4[海底岩石与钻头破岩]海洋钻井工程.ppt

*;;本章主要内容;一、海底岩石的力学性质;;岩石的力学性质;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)。 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。;;岩石试样的钻取及制备;(一)、应力应变曲线 (二) 、强度(简单应力) (三) 、强度(复杂应力) ;图 典型应力应变曲线;BC段：B点为屈服极限，是岩样弹性行为到塑性行为过渡的点。C点为强度极限，是岩样所能承受的最大应力。C点以前的阶段称为破坏前阶段，之后称为破坏后阶段。 特点：变形和荷载呈非线性关系，裂隙进入不稳定发展状态。卸载不能完全恢复，存在永久变形。 CD段：该段曲线呈下降形态，岩样承受应力的能力下降，而岩石的应变增加，岩石开始解体。 ;岩石的强度;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。;;*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。;　　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：;1. 常规三轴试验;;2θ;　　　岩石的强度是随作用于破坏面(或剪切滑动面)的垂直(法向)压应力的增加而增大的。　　　　　　　　　　　　 ;莫尔提出岩石的强度曲线是一系列不同围压下的极限应力圆的包络线 画在τ-σ平面上的岩石强度曲线变成了近似于斜率逐渐减小的抛物线，可适用于高围压的情况。;卡尔曼在室温下的试验结果（应力-应变曲线）;两方面显著变化; 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：;岩心试样力学参数的测试结果; 岩石的硬度（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，这种应力状态使压头下岩石的强度会急剧增大，同时多数岩石具有塑性性质。 ;实验方法;压头;z;W0; 通过大量的试验，可以根据上面所讲的岩石的硬度和塑性将岩石进行分类。 ; 参照我国石油钻井使用的钻头类型，按岩石的硬度大小可将岩石分为六类十二级。;本章主要内容; 钻井过程中，钻井工具和岩石产生接触和摩擦，从而在破碎岩石的同时，工具本身也受到岩石的磨损而逐渐变钝甚至损坏。岩石磨损这些材料的能力称为岩石的研磨性。 ;各种岩石的研磨性;各种岩石的研磨性; 岩石的研磨作用，包含有两种不同的机理： 一种是类似于锉刀锉金属的作用，称之擦蚀。其特征是被磨蚀物体的硬度小于磨蚀物体，而后者表面又必须是粗糙的，它在前者的表面上剋削下碎屑末。 ; 另一种作用是类似于砚台受墨的研磨，久而久之也要被磨蚀，称之磨损。对于钢制工具而言，除了含有石英颗粒的岩石以外，岩石的磨蚀作用主要是以磨损的形式进行的。;牙轮钻头的轻度磨损 ; 岩石破碎的难易性称为岩石的可钻性，由此把岩石分为难钻的和易钻的。;微型钻头钻进法 采用直径等于31.75mm（11/4 in）的微型钻头在小块岩样上进行钻进试验。 以907.2 N的钻压，55 rpm的转速钻一个深度为2.381mm（3/32 in）的孔，根据所需的钻时（s）计算出微钻头的钻速。;每次试验后测出微型钻头齿的磨损高度，适过查表可查得所选用的钻头在该岩层中钻进的预计寿命、进尺数及每米进尺成本。 这种方法是用微型钻头的试验钻速（m/h）作为确定岩石可钻性的指标。 ; 当以钻速作为可钻性指标时，钻进的速度V与深度H、钻进时间T之间有如下关系： ;油矿地层可钻性分级和适用的钻头类型表;本章主要内容;牙轮钻头;各种钻头; 刮刀钻头的结构： 上钻头体、下钻头体（分水帽）、 刀翼、水眼。;刮刀钻头特点;1. 刀翼结构角;2. 刀翼几何形状; 根据摩尔强度理论，如果忽略摩擦力，当F力等于或大于剪切面积与岩石抗剪极限强度乘积时，岩石沿剪切面破碎。 ; 1.塑性岩石;2.塑脆性岩石;本章主要内容;1909年就出现了第一个牙轮钻头。 1925年，出现了自洁式牙轮钻头。 1933年出现了滚动轴承的三牙轮钻头。 1935年经进一步改进，出现了移轴三牙轮钻头。 1949年开始发展喷射钻井。 1951年成功地使用了镶硬质合金齿的钻头。 1960年试制成功了密封润滑轴承。 1968年研究成功了密封润滑滑动轴承钻头。;牙轮钻头分类;单牙轮钻头特点：牙轮的转速比钻头转速低