岩石可钻性和钻速预测

解释岩石可钻性的概念岩石可钻性是指钻井作业过程中所遇到的岩层对钻头钻进的难易程度。

钻井是一种获取地下天然资源、地质勘探和地质工程调查的重要技术手段，而岩石可钻性是决定钻探技术是否顺利开展的关键因素之一。

岩石可钻性受多种因素的影响。

首先是岩石的物理性质，如岩石的硬度、密度、强度、压缩性和耐磨性等。

硬度是指岩石抵抗外力压力的能力，对于柔软的岩石来说，可钻性较高，相对易于钻入；而对于坚硬的岩石，则相对困难。

岩石的密度决定了钻井液的压力所需的能量大小，密度大的岩石需要更大的能量才能钻入。

岩石的强度是指抵抗外力破坏的能力，其取决于岩石的粘结结构和韧性。

强度大的岩石通常较难钻入，需要选用更强的钻具。

岩石的压缩性是指岩石在受到压力作用下发生体积变化的能力，而耐磨性则是指岩石表面抵抗磨损的能力。

这些物理性质对钻井作业过程中的摩擦、切削和磨损等有直接影响，进而影响钻头在岩层中的钻进难易程度。

其次，岩石的岩性和结构也会影响岩石的可钻性。

不同的岩石种类具有不同的物理性质，例如，片麻岩、花岗岩等较坚硬的岩石通常难以钻进，而砂岩、泥岩等相对柔软的岩石则较易钻进。

而岩石的结构特征，如层理、节理、破碎带等，也会对其可钻性产生重要影响。

岩石中的节理和破碎带可导致岩石断裂和塌方，从而降低了岩石的可钻性。

另外，岩石中的岩浆岩、粉砂岩等特殊类型的岩石也具有较低的可钻性。

第三，岩石与钻具的匹配度也会影响可钻性。

钻具的选择包括钻杆、钻头和钻井液等，在不同的岩石环境下需要选择不同的钻具。

正确选用合适的钻具可以减少钻具的磨损，提高钻进速度，从而改善岩石的可钻性。

此外，钻井液作为钻井过程中的重要流体介质，对岩石的可钻性也有直接影响。

钻井液的密度、黏度、清洁度、过滤性能等都会直接影响到岩石的可钻性。

合理选择和调配钻井液的性能参数，可以减小钻井液与岩石之间的摩擦，减少井壁塌方和堵塞等问题，提高钻进速度和可钻性。

最后，还有其他因素也会影响岩石的可钻性，如地温、压力、地层流体等。

岩石的可钻性的概念及影响的因素
可钻性是指在岩石钻探过程中，岩石能够形成稳定的钻眼并且黏附在钻探工具上的程度。

岩石的可钻性受到许多影响因素，以下是其中的一些。

1. 岩石的物理特性
岩石的硬度、密度、结构和断口等物理特性是影响可钻性的关键因素。

通常来说，硬度越高的岩石越难以钻探，因为钻探工具需要更多的能量才能穿过岩石表面。

而岩石的密度和结构则指向它的稳定性，也就是在钻探过程中岩石是否会坍塌。

这些特性还会影响岩层中孔隙的大小和数量，因此，不同的岩石类型会有不同的可钻性。

2. 地下水和水压力
地下水是指岩石中的水分分布。

地下水的存在会增加钻探的难度和成本，因为钻掘物需要对水压进行相应的处理，同时，水分也会对岩石的强度产生影响。

3. 粘结力和摩擦力
在钻探过程中，钻头需要用力拉伸钢杆并在岩石表面打压而引起粘结力和摩擦力。

这些力量决定了岩石是否能够黏附在钻头上并进行钻探。

如果钻探工具和岩石之间的摩擦力较大，则可能导致钻掘工具损坏或卡住。

4. 钻杆的使用情况
钻杆是钻探的基本工具，影响钻探的深度和方向。

钻杆的质量以及上下移动的速度和角度，直接影响可钻性。

如果钻杆的角度和深度不当，则可能导致钻掘物断裂或钻掘工具卡住。

可钻性是岩石钻掘的一个关键因素，许多因素都会影响它。

理解这些因素对于决定钻掘计划和预测钻掘效果至关重要。

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！）。

岩石可钻性名词解释岩石的可钻性是指岩石的属性及其受敲击后，可以用钻头、钻头或其他螺丝钻等手段施加推力，切割出钻孔的能力。

岩石有一些不同的状态，它们可以根据矿物组成特征和结构特征来判断其可钻性。

岩石可钻性是指以钻头或其他钻头将岩石分割开来，并制成不同类型和形状的矿物粉末或砂粒的能力。

岩石可钻性与岩石结构有密切关系。

对于任何一种岩石，其可钻性取决于其矿物组成和结构特征。

通常情况下，岩石的结构决定岩石的可钻性。

例如，普通的岩石，其晶粒体态单质或结晶体态细小时，其可钻性就较高；而岩石的孔隙率、细粒含量、粘土矿物含量及其结构所具有的破裂性都会影响其可钻性。

岩石可钻性的大致分类是根据其矿物结构特征及其受敲击后所表现出的可钻性程度来做出的，按照结构特征和可钻性程度，常见的岩石可钻性分为大家常见的四种：破碎性可钻性、粉碎性可钻性、坚硬可钻性和软可钻性。

破碎性可钻性指岩石具有较强的破坏性，当施加推力时，会轻易地产生碎片，但由于其碎片受到擦切原理的影响，钻头的钻深会受到限制，孔壁也会被撞击而形成比较不平整的表面。

破碎性可钻性的岩石主要有：碎屑岩、砂岩、粉砂岩、火山岩等。

粉碎性可钻性指岩石具有一定的韧性，当施加推力时，岩石会产生破碎性及屈服性的半粉状，因而可以更有效地将其吸入钻头内。

粉碎性可钻性的岩石主要有：页岩、砂岩、火山岩等带有一定韧性的岩石，以及特殊矿物的片岩和砂岩。

坚硬可钻性指岩石的矿物组成及破坏性较低，在施加推力的过程中产生破碎性很小，且能把大量钻头磨损所需要的矿物研磨成粉末，从而形成完整钻孔。

坚硬可钻性的岩石主要有：砂质岩、片岩、花岗岩等硬质岩类。

软可钻性指岩石具有很强的碎裂性，施加推力会将岩石破裂成粉末，但由于矿物结构太软、具有自润滑性、能抵抗磨损，使得钻头具有较高的耐用度。

软可钻性的岩石主要有：薄片岩、表面层状岩及其他自润滑性岩石类型。

可钻性是一个复杂的系统，其特征受到岩石矿物结构特征和组成特征的多方面影响，因而岩石的可钻性也因其构造、地下结构、地表构造及矿物结构特征等因素而异。

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。

岩石可钻性岩石可钻性(drillability of rock)钻进时岩石抵抗机械破碎能力的量化指标。

岩石可钻性是工程钻探中选择钻进方法、钻头结构类型、钻进工艺参数，衡量钻进速度和实行定额管理的主要依据。

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。

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。

表1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》。

岩石力学及地层抗钻特性预测研究与应用【摘要】大港油田深部地层岩性致密，研磨性强，抗压强度大，可钻性差，机械钻速较低，严重影响了油田的钻井周期和钻井成本。

本文通过实钻岩心抗钻特性试验研究、岩石力学特性参数纵横向分布规律及地层岩石抗钻特性分析、地层岩石可钻性分析、钻头动态数据库的建立及钻头优选评价等技术研究，优选了适合大港油田不同地层的钻头，并针对深部特殊地层进行了钻头个性化设计，机械钻速显著提高。

本文的研究为准确分析和预测大港油田深部地层岩石可钻性提供新的技术手段，对提高大港油田的钻井效率具有重要的促进作用。

【关键词】测井资料钻头可钻性岩石力学抗钻特性大港油田钻井过程中主要钻遇平原组、明化镇组、馆陶组、东营组和沙河街组，各区块机械钻速总体呈下降趋势，特别是深部地层岩性致密，研磨性强，抗压强度大，可钻性差。

实钻结果表明进入东营组地层后随着岩石强度的增加机械钻速迅速降低，尤其是沙河街组地层深部机械钻速明显偏低，仅为沙河街上部的一半左右，严重制约了钻井速度和勘探开发经济效益的提升。

为加快深部沙河街组地层钻井速度，提高整体经济效益，有必要针对大港油田地层岩石可钻性开展研究，分析研究出其分布规律，进而优选出适合该地区地层的钻头，以指导优快钻井技术方案的制定。

1 地层岩石力学特性参数的测定为系统开展岩石力学性质参数及可钻性的测试和分析，本文收集了17块岩心，进行了声学试验、抗压强度试验、岩石硬度试验和岩石可钻性试验，为准确掌握大港油田深部地层的岩石可钻性规律提供了基本数据参考依据。

岩石力学参数试验结果如表1所示。

2 岩石力学特性参数纵横向分布规律2.1 弹性模量及泊松比假设岩石为各向同性无限弹性体，根据纵波速度和横波速度计算动泊松比和动弹性模量的关系式为：3.3 地层岩石可钻性剖面的确定根据以上回归得到的声波时差与牙轮钻头和PDC钻头关系方程，结合声波测井资料，计算并绘制出地层岩石可钻剖面，由图可以看出，沙河街组牙轮可钻性级值主要分布在5-7 之间。