岩石的性质与可钻性课件.ppt

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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。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，

2、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。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，

3、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。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，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

4、剂，当水透过岩石时，会溶解岩石中的某些成分而形成大孔隙或溶洞。因此，在透水性强的岩石中钻进，还容易发生冲洗液的漏失。裂隙性也是岩石的重要物理性质．它对岩石的强度及可钻性都会产生很大影响。三、松散性、流散性当岩石从岩体上分开后，岩石碎块的体积比在天然埋藏下原有体积增大的性能称松散性；松散性也是指岩石结构的致密程度，松散性强的岩石其颗粒之间的连接力弱，钻进时容易破碎，但孔壁易坍塌。岩石的自由面有极力趋向水平的性能称流散性。在流散性强的岩石(如流砂)中钻进，孔壁极易陷落、淤塞钻孔，使钻进困难。四、稳定性在岩

5、体内钻成钻孔(有自由面)后，岩石不坍塌不崩落的性能称稳定性。所有的岩石可分为稳定性良好的、稳定性中等的和稳定性差的三类。在稳定性差的岩石中钻进时容易发生孔壁坍塌现象，必须采取措施保护孔壁。第二节岩石的力学性质岩石在机械外力作用下所表现的性质，称为岩石的力学性质。与钻进有关的岩石力学性质有强度、硬度和研磨性等。一、强度(一)岩石强度的概念岩石的强度是指岩石在各种外力(拉伸、压缩、弯曲或剪切等)作用下，抵抗破碎的能力。常用的强度单位为Pa(N/m2)。坚固岩石和塑性岩石(如粘土)的强度，主要取决于岩石的内

6、连结力和内摩擦力。松散性岩石的强度主要取决于内摩擦力。岩石的内连结力主要是矿物颗粒之间的相互作用力，或者是矿物颗粒与胶结物之间的连结力，或者是胶结物与胶结物之间的连结力，一般颗粒之间相互的作用力大于胶结物之间的连结力；而胶结物之间的连结力又大于颗粒与胶结物之间的连结力。岩石的内摩擦力是颗粒之间的原始接触状态即将被破坏而要产生位移时的摩擦阻力。岩石的内摩擦阻力构成岩石破碎时的附加阻力，且随应力状态而变化。(二)影响岩石强度的因素影响岩石强度的因索是各种各样的。但基本上可分为两个方面：一种是自然因索，如岩

7、石的矿物成分、结构及构造等；另一种是技术因素，如载荷作用的速度、形变的方式等。1、自然因素方面岩石的机械强度，在很大程度上取决于组成岩石的矿物成分。在相同矿物结构下，组成岩石的矿物颗粒直径的尺寸对岩石的强度也有很大影响。岩石的孔隙度对岩石的强度也有巨大影响。岩石的层理对强度的影响具有明显的方向性，垂直于层理方向的抗压强度最大，平行层理方向的抗压强度最小，与层理方向成某种角度的抗压强度介于二者之间。另外，岩石结构构造上的缺陷，也对强度有一定影响。在外力作用下，应力会在岩石缺陷处集中，使岩石局部破碎，因而

8、使岩石的强度降低。裂隙性也是岩石重要物理性质，也对岩石强度有重要影响。2、技术因素方面影响岩石强度的技术因素，最明显的是岩石产生变形的形式。据实验，相同的岩石对抗压、抗拉、抗剪、抗弯的变形有很大差别。岩石的抗压强度最大，而抗剪、抗弯和抗拉强度依次减小，抗拉强度仅为抗压强度的10％以下。其表现形式是：抗压>抗剪>抗弯>抗拉与其内部应力增长的速度、外力作用的时间有关。钻进时所用的冲洗介质对岩石强度的影响，在实际生产中有现实意义，值得我们注意。岩样的线性尺寸对