岩石可钻性分级
第2章岩石力学性质与分级
类别 钎刃磨钝宽度（mm）
磨蚀性
表2-6 岩石磨蚀性分级
1 ＜0.2
弱
2 0.3~0.6
中
3 ＞0.7
强
2.3.2 按点载荷强度进行可钻性分级
点载荷试验是国际岩石力学学会（ISRM）试验委员会推荐的一种便 携式测量方法。点载荷试验是将试样置于试验机的两个压头之间，逐渐 加载，使试样破坏，再用下式求得点载荷强度：
2
3
式中:V—岩石爆破漏斗体积，m3 ； K1—大块率（＞30 cm），% ； K2—平均合格率，%； K3—小块率（＜5 cm），% ； (ρ C)—岩体波阻抗，KPa ； e—自然对数之底。
表2-4 岩石爆破性分级表
级别 爆破性指数 N 爆破性程度
代表性岩石
Ⅰ Ⅰ1 Ⅰ2
<29 29.001~38
表2-2 几种岩石动、静载强度试验结果
2.2 岩石凿岩爆破性的判据和分级
岩石分级是按照岩石作业工艺，从量上分别对岩石进行分级，为设计、 生产、管理和研究部门提供科学依据。
2.2.1 普式岩石坚固性分级
早在1926年前，普氏提出了用岩石试块七项指标的平均值来表征岩石 的坚固性。发展到现在还有一个指标——岩石试块的静载极限抗压强度有意 义,但单位由原来的公斤米制变为牛米制，所以现在的普氏岩石坚固性分级 实质已经不是原来普氏的分级，而是岩石单轴抗压强度（牛米制单位）的换 算值，即普氏系数 f。根据 f值将岩石分为10级， f值大，则难钻岩、难爆 破、岩石稳定，反之， f值小，则易钻岩、易爆破、岩石不稳定。
图2-1 岩石凿测器 1-钎头；2-承击台；3-插销；4-导向杆；5-落锤；
6-△形环；7-操作绳；8-导杆顶；9-转动把手
（1）凿碎比功 凿碎比功是指凿碎单位体积岩石所消耗的功，其值按下式计算：
岩石的可钻性分级与技术参数
岩石的可钻性分级与技术参数岩石的可钻性，是指钻进时岩石抵抗压力和破碎的能力；也表示进尺效率的高低。
因此，岩石的可钻性是岩石各种特性的综合，是衡量岩石钻进难易程度的主要指标。
一般用单位时间的进尺数来表示可钻性的高低。
按照这个分级方法，常把岩石的可钻性，划分为十二个等级。
由于各种岩石具有不同的物理力学性质,对钻进速度有不同的影响。
在实际钻进过程中，在一定的技术条件下，测定出的各种岩石的钻进速度，通称为岩石的可钻性，也就是岩石被钻头破碎的难易程度。
岩心钻探时岩石的可钻性分级如下：一级：松散土、松软疏散的---代表性岩石为：次生黄土、次生红土、松软不含碎石及角砾的砂土、硅藻土、不含植物根的泥炭质腐殖层。
（可钻性：7.50 m/h，一次提钻长度：2.80 m/次）二级：较软松散岩、较松软疏散的---代表性岩石为：黄土层、红土层、松软的泥炭层、含10%-20%砾石、碎石的黏土质和砂土质、松软的高岭土类、含植物根的腐殖层。
（可钻性：4.00 m/h，一次提钻长度：2.40 m/次）三级：软岩、软的---代表性岩石为：强风化页岩、板岩、千枚岩和片岩，轻微胶结的砂层，含20%砾石、碎石的砂土，含20%礓结石的黄土层，石膏质土层，泥灰岩，滑石片岩、贝壳石灰岩、褐煤、烟煤。
（可钻性：2.45 m/h，一次提钻长度：2.00 m/次）四级：稍软岩、稍软的---代表性岩石为：页岩、砂质页岩、油页岩、炭质页岩、钙质页岩、砂页岩互层，较致密的泥灰岩、泥质砂岩。
块状石灰岩、白云岩、强风化的橄榄岩、纯橄榄岩、蛇纹岩和磷灰岩、中等硬度煤层、岩盐、结晶石膏、高岭土层、火山泥灰岩、冻结的含水砂层。
（可钻性：1.60 m/h，一次提钻长度：1.70 m/次）五级：稍硬岩、稍硬的---代表性岩石为：卵石、碎石及砾石层、崩级层、泥质板岩，绢云母绿泥石板岩、千枚岩和片岩、细粒结晶灰岩、大理石、较松软的砂岩、蛇纹岩、纯橄榄岩、风化的角闪石斑岩和粗面岩、硬烟煤、无烟煤、冻结的粗粒砂、砾层、冻土层。
SY-T 5426-2000 岩石可钻性测定及分级方法
ｓ Ｙ汀 ５ ２ － ２ 佣 ４６ ０
ｂ ）确保动载钻压为５Ｏ ２Ｎ； ０Ｎ士 ０ ｃ 主轴旋转速度为 ５ｒ ｉ ｌ ｍｎ ） ５／ ｎ ／ ｉ ｍ １ ａ ｒ ３２２ 深度测量仪器 ．． 测量钻深值， 精度为 ＯＯｍ ．ｌｍｏ ３２３ 计时仪表 ．．
２１３ 试样两端面的平行 度公差值 小于或等于 ０ ２ ｍａ ．． ．ｍ
２１４ 试验前， ．． 将试样放在温度 设置为 １ 一１ ℃干燥箱内烘烤 ２ｈ ０ １ ５ ０ ４． ２２ 试验仪器设备 ． ２２１ 旋转加载装置， ．． 应满足下列要求 ： ａ 确保静载钻压为 ８０ ＩＮ 其标定量具精度为０５６ ） ９Ｎ士 Ｏ ， ． ； ９ ｂ ）确保动载钻压为 ８Ｏ １ ； ９Ｎ ０ ２Ｎ ｃ 主轴旋转速度为５ｒ ｉ士 ｒ ｉ ） ５ ｍｎ ｌ ｍｎ ／ ／ ｏ ２２２ 深度测量仪器： ．． 测量钻深 值，精度为ＯＯｍ ｏ ． ｍ ｌ ２２３ 计时仪表： ．． 精度为ＯＯｓ ｌ ． ２２４ 微型钻头： ．． 微型 钻头 是用刀片轴将 ８ 片刀片和 ９ 片间隔垫片穿在钻头体上构成。组装后直径为 ３． ｍ ， １ ５ｍ ７
３ Ｄ Ｐ Ｃ钻头岩石可钻性测定 方法
国家石油和化学工业局 ２０ 一 ３ ３ 批 准 ００ ０ 一 １
２０ 一１ 一 １实施 ０１ ０ ０ ）
Ｓ Ｔ ４２ Ｙｉ ５ ６－ ２０ ０ ０
刀片
垫片
开 口销
钻 头体
宁
其别 扩
图 １ 牙轮微型钻头组装示意 图
其剖 扩
ｊ 打 朗 唯
２５ ｚ 峨ａｓ
本 标准起草单位 ：石油勘探 开发科学 研究 院钻井 工艺研究 所。
本标准主要起草人 杨德凤 樊冀安 高 学之
本标准首次发布时间为 １９ 年 １ ，本版本为第一次修订。 ９２ 月
岩石坚固性系数
岩石坚固性系数（普氏系数）
一、定义
1. 普氏系数又称岩石的坚固性系数、紧固系数，数值是岩石或土壤的单轴抗压强度极限的1/100，记作f，无量纲。
f=Sc/100，式中：Sc的计量单位为kg/cm²。
2.因为在钻掘施工中往往不是采用纯压入或纯回转的方法破碎岩石，因此这种反映在组合作用下岩石破碎难易程度的指标比较贴近生产实际情况。
岩石坚固性系数f表征的是岩石抵抗破碎的相对值。
因为岩石的抗压能力最强，故把岩石单轴抗压强度极限的1/10作为岩石的坚固性系数，即f=R/10
式中：R是岩石的单轴抗压强度，MPa。
f是个无量纲的值，它表明某种岩石的坚固性比致密的粘土坚固多少倍，因为致密粘土的抗压强度为10MPa。
岩石坚固性系数的计算公式简洁明了，f值可用于预计岩石抵抗破碎的能力及其钻掘以后的稳定性。
二、分级标准及分级
根据岩石的坚固性系数(f)可把岩石分成10级（见下表），等级越高的岩石越容易破碎。
为了方便使用又在第Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ,Ⅵ,Ⅶ级的中间加了半级。
考虑到生产中不会大量遇到抗压强度大于200MPa的岩石，故把凡是抗压强度大于200MPa的岩石都归入Ⅰ级。
这种方法比较简单，而且在一定程度上反映了岩石的客观性质。
但它也还存在着一些缺点：
(1) 岩石的坚固性虽概括了岩石的各种属性（如岩石的凿岩性、爆破性，稳定性等），但在有些情况下这些属性并不是完全一致的。
(2) 普氏分级法采用实验室测定来代替现场测定，这就不可避免地带来因应力状态的改变而造成的坚固程度上的误差。
岩石可钻性分级的讨论及可钻性精确测量概要
第19卷第2期超硬材料工程V o l . 192007年4月SU PERHA RD M A T ER I AL EN G I N EER I N GA p r . 2007岩石可钻性分级的讨论及可钻性精确测量①鲁凡(中南大学, 湖南长沙410007摘要:文章认为, 其不能同时满足标准化与模拟性的要求, 因而推荐使用, 用以确定岩石的可钻性。
文章通过一些实际应用, , , 又有稳定性的比较标准。
关键词:金刚石钻头; ; :A :1673-1433(2007 02-0024-06Cla ssif ica tion and prec ise m ea surem en t of dr ill i ng character of rockLU Fan(Central S ou th U niversity , Chang sha , H unan 410007, Ch inaAbstract :T he reason fo r the failu re of i m p roving the classificati on p recisi on of rock’sdrilling character in diam ond drilling p rocess at p resen t lies in that the m easu rem en t cou ldn’tsatisfy the requ irem en t of standardizati on and si m u lati on si m u ltaneou sly . T here 2fo re standard rock sam p le com p arison m ethod in diam ond saw cu ttingand m icro diam ond com p arison m ethod are recomm ended to confir m the drilling character of rock in the pa 2per . Som e actual app licati on cases have testified the au tho r’sconclu si on that the m ethod no t on ly show s ideal i m itati on effect bu t the com parison standard is also stab le .Keywords :diam ond b it ; rock ; drilling ; drilling character classificati on ; m easu rem en t1岩石可钻性分级研究概况近几十年来, 国内外对岩石可钻性研究的进展都不大, 很难精确评价钻头的选择与设计是否正确。
应用声波测井仪对苏里格地区岩石可钻性分级
ｆｌ ｌ
、 ｆ
＝
【 ．０ ＾ ．０ ５ ０一 ） ｅ （２ ００ ８ ＋００ ４ ｇ ］ ｇ １）
传 统 的 岩 石 可 钻 性 分 级 是 用 岩 芯 做 力 学 性 质 、 实钻 速 度 、微 钻 速度 或 碎 岩 比功 等 四种 试 验 来进 行 。用 岩 芯 做试 验 是直 接 的方 法 ，可 靠 性 比 较 高 ，但 是 ，取 岩 芯 不仅 费 用 高 ，而 且 不可 能连 续取芯 ，实现 起来 难度 较大 。
些 学 者 在 研 究 岩 石 力 学 时 ，发 现 声 波 测 井 （ 波 时 差 ）、密 度 测 井 与 岩 石 的 岩性 、弹 性 模 纵
一
接 牧 羹
量 有 着 密 切 关 系 ，利 用 测 井 资料 研 究岩 石 力 学 给 岩 石 可 钻 性 分级 。另 外 电阻 率测 井 、 中子 测 井 、 自然 咖 玛 、 自然 电位 测 井 也 与岩 石 可 钻 性 有 着 间 接 的关系 。
一 ３一 ３
井 仪 ，声 系 如 图 １ 示 ， 由 两 个 压 电 陶 瓷 发 射 器 所 （ 声源 ）Ｔ 、Ｔ 和 两 个 压 电陶 瓷 接 收 器 Ｒ１ １ ２ 、Ｒ２ 组成 。Ｔ１ 到Ｒ１ 的间距 称 为源 距 。Ｔｌ ２ 、Ｔ 轮流 发 射 声波 ；Ｔ１ 射后 ，Ｒ１ ２ 发 和Ｒ 分别 接 收 并经 首波 到 时 检 测 ，得 到纵 波 到 时ｔ１ ｔ１ ｌ 和 ２ 。在 图１ ，发 自Ｔ１ 中 的声 波 ，到达 Ｒ１ Ｒ 的传 播 路 径 分别 为 ＡＢ 和 和 ２ ＣＥ ＡＢ Ｆ Ｄ ，旅行 时间 （ 时 ）分 别为 ： 到
来 ，就 是 声波 测 井 。接 受 器 、 声源 统 称 为 声 系 ， 根 据 声 系 排列 尺 寸 的不 同 ，声 波 测井 仪 可 分 为 补 偿 测井 仪 （ ＨＣ）、长源 距 声波测 井仪 （ Ｓ ）和 Ｂ ＬＳ 阵列 声 波测 井 仪 。声 波 在 井 内地 层 中传 播 由于地 层 岩 石 成 分 、结 构 、 孔 隙 中流 体 成 分 的变 化 ，其 波速 、 幅度 甚 至 频 率 都会 发 生变 化 。只 记录 声波 速度 变 化 的称 为 声速测 井 （ ＡＣ），记录 声 幅变 化 的称 为 声幅 测 井 。声 波速 度 测 井 中短源 声系 仅 记 录纵 波 （ 即首 波 ）传 播 时差 ，长 源距 声系 可 记 录 纵 波 、横 波 、伪瑞 利 波 、斯 通 莱 波 等 各种 波 列 的 传 播 时差 ，所 以又 称 全 波 声 波 测 井 ，而 阵列 声 波 仪 由于 声 系 复杂 既 可记 录 纵 波 声速 ，又 可 记 录全 波 列声速 ，还 可记 录声 幅 。
岩石分级表
ⅩⅣ
0。18 0.13
0。55 0。40
Ⅺ
0.09
0。32
ⅩⅤ
0。09
0。32
Ⅻ
0。045
0。16
ⅩⅥ
0。045
0。16
附录6钻机钻孔工程地层分类与特征表
垫层名称
特征
1。粘土
塑性指数＞17,人工回填压实或天然的粘土层，包括粘土含石
2。砂壤土
1＜塑性指数≤17，人工回填压实或天然的砂壤土层.包括土砂、壤土、砂土互层、壤土含石和砂土
24。0
32。0
42。4
59。8
注：不包括块石运输及影响浇筑的工时。
（5）有抗渗抗冻要求时，按表7—4水灰比选用混凝土强度等级.
表7—4
抗渗等级
一般水灰比
抗冻等级
一般水灰比
W4
0.60～0。65
F50
＜0.58
W6
0.55～0。60
F100
＜0。55
W8
0.50～0.55
F150
＜0.52
W12
＜0。50
＜0
＜100
续上表
土砂类别
土名状态
粒组、塑性图分类
贯入
錐体沉入
饱和密度
液性指数
相对密度
粒经
含量
附着力
符号
典型土、砂名称举例
击数
土中深度
Pt
占权重
F
N63。5
h（mm）
（g/cm2）
IL
Dr
（mm）
（％）
(g/cm2）
Ⅶ
坚硬粘土
CH
高塑性粘土，肥粘土,膨胀土
15～30
＜2
工程爆破中的岩石力学性质与分级
砂岩 砂质页岩 不坚固的砂岩和石灰岩 页岩、致密泥质岩
软页岩 无烟煤 致密粘土、软质煤岩 浮石、凝灰岩
—
2.2.3 爆破漏斗等综合分级
东北大学在上世纪80年代提出的岩石爆破性分级的判据，是在考虑 爆破材料、参数、工艺等一定的条件下进行现场爆破漏斗试验和声波测 定所获得的，通过计算出岩石爆破性指数，综合评价岩石的爆破性，并 进行岩石爆破性分级。
第2章 岩石力学性质与分级
2.1 影响岩石凿岩爆破性的因素 2.2 岩石凿岩爆破性的判据和分级 2.3 岩石的可钻性 2.4 可钻性与磨蚀性的关系
本章内容提要
岩石和矿岩是工程爆破的工作对象。要有效地开展工程爆 破工作，必须先了解岩石的基本性质，主要是与工程爆破有关 的物理性质和力学性质，同时 要掌握工程爆破中岩石性质的 表达方式—岩石的分级。
（1）测定方法
①爆破漏斗与块度的测定
②声测法
（2)岩石爆破性指数
根据爆破漏斗体积、大块率、小块率、平均合格率和岩体波 阻抗的大量数据，运用数理统计的多元回归分析，通过计算机运 算，最终求得岩石爆破性指数 N
N
ln
e67.22.K17.42 (1.01)(C)2.03
e K K 38.44V 1.89 4.75
表2-1 几种典型岩石的物理力学特性
2.1.1岩石的结构构造
矿物是构成岩石的主要成分，矿物颗粒愈细、密度愈大，愈坚固，则 愈难于爆破破碎。
岩石中矿物的结晶程度，晶粒大小，晶体形状及其之间的组合关系， 结构决定了岩石内部的连接情况，直接影响岩石的物理力学性质。
一般矿物晶粒愈细，愈致密，强度越大，凿爆越难，沉积岩还与胶结 成分有关；硅质，泥质不同，硅质页岩与炭质页岩不同。变质岩的组分和 结构与变质程度有关，一般变质程度高、致密的变质岩比较坚固，较难爆 破，反之则易爆破。
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岩石的可钻性，是指钻进时岩石抵抗压力和破碎的能力；也表示进尺效率的高低。
因此，岩石的可钻性是岩石各种特性的综合，是衡量岩石钻进难易程度的主要指标。
一般用单位时间的进尺数来表示可钻性的高低。
按照这个分级方法，常把岩石的可钻性，划分为十二个等级。
由于各种岩石具有不同的物理力学性质,对钻进速度有不同的影响。
在实际钻进过程中，在一定的技术条件下，测定出的各种岩石的钻进速度，通称为岩石的可钻性，也就是岩石被钻头破碎的难易程度。
岩心钻探时岩石的可钻性分级如下：
一级：松散土
松软疏散的---代表性岩石为：次生黄土、次生红土、松软不含碎石及角砾的砂土、硅藻土、不含植物根的泥炭质腐殖层。
（可钻性：7.50 m/h，一次提钻长度：2.80 m/次）
二级：较软松散岩
较松软疏散的---代表性岩石为：黄土层、红土层、松软的泥炭层、含10%-20%砾石、碎石的黏土质和砂土质、松软的高岭土类、含植物根的腐殖层。
（可钻性：4.00 m/h，一次提钻长度：2.40 m/次）
三级：软岩
软的---代表性岩石为：强风化页岩、板岩、千枚岩和片岩，轻微胶结的砂层，含20%砾石、碎石的砂土，含20%礓结石的黄土层，石膏质土层，泥灰岩，滑石片岩、贝壳石灰岩、褐煤、烟煤。
（可钻性：2.45 m/h，一次提钻长度：2.00 m/次）
四级：稍软岩
稍软的---代表性岩石为：页岩、砂质页岩、油页岩、炭质页岩、钙质页岩、砂页岩互层，较致密的泥灰岩、泥质砂岩。
块状石灰岩、白云岩、强风化的橄榄岩、纯橄榄岩、蛇纹岩和磷灰岩、中等硬度煤层、岩盐、结晶石膏、高岭土层、火山泥灰岩、冻结的含水砂层。
（可钻性：1.60 m/h，一次提钻长度：1.70 m/次）
五级：稍硬岩
稍硬的---代表性岩石为：卵石、碎石及砾石层、崩级层、泥质板岩，绢云母绿泥石板岩、千枚岩和片岩、细粒结晶灰岩、大理石、较松软的砂岩、蛇纹岩、纯橄榄岩、风化的角闪石斑岩和粗面岩、硬烟煤、无烟煤、冻结的粗粒砂、砾层、冻土层。
（可钻性：1.15 m/h，一次提钻长度：1.50 m/次）
六级-七级：中硬岩
中等硬度的---代表性岩石为：绿泥石、云母、绢云母板岩、千枚岩、片岩、轻微硅化的灰岩、方解石、绿帘石、钙质胶结的砾岩，长石砂岩、石英砂岩、石英粗面岩、角闪石斑岩。
透辉石岩、辉长岩、冻结的砾石层。
（可钻性：0.82 m/h，一次提钻长度：1.30 m/次）石英、角闪石、云母、赤铁矿化板岩、千枚岩、片岩，微硅化的板岩、千枚岩、片岩、长石石英砂岩、石英二长岩，微片岩化的钠长石斑岩，粗面岩，角闪石斑岩，砾石、碎石层，微风化的粗粒花岗岩、正长岩、斑岩、辉长岩及其他火成岩，硅质灰岩，燧石灰岩等。
（可钻性：0.57 m/h，一次提钻长度：1.10 m/次）
八级--九级:硬岩
硬岩---代表性岩石为:硅化绢云母板岩、千枚岩、片岩、片麻岩、绿帘石岩，含石英的碳酸岩石，含石英重晶石岩石，含磁铁矿和赤铁矿的石英岩，钙质胶结的砾岩，玄武岩，辉绿岩，安山岩，辉石岩，石英安山斑岩，中粒结晶的钠长斑岩和角闪石斑岩，细粒硅质胶结的石英砂岩和长石砂岩，含大块燧石灰岩，轻微风化的花岗岩、花岗片麻岩、伟晶岩、闪长岩、辉长岩等。
（可钻性：0.38 m/h，一次提钻长度：0.85 m/次）
高硅化的板岩、千枚岩、灰岩、砂岩；粗粒的花岗岩、花岗闪长岩、花岗片麻岩、正长岩、辉长岩、粗面岩；微风化的：石英粗面岩、伟晶花岗岩、灰岩、硅化的凝灰岩、角页岩化凝灰岩、细粒石英岩、石英质磷灰岩、伟晶岩。
（可钻性：0.25 m/h，一次提钻长度：0.65 m/次）
十级--十一级：坚硬岩
坚硬岩---代表性岩石为：细粒的花岗岩，花岗闪长岩，花岗片麻岩，流纹岩，微晶花岗岩，石英粗面岩，石英钠长斑岩，坚硬的石英伟晶岩，燧石岩。
（可钻性：0.15 m/h，一次提钻长度：0.50 m/次）
刚玉岩，石英岩，碧玉岩，块状石英，最坚硬的铁质角页岩，碧玉质的硅化板岩，燧石岩。
（可钻性：0.09 m/h，一次提钻长度：0.32 m/次）
十二级：最坚硬岩
最坚硬岩---代表性岩石为：未风化极致密的石英岩、碧玉岩、角页岩、纯钠辉石刚玉岩，石英，燧石，碧玉。
（可钻性：0.045 m/h，一次提钻长度：0.16 m/次）。