第一章+钻头-岩石性质.pptVIP

第一章 钻 头  概 述 1. 钻头类型 (1)按结构及工作原理分类 刮刀钻头、牙轮钻头、PDC钻头、金刚石钻头 (2)按功用分类 全面钻进钻头、取心钻头、扩眼钻头 2. 钻头尺寸系列 4-3/4 ~ 26 in 3. 工作指标 钻头进尺（米） 钻头工作寿命（小时） 机械钻速（米/小时） 单位进尺成本（元/米）： 第一节 岩石的工程力学性质 一、岩石的机械性质（力学性质） 1.几个概念 岩石的力学性质— 石受力后表现出来的变形特性和强度特性。 弹性——岩石在外力作用下产生变形，外力撤除后变形随之消失，恢复到原来的形状和体积的性质称为弹性。相应的变形称为弹性变形。 塑性——岩石在外力作用下产生变形，外力撤除后变形不能完 全恢复的性质。相应的残余变形称为塑性变形。 脆性——岩石在外力作用下变形量很小（小于3%）时就发生 破坏的性质。 相应的破坏称为脆性破坏。 强度——岩石在外力作用下发生破坏时的最大应力。 抗拉强度—岩石单纯受拉伸应力作用时的强度。 抗压强度—岩石单纯受压缩应力力作用时的强度。 抗剪强度—岩石单纯受剪切应力作用时的强度 抗弯强度—岩石单纯受弯曲应力作用时的强度。 2. 简单应力条件下岩石的力学性质 简单应力条件：岩石受单一外载（压、拉、剪、弯）作用。 （1）试验方法 （2）一般规律： ① 在简单应力条件下，大部分岩石都接近弹性脆性体，岩石的破坏表现为脆性破坏。 ② 岩石的弹性模量与所加载荷大小及应变种类有关。当载荷较小时，弹性模量接近常数，且各种应变情况下的弹性模量相差不大。当载荷较大时，在受压缩的情况下，弹性模量将随载荷的增大而增大；在受拉伸的情况，弹性模量则随载荷的增大而减小。 ③ 在动外力（如声波）作用下，大多数岩石服从直线虎克定律。 ④ 一般情况下 抗拉强度＜抗弯强度≤抗剪强度＜抗压强度。 ⑤ 垂直于地层层面方向的岩石强度＞平行于地层层面方向的岩石强度。 3. 复杂应力条件下岩石的力学性质 (1) 三轴岩石试验  （2） 一般规律 岩石在三轴应力条件下的强度明显增加。随着围压的增大，岩石强度增大。 随着围压的增大，岩石由脆性向塑性转变，且围压越大，岩石破坏前呈现的塑性也越大。岩石从脆性向塑性转变的压力（围压）称为临界压力。不同的岩石，临界压力不同。 在各向均匀压缩状态下，岩石永远不会破坏。 4.岩石的硬度和塑性系数 硬度的概念 岩石抵抗其它物体表面压入的能力。石油工业中的岩石硬度是压入 硬度，也称为史氏硬度，是由前苏联史立涅尔提出的。 硬度与抗压强度区别： 硬度是岩石表面的局部抵抗外力压入的能力，抗压强度则是岩石整体抗压的能力。 塑性系数 表征岩石塑性和脆性大小的参数。 1—液缸缸体； 2—液缸柱塞； 3--岩样； 4—压头 5—压力计； 6—千分表； 7—柱塞导向杆 岩石硬度和塑性系数的计算： 硬度Py: 5. 岩石的破碎特征 1). 脆性岩石 只有弹性变形无塑性变形。 破碎特点是:变形深度ε很小，而破碎深h度远大于变形深度 破碎面积S0 远大于压模面积S 2). 塑脆性岩石 先产生弹性变形后产生塑性变形，最后发生塑性破碎。 破碎特点是:ε较大，但hε，且S0 ＞S。 3). 塑性岩石 只有塑性变形而无脆性破碎 h=ε，S0 ＝S。 二、影响岩石力学性质的因素分析 1.岩石结构 （1）对晶质岩石，由硬度较高的矿物组成的岩石，其硬度也较高。 如玄武岩（斜长石、辉石，6）＞白云岩（4）＞石灰岩（3）。 （2）砂岩的强度随着石英（7）含量的增加而增大； 硅质胶结＞钙质＞铁质＞泥质。 （3）同种岩石孔隙度增大，密度降低，强度降低。 因此，岩石的强度一般随埋藏深 度的增加而增大。 2. 井底各种压力 （1）有效应力（外压与内压之差）越大，岩石强度越大，塑性越大。 （各向压 缩效应）。 （2）井内液柱压力与孔隙压力之差越大，岩石强度越大，塑性越大。 三、岩石的可钻性和研磨性 1. 岩石可钻性(Rock Drillability） （1）概念 岩石可钻性可理解为岩石破碎的难易性，它反映了是岩石抵抗钻 头破碎的能力。 （2）评价方法 在钻压889.7N（200磅）、转速55r/min的固定条件下，用直径31.75mm （1-1/4in）的微型钻头在岩心上钻孔，以钻进2.4mm孔深所需要的时间td 作为岩石可钻性指标，由此把岩石分为易钻的和难钻的。 为应用