第一讲：岩石可钻性与研磨性ppt课件.ppt

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1、1,岩石破碎原理与方法,2,课程主要内容,第一讲 岩石可钻性与研磨性第二讲 岩石破碎基本原理第三讲 钻井岩石破碎方法,3,第一讲 岩石可钻性与研磨性,1.1 岩石分类1.2 岩石可钻性1.3 岩石研磨性1.4 岩石脆塑性,岩石破碎原理与方法,4,1.1 岩石的分类,一、 造岩矿物,矿物：地壳中的化学元素（氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁）在 各种地质作用下形成的自然产物（自然元素和化合物）。具 有固定的化学成分和确定的物理性质，一般为晶体结构。,矿物的物理力学性质： 光学性质：矿物对光的吸收、反射、折射以及光在矿物中传播的 性质，主要有矿物的颜色、条痕、光泽和透明度等。 力学性质：矿物受外力作用

2、，如刻划、摩擦、打击、弯曲时显示出 来的性质包括解理、断口、硬度 密度等,矿物莫氏硬度标：滑、石、方解、萤、磷、长、石英、黄玉、刚、金刚,5,主要造岩矿物一览表,一、 造岩矿物,1.1 岩石的分类,6,二、 岩石分类,岩石：一种或多种造岩矿物颗粒的集合体。颗粒之间或者由直接接 触面上的联系力联结，或者由外来的胶结物胶结。,1.1 岩石的分类,7,三、 岩浆岩,常见喷出岩：玄武岩、安山岩、流纹岩、凝灰岩, 深成岩：岩浆侵入地壳某深处（约距地表3km)冷凝而成的岩石。 由于地下压力和温度较高，温度降低缓慢，矿物结晶好。 常见深成岩：花岗岩, 浅成岩：岩浆沿地壳裂缝上升距地表较浅处冷凝而成的岩石。

3、由于浅层压力和温度较低，温度降低较快，矿物结晶较细。 常见浅成岩：花岗斑岩、金伯利岩, 喷出岩（火山岩）：岩浆沿地壳裂缝一直上升喷出地表冷凝而成的 岩石。在地表条件下，温度降低迅速，矿物来不及结晶或结 晶较差，肉眼不易看清楚。,1.岩浆岩的分类,1.1 岩石的分类,8,组成岩浆岩的矿物，根据颜色，可分为浅色和深色两类： 浅色矿物：石英、正长石、斜长石和白云母 深色矿物：黑云母、角闪石、辉石和橄榄石。,2.岩浆岩的矿物组成,三、 岩浆岩,1.1 岩石的分类,9,三. 岩浆岩,3.岩浆岩的结构特征,岩浆岩的结构：是指组成岩石的矿物的结晶程度、晶粒大小、形状 及其相互结合的情况。,按结晶程度分：全晶

4、质结构、半晶质结构、玻璃质结构,按晶粒相对大小分： 等粒结构（全晶质） 不等粒结构（全晶质） 斑状结构（半晶质）,按晶粒绝对大小分： 粗粒结构（5mm） 中粒结构（52mm） 细粒结构（20.2mm） 微粒结构（0.2mm）,1.1 岩石的分类,10,三、 岩浆岩,4.岩浆岩的构造特征,岩浆岩的构造：是指矿物颗粒在岩石中的组合方式和空间分布情况。,岩浆岩常见构造： 块状构造： 矿物分布杂乱无章，呈致密块状。如花岗岩等。 流纹状构造：由于熔岩流动，由一些不同颜色条纹和拉长气孔等定 向排列所形成的流动状构造。仅出现于喷出岩中，如 流纹岩等。 气孔状构造：岩浆凝固时，挥发性气体未能及时逸出，在岩石中

5、留 下许多圆形、椭圆形或长管形的孔洞。 杏仁状构造：岩石中的气孔被后期矿物（如石英、方解石等）填充 所形成的形似杏仁的构造。如某些玄武岩和安山岩。 条带状构造：矿物颗粒呈条带状分布。,1.1 岩石的分类,11,三、岩浆岩,4.岩浆岩的构造特征,1.1 岩石的分类,12,三、 岩浆岩,5.常见岩浆岩的类型,（1）花岗岩,为深成侵入岩，属酸性岩类。多呈肉红色、灰色或灰白色。矿物成分主要的为石英和正长石，其次有黑云母、角闪石和其他矿物。全晶质等粒结构（也有不等粒或似斑状结构），块状构造。,1.1 岩石的分类,13,三、 岩浆岩,5.常见岩浆岩的类型,（2）玄武岩,1.1 岩石的分类,是喷出岩，属基性

6、盐类。灰黑至黑色。主要矿物为斜长石和辉石，其次有橄榄石、角闪石和黑云母 。呈隐晶质细粒或斑状结构，气孔或杏仁状构造。玄武岩致密坚硬、性脆，强度很高。,14,三、 岩浆岩,5.常见岩浆岩的类型,（3）安山岩,1.1 岩石的分类,是喷出岩，属中性岩类。主要矿物为斜长石和角闪石，其次有黑云母和辉石。灰色、紫色或灰紫色。斑状结构，斑晶常为斜长石。气孔状或杏仁状构造。,15,三、 岩浆岩,5.常见岩浆岩的类型,（4）橄榄岩,1.1 岩石的分类,由橄榄石和辉石组成的超基性深成岩，。橄榄石含量可占4090，有时含少量铬铁矿、磁铁矿、钛铁矿或磁黄铁矿。颜色常呈深绿色，具粒状结构，块状构造。 天然金刚石产于金伯

7、利岩中，而金伯利岩则是由橄榄岩变成的，所以说橄榄岩是天然金刚石的基本来源。,16,三、 岩浆岩,5.常见岩浆岩的类型,（5）正长岩,1.1 岩石的分类,深成侵入岩，属中性岩类。肉红色、浅灰或浅黄色。全晶质等粒结构，块状构造。主要矿物成分为正长石，其次为黑云母和角闪石，一般石英含量极少。其物理力学性质与花岗岩相似，但不如花岗岩坚硬。,17,三、 岩浆岩,5.常见岩浆岩的类型,（6）闪长岩,1.1 岩石的分类,中性深成侵入岩。灰白、深灰至黑灰色。主要矿物为斜长石和角闪石，其次有黑云母和辉石。全晶质等粒结构，块状构造。闪长岩结构致密，强度高。,18,三、 岩浆岩,5.常见岩浆岩的类型,（7）辉长岩,

8、1.1 岩石的分类,基性深成侵入岩。灰黑至黑色。全晶质等粒结构，块状构造。主要矿物为斜长石和辉石，其次有橄榄石。角闪石和黑云母。强度高,19,三、 岩浆岩,5.常见岩浆岩的类型,（8）流纹岩,1.1 岩石的分类,酸性喷出岩，呈岩流产出。矿物成分与花岗岩相同。常呈灰白、紫灰或浅黄褐色。具典型的流纹构造，斑状结构，细小的斑晶常由石英或长石组成。在流纹岩中很少出现黑云母和角闪石等深色矿物。,20,三、 岩浆岩,5.常见岩浆岩的类型,（9）凝灰岩,1.1 岩石的分类,是一种火山碎屑岩，其组成的火山碎屑物质有50%以上的颗粒直径小于2毫米，成分主要是火山灰。颜色多样，有黑色、紫色、红色、白色、淡绿色等。

9、根据其含有的火山碎屑成分，可以分为：晶屑凝灰岩； 玻屑凝灰岩； 岩屑凝灰岩。凝灰结构，块状构造。岩石坚硬。,21, 碎屑岩 母岩风化后的碎屑物质经机械沉积作用形成的岩石。由碎屑颗粒与胶结物胶结而成。包括砾岩、砂岩、粉砂岩等。, 化学岩 母岩风化后的溶解物质经化学沉积作用形成的岩石。包括石灰岩、白云岩、石膏、岩盐和生物化学岩等。,沉积岩在地壳中占5%；在地表中占75%。在沉积岩中，泥岩占60%，砂岩占30%，碳酸盐岩居第三位。,四、 沉积岩,1.沉积岩的分类, 粘土岩 主要由粘土矿物及其他矿物的粘土粒组成的岩石，如泥岩、页岩等。,1.1 岩石的分类,22,四、沉积岩,2.沉积岩的物质组成,1.1

10、 岩石的分类,23,1.1 岩石的分类,四、沉积岩,24, 碎屑结构：,按胶结物的成分，可分为：,硅质胶结：由石英及其他二氧化硅胶结而成。 颜色浅，强度高。 铁质胶结：由铁的氧化物及氢氧化物胶结而成。 颜色深，呈红色，强度次于硅质胶结。 钙质胶结：由方解石等碳酸钙一类物质胶结而成。 颜色浅，强度比较低，容易遭受侵蚀。 泥质胶结：由细粒粘土矿物胶结而成。 颜色不定，胶结松散，强度最低，容易遭受风化破坏。,1.1 岩石的分类,3.沉积岩的结构特征,四、沉积岩,25, 碎屑结构：,按胶结方式，可分为：,接触胶结：胶结物含量很少，分布于碎屑颗粒相互接触的地方。,孔隙胶结：胶结物充填于碎屑颗粒之间的孔隙

11、中。,基底胶结：碎屑颗粒彼此不相接触呈漂浮或游离状分散在填隙物内。,接触胶结,孔隙胶结,基底胶结,1.1 岩石的分类,3.沉积岩的结构特征,四、沉积岩,26, 泥质结构,几乎全部由小于0.01mm的粘土质点组成。是泥岩、页岩等粘土岩的主要结构 。,1.1 岩石的分类,3.沉积岩的结构特征,四、沉积岩,27,沉积岩最主要的构造是层理构造。,层理构造： 由于季节性气候的变化，沉积环境的改变，使先后沉积的物质在颗粒大小、形状、颜色和成分上发生相应变化，从而显示出来的成层现象，称为层理构造。分为水平层理、斜层理和交错层理等。,岩层： 层与层之间的界面，称为层面。上下两个层面间成分基本均匀一致的岩石，称

12、为岩层。它是层理最大的组成单位。一个岩层上下层面之间的垂直距离称为岩层的厚度。 在短距离内岩层厚度的减小称为变薄；厚度变薄以至消失称为尖灭；两端尖灭就成为透镜体；大厚度岩层中所夹的薄层，称为夹层。,1.1 岩石的分类,3.沉积岩的构造特征,四、沉积岩,28,1.1 岩石的分类,3.沉积岩的构造特征,四、沉积岩,29,5.常见的沉积岩, 砾岩及角砾岩,砾状结构，由50以上大于2mm的粗大碎屑胶结而成。由浑圆状砾石胶结而成的称为砾岩；由棱角状的角砾胶结而成的称为角砾岩。角砾岩的岩性成分比较单一，主要成分为石英和燧石；砾岩的岩性成分一般比较复杂，经常由多种岩石的碎屑和矿物颗粒组成。胶结物的成分有钙质

13、、泥质、铁质及硅质等。,渤海湾馆陶底砾岩,1.1 岩石的分类,四、沉积岩,30, 砂岩,砂质结构，由50以上粒径介于20.05mm的砂粒胶结而成。按砂粒的矿物组成，可分为石英砂岩、长石砂岩和岩屑砂岩等。按砂粒粒径的大小，可分为粗粒砂岩、中粒砂岩和细粒砂岩。根据胶结物的成分。又可将砂岩分为硅质砂岩、铁质砂岩、钙质砂岩及泥质砂岩几个亚类。,1.1 岩石的分类,5.常见的沉积岩,四、沉积岩,31, 粉砂岩,粉砂质结构，常有清晰的水平层理。矿物成分与砂岩近似。,1.1 岩石的分类,5.常见的沉积岩,四、沉积岩,32, 页岩,由粘土脱水胶结而成，以粘土矿物为主，大部分有明显的薄层理，呈页片状。可分为硅质

14、页岩、粘土质页岩、砂质页岩、钙质页岩及碳质页岩。除硅质页岩强度稍高外，其余岩性软弱，易风化成碎片，强度低，与水作用易于软化而丧失稳定性。,1.1 岩石的分类,5.常见的沉积岩,四、沉积岩,33, 泥岩,成分与页岩相似，常成厚层状。以高岭石为主要成分的泥岩，常呈灰白色或黄白色，吸水性强，遇水后易软化。以微晶高岭石（蒙脱石）为主要成分的泥岩，常呈白色、玫瑰色或浅绿色，表面有滑感，可塑性小，吸水性高，吸水后体积急剧膨胀。,1.1 岩石的分类,5.常见的沉积岩,四、沉积岩,34, 石灰岩,简称灰岩。矿物成分以方解石为主，其次含有少量的白云石和粘土矿物。常呈深灰、浅灰色，纯质灰岩呈白色。结晶结构，晶粒极

15、细。由生物化学作用生成的灰岩，常含有丰富的有机物残骸。石灰岩中一般都含有一些白云石和粘土矿物，当粘土矿物含量达2550时，称为泥灰岩；白云石含量达2550时，称为白云质灰岩。,1.1 岩石的分类,5.常见的沉积岩,四、沉积岩,35, 白云岩,主要矿物成分为白云石，也含有方解石和粘土矿物。结晶结构。纯质白云岩为白色，随所含杂质的不同，可出现不同的颜色。性质与石灰岩相似，但强度和稳定性比石灰岩为高，是一种良好的建筑石料。 白云岩的外观特征与石灰岩近似，在野外难于区别，可用盐酸起泡程度辨认。,1.1 岩石的分类,5.常见的沉积岩,四、沉积岩,36,五、 变质岩,1.变质岩的矿物成分,原来岩石的矿物，

16、如石英、长石、云母、角闪石、辉石、方解石、白云石等外，变质矿物，如石榴子石、滑石、绿泥石、蛇纹石等。,1.1 岩石的分类,37,千枚状,条带状,片麻状,板状,千枚状,片状,1.1 岩石的分类,五、 变质岩,38,4. 常见变质岩类型, 大理岩,由石灰岩或白云岩经重结晶变质而成，等粒变晶结构，块状构造。 主要矿物成分为方解石，遇稀盐酸强烈起泡。,1.1 岩石的分类,五、 变质岩,39, 石英岩,一般由较纯的石英砂岩变质而成，结构和构造与大理岩相似。常呈白色，因含杂质，可出现灰白色、灰色、黄褐色或浅紫红色。强度很高，破碎相当困难。,1.1 岩石的分类,五、 变质岩,4. 常见变质岩类型,40, 片

17、麻岩,具典型的片麻状构造，变晶或变余结构，晶粒粗大，肉眼可以辨识。片麻岩可以由岩浆岩变质而成，也可由沉积岩变质形成。主要矿物为石英和长石，其次有云母、角闪石、辉石等。此外有时尚含有少许石榴子石等变质矿物。岩石颜色视深色矿物含量而定，石英、长石含量多时色浅，黑云母、角闪石等深色矿物含量多时色深。片麻岩强度较高，如云母含量增多，强度相应降低。因具片理构造，故较易风化。,1.1 岩石的分类,五、 变质岩,4. 常见变质岩类型,41, 片岩,具片状构造，变晶结构。矿物成分主要是一些片状矿物，如云母、绿泥石、滑石等，此外尚含有少许石榴子石等变质矿物。片岩的片理一般比较发育，片状矿物含量高，强度低，岩体易

18、沿片理倾向坍落。,1.1 岩石的分类,五、 变质岩,4. 常见变质岩类型,42, 板岩,以泥质和粉砂质成分为主的板状劈理发育的变质岩。原岩成分为粘土岩、粉砂岩或凝灰岩，经区域低温动力变质作用形成。板岩以矿物颗粒或以隐晶质为主，重结晶作用不发育，具明显的变余结构和板状结构，沿板理方向可以剥成薄片。根据岩石中杂质成分和颜色，可以划分为碳质板岩、钙质板岩、砂质板岩等。,1.1 岩石的分类,五、 变质岩,4. 常见变质岩类型,43, 千枚岩,多由粘土岩变质而成。矿物成分主要为石英、绢云母、绿泥石等。结晶程度比片岩差，晶粒极细，肉眼不能直接辨别，外表常呈黄绿、褐红、灰黑等色。由于含有较多的绢云母，片理面

19、常有微弱的丝绢光泽。千枚岩的质地松软，强度低，沿片理倾向容易产生塌落。,1.1 岩石的分类,五、 变质岩,4. 常见变质岩类型,44,第一讲 岩石可钻性与研磨性,1.1 岩石分类1.2 岩石可钻性1.3 岩石研磨性1.4 岩石脆塑性,岩石破碎原理与方法,45,一、岩石可钻性的概念,岩石可钻性是指岩石抵抗钻进破碎的能力。它反映了钻进破碎岩石的难易程度。,关于岩石可钻性的几种观点：观点1：岩石可钻性是岩石的固有属性，是岩石的坚固性在 钻孔方面的表现。该观点认为，难破碎的岩石用各种 方法都难破碎，可以用一个统一的指标表征岩石在各 种破碎条件下的抗破碎能力，不受钻井破岩方式和技 术条件等因素的限制。观

20、点2：岩石可钻性不仅取决于岩石的物理力学性质，而且还 与钻井破岩方法、钻进技术条件等因素有关。钻进破 岩方式不同，岩石破碎难以程度也就不同。“确定可钻 性的唯一方法是在岩石中实际钻进”。,1. 岩石可钻性的定义,1.2 岩石可钻性,46,一、岩石可钻性的概念,观点3,岩石可钻性既有共性特征，也有个性特点。既要有一个统一的指标来描述岩石在各种破碎条件下（冲击、切削、滚压、研磨等）的共性规律，为破岩方式优选和钻头选型提供依据；又要有适合于不同钻进方式的个性指标，描述在特定破碎方式下的个性规律，为钻头的个性化设计、钻进效率预测、制定生产定额和编制工程预算等提供依据。,1.2 岩石可钻性,1. 岩石可

21、钻性的定义,47,一、岩石可钻性的概念,2. 岩石可钻性的影响因素,1.2 岩石可钻性,岩石可钻性的影响因素可分为岩石自身因素、环境因素和技术因素三种。,（1）岩石自身因素,包括岩石的矿物组成、颗粒大小及形状、粒间连接、结构特征、微结构面（缺陷）等。 岩石中石英等硬矿物含量多，颗粒间连接牢固、颗粒细小、结构 致密，其强度和硬度高，可钻性差。 岩石中的微结构面（缺陷）发育，强度低，可钻性好。 对碎屑岩，硅质胶结强度最高，铁质次之，钙质再次之，泥质最 低。 对泥岩，随着灰质含量的增加，强度增大增大。 对沉积岩和变质岩，平行和垂直于层理（片理）方向的强度不同。,48,（2）环境因素,包括压力、温度、

22、液体介质等。,一、岩石可钻性的概念,2. 岩石可钻性的影响因素,1.2 岩石可钻性, 埋藏深度增加，围压增大，岩石强度增大，塑性也增大； 井底压差增大大，岩石强度增大，可钻性变差； 水，特别是加入表面活性剂的水，侵入孔隙时，吸附在固体表 面使固体表能降低，同时还产生楔裂作用和减小固体变形时的 内摩擦，使强度降低。这种现象称为列宾捷尔效应。 温度较低时(不超过200 300),岩石受热膨胀, 热应力未超过 岩石的极限抗拉强度时，未出现新的微裂隙。热膨胀的结果, 增 强了岩石的致密度, 反而有利于岩石强度的提高。当温度升高超 过一定限度后, 岩石受热产生的热应力超过岩石的极限强度, 在 岩石中将形

23、成新的微裂隙, 碎裂结构增多, 岩石强度下降。,49,（3）技术因素,一、岩石可钻性的概念,2. 岩石可钻性的影响因素,1.2 岩石可钻性, 载荷性质的影响：抗压强度抗剪强度抗拉强度； 钻井方法和破岩方式不同，岩石可钻性表现不尽相同。,50,一、岩石可钻性的概念,岩石可钻性是合理选择钻井方法、正确设计钻头结构和合理选择钻头类型、合理确定生产定额、制定生产计划的关键。,3. 岩石可钻性在钻井工程中的应用,1.2 岩石可钻性,在钻井工程中，需要考虑以下问题：（1）选用那种钻井破岩方法效率最高？（2）选用哪种钻头类型最合适？（3）钻进速度是多少？（4）钻井周期有多长？（5）钻井工程费用是多少？,51

24、,二、岩石可钻性的试验方法,一个好的岩石可钻性的试验方法具备以下几点：（1）测试设备简单可靠，应用方便，运行费用低，可获得大量数据；（2）测试方法能够反映钻井破碎岩石的机理；（3）测定的可钻性指标与实际钻进效率相关性好；（4）数据灵敏度高，能够区别性质相近而可钻性不同的岩石；（5）数据稳定性好，同一对象的测定数据不因人、因地、因时和因 仪器而变化。,1.2 岩石可钻性,52,岩石力学性质法 利用岩石力学性质(强度、硬度等)评价岩石可钻性。 比功法 用破碎单位体积岩石所消耗的能量评价岩石可钻性。 微钻法 用微型钻头在微钻实验台上模拟钻进测定岩石可钻性。 声波法 利用声波在岩石的传播速度评价岩石可

25、钻性。 实钻法 用现场一定技术条件下的实际钻进速度表示岩石可钻性。,岩石可钻性试验方法分类：,1.2 岩石可钻性,二、岩石可钻性的试验方法,53,二、岩石可钻性的试验方法,1.岩石力学性质法,（1）抗压强度,实验装置：50100t材料实验机实验岩样：,加载速度：0.5MPa/s,（MPa）,岩石单轴抗压强度实验机,1.2 岩石可钻性,54,二、岩石可钻性的试验方法,1.岩石力学性质法,（1）抗压强度,普氏（普洛托奇雅可诺夫，1926）坚固性系数：,岩石普氏分级,1.2 岩石可钻性,55,二、岩石可钻性的试验方法,1.岩石力学性质法,（2）压入硬度（史氏硬度，）,试验岩样：505050mm；40

26、60H3050 压头：15mm2平底圆柱形，工具钢或硬质合金,1.2 岩石可钻性,材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度。,56,二、岩石可钻性的试验方法,1.岩石力学性质法,（2）压入硬度,1.2 岩石可钻性,57,二、岩石可钻性的试验方法,1.岩石力学性质法,（2）压入硬度,岩石压入硬度分类表,1.2 岩石可钻性,58,二、岩石可钻性的试验方法,2.凿碎比功法（徐小荷）,钎头:一字形 直径：40mm 刃角：110 刃部曲率半径：180mm 落锤质量：4Kg 落锤行程：1m 每转一周冲击次数：24 一次实验转动周数：20,1.2 岩石可钻性,东北理工大学设计了一种便携式凿测器，测定冲击式碎

27、岩的比功，以单位体积破碎功和划分岩石可钻性级别。,59,二、岩石可钻性的试验方法,2.凿碎比功法,凿碎比功,钎刃磨钝宽度测定,凿碎比功，J/cm3；N 冲击次数，480；A0每次冲击功，39.2JD 井眼直径，41mmH 凿眼净深，mm,测量距钎刃两端各4mm处的磨钝宽度，取平均值。,1.2 岩石可钻性,60,二、岩石可钻性的试验方法,2.凿碎比功法,岩石凿碎比功分级表,岩石研磨性分级表,1.2 岩石可钻性,仅适合与冲击破岩方法,61,二、岩石可钻性的试验方法,3.微钻法(尹宏锦，石油行业标准）,1.2 岩石可钻性,62,二、岩石可钻性的试验方法,3.微钻法,试验条件,钻压：890N转速：55

28、rpm钻头直径：31.75mm钻孔深度：2.4mm,可钻性指标：,钻孔时间T，秒； 系统误差修正公式： 可钻性级值：,1.2 岩石可钻性,63,油矿地层可钻性分级标准（石油行业标准）,3.微钻法,1.2 岩石可钻性,二、岩石可钻性的试验方法,64,4.声波法,1.2 岩石可钻性,二、岩石可钻性的试验方法,65,1.基本原理,地层具有非均质性，其可钻性是一个随机变量。根据数理统计原理，随机变量通常遵从某种分布，只要求得其分布规律，便可推断出随机变量的数学期望和均方差。数学期望是最理想的整体性值代表值。均方差则描述了随机变量的波动范围，反映了研究对象的非均匀程度。,1.2 岩石可钻性,三、地层可钻

29、性统计分级方法,66,大量的统计分析表明，微钻头可钻性级值服从正态分布。,2. 地层可钻性的概率分布,三、地层可钻性统计分级方法,1.2 岩石可钻性,67,3. 地层可钻性统计分级方法步骤,第一步：在研究地层范围内，随即抽取有代表性的岩样，测定微钻 头可钻性xi，组成一个代表总体的样本:(x1,x2,，xn) 。,第二步：用样本推断总体性质：,三、地层可钻性统计分级方法,1.2 岩石可钻性,68,第三步：推断各级地层的百分比例,3. 地层可钻性统计分级方法步骤,三、地层可钻性统计分级方法,1.2 岩石可钻性,69,概率计算经验公式：,第三步：推断各级地层的百分比例,3. 地层可钻性统计分级方法

30、步骤,三、地层可钻性统计分级方法,1.2 岩石可钻性,70,四、地层可钻性的预测方法,1.经验公式法,大庆油田： 胜利油田： 中原油田： 河南油田： 长庆油田： 四川油田：,1.2 岩石可钻性,71,2.测井解释法,四、地层可钻性的预测方法,（1）抗压强度与声波测井资料的相关关系,Vsh泥质含量，小数，由伽玛测井资料获取。,1.2 岩石可钻性,72,2.测井解释法,四、地层可钻性的预测方法,（1）抗压强度与声波时差的相关关系,1.2 岩石可钻性,73,2.测井解释法,四、地层可钻性的预测方法,（2）压入硬度与声波时差的相关关系,1.2 岩石可钻性,74,2.测井解释法,四、地层可钻性的预测方法

31、,（3）可钻性级值与声波时差的相关关系,1.2 岩石可钻性,75,第一讲 岩石可钻性与研磨性,1.1 岩石的分类与组织特征1.2 岩石可钻性1.3 岩石研磨性1.4 岩石脆塑性,岩石破碎原理与方法,76,一、岩石研磨性的概念,在工具破碎岩石的同时，工具也受到磨损。岩石磨损工具能力称为岩石的研磨性。,岩石研磨性在钻井工程中的应用： 预测钻头寿命 钻头设计 钻头选型和钻进参数优选 制定材料消耗定额和编制工程与预算,1.3 岩石研磨性,77,一、岩石研磨性的概念,1.3 岩石研磨性,2.岩石对工具的磨损作用,（1）摩擦磨损 两个相互接触的物体，在外力作用下发生相对运动，在接触面上产生局部压碎、剪切、

32、梨沟、热损伤、疲劳破坏等而造成的物质损失。,（2）冲蚀磨损 含有硬质颗粒的液体束冲击工具表面所造成的磨损。,78,3. 影响岩石研磨性的因素,（1）矿物颗粒的硬度 组成岩石的矿物颗粒的硬度越大，岩石研磨性越强。 晶质岩石的研磨性与其组成矿物的硬度成正比。 碎屑岩的研磨性与其石英含量成正比。,一、岩石研磨性的概念,1.3 岩石研磨性,79,（2）颗粒粗糙度 岩石颗粒越细，研磨性越弱；岩石颗粒越粗大，研磨性性越强。,3. 影响岩石研磨性的因素,一、岩石研磨性的概念,1.3 岩石研磨性,80,（3）胶结强度 对碎屑岩，矿物组成相同时，胶结越弱，岩石研磨性越强。,3. 影响岩石研磨性的因素,一、岩石研

33、磨性的概念,1.3 岩石研磨性,81,3. 影响岩石研磨性的因素,（4）矿物组成 有软硬不同的几种矿物组成的岩石，其研磨性比单一矿物组成的岩石大。结晶矿物比非结晶矿物的研磨性为大，如石英的研磨性约为硬度相近的燧石的两倍。 （5）技术条件 磨损速度与正压力和摩擦速度成正比； 磨损体积与摩擦路程成正比 有效冷却和润滑，磨损速度降低,一、岩石研磨性的概念,1.3 岩石研磨性,82,1. 钢杆钻磨法（巴隆）,试验设备：台钻； 钢杆：外径8mm，一端钻410mm的孔, ，一端平头，Hb=250，不淬火； 试验参数：正压力15Kg，转速400rpm 研磨性指标：钻10分钟的钢杆失重（mg）， 两端各钻一次

34、，取平均值。,二、岩石研磨性评价方法,1.3 岩石研磨性,83,巴隆岩石研磨性等级表,1. 钢杆钻磨法（巴隆）,1.3 岩石研磨性,二、岩石研磨性评价方法,84,2. 铁钉环钻法（Sievers H）,1.3 岩石研磨性,二、岩石研磨性评价方法,西维尔斯用两颗3mm的铁钉制成U型标准件，两钉间距15mm。以正压力20kg，转速150rpm，由下向上钻进岩石。用每分钟钉子的磨损高度（毫米）的倒数作为岩石研磨性指标。,85,试验设备：如图所示 标准钢盘：30202.5mm， 硬度950995kg/mm2； 试验参数：正压力98N，转速500rpm， 岩样移动速度4mm/min 研磨性指标：,（10

35、-10 cm3/J）,3. 圆盘摩擦法（史立涅尔）,1.3 岩石研磨性,二、岩石研磨性评价方法,86,常见矿物和岩石的研磨性指标,3. 圆盘摩擦法（史立涅尔）,1.3 岩石研磨性,二、岩石研磨性评价方法,87,4. 球磨法（美国矿业局）,1.3 岩石研磨性,二、岩石研磨性评价方法,将一定数量的岩粉（400g能通过3/4”筛网，不能通过3/8”筛网）放在球磨机内磨蚀钢片或弹丸，用进过一段时间后的钢片或弹丸的磨耗的重量来表示岩石的研磨性。,球磨法测定岩石研磨性装置示意图,88,第一讲 岩石可钻性与研磨性,1.1 岩石的分类与组织特征1.2 岩石可钻性1.3 岩石研磨性1.4 岩石脆塑性,岩石破碎原理与方法,89,1.4 岩石脆塑性,一、脆性与塑性的概念,变形趋于无穷大,90,1.4 岩石脆塑性,二、围压对岩石脆塑性的影响, 在单轴应力条件下，大多数岩石表现为脆性。 在三轴应力条件下，随着围压的增大，岩石由脆性向塑性转化。 围压越大，岩石的塑性越大。岩石由脆性转化为塑性时的围压称 为岩石的临界压力。,91,1.4 岩石脆塑性,三、岩石脆塑性评价方法,压入硬度试验曲线,岩石塑性系数分类表,92,GEAE Global Operations,Nearly 200 Locations on 6 Continents,