岩石硬度及塑性系数测定

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1、中国石油大学岩石硬度及塑性系数测定实验报告实验日期：2014年10月8日成绩：班级：学号：姓名：教师：同组者：岩石硬度及塑性系数测定岩石是钻井的主要工作对象。在钻成井眼的过程中，一方面要提高破碎岩石的效率，另一方面要保证井壁岩层稳定，这些都取决于对岩石的工程力学性质的了解和认识。岩石的工程力学性质包括岩石的机械性质、岩石的研磨性、岩石的可钻性等。岩石的机械性质包括岩石的弹性、强度、脆性与塑性、硬度等。本实验旨在了解岩石的机械性质，掌握岩石压入硬度及塑性系数的测量方法。一、实验目的1、直观了解岩石的物理机械性质2、掌握岩石硬度及塑性

2、系数的测量方法二、实验原理1、实验设备实验中使用岩石硬度仪来测量岩石的压入硬度及塑性系数，如图1所示。该设备主要由手摇泵，液压罐，压模，载荷传感器，位移传感器，下板，支柱，上板和函数记录仪等构成。图1岩石硬度仪实物图压模主要由基体和硬质合金压头两部分构成，其结构及尺寸如图3所示，其中d=1.5~2.5mm。图2压模结构及尺寸示意图2．测量原理利用手摇油泵将液压油压入液压罐，推动液压罐的活塞上升，使位移传感器与岩心托盘侧面伸出的铁片接触、岩样与压模接触，随着压力的增加，压模将逐渐压入岩样，压入的深度由位移传感器测出，压力由载荷传感器

3、测出，测出的数据自动存入函数记录仪，具体参见动画“岩石硬度及塑性系数的测定”。将函数记录仪中的数据文件转存入U盘，在计算机上利用专用软件提取“位移”和“载荷”数据，作岩石的变形曲线，如图3所示。其中，a为脆性岩石，其特点是OD段为弹性变形阶段，达到D点后即发生脆性破碎；b为塑脆性岩石，其OA段为弹性变形阶段，AB段为塑性变形区，到达B点时产生脆性破碎；c为塑性岩石，施加不大的载荷即产生塑性变形，其后变形随变形时间的延长而增加，无明显的脆性破坏现象。脆性岩石塑脆性岩石塑性岩石图3压模压入岩石时的变形曲线硬度：塑性系数：式中：PY——

4、岩石的硬度，MPa；P——岩石产生脆性破坏时的载荷，N；S——压模压头的底面积，mm2P0——岩石产生屈服时的载荷，N；Kp——岩石塑性系数三、实验步骤1．岩样制备将被测岩石切割成正方（或圆柱）体，边长（或高度）不小于50mm，被测量端面应加以研磨，使端面平滑且相互平行（直径50mm的岩样两端面不平行度不超过0.5mm），将切磨好的岩样置于100℃的烘箱中烘干2~2.5小时，然后放在干燥器内备用。（注：本实验中岩样已制备好，直接使用即可。）2．测量压模压头直径利用读数显微镜或游标卡尺测量压模压头直径。（注：本实验中压模压头直径统一

5、为2mm。）3．打开岩石硬度仪，放置岩样，调整位移传感器位置接通岩石硬度仪电源，打开函数记录仪开关，记录仪面板会显示当前位移传感器和载荷传感器的初始数据，初始数据值一般都不为零。逆时针操作手摇泵手柄，液压罐活塞和岩心托盘慢慢下降，直至岩心托盘和压模压头之间的距离能够放入岩样。（注意：逆时针旋转到手摇泵的活塞与丝杠压帽接触时，再继续逆时针旋转会松开丝杠压帽，要防止松开丝杠压帽。）将岩样放于岩心托盘上，通过位移传感器上的两个螺丝调整位移传感器的位置，使“位移传感器与岩心托盘侧面伸出铁片的距离”小于“岩样与压模压头的距离”，确保载荷传感

6、器数据开始变化之前位移传感器已经在记录岩石上升的位移数据。（注意：位移传感器量程为10mm，防止超量程损坏传感器。）4．缓慢加载压入岩石表面顺时针操作手摇泵，使液压罐活塞推动岩心托盘和岩样慢慢上升，当函数记录仪显示载荷数据有变化时，说明岩样与压头已接触上。用手摇泵慢速均匀加载，直到岩石表面破碎（破碎时载荷数据突然下降，操作手柄的阻力突然减小），停止加载，逆时针缓慢卸载。该点测试完毕。（注意：载荷传感器量程为2000kg，防止超量程损坏传感器。）5．测量岩石表面不同点的硬度移动岩样，使第一点的破碎坑与第二点相距大于10mm，按以上方

7、法测试第二点，每块岩样做2-3次。6．导出数据按函数记录仪面板上的“设置”键两次，出现报警界面，再按“V”键4次，根据提示插入U盘，导出数据文件（文件为“.dat”数据文件，包含位移和载荷数据），完毕后按“菜单”键返回，拔出U盘。7．提取测量数据使用与岩石硬度仪配套的专用软件JLFX100来提取“位移”和“载荷”数据。双击计算机桌面上的JLFX100图标可进入软件界面并进行提取，如下图6所示。将提取出的“位移”和“载荷”数据拷贝入Excel中，作“位移-载荷”关系曲线。四、实验数据将函数记录仪中的实验数据用与岩石硬度仪配套的专用软

8、件JLFX100来提取“位移”和“载荷”数据（表1），并作“位移-载荷”关系曲线（图4）。位移/mm载荷/kg位移/mm载荷/kg-1.909-1-1.767128-1.853-1-1.764134-1.8450-1.754166-1.8431-1