火成岩石可钻性的研究及其应用研究.doc

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1、毕业设计(论文)题 目 名 称 火成岩岩石可钻性确定方法及其应用研究题 目 类 型 毕业论文系 部 石油资源系专 业 班 级学 生 姓 名指 导 教 师卢林祝辅 导 教 师卢林祝时 间2012年3月至2012年5月21日目录毕业论文(设计)任务书I毕业设计(论文)开题报告毕业设计(论文)指导教师审查意见III毕业设计(论文)评阅教师评语IV毕业论文(设计)答辩记录及成绩评定IV中文摘要V外文摘要VII前言VIII1 绪 论11.1 火成岩岩石可钻性的研究现状11.2 火山岩岩石可钻性的研究意义22 火成岩岩石特点分析32.1 火成岩地质特点32.2 火山岩的物理和力学性质43 火成岩岩石可钻性

2、83.1 岩石可钻性概念83.2 岩石可钻性表示方法93.3 火成岩岩石可钻性研究方法的的初步确定94 吐哈油田岩石可钻性试验研究104.1 吐哈油田地质概况104.2 牙轮钻头和PDC钻头岩石可钻性计算模型的确定114.3 吐哈油田三口井的钻头可钻性试验结果114.3 岩石可钻性模型的建立124.4 不同实验下的可钻性级值144.5 吐哈油田三口井的地质分层164.6 岩石可钻性分级对照表185 结论与建议19参考文献19致 谢21技术学院毕业论文(设计)任务书学院（系） 石油资源系 专业 石油工程 班级 学生姓名 指导教师/职称 1.毕业论文(设计)题目：火成岩地层岩石可钻性确定方法及其应

3、用研究2.毕业论文(设计)起止时间： 2011年11月2010年5月25日3.毕业论文(设计)所需资料及原始数据（指导教师选定部分）1）尹宏锦. 实用钻头可钻性M.石油大学出版社2）钻井甲方手册（上、下册），石油工业出版社；3）复杂地质条件下深井超深井钻井技术，石油工业出版社；4）吐哈油田三口井的测井资料；5）吐哈油田三口井的井史资料。4.毕业论文(设计)应完成的主要内容1）不同岩石类型分类分析；2）不同类型岩石特征，包括力学分析；3）不同类型钻井难点分析；4）吐哈某油田地层岩石特性研究及采取的响应钻井措施；5毕业设计(论文)的目标及具体要求通过研究不同类型的岩石与不用类型岩石中钻井的技术难点

4、，解决实际油田钻井过程中出现的问题。分析岩石类型，对应分析不同种钻具的特点以及优势与劣势。更好的把二者有机的结合起来达到攻克不同种岩石钻井的难点6、完成毕业设计(论文)所需的条件及上机时数要求任务书批准日期 2011年12 月23日 系主任（责任教授）(签字) 任务书下达日期 2011年 12月23日 指导教师(签字) 完成任务日期 2012年 5月 25日 学 生（签名） 长江大学工程技术学院毕业设计(论文)开题报告题 目 名 称 火成岩岩石可钻性确定方法及其应用研究题 目 类 型 毕业论文系 部 石油资源系专 业 班 级学 生 姓 名指 导 教 师辅 导 教 师时 间火成岩地层岩石可钻性确

5、定方法及其运用研究 学 生：指导老师：， 生产与社会实践二 研究目的和意义不同岩石的分类是对地层岩石的岩性进行研究从而优选钻头，选择适合地层的钻头，制定生产定额以及降低钻井成本的基础。分析岩石的性质对于研究方向十分重要，对整个钻井行业都有着举足轻重的作用，因此研究不同地层的钻井难题就十分重要，根据不同的岩石特征和性质分析出岩石钻井的难点，对症下药解决不同种岩石的钻井方法，达到优化钻井过程，节约成本，提高效率的作用。另外，可靠、快速、低成本地预测岩石可钻性显得尤其重要。岩石可钻性指标在钻井工程中有重要的应用价值，如指导钻头选型、用于优选钻头参数、预测钻速、制订生产定额等。在钻进过程中，随着井深的

6、增加，液柱压力越来越大，井底岩石强度也会增大，这时岩石可钻性逐渐变差。岩石的可钻性是决定钻进效率的基本因素，它反映了钻进时岩石破碎的难易程度，是地层分层和钻头选型的重要参考数据，目前钻井工程中常用的岩石分类分析求取方法主要有：室内岩心实验；利用钻速方程反求；利用测井资料计算。三 阅读的主要参考文献及资料名称主要参考文献：1周立宏等黄骅坳陷第三系火成岩与油气关系探讨J石油学报，2000，216：29342编写组石油钻井综合知识读本M北京，石油工业出版社3冯月江火成岩油藏钻井完井技术探讨J石油钻探技术，1998，26(4)：40414谢庆宾，韩德馨，朱筱敏等二塘湖盆地火成岩储集空间类型及特征J石油

7、勘探与开发，2002，29(1)：84865张宏军，张明昌，李土海低压火成岩油藏完井工艺技术J石油钻探技术，2001，29(2)：43446牛嘉玉，张映红，袁选俊等中国东部中火成岩石油地质研究、油气勘探前景及面临问题J.特种油气藏，2003，l0(1)：7127张子枢，吴邦辉国内外火山岩油气藏研究现状及勘探技术调研J.天然气勘探与开发，1994，16(1)：l268邹才能，赵文智，贾承造等中国沉积盆地火山岩油气藏形成与分布J石油勘探与开发，2008，35(3)：2572719刘希圣钻井工艺原理(上) M北京，石油工业出版社，198110吕国祥，廖明光石油数学地质M四川成都，电子科技大学出版社，

8、199511雍世和，张超谟测井数据处理与综合解释M山东东营，石油大学出版社，199612刘向君，宴建军，罗平亚等利用测井资料评价岩石可钻性研究J天然气下业2005.25(7)：697113李士斌，张立刚，荆玲等钻井参数优选新方法J石油钻探技术，2007，35(4)：91114粱启明，邹德永，张华卫等利用测井资料综合预测岩石可钻性的试验研究J.石油钻探技术，2006，34(1)：171915李玉飞气体钻井提高钻速的机理研究D四川成都，西南石油大学石油工程学院.200616陈庭根，管志川钻井工程理论与技术M山东东营，石油大学出版社，2002：353617李士斌，阎铁，韩辉等模拟井底应力条件下的岩石

9、可钻性实验研究J天然气业，2003，23(2)：646618曲志浩，于庄敬火成岩油藏描述M北京，石油工业出版社，199619赵建，高福红测井资料交会图法在火成岩岩性识别中的应用世界地质，2003，22(2)：13614020杨进等利用测井资料进行钻头选型研究J西部探矿工程(岩土钻掘矿业工程)，1998(5)21张传进等测井资料在钻井工程中应用现状及展望J天然气工业，2002，22(5)：555722赵旭东等石油数学地质概论M北京，石油工业出版社，198823董振国，刘玉华新疆麦盖提地区岩石可钻性分析及应用J.石油钻探技术，1997年12月24尹宏锦实用岩石可钻性M山东东营，石油大学出版社，19

10、89四 国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向本世纪以来，随着岩石矿物学、岩石力学以及钻井技术的发展，提出了各种各样岩石可钻性的表示方法和钻速方程来研究岩石可钻性，归结起来，获取岩石可钻性的方法主要有微钻头钻进法、Dc指数法和利用测井参数预测岩石可钻性的3大类方法。微钻头钻进法是用微钻头在岩心上钻孔以取得钻速指标，进而获取岩石可钻性的一种室内模拟方法。虽然，微钻头实验能获得岩石的可钻性，但微钻头实验是在室内常温常压下开展的，其测定结果在现场应用中具有以下不足：(1)岩石自身的机械力学性质有随其所处的温度和应力状态变化而改变的性质。(2)微钻头实验法中的岩心数量有限且实验用岩心为完整岩块，不能代表

11、整个岩体的性质，特别是在非均匀地层如裂缝较发育的破碎性地层用完整岩块测得的级值较高的岩石可钻性值去代表破碎性地层的可钻性，必然使所选钻头与破碎体地层实际所需钻头出现较大的偏差。(3)室内测试的数据是离散的、孤立的、随机的，它们不能反映层间以及整个井剖面岩石可钻性变化情况，不能够建立起岩石可钻性连续的变化剖面；另一方面，井下的岩层与试样的岩心是有区别的。(4)建立地区岩石可钻性剖面需要进行大量的岩石性质测定实验，这将花费大量 的人力和资金。若将室内实验环境模拟成地下高温高压环境，将需要花费更大的人力、物力、时间和资金。研究的主攻方向包括1井身结构优化技术。2PDC钻头的个性化设计。3小直径钻头复

12、合钻井技术。4低密度无固相甲酸盐钻井液技术。5低密高强短候凝固井技术。6欠平衡钻井技术。五 主要研究内容、需重点研究的关键问题及解决思路主要研究内容：1）不同岩石类型分类； 2）不同类型岩石特征，包括力学分析；3）不同类型钻井难点分析；5）吐哈某油田地层岩石特性研究及采取的响应钻井措施；需重点研究的关键问题：1.具体岩石分类方法与岩性。2.各种岩石的分布，地层岩石对应钻具的类型。3.地层硬度变化、可钻性大小、机械钻速高低。4.现有的仅仅依靠地层岩石性质进行地层可钻性预测的方法，不能惟一地确定地层的可钻性。解决思路：1.在火成岩地层采用大齿多水眼PDC钻头并配合螺杆钻具，能够提高钻井机械钻速。2

13、.利用测井资料及其导出资料和实钻井录井资料结合计算岩石的可钻性，进而开展钻头选型的方法。 火成岩地层硬度分析火成岩地层钻头选型火成岩地层特性分析吐哈油田火成岩地层软硬分级的确定吐哈油田火成岩地层钻头优选研究岩石可钻性预测模型的建立火成岩地层岩石可钻性确定方法及其运用研究六 完成毕业设计（论文）所必须具备的工作条件（如工具书、计算机辅助设计、某类市场调研、实验设备和实验环境条件等）及解决的办法1）尹宏锦. 实用钻头可钻性M.石油大学出版社2）钻井甲方手册（上、下册），石油工业出版社；3）复杂地质条件下深井超深井钻井技术，石油工业出版社；4）吐哈油田三口井的测井资料；5）吐哈油田三口井的井史资料；

14、要完成这篇毕业设计，需要查阅大量的文献资料。包括各种书籍，期刊论文，学位论文，报告等。其中不乏外文文献，因此还会用到石油大典等工具书。此外还需要指导老师的帮助，以确保工作保质保量的进行。七 工作的主要阶段、进度与时间安排第一阶段：4月1 日4月15 日 外文资料翻译第二阶段：4月 15日4月30 日 开题报告及文献综述、资料查阅、整理第三阶段：4月30日5月25 日 编制绘图、论文设计、提交报告第四阶段：5月25日6月6 日 准备答辩 八 指导教师审查意见长江大学工程技术学院毕业设计(论文)指导教师审查意见学生姓名专业班级毕业设计(论文)题目指导教师职 称审查日期审查参考内容：毕业设计(论文)

15、的研究内容、研究方法及研究结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。学生的学习态度和组织纪律，学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力，毕业设计(论文)是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩。审查意见： 指导教师签名： 评定成绩（百分制）：_分长江大学工程技术学院毕业设计(论文)评阅教师评语学生姓名专业班级毕业设计(论文)题目评阅教师职 称评阅日期评阅参考内容：毕业设计(论文)的研究内容、研究方法及研究结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力，毕业设计(论文)是否完成规定任务，达到了学士学位

16、论文的水平，是否同意参加答辩。评语：评阅教师签名： 评定成绩（百分制）：_分长江大学工程技术学院毕业论文(设计)答辩记录及成绩评定学生姓名专业班级毕业设计(论文)题目答辩时间 年 月 日 时答辩地点一、答辩小组组成答辩小组组长：成 员：二、答辩记录摘要答辩小组提问（分条摘要列举）学生回答情况评判三、答辩小组对学生答辩成绩的评定（百分制）：_分 毕业设计(论文)最终成绩评定(依据指导教师评分、评阅教师评分、答辩小组评分和学校关于毕业设计(论文)评分的相关规定)等级(五级制)：_答辩小组组长(签名) ： 秘书(签名)： 年 月 日系答辩委员会主任(签名)： 系 (盖章)火成岩地层岩石可钻性确定方法

17、及其应用研究学 生：崔航波，长江大学工程技术学院指导老师：卢林祝，长江大学工程技术学院摘要岩石可钻性是优选钻头，制定生产定额以及降低钻井成本的基础。因此，可靠、快速、低成本地对火成岩岩石可钻性进行确定及应用研究显得尤其重要。但是对于深层火山岩层，由于岩石的硬度大，岩石研磨性强，钻进火山岩岩层使用的钻头磨损十分严重，传统的方法未考虑岩石的研磨性不能很好的反映地层的真实可钻性。测井曲线可以较好的体现岩石的物理特性，其中纵波时差反映了地层的拉伸和压缩变形特性及强度。而地层的岩石可钻性反映了岩石抵抗钻头冲击与剪切破坏的能力。因此，岩石的纵波时差必然能够反映地层的岩石可钻性，纵波时差必然与岩石可钻性级值

18、Kd之间存在某种联系。本文采用岩石可钻性测试仪应用微型牙轮钻头和PDC钻头对现场吐哈油田马22、马27、马45三口井取得的岩样进行了钻进实验，根据声波时差测井资料，得到了牙轮钻头和PDC钻头的可钻性级值的大小，并对牙轮钻头和PDC钻头的岩石可钻性进行了分析。关键词火成岩 可钻性 测井 声波时差Igneous rock drillability identification method and Its Application ResearchStudent: Cuihangbo Petroleum Engineering， College of TechnologyEngineering， Y

19、angtze UniversityTeacher: Lulinzhu Petroleum Engineering， College of TechnologyEngineering， Yangtze UniversityABSTRACTThe rock drillability is the optimal drill bit， the formulation production quota as well as reduces the well drilling cost the foundationTherefore， reliable， fast， the low cost forec

20、ast rock drillability appears especially important.But regarding in-depth volcanic stratum， because rock degree of hardness is big， rock abrasiveness， sneaks in the volcanic rock rock layer use the drill bit to wear very seriously， the traditional method has not considered the rock abrasiveness not

21、to be able the very good reflection stratum real drillability. This article used the rock drillability reflectoscope reflector application miniature roller bit and the PDC drill bit the rock sample which obtained to the scene carries on sneaked in the experiment， according to interval transit-time t

22、he log information， obtained the roller bit and the PDC drill bits drillability level value size， and has carried on the analysis to the roller bit and the PDC drill bits rock drillability.Key wordlgneous rock drillability oil well interval transit-time前言火山岩油气藏的发现日益增多，已成为国际上油气勘探的一个新领域，受到了油气勘探界的广泛重视。

23、我国也陆续发现一批以火山岩为主要储层的具有一定储量和一定产量的油气田，并以分布范围广，地质时代长，储集类型多，有一定规模为特征。松辽盆地含有十分丰富的天然气资源，是北方天然气开发的重点区块。松辽盆地深层中生代火山岩分布广泛，由于其物性与埋深深度几乎没有关系，储集条件好，已成为目前深层天然气勘探的最重要储层类型，是深层提交各级天然气地质储量的主要目的层，具有广阔的勘探前景。以上可知松辽盆地油气勘探的重点已经转向了深层天然气，随着深层油气勘探力度的进一步加大以及复杂的地质情况，以及各种钻井工艺技术的应用，钻井施工的难度越来越大，工程事故和复杂的情况日渐增多。岩石可钻性研究主要目的在于对岩石进行合理

24、分级，以便选择合适钻头类型，提高钻井速度，降低钻井成本。岩石可钻性的研究意义在于：解决钻井工程事故的需要。在钻井过程中，尤其是深井钻井，火山岩岩石特性不同于以往的沉积岩或者碳酸盐，以至于井下的情况复杂，钻井的事故多发，开展可钻性研究对于减少钻井事故，具有很大的作用。降低钻井成本的需要。深井钻井成本一直居高不下，深井事故造成的经济损失相当巨大。开展火山岩岩石可钻性的研究对于降低钻井的成本，具有非常重要的作用。由于深层天然气的目的层大多是火山岩层，而火山岩岩石硬度大，磨蚀性强，导致在深井的投资大、难度高、风险大，使得钻井工作量大大增加。为了安全高效、快速优质地钻好深井，应当根据各个区块的特点，研究

25、影响各个区块钻井速度的主要因素，针对不同的影响因素，寻找一种经济实用的钻井技术和方法是势在必行的。因此，有必要对火山岩岩石的可钻性进行分析，建立火山岩的研磨可钻性，指导深层气井钻头选型，提高钻井速度，减少钻井事故。所以，火山岩岩石可钻性评价具有很高的理论及现场的应用价值，对进行安全、快速、低成本钻井作业提供了技术指导，并且对其它地区的研究具有一定的借鉴意义，对加快深层勘探开发步伐和深井竞争能力将提供有力的技术支撑。火成岩岩石可钻性确定方法及其应用研究1 绪 论1.1 火成岩岩石可钻性的研究现状随着国内外油气勘探程度的加深以及人们对油气资源需求量的快速增长，火成岩地层岩石可钻性确定方法及其运用研

26、究作为油气勘探的一个新领域，已引起了人们的普遍关注和高度重视。世界上许多国家对火成岩油气藏进行了大规模的勘探并发现了具有工业开采价值的火成岩油气藏，日本、印度尼西亚、景两哥、美国、俄罗斯及乌克兰等国家在火成岩中均发现了较大型的油气田，并进行了大规模开发。目前中国东部、北疆两大地区的沉积盆地中不仅发育着巨厚沉积，而且广泛分布着酸性一中基性火成岩；大量烃源岩嵌置在这些盆地中或分布在油源断层附近，因此发现了不少以火成岩作为储集层的油气藏。但是由于技术研究深度的不够，对于深井钻井技术，在钻井速度、钻井液技术等方面还存在不足，主要体现在钻井速度慢、钻井周期长，钻井的效率降低导致钻井施工过程中的事故增多，

27、钻井成本增加，钻井的效率问题已成为制约我国深井钻井技术发展的症结所在。50年代，我国石油，矿山，地质等行业广泛使用前苏联史立涅尔提出的压入硬度表示岩石可钻性，而80年代后我国石油行业改用美国罗劳提出的微钻法测定岩石可钻性。后者是否比前者更具优越性，张厚美对此进行了探讨，他对压入硬度法和微钻法原理等结果进行了对比，并对压入硬度和可钻性级值在统计意义上并无显著差别，从实践上证明了用压入硬度确定岩石可钻性的可行性。Farrelly等人于1985年提出来的比能这一概念，比能的定义为：钻头从井底底层上钻掉单位体积岩石所需要做的功。该方法将钻头比能作为衡量钻进效果好坏的主要因素。钻头比能越低，表明钻头的破

28、岩效率越高，使用钻头效果越优。该方法在原理上很简单，但在现场应用时，钻头扭矩不易计算和直接测量。Mason K L、张传进等（1987、1997年）提出了用声波时差进行钻头选型的方法。该方法通过统计某区块所有已钻井的钻头资料，按层段挑选出使用效果最好的钻头，借助声波时差曲线得到最优钻头所对应的声波时差的界限，进一步得出整个地区以声波时差优选钻头的选型模板，用以指导新井的钻头选型。冯定（1998年）将人工神经网络方法用于钻头选型。该方法首先利用误差反向传播神经网络方法，根据地层岩性和钻井方式等因素进行定性优选，然后在定性优选结果的基础上，利用钻头的使用资料计算综合指数，进行定量选型。Wilmot

29、、潘起峰等（1999-2003年）提出了一种既考虑钻头的经济效益又考虑钻头所钻遇地层的多种岩石力学特性来进行钻头选型的方法地层综合系数法。该方法的基本原理：首先根据经济效益指数法建立标准井然后将研究井的地层可钻性与标准井进行对比，若地层可钻综合系数Fr1.说明研究井相应层位比标准井难钻，应选择比标准井高一级别的钻头；若Fr1，说明研究井相应层位比标准井难钻，应选择第一级别的钻头；若Fr1，说明标准井和研究井相应层位有相同的可钻性，应选择同一级别的钻头。阎铁等（2002年）提出利用自适应共振神经网络进行钻头优选。该神经网络共选用12哥神经元，包括地区、井深、可钻性系数、机械钻速、钻头进尺、钻压、

30、转速、井底水功率、井底压差、钻头牙齿磨损和钻头轴承磨损；输出值为钻头型号。2005年潘起峰、高德利、孙书贞、孔详成等提出了综合钻头选型方法，于鄂尔多斯盆地使用此方法优选钻头取得了很好的经济效果；2005年张辉。高德利等提出了一个通用的优选钻头方法，该方法在待钻地层岩石力学评价的基础上，首先应用模糊优选理论建立了地层岩石力学性质相似层位的模糊优选模型，用其进行相似层位的优选，然后应用经济效益指数法对相似层位的钻头性能进行评价，最后给出合理的钻头选型结果。1.2 火山岩岩石可钻性的研究意义岩石可钻性指标在钻井工程中有重要的应用价值，如指导钻头选型、用于优选钻头参数、预测钻速、制订生产定额等。在钻进

31、过程中，随着井深的增加，液柱压力越来越大，井底岩石强度也会增大，这时岩石可钻性逐渐变差。岩石的可钻性是决定钻进效率的基本因素，它反映了钻进时岩石破碎的难易程度，是地层分层和钻头选型的重要参考数据，目前钻井工程中常用的可钻性求取方法主要有：室内岩心实验；利用钻速方程反求；利用测井资料计算。火成岩储层钻井速度慢严重制约着勘探开发的进程，储层为火成岩低压裂缝性储层，极易发生漏失，部分井发生恶性漏失，钻井时无法建立循环；火成岩地层存在破碎带，井壁不稳定；火成岩地层硬度高、可钻性差，机械钻速低，严重影响了钻井速度的提高，不能满足快速钻井的要求。因此，开展以井身结构优化、钻头选型、复合钻井、钻井液体系和完

32、井等技术为主的快速钻井技术研究与现场应用，提高火成岩地层岩石可钻性确定方法及其运用研究，对大幅度提高了机械钻速、缩短完井周期、降低钻井成本，增加经济效益具有显著意义。2 火成岩岩石特点分析2.1 火成岩地质特点火成岩：又称岩浆岩，由熔融的岩浆冷却而成，按冷却条件不同可分为深成岩（包括花岗岩）、喷出岩和火山岩。深成岩冷却过程时间长，矿物充分结晶，因而晶粒较大（可达mm量级）；潜成岩因冷却迅速，矿物来不及结晶，通常晶粒较小甚至为隐晶质（肉眼看不出晶粒）。岩浆在地下深处（3000米）缓慢冷却、凝固而生成的全晶质粗粒岩石，如花岗岩、闪长岩、辉长岩等。近年来，深成岩类以花岗岩类岩石占绝大多数的事实，使多

33、数人认为，花岗岩类是岩浆成因的，但也有不少人认为有的花岗岩类岩石是高度变质交代作用的产物。深成岩是岩浆侵入地壳深层3千米以下，缓慢冷却相成的火成岩，一般为全晶质粗粒结构。岩浆喷出地表冷却凝固而形成的岩石。又称“喷出岩”。狭义的喷出岩即指各种熔岩。熔岩具有两种含义，一是指喷出地表后挥发分逸散的炽热熔融状态的岩浆，又称熔浆；一是指由熔浆冷却凝固而形成的岩石。没有冷却的熔浆可以沿山坡或河谷流动，其前端多呈舌状，称为熔岩流。由于熔浆化学成分的差异，其粘稠性和流动速度亦不同，基性熔浆一般含较少，粘性小，流速大，酸性熔浆含有较多，粘性大，流速小。大面积的熔岩流冷凝而形成的岩石为熔岩被。熔岩冷凝过程中，由于

34、岩石导热性和地表形态的差异，可形成波状熔岩、绳状熔岩、块状熔岩、熔岩瀑布和熔岩隧道等各种形态。熔浆可以是在火山爆发时从火山口喷流出来，也可以是沿断裂溢流出来。熔浆的化学成分不同，冷却凝固后所形成的岩石也不同。基性的喷出岩为玄武岩，中性的喷出岩为安山岩，酸性的喷出岩为流纹岩，半碱性和碱性喷出岩为粗面岩和响岩。喷出岩多具气孔、杏仁和流纹等构造。多呈玻璃质、隐晶质或斑状结构。玻璃质的黑曜岩、珍珠岩、松脂岩、浮岩等喷出岩称为火山玻璃岩。广义的喷出岩包括各种熔岩和火山碎屑岩。火山碎屑岩主要是由火山作用而形成的各种碎屑物堆积而成的，往往混有一定数量的正常沉积物或熔岩物质。2.2 火山岩的物理和力学性质在钻

35、探过程中，岩石抵抗钻头破坏的能力即为岩石可钻性。岩石可钻性与岩石物理力学性质密切相关。钻探工程就是在地壳内的岩石中破碎岩石，钻出各种直径、深度不同的钻孔。首先遇到的是如何有效破碎岩石的问题，破碎岩石与岩石的各种性质有密切的关系。为了使钻探工程能高效、优质、低耗的进行，必须对岩石的各种性质有所了解。2.2.1 岩石的物理性质从影响机械破岩效果的角度看，岩石最重要的地质特征是矿物成分、结构和构造。1.岩石的矿物成分组成岩石的造岩矿物在自然界有数十种。仅由一种矿物组成的岩石称为单机物岩石，如石英岩等。而自然界多数岩石是由两种以上矿物组成的多矿物岩石，如花岗岩砂岩等。矿物的解理和劈理发育程度及方向、矿

36、物的硬度、晶体结构等特征，一定程度上决定着岩石抵抗外力的能力。一般来说，由硬度较高的矿物组成的岩石，其强度和硬度也较高。由于莫氏硬度较高的矿物是组成火山岩的主要造岩矿物；莫氏硬度较低的矿物则是沉积岩的主要造岩矿物。所以大体上，火山岩的强度和硬度较高，而沉积岩的强度和硬度较低。通常，造岩矿物中石英的含量愈多，胶结物的强度愈大，矿物颗粒愈细则岩石的强度也愈大。2.岩石的结构岩石的结构是指组成岩石的矿物成分、粒度、形状和矿物颗粒之间的连结方式。岩石的结构不同，它的坚固程度也就不同。显然，岩石的坚固性越高，对于钻孔施工就越困难。3.岩石的构造裂隙性及其各向异性岩石的构造属于岩石组织的宏观特征。它说明矿

37、物颗粒间总的相互关系，即矿物颗粒相互的空间排列情况。居于构造特征的有层理、片理和裂隙。层理是指在垂直方向上岩石成分变化的情况。某些钻孔中出现软硬互层也可看成是层理变化的反映。裂隙性也是岩石的重要物理性质之一。它将对岩石的强度、钻进的难易程度和孔壁的稳定性产生很大的影响。4.火山岩的物理性质由于莫氏硬度较高的矿物是组成火山岩的主要造岩矿物，所以大体上，火山岩的强度和硬度较高，表2给出了几种火山岩的物理性质。表2 几种火山岩的物理性质岩石名称比 重容重（克/厘米3）孔隙率（）吸水率（）花岗岩2.502.842.302.800.043.530.21.7闪长岩2.603.102.522.960.253

38、.00.180.40正常岩2.502.902.402.850.471.94辉长岩2.703.202.552.980.293.13火山岩流纹岩2.652.602.65粗面岩2.402.702.302.67安山岩2.402.802.302.75辉绿岩2.603.102.532.970.406.380.21.0玄武岩2.503.102.533.100.353.00.390.80火山碎屑岩火山角岩2.503.002.202.90安山凝岩2.682.584.590.55粗面凝岩25.07凝灰质岩2.872.643.352.2.2 岩石的力学性质与机械方式破碎岩石有关的岩石力学性质主要有岩石的强度、硬度，

39、弹性、脆性和塑性，以及岩石的研磨性5。1.岩石的强度岩石的强度一般理解为固体抵抗机械破坏的能力。依据外载作用性质的不同，可以有抗压、抗拉，抗剪和拉弯强度等。岩石强度的单位是kg/cm2，岩石强度的大小取决于岩石的内聚力和岩石颗粒间的内摩擦力。常见的岩石单轴抗压强度如表3所示。表3 常见的火山岩单轴抗压强度岩石抗压强度kg/cm2花岗岩8002500正长岩15002000闪长岩13003000辉长岩12003600玄武岩5000玄武质熔岩3001500岩石强度与钻进破碎岩石的关系：岩石的强度是影响钻进破碎岩石难易程度的重要因素之一。随着岩石强度值的升高，破碎岩石的效果降低，钻进速度下降。随着孔深

40、的增加，岩石的密度、强度升高，破碎岩石的效果降低，钻进速度下降。2.岩石的弹性、塑性和脆性弹性、塑性和脆性是物体受外力作用后，对变形的不同表现。弹性是固体在卸去所加之载荷后，恢复原来状态的性能。当所加的载荷卸去后，固体保持其变形的性能称为塑性，即变形不能随之消失。脆性是固体在载荷作用下不引起任何残余变形的性能，脆性岩石的弹性极限与强度极限很接近，因此外载荷达到岩石的弹性极限时，很快出现了固体的完全破碎。3.岩石的硬度岩石的硬度通常被认为是岩石表面对工具压入时的反抗性，衡量单位是kg/cm2。硬度与抗压强度有联系，但又有很大区别。硬度只是固体表面的局部对另一物体压入或刺入时的阻力；而抗压强度是固

41、体整体被拔坏时的阻力。因而不能把单轴抗压强度作为硬度的指标。岩石的硬度与外载作用性质有关。对岩石施加的外载有静载与动载之分，相应地岩石的硬度也有静硬度与动硬度之分。与静载相比，动载破碎岩石时破碎单位体积岩石所消耗的能量要增加，这是由于加载速度快，岩石中的破碎变形不能充分扩展到较大体积所致。对于钻进岩样来讲，岩石的压入硬度比岩石的单轴抗压强度更真有实际意义。因为工具对孔底岩石的破碎方式，在大多数的情况下是局部破碎，即硬度指标更接近反映钻进碎岩的实质和难易程度。影响岩石硬度的因素和影响岩石强度的因素相似，有造岩矿物的成分、颗粒度、胶结物的性质、孔隙度、层理和各种结构上的缺陷等。但层理对硬度的影响正

42、好与强度相反。即垂直层理方向的硬度值最小，而平行层理方向的硬度值最大。这是因为沿层理方向测定硬度时，颗粒定向排列而使硬度升高。实验证明平行层理时的压入硬度与垂直层理时的压入硬度之比为1.11.8。即沿垂直于层理方向上钻进岩石比较容易。这一点对设计钻孔方向和了解有层理地层中孔斜原因和孔斜规律有重要意义。4.岩石的研磨性岩石硬度是反映地层岩石软硬级别，难钻易钻程度的主要指标之一，可作为钻头选型、设计的基础数据。用切削具切削岩石时，它必然与岩石发生摩擦。在摩擦过程中，岩石摩擦切削具的能力称为岩石的研磨性或磨蚀性。钻头破碎岩石的过程是一个钻头与岩石相互作用的过程。钻头在破碎岩石的同时，必然受到岩石的反

43、作用而磨损。钻头的磨损增加了钻头的损耗，降低了岩石破碎的效率，增加了起下钻作业时间，致使钻井效率大大降低。因此，岩石的研磨性也是反映地层岩石难钻易钻程度的主要指标之一，可作为钻头选型、设计的基础数据。在用机械方法破碎岩石过程中，钻头上的切削具（硬质合金、金刚石、牙轮等）或钻头体本身及其磨料（钻粒）将与岩石产生连续的或间歇的接触和摩擦。有摩擦就有摩损，因而碎岩工具在破碎岩石的同时，也受到岩石的磨损而逐渐变钝、损坏。岩石磨损钻进工具的能力，称为岩石的研磨性。岩石的矿物成分、石英含量、颗粒大小和形状；岩石与工具摩擦表面的温度、相对速度及压力等许多因素都在不同程度上影响着岩石的研磨性。而火山岩层段，岩

44、石的硬度大、研磨性强，此时仅仅测量岩石的力学性质，不能反映钻头的实际钻进效果，所以应当将岩石的磨蚀性引入到可钻性当中，求取岩石的综合可钻性。3 火成岩岩石可钻性3.1 岩石可钻性概念岩石的可钻性是决定钻井效率的基本因素，是在实践生产中产生的概念。它反映了钻进时钻头破碎岩石的难易程度。从1927年Tillso提出可钻性以来，国内外学者在研究岩石可钻性方而，进行了大量的土作，研制了多种测定岩石可钻性方法。例如：抗压强度，dc指数、压痕指数、纵波速度、抗钻强度、实钻速度、杨氏钻速模式中的地层可钻性系数等几十种方法，这充分说明了地层的复杂性和地层岩石可钻性是受多因素控制的综合指标。其中，50年代，前苏联学者史立涅耳创立的用压入硬度表示的分级法在油田中广泛应用。后来有些学者认为，单纯使用一种岩石的机械性质评价岩石测定可钻性是不合适的。在1962年罗劳提出微钻法，由于该方法优点众多而得到钻井施工的广泛应用。80年代后，在罗劳方法的基础上结合我国的具体情况，进而建立适用于我国的微钻速岩石可钻性分级方法，并用“岩