岩石可钻性的测定

岩石可钻性的测定
一、实验目的
1．了解岩石的可钻性；
2．掌握岩石可钻性的测量方法。

二、实验原理
1．实验设备
实验中使用岩石可钻性测试仪来测量岩石的可钻性，如下图 1 所示。

设备的具体技术指标参见《岩石可钻性测定及分级方法-SY/T 5426-2000》。

图1 岩石可钻性测试仪
2．测量原理
使用特制微钻头（牙轮钻头或PDC 钻头），以一定的钻压（牙轮钻头为890N ±20NPDC 钻头为500N ±10N ）和转速（55r/min ±1r/min ）在岩样上钻三个特定深度的孔（牙轮钻头为2.4mm ，PDC 钻头为3mm ），取三个孔钻进时间的平均值为岩样的钻时（t d ），对t d 取以2 为底的对数值作为该岩样的可钻性级值K d 计算公式如下所示：
K d =log 2 t
求得可钻性级值后，再查岩石可钻性分级标准对照表（如下表1 所示）进行定级。

表1 岩石可钻性分级对照表
三、实验步骤
1. 试样用石油钻井所取井下岩心或地面采的岩石，岩样制备成圆柱体（直径40-100mm，高度30-80mm）或长方体（长宽各100mm，高度20-100mm），端面平行度公差值≤0.2mm，试验前将试样放在温度设定为105-110℃的干燥箱内烘烤24 小时；
2. 将手轮上移至最上端，取下岩心支架、钻头和接屑盘并清扫干净；
3. 装上接屑盘，将所选的微型钻头安装在花键轴上端（注意：钻头上键槽应对准花键轴上端的键！），安装好钻头后，将岩心支架回归原位；
4. 关闭所有钻进模式（牙轮模式和PDC 模式），打开总电源，打开相应的钻进模式开关（牙轮模式或PDC 模式，开关如图2 所示），打开电机调速器上的电机开关，开动电机，调电机至规定转速55 转/分（注意：教师进行此项调速
操作，学生请不要调电机转速，避免产生危险！），然后关闭电机开关；
图2 钻进模式开关示意图
5. 选择好相应的钻压砝码（牙轮钻头用两个砝码，PDC 钻头只用一个下部
大砝码），放在砝码支架上；
6. 将准备好的试样放在岩心支架上，手轮下移，稍用力夹紧岩样，如果钻
头高出岩心支架，应在轻轻夹紧岩样的同时，逆时针转动小手摇泵手轮，卸掉液
压系统压力（注意：要确保岩样的钻进面一定为平面！）。

7. 转动手摇泵给活塞缸和储能器加压，先使钻头上移顶在岩样底面上，后
顶砝码至最高点（注意：该过程中应特别注意观察压力表，不能使压力表超过
0.9MPa），然后，回摇手摇泵，使砝码下行，观察压力表，停摇手摇泵后，压力
能够反弹至试验规定值后即可；
8. 待压力稳定后，按清零按钮，待位移、时间清零后，再按清零按钮复位；
9. 打开电机开关进行实验；
10. 当位移显示至规定值（牙轮钻头模式2.6mm，PDC 钻头模式4mm），电
机停转后立即关闭电机开关；
11. 记录钻进时间；
12. 逆时针转动手摇泵手柄，先后使砝码和钻头下行至最底部（注意：当压力降至将近零点时，应缓慢卸压，不要使压力表承受过大负压！）；
13. 松开手轮，卸下岩样；
14. 取下岩心支架，抱住接屑盘外圈，向上同时取下接屑盘和钻头（注意：不要直接抓着钻头向上拔出，以免撞伤手部！）；
15. 清理后，将接屑盘和钻头装回原位；
16. 应及时对手轮和手摇泵丝杠、砝码支架活塞、液缸活塞、花键轴加油和维护，保证活动顺畅。

四、数据处理
表2 岩石可钻性实验数据记录表 牙轮钻头 钻进时间t/s
平均时间t d /s 极值K d 43
37.67 5.2 34
36
计算过程如下：
平均时间： s t t t 67.373
3634433t 321d =++=++= 极 值： 2.567.37log log 22===d d t K
根据极值查表1，可确定岩石可钻性为五级。

五、思考题
1、实验过程中哪些步骤对测量结果精度影响较大，如何操作才能提高测量结果的精度？
答：实验过程中转速的调节不正确、岩样夹持不够紧、转动手摇泵给活塞缸和储能器加压时压力大于0.9MPa 、待压力稳定后，忘记按清零按钮或者忘记再按清零按钮复位等都会对测量结果的精度有较大影响。

应该准确调整转速为55转/分，确保岩样夹持紧，转动手摇泵给活塞缸和储能器加压时确保压力不大于0.9MPa 、待压力稳定后，记得按清零按钮，并且再按清零按钮复位。

2、调研并简要介绍岩石可钻性是如何应用于工程实践？思考岩石可钻性的其它应用？
答:岩石可钻性是岩石在钻进过程中显示出来的综合性指标，根据岩石的可钻性，可以确定岩石抗破碎的能力，从而确定钻头的规格、类型以及其他的钻井工艺措施等。