总页数】4页(P10-13)
【作者】张厚美;薛佑刚
【作者单位】同济大学;江汉石油管理局钻头厂
【正文语种】中文
【中图分类】TE241
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（—）地层岩性对钻头失效的影响表现在钻井工艺上：影响钻进速度、钻头进尺；使钻井过程出现井漏、井喷、井塌和卡钻等复杂情况；使泥浆性能发生变化；影响井眼质量，如井斜、井径不规则，进而影响固井质量。

通过分析地层岩性及其对钻井工艺的影响，可对钻头选型和使用的合理性进行判断。

粘土、泥岩和页岩层影响：极易吸收泥浆中的自由水而膨胀，使井径缩小，造成下钻遇阻，甚至卡钻，随着浸泡时间的延长，又会产生掉块剥落，使井径扩大，造成井塌。

应尽量使用清水或低比重低粘度的泥浆钻进。

炭质页岩联接力弱，容易垮塌。

泥质岩层质软，钻速快，也容易泥包。

砂岩：其性质依颗粒的大小、成分以及胶结物的不同有很大差别。

颗粒越细、石英颗粒越多、硅质和铁质胶结物越多则越硬，对钻头磨损越大，如石英砂岩；泥质胶结物越多，云母和长石的成分越多则较软易钻；颗粒越粗，胶结物越少，渗透性越好，易产生泥浆的渗透性漏失，并在井壁上形成较厚的泥饼，引起粘附卡钻等复杂情况，造成钻头的非正常使用。

砾岩：在砾岩层中钻进易产生跳钻、蹩钻和井壁垮塌；当泵排量小或泥浆粘度低时，砾石颗粒不易上返，对钻头牙轮体和牙齿损坏较大。

石灰岩：一般质硬，钻速慢、进尺少。

有的有缝缝洞洞发育，钻遇缝洞时，会引起蹩钻、放空、泥浆漏失等，井漏后有时还会发生井喷。

石灰岩地层对钻头进尺、机械钻速和钻头失效影响很大。

另外，当地层软硬交错，如泥岩与较硬的砂岩相间，易产生井斜；地层倾角较大时易产生井斜。

钻头在斜井中钻进易造成损坏。

当岩层中含有可溶性盐类，如石膏层、岩盐层等，会破坏泥浆的性能，影响到钻头的正常使用。

（二）、钻井工艺一般指钻压、转速和泥浆排量三个钻进过程中可控制的工艺参数。

在实际应用中，钻井工艺应根据地层条件、钻头类型、钻井设备和操作人员技术水平制定。

按其要求和条件的不同，钻井工艺分有：1）优化钻井工艺：在一定条件下，能达到最好经济指标的钻井工艺参数。

2）强化钻井工艺：为达到更高的钻进速度，采用比一般钻井参数高的钻井参数。