岩石可钻性

指岩石抵抗钻凿破碎的能力,它反映钻凿眼孔的难易程度。准确的岩石可钻性,是预估凿岩速度制定凿岩生产定额的科学依据,也是正确选择钻凿岩石方法与设计凿岩工具的理论基础。1927年美国人格拉德纳脱(E.D.Grad-nert)首先采用可钻性一词。 

岩石可钻性基本信息

中文名 岩石可钻性 外文名 drillability of rock
类    型 岩石抵抗机械破碎能力的量化指标 作    用 衡量钻进速度的主要依据
等级数 12 学    科 采矿工程

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。

岩石可钻性造价信息

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材料名称 规格/型号 市场价
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工程建议价
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含税
信息价
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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下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。

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》。该分级表采用了以岩石压入硬度为主,同时考虑摆球回弹次数、塑性系数、微钻速度和声波穿透速度等的综合分级法,将岩石仍分为12级,列为以压入硬度、摆球硬度和统计效率为指标的 (表2)、以微钻速度为指标的 (表3)和以声波穿透速度为指标的分级表。 实际应用时互相参照, 使岩石可钻性定级更符合实际情况。

表1 岩石十二级分级表

岩石

等级

岩石类别

代 表 性 岩 石

可钻性/

m·h-1

回次长度/

m

松软疏散的

次生土、土壤、矽藻土

7.50

2.80

较软疏散的

黄土、粘土、冰

4.00

2.40

软的

风化变质的页岩、千枚岩、泥灰岩、褐煤、烟煤

2.45

2.00

较软的

页岩类、较致密泥灰岩、岩盐、火山凝灰岩

1.60

1.70

稍硬的

泥质板岩、细粒石灰岩、蛇纹岩、纯橄榄岩、无烟煤

1.15

1.50

中等硬度

微矽化石灰岩、千枚岩、石英云母片岩、辉长岩

0.82

1.30

中等硬度

矽质灰岩、石英二长岩、含长石石英砂岩、角闪石斑岩、玢岩

0.57

1.10

硬的

矽卡岩、千枚岩、微风化花岗岩

0.38

0.85

硬的

高矽化石灰岩、粗粒花岗岩、矽化凝灰岩

0.25

0.65

坚硬的

细粒花岗岩、花岗片麻岩、坚硬的石英伟晶岩

0.15

0.50

坚硬的

刚玉岩、石英岩、含铁矿碧玉岩

0.09

0.32

最坚硬的

未风化致密的石英岩、碧玉岩、燧石

0.045

0.16

表2 金刚石岩心钻探岩石可钻性分级表 (压入硬度和摆球硬度)

岩石级别

岩石物理力学性质

钻进时效指标

压入硬度/

MPa

摆球硬度

统计效率/m·h-1

弹次

塑性系数

金刚石

硬合金

钢粒

1~4

<1000

<30

>0.37

>3.90

5

900~1900

28~35

0.33~0.39

2.90~3.60

2.50

6

1750~2750

34~42

0.29~0.35

2.30~3.10

2.00

1.50

7

2600~3600

40~48

0.27~0.32

1.90~2.60

1.40

1.35

8

3400~4400

46~54

0.23~0.29

1.50~2.10

0.80

1.20

9

4200~5200

52~60

0.20~0.26

1.10~1.70

1.00

10

5000~6100

59~68

0.17~0.24

0.80~1.20

0.75

11

6000~7200

67~75

0.15~0.22

0.50~0.95

0.50

12

>7000

>70

<0.20

<0.60

表3 金刚石岩心钻探岩石可钻性分级表 (微钻钻速)

岩石级别

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

微钻钻速/

mm·min-1

216~259

135~215

85~134

53~84

34~52

21~33

14~20

9~13

6~8

≤5

注: 表2和表3中“代表性岩石”一栏略。

为使用方便,常把1~3级称为“软岩石”;4~6级称为“中硬岩石”;7~9级称为“硬岩石”;10~12级称为 “坚硬岩石”。

岩石可钻性常见问题

为使用方便,常把1~3级称为"软岩石";4~6级称为"中硬岩石";7~9级称为"硬岩石";10~12级称为"坚硬岩石"。

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。(可钻性:1.15 m/h, 一次提钻长度:1.50 m/次 )

六级-七级:中硬岩

中等硬度的---代表性岩石为:绿泥石、云母、绢云母板岩、千枚岩、片岩、轻微硅化的灰岩、方解石、绿帘石、钙质胶结的砾岩,长石砂岩、石英砂岩、石英粗面岩、角闪石斑岩。透辉石岩、辉长岩、冻结的砾石层。(可钻性:0.82 m/h, 一次提钻长度:1.30 m/次 )

石英、角闪石、云母、赤铁矿化板岩、千枚岩、片岩,微硅化的板岩、千枚岩、片岩、长石石英砂岩、石英二长岩,微片岩化的钠长石斑岩,粗面岩,角闪石斑岩,砾石、碎石层,微风化的粗粒花岗岩、正长岩、斑岩、辉长岩及其他火成岩,硅质灰岩,燧石灰岩等。(可钻性:0.57 m/h, 一次提钻长度:1.10 m/次 )

八级--九级:硬岩

硬岩---代表性岩石为:硅化绢云母板岩、千枚岩、片岩、片麻岩、绿帘石岩,含石英的碳酸岩石,含石英重晶石岩石,含磁铁矿和赤铁矿的石英岩,钙质胶结的砾岩,玄武岩,辉绿岩,安山岩,辉石岩,石英安山斑岩,中粒结晶的钠长斑岩和角闪石斑岩,细粒硅质胶结的石英砂岩和长石砂岩,含大块燧石灰岩,轻微风化的花岗岩、花岗片麻岩、伟晶岩、闪长岩、辉长岩等。(可钻性:0.38 m/h, 一次提钻长度:0.85 m/次 )

高硅化的板岩、千枚岩、灰岩、砂岩;粗粒的花岗岩、花岗闪长岩、花岗片麻岩、正长岩、辉长岩、粗面岩;微风化的:石英粗面岩、伟晶花岗岩、灰岩、硅化的凝灰岩、角页岩化凝灰岩、细粒石英岩、石英质磷灰岩、伟晶岩。(可钻性:0.25 m/h, 一次提钻长度:0.65 m/次 )

十级--十一级:坚硬岩

坚硬岩---代表性岩石为:细粒的花岗岩,花岗闪长岩,花岗片麻岩,流纹岩,微晶花岗岩,石英粗面岩,石英钠长斑岩,坚硬的石英伟晶岩,燧石岩。(可钻性:0.15 m/h, 一次提钻长度:0.50 m/次 )

刚玉岩,石英岩,碧玉岩,块状石英,最坚硬的铁质角页岩,碧玉质的硅化板岩,燧石岩。(可钻性:0.09 m/h, 一次提钻长度:0.32 m/次 )

十二级:最坚硬岩

最坚硬岩---代表性岩石为:未风化极致密的石英岩、碧玉岩、角页岩、纯钠辉石刚玉岩,石英,燧石,碧玉。(可钻性:0.045 m/h, 一次提钻长度:0.16 m/次 )

研究岩石可钻性的观点很不一致,方法很多,但仍处于探索阶段。用以表征岩石可钻性指标的大致分为三大类:(1)按岩石的某些物理力学指标,诸如各种硬度、抗压强度、点载荷强度、岩石产生新表面能耗和磨蚀性等。它的优点是指标性质稳定,有通用性,但难以反映凿岩特点。(2)用实际凿岩速度和凿岩工具消耗。它如实反映实际凿岩速度和钻具消耗情况,现场可自行测定。但它受设备与生产工艺等许多因素影响,缺乏稳定性,测定也不大方便。(3)用微型钻模拟钻进。它是“以小替大”,能在试验室对各类岩石进行系统测量,便于控制条件,但缺乏严格的相似条件,只能起一个可钻性指标作用。

岩石可钻性文献

岩石可钻性及岩石破碎机理探讨 岩石可钻性及岩石破碎机理探讨

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大小:222KB

页数: 未知

评分: 4.7

目前的岩石可钻性分级与实际的钻进时效有出入,相应的岩石在压头下破碎机理的观点也很难解析破碎坑的顶角和大小问题,通过进一步的探讨和计算,做出了岩石在压头下破碎机理的推论,并对岩石可钻性的划分提出了建议。

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岩石与钻头 岩石与钻头

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页数: 25页

评分: 4.6

岩石与钻头

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成果登记号

19930336[06470]

项目名称

岩石可钻性应用研究

第一完成单位

石油钻井研究所

主要完成人

蔡雨田、刘卫东、路保平、鲍洪志、陈天成

主题词

岩石;可钻性

成果登记号

19880022[02493]

项目名称

岩石可钻性分级研究

第一完成单位

陕西省地质矿产局综合研究队

主要完成人

沈世雄、樊冀安、唐忠林、王景泉

主题词

岩石;钻性

研究首次提出利用测井资料求取岩石可钻性的方法。经验证该方法比石油钻井界常可钻性的方法更为方便、实用,并能节省大量的人力和物力;且得出了可钻性变化规律,提出了相适应的钻头选型推荐表,为钻井设计和现场学的理论依据。 课题在研究过程中提出的利用地层岩石可钻性求取、宏观预测机械钻速、动态随钻监测钻头工作状况等-系列方法,最终石可钻性进行科学钻井的一整套工艺技术方法,及时地应用于四川、江等地区的生产之中,产生了显著的经济效益。 2100433B

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