巖石的工程力學(xué)性質(zhì)(參考版)
2024-09-22 20:55本頁面
【正文】 ? 用平底圓柱形壓頭測定某巖樣硬度，已知巖樣產(chǎn)生脆性破碎時壓頭上的載荷為 ，壓頭直徑為 ，求該巖樣的硬度。隨著圍壓的增大，巖石由脆性向塑性轉(zhuǎn)變，且圍壓越大，巖石破壞呈現(xiàn)的塑性也越大。 ? 當(dāng)鉆到軟硬交錯層時易產(chǎn)生井斜。 ? 礫巖，可能產(chǎn)生跳鉆、蹩鉆和井壁垮塌。 (1) 巖石機械性能影響鉆井速度 強度、硬度、塑性、研磨性影響鉆進的速度與鉆頭進尺 。含長石及石英成分少，粒度細，礦物的硬度差小的，研磨性也小一些，反之研磨性較高； 火成巖 中等或高研磨性巖石 主要視其石英顆粒的含量及膠結(jié)強度而定，石英顆粒含量越多，粒度越粗，膠結(jié)強度越小的巖石，其研磨性越高；反之，如果石英顆粒含量少，顆粒細，膠結(jié)強度高，研磨性則低。 巖石的研磨性不僅取決于巖石的結(jié)構(gòu)和組織特點、組成巖石的礦物的性質(zhì)和顆粒大?。▽τ谒樾紟r還取決于膠結(jié)強度）等一系列巖石本身的性質(zhì)，還取決于用于磨損的金屬材料的性質(zhì)。 實質(zhì)是確定一個轉(zhuǎn)動的 金屬圓環(huán) 在巖石表面上相互摩擦?xí)r的磨損量，以此作為度量巖石研磨性的指標(biāo)。在給定接觸壓力、旋轉(zhuǎn)速度（線速度）下，測量固定時間或旋轉(zhuǎn)過的路程內(nèi)刀具的磨損量以估價巖石的研磨性相對大小。在給定的載荷、轉(zhuǎn)速和時間內(nèi)，按金屬棒被磨損掉的質(zhì)量來衡量巖石研磨性的大小。 ? 至今尚沒有統(tǒng)一的測定巖石研磨性的方法和分級標(biāo)準(zhǔn)。 實驗時，在每塊巖心試樣上鉆三個孔，取其鉆時平均值作為該巖石試樣的鉆時 T，該巖石的可鉆性級值 室內(nèi)巖心微鉆頭實驗求取可鉆性 TK d 2lo g?巖石的研磨性 鉆井過程中，鉆井工具和巖石產(chǎn)生連續(xù)的或間歇的接觸和摩擦，從而在破碎巖石的同時，這些工具本身也受到巖石的磨損而逐漸變鈍甚至損壞。 ② PDC鉆頭： 4mm。 ? 鉆孔深度 ① 牙輪鉆頭： 。 ? 轉(zhuǎn)速： 55r/min177。 20N， PDC鉆頭： 500N177。 實驗時的各項技術(shù)指標(biāo)如下： ? 微鉆頭直徑： 。 為應(yīng)用方便，常用 作為可鉆性指標(biāo)，稱為 可鉆性級值 。 硅質(zhì) 鐵質(zhì)、鈣質(zhì) 泥質(zhì)膠結(jié) 塑性：鹽巖 〉 石灰?guī)r 〉 泥頁巖 〉 石膏 〉 白云巖 〉 石英巖 第 1章 巖石的工程力學(xué)性質(zhì) 巖石的類型及結(jié)構(gòu)特點 巖石的工程力學(xué)性質(zhì) 巖石可鉆性與研磨性 巖石可鉆性和研磨性 巖石可鉆性（ Rock Drillability） （ 1） 概念： 指巖石破碎的難易程度，可以理解為在一定的鉆頭規(guī)格、類型及鉆井工藝條件下巖石抵抗鉆頭破碎的能力。 但在沖擊速度小于 10m/s時，巖石硬度和塑性系數(shù)變化不大，接近于 靜載時的數(shù)值。 （ 2） 井內(nèi)液柱壓力與孔隙度壓力之差越大，巖石強度越大，塑性越 大 。 因此，巖石的強度一般隨埋藏深度的增加而增大。 （ 2） 砂巖的強度隨著石英（ 7）含量的增加而增大； 硅質(zhì)膠結(jié) 〉 鈣質(zhì) 〉 鐵質(zhì) 〉 泥質(zhì)。 ? 對于塑脆性巖石： ? 脆性巖石 K=1；塑性巖石 ， KP=∞ 。 ? 脆性和脆塑性巖石的硬度為： 式中： P——產(chǎn)生脆性破碎時壓頭上的載荷 (牛頓 ) S——壓頭的底面積 (毫米 2)； ? 對塑性巖石 ， 取產(chǎn)生屈服 (即從彈性變形開始向塑性變形轉(zhuǎn)化 )時的載荷 P0代替 P， 即： M P aSPP Y ?M P aSPP Y 0? 巖石級別及巖石硬度的關(guān)系 巖石類別 軟 中軟 中硬 硬 堅硬 極硬 巖石級別 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 壓入硬度 ,MPa 100 100 ～ 250 250 ～ 500 500 ～ 1000 1000 ～ 1500 1500 ~ 2022 2022 ～ 3000 3000 ～ 4000 4000 ～ 5000 5000 ～ 6000 6000 ～ 7000 7000 ? 塑性系數(shù)： 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 。 巖石的脆性和塑性 ? 三類：脆性巖石 （ brittle rock） 、 塑性巖石 （ plastic rock） 和塑脆性巖石 （ brittleplastic rock。 ?史氏硬度的測量方法。 ?用 10種礦物為代表，作為摩氏硬度的標(biāo)準(zhǔn)，依次為： 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 )。 擺球硬度（沖擊回彈法） ?摩氏硬度： 表示材料的相對硬度。因此，可按回彈角度和回跳次數(shù)來確定巖石的硬度。打擊巖石消耗掉一部分能量，剩余的能量將鋼球回彈起一定的角度 θ 。 ? 石油鉆井中，常用的硬度有兩種： 史氏硬度和摩氏硬度。 ? 測量巖石硬度的方法 靜壓入法、沖擊回彈法（擺球硬度） 。 ? 硬度與抗壓強度區(qū)別： ① 前者只是固體表面
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