岩石可钻性

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 ±20N，PDC 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（td），对td取以 2 为底的对数值作为该岩样的可钻性级值Kd，计算公式如下所示：

Kd?log2t

（1）

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

测量原理详见《岩石可钻性测定及分级方法-SY/T 5426-2000》。

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），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；

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、实验数据

表2 实验原始数据记录表

钻头模式 钻时/s 平均钻时/s 1 2 牙轮模式 31 35 33 五、数据处理（需列出详细计算过程）

根据实验中测得的钻进时间，结合实验原理中岩石可钻性的计算方法及分级标准，计算岩石可钻性并将结果填入表 3 中（注意：要求列出计算过程！）。

表3 岩石可钻性试验记录表 钻头模式 钻时/s 平均钻时/s 岩石可钻性等级 1 2 牙轮模式 31 35 33 软4 由公式（1）可得Kd?log2t?log233?5.04。查表1 岩石可钻性分级对照表可得岩样等级为软4。

六、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：岩样、桌面平整光滑度、手轮转动力度、钻速的调整、钻压的施加、未清零或未复位等环节对测量结果精度影响较大。

应如下操作：

（1）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：要确保岩样的钻井面一定为平面！）。

（2）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；

（3）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；

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：（1）了解岩石的可钻性，可帮助针对性地优选钻头，优化设计参数，从而提高钻井速度。

（2）在岩石钻掘工程设计与实践中，人们常常希望能事先知道所施工岩石的破碎难易程度，以便正确选择合理的钻进方法、钻头的结构及工艺规程参数，制定出切合实际的岩土钻掘工程生产定额。岩石的可钻性及坚固性指标，在实际应用中占有重要地位。其外岩石可钻性在凿岩，破岩和钻头选取也有广泛的应用。

七、意见反馈

针对实验课提出自己的意见和建议。

通过本次实验，了解了岩石的可钻性，掌握了测量方法，加强了对理论知识的认识与理解。实验过程中提高了分析问题的能力和实验操作的能力，以及实验数据的处理能力。

最后，感谢老师的悉心指导！