金刚石钻头选型与应用
石油钻井金刚石钻头选型及正确应用
8石油钻井金刚石钻头选型及正确应用付晓平 四川川庆石油钻采科技有限公司【摘 要】在石油钻井生产阶段钻头是重要应用工具，基于钻头合理选取与高效化应用，能有效提升机械钻速，可以有效调控钻井施工成本，适应油气田钻井施工要求。
当前要注重做好石油钻井金刚钻头应用研究，全面提升金刚石在钻井施工中的应用效率，便于实现钻井钻探施工目标。
【关键词】石油钻井；金刚石钻头；选型；应用针对石油钻井金刚石钻头合理选型，基于石油钻探施工基本要求，要注重规范化选取有效的金刚石钻头，能全面优化石油钻井施工效率，适应油气田开发要求。
针对不同的钻井任务，要注重对金刚石钻头合理选型，促使钻头基本性能可以有效满足地层钻井施工操作要求。
一、金刚石钻头相关概述石油钻井应用金刚石钻头，是在钻头表层镶嵌金刚石，主要是呈现辐射状、螺旋状排列分布。
全面研究与深入开发人造金刚石材料，在钻头加工制造中有效应用实践，确保其能满足预期硬度标准。
基于金刚石良好的硬度数据，有助于全面提升钻井施工效率，能对硬度较高的地层深入钻探，获取良好深度的钻井进尺，确保钻井施工活动有序进行。
近年来金刚石钻头制造技术工艺全面优化，在石油钻井施工中开始全面应用诸多高效、耐用的金刚石钻头。
由于钻井条件存有诸多差异性，当前实践生产中要选取不同类型金刚石钻头。
通过多层次分析方法应用，能做好金刚石钻头选型，适应石油钻井施工操作技术要求。
例如PDC钻头是人造聚晶金刚石钻头，其锋利、耐磨性能突出，在高钻速、低钻压状态中能稳定应用，有助于全面降低钻井施工成本支出，适应施工现场操作要求。
二、石油钻井金刚石钻头选型与应用1.金刚石钻头选型基本依据在石油钻井施工阶段，要注重对金刚石钻头合理选型，全面提升石油钻井应用效率。
相关部门要注重做好金刚石钻头应用研究，全面提升金刚石钻头应用强度，促使其满足复杂状态下钻进施工基本要求。
在施工过程中为了能选取最合适的金刚石钻头，促使其适应石油钻探施工基本技术要求，要注重对邻井地质结构基本类型合理分析，基于岩石力学性能参数要求，选取最合理的金刚石钻头类型。
金刚石钻头分类及应用方法探讨
金刚石钻头分类及应用方法探讨1 绪论金刚石钻头在现代水电施工中使用广泛。
大坝防渗墙的加固，墙体入岩后的基岩灌浆、非灌浆段覆盖层的打孔等水电施工中经常遇到的打孔都需要金刚石钻头钻孔。
在使用金刚石钻头时，尽管在整体上是十分满意的，但还是存在或多或少的疑惑。
作者曾经在福建宁德核电厂、四川乐山毛滩电站、江苏省宜兴市油车水库、西藏旁多电站等主要为帷幕灌浆的工地进行施工，现就了解的金刚石钻头种类及使用进行总结。
2 金刚石的性能及来源金刚石是自然界最坚硬物质，金刚石的主要化学成分是C（碳元素），四周为十分稳定共价键连接的碳元素，常温下极其化学性质极其稳定，不溶于强酸、强碱，但是在高温状态下会变得活跃，甚至还可能成为石墨（基于这一特性，故使用金刚石钻头时，严禁干磨）。
3 金刚石钻头的种类3.1 按照钻头胎体的磨料材质分类金刚石钻头胎体中可以采用的磨料，一般是一下材料中的一种，即人造金刚石单晶、天然金刚石单晶、人造金刚石聚晶体、金刚石复合体。
具体各种钻头制作才俩具体区分如下：1、人造金刚石钻头：采用磨料为人造金刚石单晶；2、天然金刚石钻头：采用磨料为天然金刚石单晶；3、聚晶烧结钻头：采用磨料为金刚石聚晶体；4、复合片钻头：采用磨料为金刚石复合体。
尽管各类金刚石磨料的钻头都有其特定的适应范围，但是，在我公司中采用最为广泛的是人造金刚石（单晶）钻头。
由于使用者的称谓习惯，大家把人造金刚石（单晶）钻头笼统地简称为金刚石钻头。
3.2 按钻头胎体中磨料的镶嵌方式分类通过不同的手段将金刚石磨料镶嵌进胎体，从而制造出不同类型的金刚石钻头，按这种方法分类，一般分为两种类型。
3.2.1 孕镶金刚石钻头孕镶金刚石钻头（以下简称为金刚石钻头）的胎体，是采用粉末冶金的方法，一次烧结成型并粘固在钻头钢体上的。
3.2.2 表镶金刚石钻头表镶金刚石钻头的切削刃具部分也是金刚石单晶体、金刚石聚晶体或是金刚石复合体。
3.2.3 牙轮钻头牙轮钻头就是钻头中镶嵌牙轮的钻头，利用牙轮的相互碾压粉粹位于中间的岩心。
孕镶金刚石钻头的选择与使用 城市建设理论研究.doc
孕镶金刚石钻头的选择与使用，城市建设理论研究，《城市建设理论研究》孕镶金刚石钻头的选择与使用TheSelectionandUseofDiamondimpregnatedBit谢永亮1张小强1（1华北有色工程勘察院石家庄050021）摘要：孕镶金刚石钻头现在普遍应用于钻探生产中，具有抗压能力大、抗磨能力强、抗冲击能力较好、价格相对较低、工业制造过程简单等特点。
本文介绍了孕镶金刚石钻头的碎岩机理、选择依据和使用方法，并对钻头磨损形态进行了分析，为以后选择和使用孕镶金刚石钻头提供了一些参考。
关键词：孕镶金刚石钻头；碎岩机理；磨损形态。
孕镶金刚石钻头就是把较细的金刚石均匀的分布到钻头胎体中，这种钻头配有不同硬度的胎体，可以钻进各种硬度的岩石，特别是钻进中等硬度以上的岩石，钻进效率高、成本低、岩芯采取率高、钻孔弯曲度小，能钻进任何倾角的钻孔。
1孕镶金刚石钻头的碎岩机理由于孕镶金刚石钻头的金刚石颗粒较细，对于岩层的体积破碎效果很小，实际碎岩机理类似于砂轮磨削工件，即以唇面上多而小的硬质点（金刚石）对加工件（孔底岩石）进行刻划、磨削，并随着原有硬质点的逐渐磨损和消失，胎体也在不断磨耗，新的硬质点又裸露出来继续工作。
实际上，孕镶钻头在高速磨削工作中，自身也被消耗，由于它的“自磨出刃作用”而常处于锐利状态。
孕镶钻头在孔底的工作过程是非常复杂的，钻头被钻具紧压在孔底岩石表面，钻具的振动和变形加强或减弱了加在孔底的钻压，而往复泵送出的冲洗液又是脉动的，更加剧了钻具和钻头的振动，所以不排除孔底存在微动载的破岩过程。
2孕镶金刚石钻头的选择依据孕镶金刚石钻头的结构参数较为复杂，选择时应根据所钻岩层性质考虑金刚石品级、胎体性能、保证胎体自锐、唇面形状、内外径补强和水路设计等因素。
2.1选择金刚石参数孕镶钻头使用的天然和人造金刚石粒度取决于所钻岩石的岩性（表1）。
表1孕镶钻头用的金刚石粒度表粒度（目）人造＞4646～6060～8080～100天然20～3030～4040～6060～80岩层中硬—硬硬—坚硬选择金刚石浓度的依据包括：所钻岩石的硬度、研磨性、完整程度；金刚石的品级和粒度；兼顾胎体的包裹能力和钻压值的大小。
金刚石钻头+标准
金刚石钻头+标准摘要：I.引言- 简要介绍金刚石钻头的概念和应用领域II.金刚石钻头的种类与特点- 按形状分类：圆钻头、方钻头、六边形钻头等- 按金刚石的镶嵌方式分类：整体金刚石钻头、复合金刚石钻头等- 各类金刚石钻头的适用范围和优缺点III.金刚石钻头的选择标准- 钻头材质：金刚石的含量、质量、类型等- 钻头形状和尺寸：与被加工材料和钻孔要求相适应- 钻头的加工精度：影响钻孔的精度和效率IV.金刚石钻头的使用与维护- 使用方法：合理选择钻头，正确安装和调试，控制切削参数等- 维护保养：清洁、检查、更换磨损部件等V.结论- 总结金刚石钻头在现代工业中的重要性及其发展趋势正文：金刚石钻头是一种以金刚石为切削刃的钻头，广泛应用于各类工业材料的高效加工。
金刚石钻头的种类繁多，不同的形状、结构和镶嵌方式适应不同的加工需求。
正确选择和使用金刚石钻头，对于提高加工效率、保证加工质量具有重要意义。
金刚石钻头主要有圆钻头、方钻头、六边形钻头等。
其中，圆钻头应用最为广泛，适用于大多数材料的高速钻孔。
方钻头和六边形钻头则适用于难加工材料和特殊场景。
此外，根据金刚石的镶嵌方式，金刚石钻头可分为整体金刚石钻头和复合金刚石钻头。
整体金刚石钻头结构简单、镶嵌牢靠，但更换成本较高；复合金刚石钻头则兼具高切削性能和较低的制造成本。
在选择金刚石钻头时，应综合考虑钻头材质、形状和尺寸、加工精度等因素。
钻头材质直接影响金刚石的含量、质量、类型等，从而影响钻孔效果。
钻头形状和尺寸要与被加工材料和钻孔要求相适应，以保证切削稳定、钻孔精度高。
钻头的加工精度也至关重要，直接关系到钻孔的精度和效率。
在使用金刚石钻头过程中，合理选择钻头、正确安装和调试、控制切削参数是提高加工效率的关键。
此外，还需定期对钻头进行维护保养，如清洁、检查、更换磨损部件等，以延长钻头使用寿命。
总之，金刚石钻头在现代工业中具有重要地位，其发展趋势将更加注重高效、环保和智能化。
金刚石钻头行业标准
金刚石钻头行业标准概述金刚石钻头是一种常用于切割和钻孔的工业工具。
它由金刚石颗粒和金属结合剂构成，具有极高的硬度和耐磨性。
金刚石钻头行业标准旨在规范金刚石钻头的生产和使用，确保其质量和性能符合行业要求。
1. 产品分类根据不同的用途和结构特点，金刚石钻头可以分为以下几类：•金刚石冠齿钻头：常用于岩石和混凝土等材料的开孔。
•金刚石钻芯钻头：用于在建筑和工程领域进行取心采样。
•金刚石丝锯钻头：适用于大理石、花岗岩等石材的切割。
•金刚石螺旋钻头：常用于钻取煤矿、油井和地下工程等。
2. 产品要求金刚石钻头在生产过程中，需要符合以下要求：•选材标准：金刚石钻头选用的金刚石颗粒和金属结合剂应符合国家有关标准。
•结构设计：钻头的结构设计应合理，确保切削效果和使用安全。
•尺寸精度：钻头的尺寸精度应符合规定的工艺要求。
•表面质量：金刚石钻头的表面应光滑，无裂纹和其他缺陷。
3. 产品性能金刚石钻头的性能指标如下：•硬度：金刚石钻头的硬度应达到一定的标准，以保证切削效果。
•耐磨性：金刚石钻头应具有良好的耐磨性，能够在长时间使用中保持切削效果。
•导热性：金刚石钻头应具有较高的导热性，以避免过热而引起断裂。
•抗压强度：金刚石钻头需要具备足够的抗压强度，以适应高压下的工作环境。
4. 生产工艺金刚石钻头的生产包括以下步骤：1.材料准备：选用合格的金刚石颗粒和金属结合剂作为原材料，并按照一定比例混合。
2.成型：将混合物注入到模具中进行压制，形成钻头的初始形状。
3.烧结：将成型的钻头置于高温下进行烧结，使金属结合剂固化，并使金刚石颗粒与金属结合。
4.修整和研磨：对烧结后的钻头进行修整和研磨，以达到所需的尺寸和表面质量。
5.检测和包装：对钻头进行质量检测，合格后进行包装。
5. 使用与维护为了确保金刚石钻头的使用寿命和效果，需要进行正确的使用和维护：•选择合适的钻头：根据具体工作条件和要求，选择合适类型和尺寸的钻头。
•使用润滑剂：在钻孔过程中，使用润滑剂可以减少磨损和提高切削效率。
金刚石钻头选用原则
钻头钻速的大小与金刚石粒度大小有很大关系，若要实现高速钻进，则孔底产生的岩粉较多，要求钻头的排粉效果要好，这样钻头就必须选用粗克力的金刚石，有利于达到高转速的目的。
孕镶金刚石钻头在钻进过程中，要求金刚石不断地产生新陈代谢，才能保证金刚石的正常钻进。这就需要在金刚石磨损的同时，胎体也要不断地磨损，而对台地的磨损是通过金刚石破碎下来的岩粉实现的。岩粉磨损钻头胎体的快慢取决于岩粉的粒度、硬度、岩粉量。岩粉的粒度和硬度与岩石本身有关，岩粉量的多少取决于钻进时效。钻进时效高，产生的岩粉量就多，这样出于排粉方面的考虑，要求金刚石的粒度也应越大。
工艺技术因素1、岩石的形变方式 2、岩石的应力状态 3、外载作用的速度 4、介质的影响 5、岩样的线性尺寸
二、岩石的硬度
三、岩石的弹性、塑性、和脆性
四、岩石的研磨性
五、岩石的A、B值÷
岩石的A值是指钻头钻进岩石时，岩石对钻头中金刚石的磨损性；岩石B值是指钻头钻进岩石时，岩石对钻头胎体的磨损性。
3、孔内部清洁;钻孔中有严重超径的孔段或者钻进时有吊块,突然卡钻,夹钻,烧钻等。
钻具振动的原因
(一)工艺技术方面的原因
1、所用设备的技术状态不好,如:钻机稳定性差,回转器轴承有间隙等;动力机功率不足,超载荷时工作不稳定;往复式水泵送水量和压力不均,冲洗液产生脉动.
2、钻机地基的强度不够以及钻机在基础上安装固定不牢;
底喷形唇面 对孔底冲洗干净;在破碎岩层中钻进,还能提高采心率:但加工复杂。
同心圆锯齿形唇面 又称尖环槽形，金刚石主要分布在齿形部分。内外侧用的粒度较大，以保证钻头直径。齿形唇面能造成多自由面的孔底，使钻头对岩石作磨削与剪切相结合的破碎作用，获得较粗颗粒的岩粉，有助于金刚石的出刃，提高机械钻速。由于钻头所需轴压较小，还有较好的防斜作用。齿形唇面钻头适用于钻进硬而致密弱研磨性岩层。
地质钻探用金刚石取芯钻头简介
三、取芯钻头规格
在我国地质钻探作业中，常用的国标口径的金刚石取芯钻头 口径为： 75mm、91mm、110mm、130mm、150mm、170mm。
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四、市场价格
对于金刚石取芯钻头的价格，随着制作工艺的改善，钻头的 成本有所下降，售价也是在逐步的下调，以金钻110钻头为 例，03年的售价高达430元，现今最新价格在360元左右。而 且工艺的改进使得现在钻头的质量较以前有大幅度的提升， 钻探效率明显增强，成本逐步在下降。
第一讲 地质钻探用金刚石取芯钻头简介
前言
地质钻探的钻进工具我们称为钻具，钻具由钻杆、 变径接手、岩心管和金刚石取芯钻头组成，今天我们简 单介绍一下金刚石取芯钻头的规格型号及其应用。
主要内容：
一、取芯钻头分类 二、取芯钻头选择原则 三、取芯钻头规格 四、市场价格
一、取芯钻头分类
在地质钻探中，取芯钻头分为 1，金刚石钻头 2，金刚石复合片钻头 3，金刚石绳索钻头
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2，钻进比较坚硬的岩石地层时，我们推荐使用电镀金 刚石取芯钻头，这类钻头由于制作工艺的原因，进尺 效率异常突出，破岩能力极强，在岩层中钻进的效率 远超复合片钻头。
3，我们需要钻进300米以上孔深时，这时候，金刚石绳 索取芯钻头就非常适合了，因为孔深的增加，对于岩心的 提取是非常重要的，绳索钻具的不需要提钻的特点极大的 缩短了上下钻具的时间，是深孔钻的成本极大降低。
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二、取芯钻头选择原则
根据不同的钻探任务，我们必须选择合适的钻头，目的就 是提高钻探的钻进效率和缩小钻探的综合成本。 1，钻进比较松软的泥岩类岩层时，我们推荐使用金刚石 复合片钻头，因为这类钻头的耐磨性能突出，水口大，对 于泥土层有比较好的进尺效率和工作时间。
地质钻探中金刚石钻头的科学选择与合理使用
地质钻探中金刚石钻头的科学选择与合理使用地质钻探工程是地质矿产勘查过程中的重要手段，金刚石岩芯钻探除必须选用相应钻机、地质管材、钻具、泥浆材料外，钻进工艺中金刚石钻头的科学选择、合理使用显得非常重要，可使金刚石钻头效能得到充分发挥，提高钻进进尺，减少金刚石钻头使用数量，提高钻探效率，从而取得最优地质钻探技术经济效果。
【Abstract】Geological drilling engineering is an important means in geology and mineral exploration. for diamond core drilling，in addition to select the appropriate drilling，geological pipe，drilling rig and mud materials，in the process of drilling，scientific selection and rational use of diamond drill is very important，it can fully play the effect of diamond drill and improve the drilled footage，reduces the usage quantity of diamond drill，improve the drilling efficiency，so as to achieve the optimal technical and economic effect of geological drilling.标签：地质钻探；钻进技术；金刚石钻头；钻具组合；绿色勘查1 引言地质钻探是地质矿产勘查的重要技术手段，它是在动力机械的带动下，钻机驱动钻具（钻杆、岩芯管、钻头等）向地下钻进不同深度的钻孔，并将钻孔中切磨下来的岩芯或岩粉取出，进行科学分析与研究。
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岩石类型 页 砂 岩 岩 密度, g/cm3 2.02.4 2.02.6 2.62.7 2.82.9 2.22.6 2.65 空隙度, % 1030 525 0.51.5 0.11.0 520 0.10.5
＞24
14~24 ＜14 ≤8
当量齿数计算
Z
式中：
– D－钻头直径 – n－钻头上切削齿尺寸种类数 – Zi，di－分别代表第i种尺寸的齿的数量和直径（不包括保径上的 PDC齿）
1 6 Z i d i
i 1
n
D
上表中的“当量齿数”是以8-1/2"钻头、13.44mm直径的 切屑齿为基准。当同一只钻头上存在多种直径的切削齿时， PDC齿直径代号应以主切削齿为依据。
抗压强度，1000 PSI
声波是测量声 波在岩石中的 传播速度。地 层硬度越大， 传播速度越快。 声波在测井上 用DT或 t 表 示。
声波DT, t，s/ft
抗压强度与岩石体积密度的关系
抗压强度，1000 PSI 分析方法：
岩石体积密度< 2.5g/cm3 时，地层抗 压强度变化不大，但 > 2.5 g/cm3 时，地层 抗压强度陡升。
– 岩性分析 – 地质分层 – 测井资料
井深 声波时差（DT） 伽玛（GAPI） 密度
钻井工程数据
– – – – – 井身结构 井眼轨迹 泥浆性能 钻具组合 钻井参数
邻井钻头使用资料
PDC钻头IADC编码标准
钻头体材料
胎体 钢体
布齿密度 代号 (当量齿数)
PDC齿直径 代号 分级 代号 尺寸 (mm) 鱼尾 形
PDC钻头冠部形状高度代号
短 ＜58mm 中 (58~114mm ) 长 ＞114mm
1
1 稀 ≤30 2 3 4
＞24
14~24 ＜14 ≤8
1
2 中 30＜齿数≤40 M S 3 密 40＜齿数≤50 2 3 4
＞24
14~24 ＜14 ≤8
1
2 3 4
＞24
14~24 ＜14 ≤8
1
2
3
4
1
4 高密 ＞50 2 3 4
TITAN
HAMMER KILLER
冶金技术、水力条件、PDC切削齿等技术的快速发展，虽然没有能够减低钻头的成 本，但这些技术最终使PDC钻头钻的进尺更多，可以在多套不同地层下有效钻进。这 些技术的发展带来的另外一项重大进步是PDC钻头可以钻硬夹层。 PDC钻头机械钻速和寿命的提高，在以前认为仅能使用牙轮钻头的地层，目前也能 够用PDC钻头钻穿。 PDC钻头目前经常使用在井底需要钻头长时间工作的井段、油基泥浆、或在非缩径 井段使用的水基泥浆。在高转速钻具上，PDC钻头也具有优越性，如涡轮钻具、螺杆 钻具或造斜井段。 PDC钻头经常使用在低抗压强度、胶结性差、低研磨性、或带有薄夹层的地层中， 如盐岩、石膏岩、泥灰岩、灰岩等，中等抗压强度、具有一定研磨性和脆性的地层， 如砂泥岩、硅质页岩、孔隙性碳酸岩和石膏岩。但PDC钻头在高抗压强度、致密胶结 的研磨性砂岩、燧石和花岗岩、刚玉、黄铁矿、砾石中使用效果不好。一般PDC可钻 地层的抗压强度低于18000PSI、岩石研磨性低于41°（岩石的内磨察角IAF值） 很多服务公司和钻井承包商使用岩石抗压强度软件来确定地层的硬度值。这些计算 机分析岩石抗压强度模式使用了测井分析技术，主要分析和确定地层的三轴抗压强 度。 岩石抗压强度分析软件可以协助钻井承包商确定 PDC钻头可钻的井段，优化钻头选 型，确定最优钻井参数。该软件的开发应用，为扩大PDC钻头的使用范围起到推进作 用。
使用PDC钻头的优势
PDC钻头是人造聚晶金刚石复合片钻头的简称，是 美国石油工业八十年代的一项重大技术新成就。 其基本特点是切削刃锋利耐磨，钻头无轴承，因 而具有在低钻压、高转速措施下工作取得高钻速、 高进尺的效果。从而大大降低钻井周期和钻井成 本。并大大降低井下事故的发生。
钻头选型所需资料
地质资料
金刚石钻头选型与应用
目
录
PDC钻头的发展及适用范围 使用PDC钻头的优势 PDC钻头选型所需资料 PDC钻头IADC编码标准 岩石力学分析及应用 使用环境因素对机械钻速的影响 PDC钻头现场应用注意事项
PDC钻头的发展及适用范围
General Electric公司在1973年研究开发出PDC复合片，在随后的几年内PDC 复合片就被应用到钻头上并具备商业价值。 PDC钻头是人造聚晶金刚石复合片钻头的简称，PDC钻头真正具有划时代的发 展并投入使用是在80年代末，当Amoco Production 公司验证钻头回旋是阻碍 PDC钻头有效应用的主要原因，这使PDC钻头技术有了一个革命性的突破。 钻头回旋是指钻头偏移了钻头几何中心线进行旋转工作。在钻头发生回旋过 程中，钻头的瞬时旋转中心总是变化，它不是和井眼中心保持在同一条中心 线上。切削齿在径向移动，甚至相对于地层岩石面向后移动。钻头回旋产生 的井底造形形状能够造成PDC 切削齿的金刚石层掉片或冲击破坏，加速钻头 的磨损，降低钻头工作寿命。 在计算机辅助设计和计算机辅助加工（CAD/CAM）和计算机辅助工程（CAE） 进行有限元分析的推动下，开发了钻头抗回旋技术，井底动态流场模拟技术 应用于水力设计，大大提高了钻头的工作寿命和机械钻速。 PDC钻头获得高机械钻速的最大一项障碍是避免PDC切削齿过热。PDC金刚石层 和碳化钨基体有着不同的热膨胀系数，在高温下会导致PDC切削齿出现热裂纹。 为了减少在钻井过程中PDC切削齿出现的热裂纹影响，最近成功地开发出在 PDC金刚石层和碳化钨基体之间具有各种几何形状交接面的PDC切削齿，这些 高质量的PDC切削齿具有很高的抗研磨性，即使出现磨损，仍然会有许多金刚 石保留在碳化钨基体上继续切削地层。这种非平面形状的几何结构，大大提 高了PDC切削齿在井下的工作寿命。
岩石力学分析及应用
岩石力学分析所需测井资料
– 井深 – 声波时差（DT） – 伽玛值（GAPI） – 密度
伽玛值与抗压强度的关系
测井值反应
岩石中放射性
抗压强度，PSI
物质的多少。 泥岩中最多， 砂岩、碳酸岩 等最少。在地 质力学分析软 件中主要用来 分析岩性。
测井值，API
声波时差与抗压强度的关系