岩石的性质与可钻性

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1、第一章岩石的性质与可钻性钻探工作的对象是岩石。钻探工作必须了解组成地壳的各种岩石矿物。岩石的物理力学性质，因岩石成分和构造的不同而相差很大，对钻进的影响和反应也是各种各样的。为了更好地进行钻探工作，提高钻进质量和效率，必须对岩石的物理力学性质进行全面的了解。研究岩石的物理力学性质，主要是研究与破碎岩石有关的因素，从而掌握其破碎的规律性，以便创造更有利的破碎条件，更好地选择钻进方法、钻进规程和切削具、研磨材料及钻探设备类型等。岩石是由各种晶质或非晶质的矿物组成。由于岩石本身分子结构以及成因条件的不同，岩石的基本状态可以分为坚硬的、可塑性的和松散性的三类。构成坚硬岩石的矿物颗粒间，存

2、在着联结力和摩擦力，且联结力明显地大于摩擦力。这类岩石破碎以后，无论是湿润、压缩或同时湿润并压缩，都不能恢复原状，如花岗岩、石灰岩。和坚硬岩石一样，构成塑性岩石的矿物颗粒间也具有联结力和摩擦力，但是其联结力与湿润程度有关，在联结力受到破坏时，如果加以压缩和湿润，则其联结力可以部分地或全部地恢复，各种泥质类岩石都有这种塑性现象。可以把松散性岩石看成颗粒间相互没有联结力，而只靠摩擦力相结合的岩石。如疏松的岩石，在被水泡和或完全干燥的情况下，都没有联结力。当含水达15%～20%时，这种岩石则具有一定的联结力，典型的是砂子和砾石。岩石的上述三种状态并不是永恒的。它们可以在外界条件的影响下

3、互相变化，如坚硬岩石经过地质构造和变质作用，能变成塑性岩石；经过外应力的风化作用，也能变成松散性岩石。而塑性岩石或松散性岩石，经过变质、沉积等作用，也会变成坚硬岩石。组成地壳的各种岩石，按其成因特征可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。如果把变质岩包括在岩浆岩中，则在地壳内，岩浆岩占95%，沉积岩占5%(其中泥质页岩占4%，砂岩占0.75%，碳酸盐类岩石占0.25%)，上述三类岩石，钻探工作中几乎都会遇到，煤田钻探、石油天然气和地热井勘探，所遇到的岩石大都是沉积岩。由于岩石的构成和状态不同。所表现出的物理力学性质也不相同。一般岩浆岩的硬度较大(如花岗岩等)，沉积岩的硬度较低(如页岩、泥岩

4、等)，由地表风化作用变质的变质岩较软(如高岭土)，而由于温度及压力作用变质的变质岩较硬(如矽卡岩、石英岩等)。第一节岩土的物理性质岩石的物理性质又可称岩石的基本性质。它是岩石在生成过程中，由于构造变动和风化作用形成的，如相对密度(颗粒密度)、块体密度(容重)、孔隙度、裂隙性，含水性、透水性、松散性、流散性和稳定性等。与钻进有关的岩石物理性质有以下几种。一、块体密度和孔隙度岩石质量与其体积之比称为岩石的块体密度。假设用m表示岩石试样的质量。用V表示岩石试样的总体积，则岩石的块体密度ρ为：岩石的块体密度分三种．即天然块体密度、块体干密度和块体饱和密度。大多数岩石往往不是完整无隙的。矿

5、物颗粒之间的全部孔洞．不管其大小和形状如何．都是岩石的孔隙。岩石的孔隙是由于地质构造作用、外力和内部应力的作用而产生的。岩石孔隙又与组成岩石的颗粒形状、大小及性质有关。岩石孔隙的多少常用孔隙度n来表示；孔隙度n是岩石中孔隙的体积V0与岩石总体积V之比：岩石的孔隙度与岩石的块体密度有关，孔隙度大的岩石易透水，并能降低岩石的强度及稳定性。一般岩石埋藏越深.岩石的密度越大，其强度和硬度也愈大。岩浆岩比沉积岩致密、孔隙度小，因而其密度大，强度和硬度也大。常见岩石的孔隙度和密度的变化范围如表11所示.表11常见岩石的孔隙度和密度岩石密度/(g·cm3)孔隙度/%岩石密度/(g·cm3)

6、孔隙度/%花岗岩粗晶玄武岩流纹岩安山岩辉长岩玄武岩砂岩2.6～2.73.0～3.052.4～2.62.2～2.33.0～3.12.8～2.92.0～2.60.5～1.50.1～0.54～610～150.1～0.20.1～1.05～25页岩石灰岩白云岩片麻岩大理岩石英岩板岩2.0～2.42.2～2.62.5～2.62.9～3.02.6～2.70.1～0.52.6～2.710～305～201～50.5～1.50.5～20.1～0.5二、含水性、透水性和裂隙性由于岩石中有孔隙存在．水便会浸入岩体，从而使岩石含水。岩石含水的多少取决于孔隙的大小和数量。岩石的含水性一般用湿度或含水率来表示

7、，一般用占干燥岩石质量的百分数来表示，如砂岩为60%，石灰岩为2.5%。岩石的含水性对岩石的强度有影响，孔隙大的岩石，水浸后其抗压强度降低25%～45%，一般也要降低15%～20%。致密的岩浆岩，由予孔隙度小，所以其强度降低最少。水中含有表面活性物质，会使岩石的强度减低。因此，在坚硬岩石中钻进可试用软化剂处理。岩石透水的性能称为透水性。它以单位面积和时间内通过岩石的水量来表示。一般岩石孔隙度愈大，透水性愈高，岩石的强度和稳定性愈低。由于水是一种溶剂，当水透过岩石时，会溶解岩石中的