确定岩石可钻性的实验室仪器

苏联格鲁吉亚科学院矿业研究所为了在实验室内对岩石可钻性做出评价设计了一种实验室用钻进仪器（图1）,它与现有的实验室仪器不同之处是（5—9）,可直接用于矿井,矿山,露天采矿场以及地质勘探工作中,它是根据基尔比切夫—基卡固体破碎能量定律以单位体积破碎功来表示破碎岩石的阻力即钻进时岩石硬度指标。Fv＝(A/△V)。     

金刚石钻进岩石可钻性分级的试验研究

目前钻探工作中采用的破碎岩石的方法,主要是机械方法.金刚石钻进、硬质合金钻进和冲击回转钻进,都是采用机械方法破碎岩石.岩石的主要机械物理性质,如压入硬度、弹塑性、研磨性等,对机械破碎方式有直接的影响,而这些影响又有其共性,因此,长期以来人们就企图把岩石的物理性质与其可钻性联系起来考虑. 以机械方式破碎中硬以上岩石,发现有这样一个基本规律,即凡是硬质合金难以钻进的岩石,用金刚石或冲击回转同样难以钻进,只是绝对单位进尺率不同而已.这说明用机械方式破碎时,岩石的抗破碎阻力是有某些共性的.当然,也有其差异的一面,例如,岩石的单位进尺率即与所     

金刚石钻进的岩石可钻性及其钻速预估

讨论了金刚石钻进的岩石可钻性。认为钻速并不是可钻性,而是可钻性的表观反映。划分岩石可钻性不能用钻速作标准。影响钻速的因素包括反映生产技术水平的可控因素和反映岩石属性的不可控因素。不可控因素的量值指标——可钻值,可表示为压入硬度的指数函数。它反映了金刚石回转钻进时岩石抵抗破碎的能力,可用以划分可钻性级别的指标。根据水平系数和可钻值,可预估钻速。     

SDY-1型微钻试验机

微钻机是一种用小尺寸钻头进行模拟钻进的钻机，是进行岩石破碎和可钻性研究的必要手段。1984年地矿部频布的《金刚石岩心钻探岩石可钻性分级表》（试行）中将微钻指标列为岩石可钻性分级的指标之一，因此微钻机就成为岩石可钻性分级的主要设备之一。由于微钻要求稳定的钻压和转速，且要求将较短时间内的钻进参数和钻进指标准确无误地记录下来，因此微钻机必须能稳定加压并正确测试各钻进参数和钻进指标。我们在完成岩石可钻性分级研究课题的过程中，研制了较为适用的SDY-1型微钻机，用其钻进了400余块岩样。现将该微钻机简要介绍如下。     

岩石力学性质及可钻性分级研究

岩石力学性质和可钻性是分析和评价岩石抵抗破碎和钻进的基本性质，也是合理选择碎岩工具和工艺的基础。因此，对岩石力学性质和可钻性的深入研究，采用能够反映某种碎岩方式实质的综合力学性质指标评定岩石可钻性，应用数理统计学原理，依据岩石力学性质和可钻性指标，建立表示岩石可钻性的数学模型，并以此模型进行岩石可钻性分级，可及满足岩土工程施工生产的急需。     

关于硬合金钻进功率消耗和破碎单位体积岩石能耗量的试验研究

钻进工怍中钻进功率消耗和破碎单位体积岩石能耗量都是较为重要的技术经济指标。本文拟就硬合金钻进功率消耗以及破碎单位体积岩石能耗量所做的试验作一分析与探讨。     

岩石凿碎比功的可钻性分级

我院岩石破碎研究室长期以来研究了一种以岩石凿碎比功为基础的可钻性分级，它是针对冶金矿山钻眼工作的。1980年6月，冶金部对这种方法作了鉴定，认为它可作为冶金矿山岩石可钻性分级的暂行标准，兹介绍如下：     

切槽法金刚石钻进岩石可钻性分级

本文提出了岩石可钻性分级的主要观点，提出了测定金刚石钻进岩石可钻性的新方法——切槽法。切槽法的破岩实质与孕镶金刚石钻头钻进相似。该法在一次测定中同时取得△d和△W两项指标，可综合反映钻进岩石的难易程度和岩石的研磨性。在此基础上，提出了按△d、△W综合分级的8级4类分级方案，并对岩性特征、钻头使用范围作了分析。在实验室和现场测定中证明所测岩石可钻性与钻孔效果之间有良好的相关性。独创性地研究了“JZ-1型岩石可钻性测定仪”，它既可用于实验室，又可用于现场。经室内外试验初步证明，该仪器简单、性能稳定、使用方便、     

基于冲击载荷的硬质合金球齿碎岩机理研究

在滑坡防治大直径桩孔施工过程中,快速钻进是治理成功的关键。因此选用合适的钻进机具与工艺极其重要,而气动潜孔锤因钻进效率高被广泛应用。气动潜孔锤钻进过程中,通过钻头底部球齿对岩石进行切削,达到高效碎岩目的,但球齿在破碎岩石过程中若冲击功选用不恰当,会导致能量损耗增大、球齿磨损较快、钻进效率低等问题,因此选用合适的冲击功进行碎岩具有重要意义。本文采用ABAQUS软件对单个球齿冲击岩石的过程进行了数值模拟,并进行了冲锤自由落体冲击实验,分析?19 mm的球齿在不同冲击功条件下的碎岩机理、破碎面积的变化规律。结果表明球齿碎岩机理分为3个阶段：弹性变形、压裂、体积破碎,且当球齿以30 J冲击功钻进花岗岩时,可有效降低能量损耗与提高碎岩效率。     

金刚石钻进微钻法岩石可钻性分级的探讨

岩石可钻性的分级是确定生产定额、设计钻头和选择最佳参数的依据。本文论述了作者在实验台上用微钻法进行岩石分级的研究成果。该实验台是自行设计并可以同时自动记录9个钻进参数的一种装置,微钻法可以很好地表示在两向力同时作用下,岩石破碎过程的主要力学特征。岩石抗破碎阻力是岩石机械性质的综合反映,因此,以往用单一的性质来进行分级并不完善,用微钻法进行分级、经野外实践,符合率可达85％以上。     

冲击作用下岩石破碎比功理论分析及模糊预测模型

从岩石破碎机制分析出发,通过建立岩石破碎比功模态,确定破岩机具结构尺寸、岩石力学特性和破岩工艺三类对岩石破碎比功有影响的参数。引入模糊逻辑法,将上述参数作为模糊逻辑分析的输入变量,岩石破碎比功作为模糊逻辑分析的输出变量,建立用于预测岩石破碎比功的预测模型。将该模糊预测模型应用于某工程实例,通过对比模型所得结果与工程实践中的真实岩石破碎比功,该模型所得结果与工程实践中的真实值比较接近,预测模型设计合理,模糊推理规则能够表达工程实践,在给定输入变量的情况下,该模型可有效预测岩石破碎比功这一重要特征参数。     

顶冲钻进方法的机理

在冲击钻进中，顶锤活塞所承受的力通过钻杆和钻头传向岩石。钻进过程中的冲击力是用于破碎岩石的。遗憾的是，并不是所有的冲击功都能由活塞传递到岩石，一部分能量或多或少会返回到钻杆上。这部     

潜孔锤钻进岩石的可钻性

岩石可钻性可通过分析它的矿物成分、抗压强度、晶粒尺寸和结构来获得。在不同钻进设备条件下,不同的岩石材料特征有不同的结果。硬岩破碎通常需要大的冲击能量以及扭矩;研磨性岩石导致钻头钢体、接头和活塞套磨耗较大和使用寿命减少。     

煤系钻探岩石可钻性分级方法的研究

研究了煤系中采用硬质合金钻进工艺时岩石可钻性分级的指标体系及测试方法;研制了一套能在野外流动条件下进行岩石可钻性分级测试的轻便仪器及工具。在7项分级指标体系中,压入强度、研磨性、塑性系数和用微型针状硬质合金钻头测试“微钻钻速”是首次应用,尤以用小试样测试“压入强度”及用微型针状硬质合金钻头测试“微钻钻进速度”两项指标能有效地反映煤系软岩石分级档次,可以弥补用微型孕镶金刚石钻头在6级以下较软岩石中无法钻进或达不到钻进指标的不足。     

准噶尔盆地中部地区钻头优选技术应用研究

岩石可钻性是决定钻井效率的基本因素,反映了钻进时岩石破碎的难易程度,是合理选择钻进方式、钻头类型和设计钻进参数的依据。基于地层岩石可钻性的计算方法,结合实钻井的测井资料分析,建立了准噶尔盆地中部区块地层岩石可钻性剖面,并以此为依据推荐了适用于不同地层的钻头类型,现场应用结果表明,所用钻头具有很好的适用性,能够进一步提高准噶尔盆地中部地区的机械钻速,对于该地区的后续钻井钻头类型的选择具有重要的指导意义。     

岩石可钻性多因素分级

研究岩石可钻性是为了制定生产定额，衡量钻探工作的技术经济效果以及为钻探设备、钻头、钻具的设计提供设计基础数据。1958年我国颁布了适合于硬质合金钻进和钻粒钻进的岩石可钻性十二级分级表。随着金刚石钻探的全面推广，这一分级表越来越不能适应需要。1984年地矿部探矿工程装备工业公司颁布了《金刚石岩心钻探岩石可钻性分级表》（试行），标     

用模拟法进行岩石可钻性试验

岩石可钻性分级工作是岩心钻探生产计划与定额管理工作的重要基础,也是合理选用钻进方法与钻进工艺的主要依据。是生产中比学赶帮的必不可少的指标。长期以来,人们曾不断研究着岩石可钻性的分级方法,到目前止,已有的方法可以概括为以下五大类:     

基于钻进能量理论的隧道凝灰岩地层界面识别及围岩分级方法

钻机钻进过程中钻头旋转产生的扭矩以及作用于钻头的轴推进力是破碎岩石的能量来源,当钻进条件确定时,可用破碎单位体积岩石的实际能耗来反映岩石的物理力学性质。基于此原理在青岛胶州湾海底隧道FK4+375.5的上断面进行了超前地质探孔作业,得到凝灰岩地层中的钻进参数及钻进能量随钻头位移的变化曲线,并利用能量理论对钻进过程中监测的钻机参数进行分析,研究发现：在凝灰岩中,数字钻机参数与围岩岩性响应程度较高,围岩完整、坚硬、无裂隙水时,整体钻进参数值较高;围岩裂隙发育、含水或有断层、夹泥层时,钻进速度、推进力、转速、扭矩、打击能等数据会突变,其值变小。分析所得结果与钻孔取芯、TSP超前预报等物探手段得到的结果基本一致。并采用能量法对围岩进行分析,利用钻进比能划分相应的岩体区段,判断出围岩等级。通过对能量曲线的分析发现,在凝灰岩地层中,当钻进能量小于0.95 kJ时会出现断层或较大的节理裂隙区。     

模糊综合评判法在岩石可钻性分级中的应用

将传统的岩石物理力学性质测试方法与模糊理论中的模糊综合评判法相结合,总结出一种相对简单但有效的岩石可钻性分级模型.结合实际钻进的岩石,确定分级模型的影响因素分别是为压入硬度、摆球塑性系数、金刚石钻进时效;以正态分布函数作为隶属函数来计算模型的评价矩阵,通过模型确定岩石的可钻性等级.运用Matlab软件将计算过程实现程序化,模型计算结果表明该方法能够对岩石可钻性作出较客观精确的分析.     

关于岩石可钻性分级

五十年代初,我国在制订全国岩心钻探统一生产定额时,曾制订了一个按可钻性划分岩石的十二级分级表,1958年修订过一次,迄今未改.时隔二十多年,钻探技术已向前大大发展,由硬质合金、铁砂和钢粒钻进,发展到金刚石小口径钻进,这个分级表,显然已不适用.不管钻探技术如何发展,按可钻性划分岩石级别的方法是可取的.但只有依据野外实际钻进条件,在岩石中进行实际钻进所得可钻性的结果,确定岩石级别才是比较客观的.因为在实验室中无法造成与岩石自然赋存完全相同的条件,并且在实验室中所模拟的钻进条件也不同于现场.故笔者认为,实