問題討論：《鉆井工程》的學習內(nèi)容應有哪些？第1頁/共128頁第一章

鉆井的工程地質(zhì)條件

第2頁/共128頁概述本章內(nèi)容及與相關(guān)學科的關(guān)系：本章講鉆井的客觀對象—地層。地層的知識涉及多門學科，如地質(zhì)學、沉積學、地質(zhì)構(gòu)造學、巖石力學等等，本章主要講與鉆井直接相關(guān)的地層知識。第3頁/共128頁問題討論：1)地層的知識對鉆井工程師重要嗎？2)鉆井工程師需要了解地層哪些方面的知識或信息？第4頁/共128頁了解地層的重要性：如果對地層不了解或了解不多，鉆井就如瞎子走路，盲人摸象。軍事上有“知己知彼，百戰(zhàn)不殆”。鉆井工程師要想順利鉆井，也必須知己知彼。這個“己”是指設備、鉆具、人員和管理，這個“彼”就是指鉆井的客觀對象—地層。第5頁/共128頁了解地層的具體作用：1)鉆井必須處理好井筒內(nèi)鉆井液與井壁地層之間的化學和壓力平衡問題，即鉆井的安全問題。否則會發(fā)生縮徑、井塌、卡鉆、井漏、井噴和壓裂地層等事故。這就必須了解井壁地層的穩(wěn)定性、地層孔隙的流體壓力和地層破裂壓力等。第6頁/共128頁2)鉆井的質(zhì)量必須達到要求，其重要方面是要求打得準，這就是井眼軌跡控制問題。鉆井的井眼軌跡控制越來越重要，這就要求鉆井工程師必須了解地層的自然導向特性如地層傾角，掌握地層的自然造斜規(guī)律，以便為確定合理的軌跡控制方法、工具和工藝提供依據(jù)。第7頁/共128頁3)鉆井的基本工作之一是破巖，這就必須了解地層巖石的可鉆性，以便為選用合適的鉆頭和確定合理的鉆進參數(shù)提供依據(jù)。第8頁/共128頁小結(jié)：一口井開鉆之前，鉆井工程師應充分認識和了解該地區(qū)的工程地質(zhì)資料，不斷積累經(jīng)驗。這是進行一口井設計的重要基礎，也是一口井鉆井成敗的重要基礎。地層的基本重要特性之一：始終是介于黑箱和白箱之間的一個灰箱。第9頁/共128頁

第一節(jié)地下壓力特性問題討論：1)從地下取一巖石單元體，該單元體是否受有力的作用？2)如果受力作用，力從何而來？有何特點？第10頁/共128頁補充：地應力和地應力場自重應力和自重應力場：垂直方向為主，廣泛存在，是主要地應力源。構(gòu)造應力和構(gòu)造應力場：水平方向為主，僅在有構(gòu)造擠壓作用的地區(qū)存在。熱應力：主要在熱異常地區(qū)有較大的值，一般地區(qū)很小。第11頁/共128頁1地下各種壓力的概念1.1靜液壓力定義和計算：由液柱自身的重力所產(chǎn)生的壓力，一般用ph表示，即：

ph=0.00981ρhl第12頁/共128頁

式中ph—靜液壓力，MPa；

ρ—液體的密度，g/cm3；

hl—液柱的垂直高度，m。靜液壓力舉例：壓力梯度概念及意義：

單位高度或深度增加的壓力。若用Gh表示靜液壓力梯度(MPa/m)，則

Gh=ph/hl=0.00981ρ當量密度概念及意義：

ρ=ph/0.00981hl

第13頁/共128頁1.2上覆巖層壓力定義和性質(zhì)：地層某處的上覆巖層壓力是指該處以上地層巖石基質(zhì)和孔隙中流體的總重力所產(chǎn)生的壓力，一般用p0表示。計算方法一：假設上覆巖層的密度相同，設ρ0為沉積巖包括基質(zhì)和孔隙流體的平均密度，則：

p0=0.00981ρ0D第14頁/共128頁計算方法二：假設上覆巖層的密度相同，但分別考慮基質(zhì)和其中的孔隙流體，則：

p0=0.00981D〔﹙1-φ﹚ρma+φρ〕計算方法三：由于上覆巖層的巖性和密度不同，p0可以分段計算再迭加，這樣更準確。第15頁/共128頁

式中：

p0

—上覆巖層壓力，MPa；

D—地層垂直深度，m；

φ—巖石孔隙度，%；

ρma—巖石骨架密度，g/cm3；

ρ—孔隙中流體密度，g/cm3

ρ0—沉積巖包括基質(zhì)和孔隙流體的平均密度，g/cm3

。第16頁/共128頁上覆巖層壓力隨深度變化特點：由于沉積壓實作用，上覆巖層壓力隨深度增加不象靜液壓力那樣線性增大，而是增大越快且不均勻。上覆巖層壓力梯度G0：可把p0進似看作隨深度線性增大。工程上常用G0的平均值0.0227MPa/m來做進似計算，但G0的實際變化范圍為0.0170～0.0294MPa/m之間。海上鉆井特殊情況：第17頁/共128頁1.3地層壓力定義：指地層孔隙流體所具有的壓力，也稱地層孔隙壓力，一般用pp表示。正常地層壓力：等于從地表到地下某處連續(xù)地層水的靜液壓力。正常地層壓力梯度(用Gp表示)為0.00981MPa/m～0.0105MPa/m。第18頁/共128頁異常地層壓力：指實際的地層壓力大于或小于正常地層壓力的現(xiàn)象。超過正常地層壓力的（pp＞ph）稱為異常高壓，而低于正常地層壓力的（pp＜ph）稱為異常低壓。第19頁/共128頁1.4基巖應力(垂直自重基巖應力)定義：由巖石顆粒之間相互接觸來支撐的那部分上覆巖層壓力，亦稱有效上覆巖層壓力或顆粒間壓力，這部分壓力是不被孔隙水所承擔的。用σ來表示。第20頁/共128頁1.5重力場下幾個壓力的關(guān)系以上所述地下各種壓力之間的關(guān)系可用圖(1-1)和式(1-5)來說明。po=pp+σ式中：

po—上覆巖層壓力，MPa；

pp—地層壓力，MPa；σ—基巖應力，即垂直自重基巖應力，MPa。第21頁/共128頁第22頁/共128頁1.6異常低壓異常低壓的范圍和成因：低的只有靜液壓力梯度的一半。成因：1)多年開采的油氣藏而又沒有足夠的壓力補充；2)地下水位很低的地區(qū)(畫圖)；3)石灰?guī)r地區(qū)的裂縫和溶洞地層。第23頁/共128頁1.7異常高壓異常高壓的分布特點：在世界各地廣泛存在，從新生代更新統(tǒng)到古生代寒武系、震旦系都曾遇到。第24頁/共128頁兩種壓力體系對比：正常地層壓力體系是一個“開啟”系統(tǒng)，即可滲透的、流體可以流通的地層，它允許不斷建立靜液壓力條件。與此相反，異常高壓地層壓力系統(tǒng)是“封閉”的。且上部基巖重力的部分是由巖石孔隙內(nèi)的流體所支撐的(畫圖)。

第25頁/共128頁第26頁/共128頁第27頁/共128頁異常高壓的范圍：通常認為其上限為上覆巖層壓力。但也曾遇到比上覆巖層壓力高的超高壓地層(超過40%)，因為地層有強度。第28頁/共128頁異常高壓的成因：普遍公認的成因主要有沉積壓實不均、滲透作用、構(gòu)造作用、水熱增壓、同一水動力系統(tǒng)的露頭高等，且常常是多種因素綜合作用的結(jié)果。第29頁/共128頁1.8地層破裂壓力在井下一定深度裸露的地層，承受流體壓力的能力是有限的，當液體壓力達到一定數(shù)值時會使地層破裂，這個液體壓力稱為地層破裂壓力，一般用pf表示。第30頁/共128頁1.9地層坍塌壓力在井下一定深度裸露的地層，其力學穩(wěn)定性可能是有限的，當井內(nèi)鉆井液柱壓力低于某一值時，地層會出現(xiàn)明顯的縮徑或垮塌，我們就稱這個鉆井液壓力為地層坍塌壓力。第31頁/共128頁2地層壓力(異常高壓)檢測地層壓力檢測的重要性：地層壓力檢測特點：有多種檢測方法，但都有一定的局限性。因為異常高壓地層的成因多種多樣，且地下情況復雜多變。應針對具體情況，用幾種方法進綜合檢測。第32頁/共128頁地層壓力檢測方法分類：分為兩類，一類是用鄰井資料或地球物理資料進行壓力預測，以便新井設計；另一類是根據(jù)所鉆井的實時數(shù)據(jù)進行壓力監(jiān)測，以便調(diào)整鉆井措施。地層壓力(異常高壓)檢測原理：第33頁/共128頁第34頁/共128頁第35頁/共128頁3地層破裂壓力檢測檢測方法現(xiàn)狀：提出了數(shù)種檢測方法，但都有一定的局限性。3.1休伯特和威利斯法重力場下地下巖石的應力狀態(tài)：第36頁/共128頁

三維不均勻主應力狀態(tài)，三個主應力互相垂直。最大主應力σ1為垂直方向，大小等于有效上覆巖層壓力(即骨架應力)，最小主應力σ3和介于σ1與σ3之間的主應力σ2在水平方向上互相垂直。最小主應力σ3的大小等于(1/3～1/2)σ1(畫圖)。第37頁/共128頁檢測原理：pf=pp+σ3=pp+(1/3-1/2)σ1σ1=p0-pppf=pp+(1/3-1/2)(p0-pp)理論預測方法的局限性：第38頁/共128頁3.2液壓實驗法也稱漏失試驗，在下完一層套管，注完水泥和鉆過水泥塞后進行。也可以在鉆井過程中用封隔器對地層進行(畫圖)。

第39頁/共128頁液壓實驗法的步驟：1)調(diào)節(jié)鉆井液性能，保證其穩(wěn)定，上提鉆頭至套管鞋內(nèi)，關(guān)閉防噴器；2)用較小排量(0.66～1.32L/s)向井內(nèi)注入鉆井液，并記錄各個時期的注入量及立管壓力；第40頁/共128頁3)作立管壓力與累計泵入量的關(guān)系曲線圖(圖1-8)；4)從圖上確定各個壓力值(漏失壓力、開裂壓力和傳播壓力)；第41頁/共128頁第42頁/共128頁第43頁/共128頁5)求地層破裂壓力pf：pf=0.00981ρmD+pL

式中：

ρm—試驗用鉆井液密度，g/cm3；

pL—漏失壓力，MPa；

D—試驗井深，m。第44頁/共128頁說明：液壓實驗法適用于砂泥巖為主的地層。對石灰?guī)r、白云巖等硬地層的液壓試驗有待實驗研究。第45頁/共128頁4地層坍塌壓力檢測

4.1理論計算方法

第46頁/共128頁4.2經(jīng)驗法確定地層坍塌壓力第47頁/共128頁

第二節(jié)巖石的工程力學性質(zhì)意義：在鉆井過程中，我們不僅要提高破碎巖石的效率和控制好井眼軌跡，還要保證井壁巖層的穩(wěn)定，這些都取決于我們對地層的相關(guān)壓力和巖石的工程力學性質(zhì)的認識和了解。第48頁/共128頁問題討論：1)你知道的材料機械性質(zhì)有哪些？2)從總體規(guī)律看，隨井眼垂深增加，機械鉆速減小，為什么？3)在隨垂深減小的總體規(guī)律中，一些井段會出現(xiàn)機械鉆速相對增大，為什么？4)鉆井工程師可以通過哪些途徑認識和了解待鉆地層巖石的工程力學性質(zhì)？第49頁/共128頁本節(jié)內(nèi)容：結(jié)合鉆井工程闡明巖石的機械性質(zhì)以及影響這些性質(zhì)的有關(guān)因素，為正確掌握鉆井工程的主要理論與技術(shù)打下必要的基礎。第50頁/共128頁補充：獲取巖石機械性質(zhì)的途徑1）實鉆2）錄井（鉆時、巖芯、巖屑）3）測井（密度、孔隙度）4）經(jīng)驗第51頁/共128頁1巖石的機械性質(zhì)1.1沉積巖及其基本特性1)巖石的礦物組成：巖石是造巖礦物顆粒的結(jié)合體，最主要的造巖礦物分為八類，有20余種，見表1-1。第52頁/共128頁表1-1主要造巖礦物礦物名稱密度摩氏硬度Ⅰ．鋁硅酸鹽（長石族）正長石鉀微斜長石鈉長石鈉鈣長石中長石鈣鈉斜長石鈣長石2.572.542.62~2.652.65~2.672.67~2.692.70~2.732.74~2.7666~6.56~6.55.5~65~65~66~6.5第53頁/共128頁礦物名稱密度摩氏硬度似長石類霞石白榴石2.55~2.652.45~2.505.5~65.5~6II．云母（層狀硅酸鹽）白云母黑云母2.76~32.70~3.12~2.52.5~3第54頁/共128頁III鐵鎂硅酸鹽輝石普通輝石普通角閃石橄欖石3.33.26~3.433.05~3.473.27~3.375~65~65~66.5~7IV.氧化物類石英石髓(玉髓)蛋白石磁鐵礦等2.60~2.66-1.9~2.3-775.5~6.5-第55頁/共128頁V.碳酸鹽礦物方解石文石(霰石)白云石2.71~2.722.93~2.952.8~2.933.5~43.5~4VI.硫酸鹽礦物無水石膏石膏2.9~2.992.37~2.333~3.51.5~2第56頁/共128頁VII.鹵化物巖鹽2.132~2.5VIII.粘土礦物(層狀硅酸鹽)高嶺石微晶高嶺石2.6~2.63-1~2.5第57頁/共128頁

氧化物(石英)>鐵鎂硅酸鹽(輝石、角閃石、橄欖石)>鋁硅酸鹽即長石族>碳酸鹽礦物(方解石、白云石)>硫酸鹽礦物(石膏)>云母>鹵化物(巖鹽)>粘土礦物第58頁/共128頁2)巖石的結(jié)構(gòu)：是說明小塊巖石的組織特征的，主要指巖石晶體的結(jié)構(gòu)和膠結(jié)物的結(jié)構(gòu)。據(jù)此可分沉積巖為結(jié)晶沉積巖和碎屑沉積巖兩大類。3)巖石的構(gòu)造：是指巖石在大范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)特征，對沉積巖主要包括層理和頁理。4)巖石的其它物理性質(zhì)：密度、孔隙度等。第59頁/共128頁1.2巖石的彈性1.3巖石的強度1.3.1巖石強度的概念1)定義：巖石在一定條件下受外力的作用達到破壞時的應力，單位是Pa,一般用MPa。第60頁/共128頁2)決定巖石強度大小的內(nèi)因：取決于巖石的“內(nèi)聚力”和巖石顆粒間的“內(nèi)摩擦力”。內(nèi)聚力為礦物晶體或碎屑間的相互作用力，或是礦物顆粒與膠結(jié)物之間的連接力。內(nèi)摩擦力是顆粒之間的原始接觸狀態(tài)即將被破壞而要產(chǎn)生位移時的摩擦阻力。堅固巖石和塑性巖石的強度主要取決于巖石的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦力；松散巖石的強度主要取決于內(nèi)摩擦力。第61頁/共128頁3)影響巖石強度的因素：分為自然因素和工藝技術(shù)因素兩類。自然因素：巖石的礦物成分(對沉積巖而言還包括膠結(jié)物的成分和比例)、礦物顆粒的大小、巖石的構(gòu)造、結(jié)構(gòu)及缺陷，巖石的密度和孔隙度(舉例)。第62頁/共128頁巖石強度隨埋深的變化：同種巖石一般隨著埋藏深度的增加，其孔隙度減小，密度增大，地質(zhì)年代越老，因此強度增加。巖石強度的各向異性：沉積巖存在層理，其強度有異向性。結(jié)晶巖的各向異性大于碎屑巖。第63頁/共128頁工藝技術(shù)因素：巖石的受載方式、外載作用的速度、液體介質(zhì)性質(zhì)不同，相同巖石的強度不同；巖石的應力狀態(tài)不同，相同巖石的強度差別也很大。1.3.2簡單應力條件下巖石的強度1)定義和種類：2)實驗方法：3)實驗數(shù)據(jù)：表1-4～表1-6。第64頁/共128頁第65頁/共128頁第66頁/共128頁表1-4巖石的幾種單向強度(MPa)

巖石抗壓抗拉抗剪抗彎粗粒砂巖1425.14-10.3中粒砂巖1515.2-13.1細粒砂巖1857.95-24.9頁巖14~611.7~8-36泥巖183.2-3.5石膏171.9-6含膏石灰?guī)r422.4-6.5第67頁/共128頁安山巖98.65.898白云巖1626.9118石灰?guī)r1389.1145花崗巖16612198正長巖215.214.3221輝長巖23013.5244石英巖30514.4316輝綠巖34313.4347第68頁/共128頁表1-5巖石幾種強度間的比例關(guān)系巖石抗壓抗拉抗彎抗剪花崗巖10.02~0.040.030.09砂巖10.02~0.050.06~0.200.10~0.12石灰?guī)r10.04~0.100.08~0.100.15第69頁/共128頁表1-6幾種巖石強度的各向異性(MPa)巖石抗拉抗彎抗剪抗壓//⊥//⊥//⊥//⊥粗砂巖4.45~5.311157142~176中粒砂巖7.75.216~2313~1934~5948~62117~211147~200細砂巖8~116~821~271845~5952~65138~241133~220粉砂巖--2.3~174.35~1113~2034~10455~115第70頁/共128頁4)簡單應力條件下巖石強度規(guī)律：

a)抗拉<抗彎≤抗剪<抗壓。

b)強度有各向異性。5)簡單應力條件下巖石強度的意義：雖不能直接用于石油鉆井的井下條件，但仍將巖石的抗壓強度作為鉆頭選型的參考。第71頁/共128頁1.3.3復雜應力條件下巖石的強度1)三軸巖石試驗方法：圖1-9(A)(B)。圖1-9(A)中方案a是最常見的常規(guī)三軸試驗。將圓柱狀的巖樣置于高壓容器中，用不變液壓p使其四周處于均勻壓縮狀態(tài)，然后縱向加載至破壞，記錄縱向的應力和應變關(guān)系曲線。第72頁/共128頁第73頁/共128頁第74頁/共128頁三軸應力條件下巖石的強度變化特點：

(圖1-10和圖1-11)。第75頁/共128頁第76頁/共128頁第77頁/共128頁1)圍壓增加，巖石強度增大。2)隨圍壓增加，不同類型巖石強度增加幅度不一樣。3)圍壓對強度的影響程度不是在所有圍壓范圍內(nèi)都一樣。在開始增大圍壓時，巖石的強度增加比較明顯，再繼續(xù)增加圍壓時，相應的強度增量就變得越來越小，最后當圍壓很高時，有些巖石的強度便趨于常量。4)圍壓增加，巖石脆性減小，塑性增大。第78頁/共128頁1.4巖石的脆性和塑性1)試驗方法和定義：在圖1-12的裝置上進行壓入破碎實驗。用平底圓柱壓頭(圖1-13)加載壓入巖樣，記錄載荷與吃入深度的相關(guān)曲線(圖1-14)。可得三種典型形態(tài)，據(jù)此可把巖石分為脆性巖石、塑性巖石和塑脆性巖石大三類。第79頁/共128頁第80頁/共128頁第81頁/共128頁第82頁/共128頁2)定量表征巖石塑性和脆性大小的方法—塑性系數(shù)：塑性系數(shù)為巖石破碎前耗費的總功AF與巖石破碎前彈性變形功AE

的比值。計算依據(jù)圖1-14曲線。第83頁/共128頁脆性巖石：AF與AE

相等，故Kp=1塑脆性巖石：

Kp=AF

/AE

=OABC的面積/ODE的面積塑性巖石：Kp=6～∞分級：根據(jù)塑性系數(shù)的大小分為三類六級，見表1-7。第84頁/共128頁表1-7巖石按塑性系數(shù)的分類類別脆性塑脆性塑性低塑性→高塑性級別123456Kp1>1~22~33~44~6>6~∞第85頁/共128頁3)巖石由脆性向塑性轉(zhuǎn)變的性質(zhì)：在三軸應力條件下，隨著圍壓的增大，巖石表現(xiàn)出從脆性向塑性的轉(zhuǎn)變，并且圍壓越大，巖石破壞前所呈現(xiàn)的塑性也越大。第86頁/共128頁4)巖石由脆性向塑性轉(zhuǎn)變的標志：巖石在高圍壓下的塑性性質(zhì)可以從應力—應變曲線看出來。一般認為，當巖石的總應變量達到3%～5%時就可以說該巖石已開始具有塑性性質(zhì)或已實現(xiàn)了脆性向塑性的轉(zhuǎn)變。第87頁/共128頁5)巖石由脆轉(zhuǎn)塑的實例：圖1-10，大理巖和砂巖的圍壓分別超過23.5MPa和27.5MPa后，已開始呈現(xiàn)塑性狀態(tài)。第88頁/共128頁第89頁/共128頁表1-8中列出了幾種巖石破壞前所達到的應變量?？梢钥闯觯耸⑸皫r外，其余巖石在100MPa以上均具有明顯的塑性性質(zhì)。第90頁/共128頁表1-8巖石在圍壓下的塑性變形巖石圍壓100MPa圍壓200MPa破壞前的應變量/%石英砂巖2.93.8白云巖7.313.0硬石膏7.022.3大理巖22.028.8砂巖25.825.9石灰?guī)r29.127.2頁巖15.025.0鹽巖28.827.5第91頁/共128頁6)了解巖石從脆性向塑性轉(zhuǎn)變圍壓的意義：是選擇和使用鉆頭的重要依據(jù)。因為脆性破壞和塑性破壞是兩種不同的破壞方式，破壞這兩類巖石要應用不同結(jié)構(gòu)類型的鉆頭、不同的破碎方式和不同的破碎參數(shù)的合理組合，才能取得較好的破巖效果。第92頁/共128頁1.5巖石的硬度定義：是巖石抵抗其他物體表面壓入或侵入的能力。硬度與抗壓強度：巖石的硬度與組成巖石的礦物顆粒的硬度：巖石硬度標準：摩氏硬度和壓入硬度(史氏硬度)。第93頁/共128頁1)摩氏硬度(相對硬度)：用10種礦物作為摩氏硬度的標準：滑石(1度)、石膏(2度)、方解石(3度)、螢石(4度)、磷灰石(5度)、長石(6度)、石英(7度)、黃玉(8度)、剛玉(9度)、金剛石(10度)。第94頁/共128頁現(xiàn)場更簡便的方法：指甲(2.5度)、鐵刀(3.5度)、普通鋼刀(5度)、玻璃(5.5度)、鋸條(6度)、銼刀(7度)、硬合金(9度)等刻劃礦物或巖石鑒別其硬度。摩氏硬度的意義：是選擇破巖工具的參考依據(jù)。第95頁/共128頁2)壓入硬度(史氏硬度)：

測試裝置見圖1-12～圖1-123，測試結(jié)果見圖1-14。第96頁/共128頁第97頁/共128頁第98頁/共128頁第99頁/共128頁三類巖石的硬度計算方法如下：脆性巖石和塑脆性巖石：

pY=p/S式中：pY—壓入硬度，MPa；

p—脆性破碎時壓頭上載荷，N；

S—壓頭的底面積，mm2。塑性巖石：取產(chǎn)生屈服時的載荷pOY

代替p，即：

pY=pOY

/S第100頁/共128頁我國按壓入硬度的大小將巖石分為六類12級，作為選擇鉆頭的主要依據(jù)之一(表1-9)。第101頁/共128頁表1-9巖石按硬度的分類(MPa)類別軟中軟中硬硬堅硬極硬級別123456789101112Py≤11~2.52.5~55~1010~1515~2020~3030~4040~5050~6060~70>70第102頁/共128頁壓入硬度的意義：因為鉆頭是在井底巖層表面施加載荷，使其發(fā)生局部破碎的，故壓入硬度在鉆井的巖石破碎過程中有一定的代表性，能在一定程度上反映鉆井時巖石抗破碎的能力。第103頁/共128頁1.6巖石的研磨性定義：巖石磨損鉆頭切削刃的能力稱為巖石的研磨性。意義：對于正確地設計和選擇使用鉆頭，延長鉆頭壽命，提高鉆頭進尺，提高鉆井速度有重要的意義。第104頁/共128頁研磨性問題的特點和研究現(xiàn)狀：鉆頭刃部表面的研磨性磨損除了與摩擦付材料的性質(zhì)有關(guān)外，還取決于摩擦的類型和特點、摩擦表面的形狀和尺寸、摩擦面的溫度、摩擦體的相對運動速度、摩擦體間的接觸應力、磨損產(chǎn)物的性質(zhì)及其清除情況、參與摩擦的介質(zhì)等因素。是十分復雜和研究得很不夠的領(lǐng)域。第105頁/共128頁第106頁/共128頁1.7巖石的可鉆性概念：是巖石抗鉆頭破碎的能力，或為在一定鉆頭規(guī)格、類型及鉆井工藝條件下巖石抵抗鉆頭破碎的能力。通俗地說，是指巖石好不好鉆。第107頁/共128頁意義：可鉆性的概念，已經(jīng)把巖石性質(zhì)由強度、硬度等比較一般性的概念，引向了與鉆孔有聯(lián)系的概念，在實際應用方面占有重要的地位。通常鉆頭的選型、確定鉆頭工作參數(shù)、預測鉆頭工作指標等都以巖石可鉆性為基礎。第108頁/共128頁巖石可鉆性問題的特點和解決辦法：是巖石在鉆進過程中顯示出的綜合性指標，取決于許多因素(舉例)。要找出與其影響因素間的定量關(guān)系是比較復雜和困難的，巖石可鉆性只能在這種或那種具體破碎方法和工藝規(guī)程下，通過試驗來確定。第109頁/共128頁巖石可鉆性測定和分級方法的現(xiàn)狀：不統(tǒng)一。我國石油系統(tǒng)巖石可鉆性測定和分級方法：(尹宏錦,1987)在巖石可鉆性測定儀上使用31.75mm直徑鉆頭，鉆壓889.66N，轉(zhuǎn)速55r/min的鉆進參數(shù)，第110頁/共128頁

在標準巖樣上鉆三個孔，孔深2.4mm，取三個孔鉆進時間的平均值為巖樣的鉆時(td)，對td取以2為底的對數(shù)值作為該巖樣的可鉆性級值Kd，一般Kd取整數(shù)值。Kd=log2td

（1-38）我國將地層可鉆性按Kd的整數(shù)值分為10級。各主要油田地層可鉆性等級所占比例見表1-14。第111頁/共128頁表1-14我國各油田地層可鉆性等級所占比例(%)表

等級油田ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩ大港6.416.829.227.914.84.240.1勝利8.011.918.922.118.912.0520.80.2蘇北6.57.711.915.517.115.511.77.63.92.6西北0.010.34.515.347.526.05.80.40.1江漢2.15.111.418.421.719.512.76.22.2華北4.26.311.216.118.517.212.97.73.82.1大慶0.62.26.714.021.322.917.69.53.91.3四川0.070.433.914.228.229.917.16.00.90.01第112頁/共128頁2井底壓力條件下巖石的

機械性質(zhì)及其影響因素意義：2.1井眼周圍地層巖石的受力

第113頁/共128頁第114頁/共128頁由圖1-15有：1)圍壓(σ1、σ2、σ3)；2)巖石內(nèi)孔隙流體的壓力pp；3)鉆井液柱壓力ph。第115頁/共128頁2.2井底各種壓力對巖石性能的影響2.2.1圍壓的影響圍壓對井壁穩(wěn)定性的的影響：1)圍壓越大和越不均勻，井壁越不穩(wěn)定。2)pf與圍壓的大小緊密相關(guān)。3)如果ρm太小，軟弱巖層就會產(chǎn)生剪切破壞而坍塌或者出現(xiàn)塑性流動而縮徑；如果ρm過大，又會使地層破裂；故ρm應合適。第116頁/共128頁2.2.2孔隙壓力的影響1)各向壓縮效應：增大圍壓一方面增大巖石的強度，另一方面也增大巖石的塑性，這兩方面的作用統(tǒng)稱為“各向壓縮效應”。第117頁/共128頁孔隙壓力的影響：降低了巖石的各向壓縮效應。在考慮井壁的穩(wěn)定時應對孔隙壓力給予足夠的重視。相反，在鉆井中孔隙壓力有助于巖石的破碎，從而提高鉆井速度。第118頁/共128頁表1-10有效應力的作用(MPa)圍壓(σ1=p2