石油钻井设备与工具--岩石基本知识.ppt

第一节 岩石及其力学性质 钻头是破岩的工具，因此必须了解破岩的工作对象—岩石及其机械、力学性质。 一、岩石的基本知识 岩石破碎的难易程度与岩石的物理力学性质密切相关，而不同类型的岩石的性质差别较大，因此必须了解岩石的类型、成分、组织结构。 一）岩石的组成 1、岩石是一种或多种矿物的集合体。 2、矿物 ⑴定义：地壳中的化学元素，在一定的自然条件下结合而成的天然化合物或单质，是地壳物质最基本的组成单元。 ⑵种类： 除了一些碳、硫和少数金属外，几乎所有的矿物都是含有两种以上元素的化合物。有些元素出现在许多矿物中，最常见的是氧和硅。常见的造岩矿物有12种，它们构成地壳岩石的99%，其余造岩矿物虽有千种以上，但是只占地壳总数的1%。 3、元素 构成矿物的基本组分。 现在已知的元素有109种，地壳中主要含有8种元素，这8种元素占地壳成分的98.6%, 二）岩石的类型 岩石从成因上来划分，分为三大类：岩浆岩、沉积岩、变质岩。 岩浆岩：地质作用的产物，系地壳深处的岩浆沿地壳裂隙上升冷凝而成。 沉积岩：在地表条件下母岩风化剥蚀的产物，经搬迁、沉积和硬结等成岩作用而形成的岩石。组成沉积岩的物质成分有颗粒和胶结物两大类。 变质岩：沉积岩或变质岩本身在地壳中受到高温高压及化学活动性流体的影响而变质形成的岩石（原岩成分和变质岩特有的，如石墨、滑石，蛇纹石，硅灰岩等）。 三）沉积岩 石油钻井遇到的岩石主要是沉积岩，因此需要详细了解沉积岩的特点。 分析岩石的组织时，我们必须要注意岩石的两个主要特征：结构和构造。 结构是表明岩石的微观组织特性，即指矿物颗粒的大小、形状和表面特性等，它决定着岩石的强度和硬度等； 构造是表征岩石的宏观组织特征，即指岩石中矿物或碎屑彼此之间的组合形式和空间分布情况等，它决定着岩石的各向异性和裂隙性。 1、沉积岩的结构 矿物颗粒之间有孔隙，这些孔隙被胶结物或者细粒填隙物质充填。这些填隙物质称为胶结物。胶结物的性质对岩石的性质有很大影响。 沉积岩胶结类型主要有以下四种： 基底胶结：填隙物为杂基且含量多，碎屑颗粒呈星点状分布； 孔隙胶结：胶结物含量少，只充填在碎屑之间的孔隙中； 接触胶结：和孔隙胶结类似，但胶结物含量更少，只分布在颗粒之间的孔隙内； 镶嵌结构：颗粒之间呈凹凸线状接触，似乎没有胶结物。? 普赖斯(price)建立了某些砂岩的强度(单轴抗压强度)与结构的关系。 在相同胶结物的条件下，矿物强度越高或含量越高所组成的岩石其强度也高； 在矿物相同的情况下，胶结物的强度越高岩石强度则越高。通常，硅质胶结铁质胶结﹥钙质胶结泥质胶结。 2、沉积岩的构造—层理 层理形成的原因： 沉积岩常具有一层一层近似平行的层理，为不同时期沉积环境变化所制。最初的层理近似水平，其后受到地壳变动影响可能倾斜、弯曲或断裂。 层理的分类： 层理大致可分为四类： A、成分相同颗粒大小在垂直方向上的变化 B、不同成分颗粒的交替沉积 C、某些矿物颗粒指向相同 D、某种矿物颗粒呈规律性的分布 在某些岩石中的化学沉积物，层理表现的很不明显。有时在砂岩和层状岩石中，只有在很大块岩石中才可以区别出层理来。 在钻井地质剖面上所表现的岩性变化、软硬夹层等就是层理变化的反映。 3、沉积岩的主要种类 常见的沉积岩主要有：石灰岩、白云岩、蒸发岩、砾岩、砂岩及页岩等。 其特点如下： 1、石灰岩：主要矿物成份为方解石。质地細密。 2、白云岩：主要矿物为白云石，与石灰岩类似，质地比石灰岩硬。 3、蒸发岩：为海水或湖水蒸发而成的岩石，如石膏等。 4、砾岩：由圆形或似圆形的砾石与砂及黏土胶結而成的岩石。 5、砂岩：矿物成份以石英、长石为主，含有各类胶结物。 6、页岩：页岩是压实了的粘土，为粘土或与泥土组合成的岩石。 岩石力学性质是岩石在受外力作用后所表现的性质。包括岩石的变形特性、强度特性、表面特性等。 变形特性—包括弹性、塑性和脆性； 强度特性—包括抗压、抗剪、抗拉和抗弯强度； 表面特性—包括硬度和研磨性 这些力学性