第一章岩石力学性质讲述.ppt

 第一章 钻孔施工过程与岩石物理力学性质 第一节、钻孔施工过程 第二节、岩石的物理力学性质 第三节、岩石可钻性及其分级 第四节、钻孔结构 1、岩石在静载压模压入时的形变曲线 第一章 作 业 1、简述钻探生产的工艺过程。 2、简述岩石的物理力学性质对钻进的影响。 3、简述岩石可钻性分级在钻探生产中的作用。 4、简述钻孔结构的设计方法。 第五节 静载作用下的岩石应力状态 一、平底圆柱形压头压入时岩石的应力状态 第六节 外载作用下岩石的破碎过程 一、岩石的变形破碎方式 二、平底压模或球状切削具压入时的岩石变形破碎过程 三、尖楔状切削具压入时和冲击碎岩机理 第一章 作 业 1、简述钻探生产的工艺过程。 2、简述岩石的物理力学性质对钻进的影响。 3、简述岩石可钻性分级在钻探生产中的作用。 4、简述钻孔结构的设计方法。 φ130 φ110 φ91 钻孔结构示意图 三、钻孔结构设计的内容 1、确定各种岩层的钻进方法 主要依据地层的地质条件、钻孔深度、钻孔直径等确定。 2、确定钻孔直径 包括终孔直径、开孔直径和中间变径。 影响终孔直径的因素：钻进方法、不同矿种允许的最小岩矿心直径、钻孔用途、钻机动力机容量、孔内测井仪的规格等。 云南国土资源职业学院 3、确定套管层次、下放深度和套管直径 钻进松散的沙砾石层、流沙层、泥浆护孔无效时； 穿过较厚的破碎带、坍塌掉块严重时； 接近地面的表土层、风化层； 遇到含水构造与大裂隙贯通，严重涌水或漏失时。 四、钻孔结构设计的方法 以终孔直径作为拟定钻孔结构的标准，对照理想柱状图并考虑换径次数，自下而上地拟定出钻孔各孔段直径和开孔直径。 云南国土资源职业学院 云南国土资源职业学院 第四节 钻头碎岩刃具与岩石作用的主要方式 图1.1－34 平底圆柱压头压力面上的压力分布 图1.1－36 球形压头压力面上的压力分布 图1.1－37 平底压头压入时沿 对称轴的应力分布 三、轴向力和切向力共同作用时压头下方岩石的应力状态 图2－15 轴向力作用时岩石 内的应力分布 图2－16 轴向力和切向力共同作用时岩石内的应力分布 （a）等应力线图；（b）应力状态特征 Ⅰ－压应力区；Ⅱ－拉应力区；Ⅲ－过渡区 在回转钻进中，破碎岩石工具以轴向和切向载荷作用于岩石上。弹性力学研究表明：只有轴向力单独作用于压头时，弹性半无限体内等应力线分布是均匀的、对称的（如图2－15）。而轴向力和切向力共同作用时，等应力线分布则是非均匀的、不对称的（如图2－16）。在接触面上，切向力作用的前方将产生压应力，而切应力作用的后方则产生拉应力，在半无线体内（如图2－16(b)所示），形成正应力区（Ⅰ）、拉应力区（Ⅱ）和过渡区（Ⅲ） 。由此可以推知，在兩向载荷作用下，碎岩工具对岩石的作用具有以下的特点： 1. 轴向力和切向力共同作用时，可视为碎岩工具对孔底岩石表面以某一角度施加作用力。岩石破碎效果将由此作用力的数值和方向来决定。轴向力和切向力之间存在最优比值，或者说有最优的作用力方向。这一方向对于不同的岩石可能是不同的。所以钻进不同岩石时，轴向压力和回转速度应用一个合理的配合关系。 2. 轴向力与切向力共同作用时，碎岩工具下方岩石中产生不均匀的应力状态。压缩区Ⅰ随轴向力增加而扩大，随切向力的增加而缩小；拉伸区Ⅱ则与上述情况相反；过渡区内既有正应力的作用，又有拉应力的作用。 3. 当岩石中出现拉应力时，在其他条件相同的情况下，岩石将在作用力比较小的时，在拉应力区开始破碎。 图1.1－45 破碎功与破碎产物粉碎度的关系 1－根据黎金格尔定律；2－根据基尔切夫定律 图1.1－46 转速与载荷的关系曲线 * * 云南国土资源职业学院 第一节 钻孔施工过程 以岩心钻探为例说明基本钻探工艺过程。 一、钻前准备 平整场地；钻场布置；修筑地基；基台安装；挖好循环系统，安装钻塔、钻机、泵和动力机；验收。 1、平整场地 要求地面平整、有足够的面积、地表土层有一定的抗压强度、填方面积小于总面积的四分之一、易排水。 云南国土资源职业学院 2、钻场布置 钻场的作用：安装钻塔、钻探设备、循环系统等； 钻场的大小：随钻孔深度增加而增大。 3、修筑地基 浅槽地基：适宜较坚实的地面； 卧枕地基：适宜较松软的地面； 深坑地基：适宜做钻机、内燃机