鉆頭巖石性質(zhì)PPT

1、關(guān)于鉆頭巖石性質(zhì)第一張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 概 述1. 鉆頭類型(1)按結(jié)構(gòu)及工作原理分類 刮刀鉆頭、牙輪鉆頭、PDC鉆頭、金剛石鉆頭(2)按功用分類 全面鉆進鉆頭、取心鉆頭、擴眼鉆頭2. 鉆頭尺寸系列 4-3/4 26 in3. 工作指標鉆頭進尺（米）鉆頭工作壽命（小時）機械鉆速（米/小時）單位進尺成本（元/米）：第二張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月一、巖石的機械性質(zhì)（力學性質(zhì)） 1.幾個概念巖石的力學性質(zhì) 石受力后表現(xiàn)出來的變形特性和強度特性。彈性巖石在外力作用下產(chǎn)生變形，外力撤除后變形隨之消失，恢復到原來的形狀和體積的性質(zhì)稱為彈性。相應的變形稱為彈性變形。塑

2、性巖石在外力作用下產(chǎn)生變形，外力撤除后變形不能完 全恢復的性質(zhì)。相應的殘余變形稱為塑性變形。第一節(jié) 巖石的工程力學性質(zhì)第三張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月脆性巖石在外力作用下變形量很?。ㄐ∮?%）時就發(fā)生 破壞的性質(zhì)。 相應的破壞稱為脆性破壞。強度巖石在外力作用下發(fā)生破壞時的最大應力。 抗拉強度巖石單純受拉伸應力作用時的強度。 抗壓強度巖石單純受壓縮應力力作用時的強度。 抗剪強度巖石單純受剪切應力作用時的強度 抗彎強度巖石單純受彎曲應力作用時的強度。第四張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 彈性模量和泊松比虎克定律：泊松比：彈性系數(shù)之間的關(guān)系：應力；應變；E彈性模量應力； 剪應

3、變；G剪切彈性模量（各向同性材料）第五張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 簡單應力條件下巖石的力學性質(zhì) 簡單應力條件：巖石受單一外載（壓、拉、剪、彎）作用。 （1）試驗方法抗壓試驗抗拉試驗-巴西實驗第六張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月抗剪試驗抗彎試驗第七張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月破壞方式第八張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）一般規(guī)律： 在簡單應力條件下，大部分巖石都接近彈性脆性體，巖石的破壞表現(xiàn)為脆性破壞。 巖石的彈性模量與所加載荷大小及應變種類有關(guān)。當載荷較小時，彈性模量接近常數(shù)，且各種應變情況下的彈性模量相差不大。當載荷較大時，在受壓縮的

4、情況下，彈性模量將隨載荷的增大而增大；在受拉伸的情況，彈性模量則隨載荷的增大而減小。 在動外力（如聲波）作用下，大多數(shù)巖石服從直線虎克定律。 一般情況下 抗拉強度抗彎強度抗剪強度抗壓強度。 垂直于地層層面方向的巖石強度平行于地層層面方向的巖石強度。第九張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3. 復雜應力條件下巖石的力學性質(zhì)(1) 三軸巖石試驗12=311123 2=323第十張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 常規(guī)三軸試驗：12=312=3P=2=3P=2=311壓縮拉伸第十一張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（2） 一般規(guī)律巖石在三軸應力條件下的強度明顯增加。隨著圍壓的增

5、大，巖石強度增大。隨著圍壓的增大，巖石由脆性向塑性轉(zhuǎn)變，且圍壓越大，巖石破壞前呈現(xiàn)的塑性也越大。巖石從脆性向塑性轉(zhuǎn)變的壓力（圍壓）稱為臨界壓力。不同的巖石，臨界壓力不同。在各向均勻壓縮狀態(tài)下，巖石永遠不會破壞。3=03=23.53=503=853=1653=326XXXX3=03=27.53=55.53=1553=217.513，MPa13，MPa第十二張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 4.巖石的硬度和塑性系數(shù)硬度的概念 巖石抵抗其它物體表面壓入的能力。石油工業(yè)中的巖石硬度是壓入 硬度，也稱為史氏硬度，是由前蘇聯(lián)史立涅爾提出的。 硬度與抗壓強度區(qū)別： 硬度是巖石表面的局部抵抗外力壓入

6、的能力，抗壓強度則是巖石整體抗壓的能力。塑性系數(shù) 表征巖石塑性和脆性大小的參數(shù)。第十三張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 巖石硬度試驗裝置 771液缸缸體；2液缸柱塞；3-巖樣；4壓頭5壓力計；6千分表；7柱塞導向桿6壓入硬度和塑性系數(shù)的測定方法壓入試驗第十四張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月巖石硬度和塑性系數(shù)的計算：塑性系數(shù):第十五張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月巖石按塑性系數(shù)分類（3類、6級）第十六張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月硬度Py: MPa對脆性和塑脆性巖石：MPa對塑性巖石：巖石按硬度的分類（6類、12級）P破壞載荷； P0彈性變形載荷第十七張

7、，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月5. 巖石的破碎特征 1). 脆性巖石只有彈性變形無塑性變形。破碎特點是:變形深度很小，而破碎深h度遠大于變形深度破碎面積S0 遠大于壓模面積ShS0Sp第十八張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 2). 塑脆性巖石先產(chǎn)生彈性變形后產(chǎn)生塑性變形，最后發(fā)生塑性破碎。破碎特點是:較大，但h，且S0 S。hS0Sp第十九張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 3). 塑性巖石只有塑性變形而無脆性破碎h=，S0 S。hS0Sp第二十張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月二、影響巖石力學性質(zhì)的因素分析1.巖石結(jié)構(gòu)（1）對晶質(zhì)巖石，由硬度較高的礦物組成

8、的巖石，其硬度也較高。 如玄武巖（斜長石、輝石，6）白云巖（4）石灰?guī)r（3）。（2）砂巖的強度隨著石英（7）含量的增加而增大； 硅質(zhì)膠結(jié)鈣質(zhì)鐵質(zhì)泥質(zhì)。（3）同種巖石孔隙度增大，密度降低，強度降低。 因此，巖石的強度一般隨埋藏深 度的增加而增大。2. 井底各種壓力（1）有效應力（外壓與內(nèi)壓之差）越大，巖石強度越大，塑性越大。 （各向壓 縮效應）。（2）井內(nèi)液柱壓力與孔隙壓力之差越大，巖石強度越大，塑性越大。第二十一張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3. 載荷性質(zhì)的影響 巖石對動載的抗力要比靜載大得多。隨著沖擊速度增大，硬度增大，塑性系數(shù) 減小。 但在沖擊速度小于10米/秒時，巖石硬度和塑

9、性系數(shù)變化不大，接近于靜載時的數(shù)值。在10000米深度范圍內(nèi)： 強度：巖鹽泥頁巖石灰?guī)r石膏白云巖； 砂巖強度取決于膠結(jié)物及膠結(jié)程度。 塑性：巖鹽石灰?guī)r泥頁巖石膏白云巖石英巖4. 溫度的影響 地溫梯度約為30度/km。 高溫條件下塑性增大強度減小。 5. 液體介質(zhì)的影響 分散性介質(zhì)對巖石強度有降低的作用。 第二十二張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月三、巖石的可鉆性和研磨性 1. 巖石可鉆性(Rock Drillability）（1）概念巖石可鉆性可理解為巖石破碎的難易性，它反映了是巖石抵抗鉆頭破碎的能力。（2）評價方法在鉆壓889.7N（200磅）、轉(zhuǎn)速55r/min的固定條件下，用直徑

10、31.75mm（1-1/4in）的微型鉆頭在巖心上鉆孔，以鉆進2.4mm孔深所需要的時間td作為巖石可鉆性指標，由此把巖石分為易鉆的和難鉆的。為應用方便，常用 Kd=Log2td 作為可鉆性指標，稱為可鉆性級值。第二十三張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月級別td/秒448816163232646412812825625651251210241024 Kd22 33 44 55 66 77 88 99 1010分類極軟軟中軟中中硬硬極硬（3）可鉆性分級第二十四張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 巖石研磨性（ Rock Abrasiveness）巖石磨損鉆頭切削刃材料的能力稱為

11、巖石的研磨性。 1）.巖石研磨性的概念 在鉆進過程中，鉆頭在破碎巖石的同時，也被巖石磨損，我們把巖石磨損鉆頭的能力稱為巖石的研磨性。 2）.巖石研磨性的測定方法及其分類 研磨性的測定 對于大部分礦物和巖石，金屬盤的單位摩擦路程的磨損不取決于圓盤的旋轉(zhuǎn)速度，只與載荷p成正比， vs p式中 vs 圓盤的單位摩擦路程磨損量，立方厘米/米； 研磨系數(shù)； p摩擦面上的接觸壓力，牛。 第二十五張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月vs 可通過稱重量獲得，它等于失重除以金屬的密度再除以摩擦總路程。的物理意義是，在9.8牛的垂直載荷作用下與巖石產(chǎn)生單位路程的摩擦時金屬圓盤的磨損體積。 相對磨損量0 相對磨損量就是單位摩擦路程中的鋼的磨損體積vs 與巖石磨損體積vR 的比值，即 0 vs /vR 巖石按研磨性系數(shù)大小可分為12級。第二十六張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 3）.影響巖石研磨性的因素（1）化學巖的研磨性 化學巖的研磨性與組成巖石的礦物的硬度成正比。 研磨性由小到大的順序為： 硫酸鹽巖、碳酸鹽巖、硅質(zhì)巖石