岩石的可钻性
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岩石可钻性分形法的检验与评价
目前确定可钻性指标 的方式是在室内通过测试岩 石试样的力学性能， 或模拟真实钻进条件用微钻头来研 究可钻性指标 。微钻头法测定结果符合程度高 ， 但 由于 室 内试验滞后于实际钻进， 费用高， 周期长 ， 妨碍钻井速 度 的提 高［ １ ］ 。为 解 决 以上 问题 ， 本 文 引 入 分 形 理 论Ｅ 。 ］ ， 提 出一 种用 岩 屑粒 度 分布 分 形维 数来 确 定 可钻 性 级值 的测试 方法 ， 简 称分形法 。该方 法 以井底 返 出岩 屑为研究对象， 可以边取样边测定 ， 实 现随钻随测 ， 从根 本上解决了传统取芯法 的滞后性 、 费用高等缺点 。笔者 研究 发 现Ｅ ： 上 返岩 屑 粒度 分 布不 仅具 有 良好 的分 形 性， 其 粒度 分形 维数 随深 度 增 大 ， 且 与微 钻 头岩 石 可 钻 性级 值呈线 性关 系 。本 文将 在 上述 研 究 基础 上 继 续 展 开工 作 。 １ 分 形概念 分形几何理论在 ２ ０ 世纪 ７ ０ 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 ， ２ Ｏ 世纪 ８ Ｏ 年代 ， 分形几何学在岩石 力学方 面得到 了广泛 应用 ， 开 始 应 用 于岩 石 力 学研 究 。例 如 ， 在结 榭 陛岩体 爆破 破碎 分 形 、 矿 山岩 体 断 裂 构造 分 形 、 岩石分形强度理论 、 岩石断裂、 岩石损伤分形等研究方 面， 近 几年 国 内外 都取得 了大 量研究 成果 。 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
第一作者简介 ： 李玮（ １ ９ ７ ９ 一 ） ， 男（ 汉族 ） ， 吉林榆树人， 博士 、 副教授 ， 现从 事油气井工程力学及岩石力学方面的教学和研究工作 。
第2章岩石力学性质与分级
类别 钎刃磨钝宽度（mm）
磨蚀性
表2-6 岩石磨蚀性分级
1 ＜0.2
弱
2 0.3~0.6
中
3 ＞0.7
强
2.3.2 按点载荷强度进行可钻性分级
点载荷试验是国际岩石力学学会（ISRM）试验委员会推荐的一种便 携式测量方法。点载荷试验是将试样置于试验机的两个压头之间，逐渐 加载，使试样破坏，再用下式求得点载荷强度：
2
3
式中:V—岩石爆破漏斗体积，m3 ； K1—大块率（＞30 cm），% ； K2—平均合格率，%； K3—小块率（＜5 cm），% ； (ρ C)—岩体波阻抗，KPa ； e—自然对数之底。
表2-4 岩石爆破性分级表
级别 爆破性指数 N 爆破性程度
代表性岩石
Ⅰ Ⅰ1 Ⅰ2
<29 29.001~38
表2-2 几种岩石动、静载强度试验结果
2.2 岩石凿岩爆破性的判据和分级
岩石分级是按照岩石作业工艺，从量上分别对岩石进行分级，为设计、 生产、管理和研究部门提供科学依据。
2.2.1 普式岩石坚固性分级
早在1926年前，普氏提出了用岩石试块七项指标的平均值来表征岩石 的坚固性。发展到现在还有一个指标——岩石试块的静载极限抗压强度有意 义,但单位由原来的公斤米制变为牛米制，所以现在的普氏岩石坚固性分级 实质已经不是原来普氏的分级，而是岩石单轴抗压强度（牛米制单位）的换 算值，即普氏系数 f。根据 f值将岩石分为10级， f值大，则难钻岩、难爆 破、岩石稳定，反之， f值小，则易钻岩、易爆破、岩石不稳定。
图2-1 岩石凿测器 1-钎头；2-承击台；3-插销；4-导向杆；5-落锤；
6-△形环；7-操作绳；8-导杆顶；9-转动把手
（1）凿碎比功 凿碎比功是指凿碎单位体积岩石所消耗的功，其值按下式计算：
井巷工程知识要点总汇
一、名词解释1. 岩体：是指地下工程周围较大范围的自然地质体。
2. 岩石的可钻性：表示钻头在岩石上钻眼的难易程度。
3. 岩石孔隙率：岩石内的各种裂隙、空隙的体积和岩石总体积的比值。
4. 岩石普氏硬度系数：即岩石坚固性系数f，其值为岩石单轴抗压强度除以10来表示，用以表达岩石破坏的难易程度。
5. 炸药猛度：指炸药爆轰时粉碎与其接触介质的能力，用一定规格铅柱被压缩的程度来表示。
6. 瞎炮：通电起爆后，工作面雷管全部或少数不爆称为瞎炮。
7. 爆破作用指数：通常把爆破漏斗半径与最小抵抗线的比值称作爆破作用指数。
8. 间隙效应：连续多个混合炸药药卷在空气中都能正常传爆，但在炮眼内如果药卷与炮眼孔壁存在间隙，常常会发生爆轰中断或爆轰转变为燃烧的现象，称为间隙效应或管道效应。
9. 殉爆距离：装有雷管的主动药包爆炸时，能使相隔一定距离的另一同种药包百分百发生爆炸的最大距离。
10. 装药系数：炮眼内装药的长度与炮眼长度的比值。
11. 炸药的氧平衡：用来表示炸药内含氧量与充分氧化可燃元素所需氧量之间的关系，通常用每克炸药不足或多余的氧的克数或百分数来表示。
12. 偶合装药：药卷与炮眼之间没有或很小的间隙。
13. 正向装药：起爆药包位于炮眼的最外端，雷管和各药卷的聚能穴均朝向眼底的装药方法，为正向装药。
14. 岩石可爆性：表征岩石爆破的难易程度。
15. 最小抵抗线：炸药药包中心到自由面的垂直距离。
16. 自由面：岩石与空气接触的表面称为自由面。
17. 炮眼利用率：是指炮眼炸破后的实际进度与炸破前炮眼深度的比值。
18. 光面爆破：光面爆破的实质，是在井巷掘进断面的轮廓线上布置间距较小、相互平行的炮眼，控制每个炮眼的装药量，选用低密度和低爆速的炸药，采用不耦合装药同时起爆，使炸药的爆炸作用刚好产生沿炮眼连线的贯穿裂缝，并沿炮眼连线将岩石崩落下来的一种爆破方法。
19. 微差爆破：利用毫秒雷管或其它设备控制爆破顺序，使每段之间只有几十毫秒的时间间隔的爆破。
基于测井资料的岩石可钻性研究
声 波 时 差 间 接 确定 地 层 的力 学 性 质 是 石 油 行 业 中 的研 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
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
基于分形方法的深部砂岩地层岩石可钻性分析
5918 表1 各参数拟合数据表
科
学
技
术
与
工
程
11 卷
达深 1 井 参数 分维与围压 a值 b值 R 2 相关系数
^
葡深 1 井 分维与围压 8． 224 8 － 11． 921 0． 983 7 分维与可 钻性级值 0． 006 6 2． 320 3 0． 982 1
分维与可 钻性级值 0． 005 7 2． 28 0． 990 4
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 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 屑的分维增大。解释了砂岩碎屑分维增大的原因 ， 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。 关键词 岩石可钻性 TE22 ； 围压 分形 文献标志码 分形维数 A
岩石的围压效应非常明显岩石强度随着围压的增加而增加塑性变形性能也在增强同时试样破坏方式发生改变56围压下砂岩岩心破坏机理分形体具有复杂的结构且整体中任何一部分都可以表现出如整体一样的复杂性整体和局部通过自相似性的表度变换紧密地联系在一起这一性质有一定尺度范围
第 11 卷 第 24 期 2011 年 8 月 1671 — 1815 （ 2011 ） 24-5917-04
[
]
。由于取心费用大， 实验周期较长， 难于在现
场广泛使用。 本文对围压砂岩岩心破碎分形维数 机理进行研究， 深入剖析砂岩岩心的破碎机理， 并 建立破碎分维与围压和砂岩岩心可钻性关系 。 这 将为使用实际钻进过程中产生的上返岩屑描述可 为提高钻井速度、 合理选择破 钻性指标奠定基础， 岩工具提供指导。
地质岩心钻探规程
前言本规程包括了岩心钻探工程设计的编制、钻探方法和设备选择、通用的工艺方法、冲洗介质及施工守则、钻孔质量保证、钻探施工的人身健康、安全、环境保护和生产管理等方面的内容，是不同领域岩心钻探工程及各种专项钻探工艺技术方法的基础性规程。
本规程是地质岩心钻探工程设计、施工、管理和检查验收等各项工作的重要依据和准则。
对于不同的勘查对象、勘查阶段、勘查目的而有所变更的一些特殊要求和技术指标,应符合相关的规程、规范或通过协议、合同做出明确规定。
本规程是遵循GB／T 1．1—2009的起草规则，首次以技术标准形式发布.本规程由中国地质调查局提出。
本规程由国土资源部归口。
本规程起草单位：中国地质科学院勘探技术研究所。
本规程主要起草人：王达、赵国隆、肖亚民、陈星庆、汤松然、孙建华、张林霞、刘秀美、戴智长。
本规程由国土资源部负责解释。
地质岩心钻探规程1 范围本规程规定了钻探施工过程所有工序的技术要求及相关管理规定.本规程中对“岩心”的界定是广义的,指能采集到的各类岩石样品，即除圆柱状的岩心外，也包括各种岩块、岩样和岩屑，故各种反循环连续取心也被纳入岩心钻探的范围。
本规程主要适用于地质岩心钻探，工程勘察、工程施工、水文水井钻探和油气井钻探的小口径钻孔施工,可参照本规程。
本规程适用于孔深3000 m以内的钻孔施工.2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件,其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB／T 1。
1 标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写GB／T 3787手持武电动工具的管理、使用、检查和维修安全技术规程GB／T 5005钻井液材料规范GB 6722爆破安全规程GB／T 9151钻探工程名词术语GB 15848铀矿地质勘查辐射防护和环境保护规定GB／T 16950金刚石岩心钻探钻具设备GB／T 16951金刚石绳索取心钻探钻具设备GB／T 18376。
按坚固性系数对岩石可钻性分级表
2
Ⅵa
比较软
碎石质土壤，破碎的页岩，粘结成块的砾石、碎石，坚固的煤，硬化的粘土。
1.5
Ⅶ
软
软致密粘土，较软的烟煤，坚固的冲击土层，粘土质土壤。
1
Ⅶa
软
软砂质粘土、砾石，黄土。
0.8
Ⅷ
土 状
腐殖土，泥煤，软砂质土壤，湿砂。
0.6
Ⅸ
松散状
砂，山砾堆积，细砾石，松土，开采下来的煤。
0.5
Ⅹ
流沙状
流沙，沼泽土壤，Байду номын сангаас水黄土及其他含水土壤。
0.3
表按坚固性系数对岩石可钻性分级表
岩石级别
坚固程度
代表性岩石
f
Ⅰ
最坚固
最坚固、致密、有韧性的石英岩、玄武岩和其他各种特别坚固的岩石。
20
Ⅱ
很坚固
很坚固的花岗岩、石英斑岩、硅质片岩，较坚固的石英岩，最坚固的砂岩和石灰岩。
15
Ⅲ
坚 固
致密的花岗岩，很坚固的砂岩和石灰岩，石英矿脉，坚固的砾岩，很坚固的铁矿石。
10
Ⅲa
坚 固
坚固的砂岩、石灰岩、大理岩、白云岩、黄铁矿，不坚固的花岗岩。
8
Ⅳ
比较坚固
一般的砂岩、铁矿石
6
Ⅳa
比较坚固
砂质页岩，页岩质砂岩。
5
Ⅴ
中等坚固
坚固的泥质页岩，不坚固的砂岩和石灰岩，软砾石。
4
Ⅴa
中等坚固
各种不坚固的页岩，致密的泥灰岩。
3
Ⅵ
比较软
软弱页岩，很软的石灰岩，白垩，盐岩，石膏，无烟煤，破碎的砂岩和石质土壤。
Ⅵa
比较软
碎石质土壤，破碎的页岩，粘结成块的砾石、碎石，坚固的煤，硬化的粘土。
1.5
Ⅶ
软
软致密粘土，较软的烟煤，坚固的冲击土层，粘土质土壤。
1
Ⅶa
软
软砂质粘土、砾石，黄土。
0.8
Ⅷ
土 状
腐殖土，泥煤，软砂质土壤，湿砂。
0.6
Ⅸ
松散状
砂，山砾堆积，细砾石，松土，开采下来的煤。
0.5
Ⅹ
流沙状
流沙，沼泽土壤，Байду номын сангаас水黄土及其他含水土壤。
0.3
表按坚固性系数对岩石可钻性分级表
岩石级别
坚固程度
代表性岩石
f
Ⅰ
最坚固
最坚固、致密、有韧性的石英岩、玄武岩和其他各种特别坚固的岩石。
20
Ⅱ
很坚固
很坚固的花岗岩、石英斑岩、硅质片岩，较坚固的石英岩，最坚固的砂岩和石灰岩。
15
Ⅲ
坚 固
致密的花岗岩，很坚固的砂岩和石灰岩，石英矿脉，坚固的砾岩，很坚固的铁矿石。
10
Ⅲa
坚 固
坚固的砂岩、石灰岩、大理岩、白云岩、黄铁矿，不坚固的花岗岩。
8
Ⅳ
比较坚固
一般的砂岩、铁矿石
6
Ⅳa
比较坚固
砂质页岩，页岩质砂岩。
5
Ⅴ
中等坚固
坚固的泥质页岩，不坚固的砂岩和石灰岩，软砾石。
4
Ⅴa
中等坚固
各种不坚固的页岩，致密的泥灰岩。
3
Ⅵ
比较软
软弱页岩，很软的石灰岩，白垩，盐岩，石膏，无烟煤，破碎的砂岩和石质土壤。
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。
《岩土工程施工技术》复习题.doc
1、岩石研磨性，影响岩石研磨性的因素？如何测定？岩石的研磨性：岩石磨损切削具的能力称为岩石的研磨性影响岩石研磨性的因素：一般随着岩石中的造岩矿物的显微硕度、坚硕矿物碎屑和颗粒的含量与粒度、岩石的压入硕度、孔隙率、非均质性等指标的增高，岩石的研磨性增高。
1、影响岩石研磨性的因素（1）岩石颗粒的硬度越大，研磨性也越强，石英岩具有强研磨性（2）岩石胶结物的粘结强度越低，岩石的研磨性越强。
（3）岩石颗粒形状越尖锐、颗粒尺寸越人，岩石的研磨性越强。
（4）岩石表面粗糙，局部接触易产生应力集屮，研磨性增强（5）驶度相同时，单矿物岩石的研像性较低，非均质和多矿物的岩石（如花岗岩）研磨性较强。
岩石屮较软的矿物（云母，长石）首先被破碎下来，使岩石表面变粗糙，同时石英颗粒出霜，从而增强了研卿能力。
（6）介质的彩响，湿润和含水的岩石硬度和研磨性都会降低。
常用测定岩石研磨性的方法H前国际上还没冇统一测定岩石研磨性的方法。
通常用模拟某种钻进过程的方法，不同方法的结果难以相互比较。
钻磨法:金属棒在载荷、转速下与岩石摩擦后的失重懒削法：硕合金刀具在压力下与岩石试件摩擦，以一定时间內刀具的失重微钻头钻进法：微型钻头在一定规程下钻磨岩样，一定时间内钻头的磨损。
标准鬪盘磨损法：用圆盘金属试样在压力下对岩石作滑动摩擦，以金属圆盘的磨损量表示岩石的研擀性指标。
按此方法可把岩石的研磨性分成12个级別，而我国有关部门习惯于把岩石的研磨性分成弱、中、强三个等级。
2、碎岩刃具可分为哪几类？切削一剪切型、冲击型、冲击一剪切型三类。
3、影响碎岩效果的因素有哪些？影响碎岩效果的因素1. 载荷大小的影响实践表明，钻进速度vm与比压P的关系III］线可分成三个区段：1）表而破碎切削具与岩石的接触压力远小于岩石硬度，切削具不能压入岩石。
岩石破碎是由接触摩擦功引起的，钻进速度低。
这种变形破碎方式称为岩石的表面破碎区。
2）疲劳破碎轴向载荷f但v岩石硬度，使岩石品间联系破坏，多次加载疲劳裂隙发展众多裂隙交错，产牛粗岩粒分离，称为疲劳破碎区。
基于分形方法的深部砂岩地层岩石可钻性分析
ｆ ， 为简单起见， （ ） １ ｌ 。 ÷） 令Ｐ ＝ ， １变为： ～ 一， 则式（） ’
Ｐ（ ｔ ，）＝１ ｘ （一ｋ ） 一ｅｐ ｘｔ
（） ２
＝
令 ｋ ＝ ， 相 当于度 量 尺寸 ， 以假 设 ｔ 可 以 ， ＜ ＜１ ＝１ 时有 ： 当 （ ）
８
Ｒ２相 关 系 数
０９６ ．７
０ ９０４ ．９
０ ９ ３７ ．８
０ ９ ２１ ．８
０ ｍ
图 １ 不 同围压下达深 １井砂 岩岩 心碎 屑的分形 维数
表 ２ 相 同地层不 同围压下 的岩石可钻性级值和破碎维数
上 述 实 验 结 果 得 到 砂 岩 岩 心 碎 屑 的分 形 分 布 的证实 。用 筛析 法分析 了达 深 １ 砂岩 岩心 碎屑 的 井 分布 ， 岩心 的岩性 可 以根据 砂 岩 岩 心 的性 质 进 行 判 定 。从 图 中看 出 ， 径介 于 ０ １ｍ 粒 ． ｍ—３ ｌ ０ ｉｎ的碎屑 ｎ
文献标 志码
Ａ
岩石 可钻 性是 指 在一 定 钻 井 技 术 条件 下 ， 岩石 抵抗 Ｔ具 破碎 的能 力 ， 表示 岩石 被 钻 进 时 所表 现 是 出的难易程 度 。 南于地 层 的复 杂 性 ， 内外 一直 没 国
明 ］砂岩 岩心 破碎 过 程 是分 形 。假 定 某 时 刻 ｔ粒 ： ，
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 、 象 或 行 为 的 新 方 法 。 研 究 表 现
２１ ０ １年 ５月 １ 日收 到 ７ 作 者 简 介 ： 海 淼 ： １７ ） 男 ， 理 工 程 师 ， 庆 油 田 采 油 一 厂 王 （９ ９ ， 助 大 助 理 工程 师 ， 究 方 向 ： 油 工 程 。Ｅ ｍａ ：ｙｐｎ＠ ｓ ａ ｔｍ。 研 采 － ｉ ｃｙ ｉｇ ｉ ．ｏ ｌ ｎ
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岩石的可钻
性
在岩土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（掘）进方法、钻（钎）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。
岩石的可钻性是在一定钻进方法下岩石抵抗钻头破碎它的能力。
它反映了钻进作业中岩石破碎的难易程度，它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。
由于可钻性与许多因素有关，要
找出它与诸影响因素之间的定量关系十分困难，目前国内外仍采用试验的方法来确定岩石
的可钻性。
不同部门使用的钻进方法不同，其测定可钻性的试验手段，甚至可钻性指标的
量纲也不尽相同。
例如，钻探界在回转钻进中以单位时间的钻头进尺（机械钻速）作为衡
量岩石可钻性的指标，分成12个级别，级别越大的岩石越难钻进；在冲击钻进中常采用单
位体积破碎功来进行可钻性分级。
而在石油钻井部门则以机械钻速与钻头进尺的乘积或微
型钻头的钻时作为衡量指标，分成10个级别。
几种有代表性的划分岩石可钻性级别的方法是：
1. 力学性质指标法
采用单一的岩石力学性质来划分岩石的可钻性级别。
据压入硬度值把岩石分成6类12级（表1-4），据摆球的回弹次数把岩石分成12级（表1-5）。
如果用上述两种方法确定
的可钻性级别不一致，可按包括压入硬度值Hy和摆球硬度值Hn的回归方程式（1-17）来
确定可钻性K值。
（1-17）
岩石
类别
软中软中硬硬坚硬极硬岩石
级别
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 12
硬度
(MPa)≤100
100～
250
250～
500
500～
1000
1000～
1500
1500～
2000
2000～
3000
3000～
4000
4000～
5000
5000～
6000
6000～
7000
＞
7000
岩石级别 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
回弹次数≤14
15～
29 30～
44
45～
54
55～
64
65～
74
75～
84
85～
94
95～
104
105～
125
≥125
2. 实际钻进速度法
在规定的设备工具和技术规范条件下进行实际钻进，以所得的纯钻进速度作为岩石的可钻性级别。
这种方法随着技术的进步，必须实时修正。
原地质矿产部曾制定了适合于金刚石钻进的岩石可钻性分级表，如表1-6所列。
表1-6 适合于金刚石钻进的岩石可钻性分级表
岩石级别钻进时效(m/h)
代表性岩石举例金刚石硬合金
1～4 ＞3.90 粉砂质泥岩，碳质页岩，粉砂岩，中粒砂岩，透闪岩，煌斑岩5 2.90～3.60 2.50
硅化粉砂岩，滑石透闪岩，橄榄大理岩，白色大理岩，石英闪
长玢岩，黑色片岩
6 2.30～3.10 2.00
黑色角闪斜长片麻岩，白云斜长片麻岩，黑云母大理岩，白云
岩，角闪岩，角岩
7 1.90～2.60 1.40 白云斜长片麻岩，石英白云石大理岩，透辉石化闪长玢岩，混合岩化浅粒岩，黑云角闪斜长岩，透辉石岩，白云母大理岩，蚀变石英闪长玢岩，黑云角石英片岩
8 1.50～2.10 0.80 花岗岩，矽卡岩化闪长玢岩，石榴石矽卡岩，石英闪长玢岩，石英角闪岩，黑云母斜长角闪岩，混合伟晶岩，黑云母花岗岩，
斜长闪长岩，混合片麻岩
9 1.10～1.70
混合岩化浅粒岩,花岗岩,斜长角闪岩,混合闪长岩,钾长伟晶岩，橄榄岩，斜长混合岩，闪长玢岩，石英闪长玢岩，似斑状
花岗岩，斑状花岗闪长岩
10 0.80～1.20
硅化大理岩，矽卡岩，钠长斑岩，斜长岩，花岗岩，石英岩，
硅质凝灰砂砾岩
11 0.50～0.90 凝灰岩，熔凝灰岩，石英角岩，英安岩
12 ＜0.60 石英角岩，玉髓，熔凝灰岩，纯石英岩
3. 微钻法
采用模拟的微型孕镶金刚石钻头，按一定的规程，对岩心进行钻进试验。
我国原地质矿产部的规范是以微钻的平均钻速作为岩石可钻性指标，其分级情况如表1-7所列。
而原石油部1987年颁布的岩石可钻性分级办法是用微钻在岩样上钻三个孔深2.4mm的孔，取三个孔钻进时间的平均值为钻时t，对式（1-18）的结果取整后作为该岩样的可钻性级别Kd，据此值可把各油田地层的可钻性分成10个等级，等级越高的岩石越难钻。
(1-18)
4. 破碎比功法
用圆柱形压头作压入试验时，可通过压力与侵深曲线图求出破碎功，然后计算出单位接触面积破碎比功AS，根据破碎比功法是对岩石进行可钻性分级的方法，如表1-8所列。
岩石级别 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
微钻钻速(mm/min)216～
259
135～
215
85～
134
53～84 34～52 21～33 14～20 9～13 6～8 ≤5
表1-8 按单位面积破岩比功对岩石可钻性分级表
岩石级别 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 破碎比功
AS (N·m/cm2)≤2.5
2.5～
5.0
5.0～
10
10～15 15～20 20～30 30～50 50～80
80～
120
≥120
岩石的坚固
性系数
由俄罗斯学者于1926年提出的岩石坚固性系数（又称普氏系数）至今仍在矿山开采业和勘探掘进中得到广范应用。
岩石的坚固性区别于岩石的强度，强度值必定与某种变形方
式（单轴压缩、拉伸、剪切）相联系，而坚固性反映的是岩石在几种变形方式的组合作用
下抵抗破坏的能力。
因为在钻掘施工中往往不是采用纯压入或纯回转的方法破碎岩石，因
此这种反映在组合作用下岩石破碎难易程度的指标比较贴近生产实际情况。
岩石坚固性系
数f表征的是岩石抵抗破碎的相对值。
因为岩石的抗压能力最强，故把岩石单轴抗压强度
极限的1/10作为岩石的坚固性系数，即
（1-19）
式中： --岩石的单轴抗压强度，MPa。
f是个无量纲的值，它表明某种岩石的坚固性比致密的粘土坚固多少倍，因为致密粘土的抗压强度为10MPa。
岩石坚固性系数的计算公式简洁明了，f值可用于预计岩石抵抗破碎
的能力及其钻掘以后的稳定性。
根据岩石的坚固性系数(f)可把岩石分成10级（表1-9），
等级越高的岩石越容易破碎。
为了方便使用又在第Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ,Ⅵ,Ⅶ级的中间加了半级。
考
虑到生产中不会大量遇到抗压强度大于200MPa的岩石，故把凡是抗压强度大于200MPa的
岩石都归入Ⅰ级。
这种方法比较简单，而且在一定程度上反映了岩石的客观性质。
但它也还存在着一些缺点：
(1) 岩石的坚固性虽概括了岩石的各种属性（如岩石的凿岩性、爆破性，稳定性等），
但在有些情况下这些属性并不是完全一致的。
(2) 普氏分级法采用实验室测定来代替现场测定，这就不可避免地带来因应力状态的改
变而造成的坚固程度上的误差。
岩石级别坚固
程度
代表性岩石f
Ⅰ最坚固
最坚固、致密、有韧性的石英岩、玄武岩和其他各种特别坚固的
岩石。
20 Ⅱ很坚固
很坚固的花岗岩、石英斑岩、硅质片岩，较坚固的石英岩，最坚
固的砂岩和石灰岩。
15 Ⅲ坚固
致密的花岗岩，很坚固的砂岩和石灰岩，石英矿脉，坚固的砾岩，
很坚固的铁矿石。
10 Ⅲa坚固坚固的砂岩、石灰岩、大理岩、白云岩、黄铁矿，不坚固的花岗8。