精品课程石油工程2课件.ppt

第二章 岩石与钻头 2.1 岩石的力学性质 一、应力应变曲线 一、应力应变曲线 二、简单应力条件下岩石的强度 一、刮刀钻头刀翼的几何形状和结构参数 2.塑脆性岩石 3.牙轮对地层的剪切作用 二、牙轮钻头的结构和类型 钻头直径 牙轮轴线偏移值 牙轮轴线与钻头轴线夹角 牙轮的形状与布置 牙轮上牙齿的布置 １.牙轮钻头的基本参数 2.牙轮钻头的牙齿 3.牙轮钻头的轴承 4.钻头水眼 铣齿(也称钢齿) 硬质合金齿(简称镶齿) 滚动轴承 滑动轴承 　　普通钻头水眼，在钻头适当部位开孔焊。 　　喷射式钻头在水眼处安装硬质合金喷嘴，且对水眼有关的钻头结构有特殊要求。 2.5 金刚石钻头及其破岩原理 类型 　　金刚石钻头是以锋利、耐磨和能够自锐的天然金刚石或人造金刚石为 切削齿，在钻低钻压下即可获得较高的钻速和钻头进尺，是石油钻井中广 泛使用的一种高效钻头。 按来源分 按功用分 按镶嵌方式分 按钻井方式分 天然金刚石钻头人造金刚石钻头 全面钻进钻头 表镶 孕镶 转盘钻井 涡轮钻井 取心钻头 一、金刚石钻头 1、金刚石钻头的结构 钢体 胎体 切削刃 水眼与水槽 2005 版权所有　Copyright--DQPI 　夏慧芬 Daqing Petroleum Institute * 2005 版权所有　Copyright--DQPI 　 　 石油工程电子教案 第二章 Daqing Petroleum Institute 2.1 岩石的力学性质 2.2岩石的研磨性与可钻性 2.3刮刀钻头及其破岩原理 2.4牙轮钻头及其破岩原理 2.5金刚石钻头及其破岩原理 岩石的力学性质 变形特征 强度特征 强度特征:指岩石在载荷作用下开始破坏时的最大应力(强度极限)以及应力与破坏之间的关系，它反映了岩石抵抗破坏的能力和破坏规律。 变形特征:指岩石在各种载荷作用下的变形规律(包括岩石的弹性变形、塑性变形、粘性流动和破坏规律)。 一、应力应变曲线 二、强度(简单应力) 主要内容 三、强度(复杂应力) 四、弹性 BC段：随着荷载的继续增大，变形和荷载呈非线性关系，裂隙进入不稳定发展状态，这是破坏的先行阶段。这一段应力-应变曲线的斜率随着应力的增加逐渐减小到零，曲线向下凹，在岩石中引起不可逆变化。塑性变形阶段。 最高点C的应力称为强度极限σC(如为单轴 试验便称为单轴抗压强度)． CD段：曲线下降，是由于裂缝发生了不稳定传播，新的裂隙分叉发展，使岩石开始解体。CD段以脆性形态为其特征。 点B：发生弹性到塑性行为过渡点，称为屈服点，σS称为屈服应力。 AB段：斜率为常数或接近常数，弹性变形阶段，其斜率定义为岩石的弹性模量E． OA段：曲线稍向上凹，内部裂隙逐渐被压密、压实过程． 岩石的强度 抗压强度 抗拉强度 抗压强度 抗弯曲强度 通常情况下： 抗压抗剪抗弯抗拉强度 强度获取方法：对具体的岩石进行强度试验 岩石抗压缩强度 指岩石抵抗外力压缩的能力．其大小等于在岩样上施加轴向压缩载荷直至破坏时单位面积上的载荷，可通过单轴抗压缩强度试验来获得。 岩石抗拉伸强度 *设计恰当的夹紧机构； *制备一定形状的岩样； *确保加载方向严格平行于岩样轴线。 实验要求 测量方法 间接抗拉伸强度试验 直接抗拉伸强度试验 　　破裂从圆的中心开始,沿加载直径向上下扩展。 岩石的抗张强度可按下式计算： 巴西劈裂实验 三、复杂应力条件下的岩石强度 1. 常规三轴试验 (a)液压作用下的压（拉）试验（常规三轴试验） σ1 σ2 = σ3 (c)液压作用下的压扭试验 σ1 (b)三个液缸的柱塞进行三面压缩试验（真三轴试验） σ1 σ2 σ3 (d)液压作用下的两面柱塞压缩试验 σ1 σ2 σ3 σ1 P=σ2 = σ3 σ3 P=σ1 = σ2 （a）压缩试验 （b）拉伸试验 四、三轴应力作用下岩石机械性质的变化 两方面显著变化 一：随着围压的增大，岩石强度极限增大。 （１）不同类型的岩石，增大幅度和倍数是不一样的； （２）围压对岩石强度的影响程度，并不是在所有压力范围内都相同。　　　 二：随着围压的增大，岩石表现出从脆性到塑性的转变，且围压越大，岩石破碎前所呈现的塑性也越大。 岩石从脆性到塑性的转变点（或称临界压力）对深井钻井的重要意义： 脆性破坏 塑性破坏 本质差别 不同的破碎工具 不同的破碎方式 不同的破碎参数 　　因此，确定岩石的脆——塑性转变的“临界压力”将为设计和合理选择使用钻头提供科学依据。 岩石的硬度（即抗压入强度）：岩石抵抗外力压入的能力。 平底圆柱压模压入岩石时，在压头下的岩体中发展了轴对称分布的三向应力状态，这种应力状态使压