在一定的技术工艺条件下, 岩石按被钻头破碎的难易程度的分级。根据钻进方法的不同,岩石可钻性分别有岩心钻探的岩石可钻性、 手动回转钻进的岩石可钻性、螺旋钻进的岩石可钻性、钢丝绳冲击钻进的岩石可钻性、 冲击振动钻进的岩石可钻性和石油钻井的岩石可钻性等。 中国冶金工程钻探采用岩心钻探的岩石可钻性。岩心钻探的岩石可钻性分为12级。表1为1958年中国地质部颁布的《岩石十二级分级表》,此表是以对于在规定的设备、 工具和技术规程的条件下进行实际钻进所获得的大量资料的统计分析为定级基础的。随着对岩石物理力学性质的深入研究、测试技术方法和仪器的进步、钻探设备和工艺技术的发展,为适应金刚石钻探工艺应用的需要, 并使岩石可钻性分级更趋科学、 准确、 合理, 1984年中国地质矿产部颁布了《金刚石岩心钻探岩石可钻性分级表》。该分级表采用了以岩石压入硬度为主,同时考虑摆球回弹次数、塑性系数、微钻速度和声波穿透速度等的综合分级法,将岩石仍分为12级,列为以压入硬度、摆球硬度和统计效率为指标的 (表2)、以微钻速度为指标的 (表3)和以声波穿透速度为指标的分级表。 实际应用时互相参照, 使岩石可钻性定级更符合实际情况。
表1 岩石十二级分级表
岩石 等级 |
岩石类别 |
代 表 性 岩 石 |
可钻性/ m·h-1 |
回次长度/ m |
Ⅰ |
松软疏散的 |
次生土、土壤、矽藻土 |
7.50 |
2.80 |
Ⅱ |
较软疏散的 |
黄土、粘土、冰 |
4.00 |
2.40 |
Ⅲ |
软的 |
风化变质的页岩、千枚岩、泥灰岩、褐煤、烟煤 |
2.45 |
2.00 |
Ⅳ |
较软的 |
页岩类、较致密泥灰岩、岩盐、火山凝灰岩 |
1.60 |
1.70 |
Ⅴ |
稍硬的 |
泥质板岩、细粒石灰岩、蛇纹岩、纯橄榄岩、无烟煤 |
1.15 |
1.50 |
Ⅵ |
中等硬度 |
微矽化石灰岩、千枚岩、石英云母片岩、辉长岩 |
0.82 |
1.30 |
Ⅶ |
中等硬度 |
矽质灰岩、石英二长岩、含长石石英砂岩、角闪石斑岩、玢岩 |
0.57 |
1.10 |
Ⅷ |
硬的 |
矽卡岩、千枚岩、微风化花岗岩 |
0.38 |
0.85 |
Ⅸ |
硬的 |
高矽化石灰岩、粗粒花岗岩、矽化凝灰岩 |
0.25 |
0.65 |
Ⅹ |
坚硬的 |
细粒花岗岩、花岗片麻岩、坚硬的石英伟晶岩 |
0.15 |
0.50 |
Ⅺ |
坚硬的 |
刚玉岩、石英岩、含铁矿碧玉岩 |
0.09 |
0.32 |
Ⅻ |
最坚硬的 |
未风化致密的石英岩、碧玉岩、燧石 |
0.045 |
0.16 |
表2 金刚石岩心钻探岩石可钻性分级表 (压入硬度和摆球硬度)
岩石级别 |
岩石物理力学性质 |
钻进时效指标 |
||||
压入硬度/ MPa |
摆球硬度 |
统计效率/m·h-1 |
||||
弹次 |
塑性系数 |
金刚石 |
硬合金 |
钢粒 |
||
1~4 |
<1000 |
<30 |
>0.37 |
>3.90 |
||
5 |
900~1900 |
28~35 |
0.33~0.39 |
2.90~3.60 |
2.50 |
|
6 |
1750~2750 |
34~42 |
0.29~0.35 |
2.30~3.10 |
2.00 |
1.50 |
7 |
2600~3600 |
40~48 |
0.27~0.32 |
1.90~2.60 |
1.40 |
1.35 |
8 |
3400~4400 |
46~54 |
0.23~0.29 |
1.50~2.10 |
0.80 |
1.20 |
9 |
4200~5200 |
52~60 |
0.20~0.26 |
1.10~1.70 |
1.00 |
|
10 |
5000~6100 |
59~68 |
0.17~0.24 |
0.80~1.20 |
0.75 |
|
11 |
6000~7200 |
67~75 |
0.15~0.22 |
0.50~0.95 |
0.50 |
|
12 |
>7000 |
>70 |
<0.20 |
<0.60 |
表3 金刚石岩心钻探岩石可钻性分级表 (微钻钻速)
岩石级别 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
微钻钻速/ mm·min-1 |
216~259 |
135~215 |
85~134 |
53~84 |
34~52 |
21~33 |
14~20 |
9~13 |
6~8 |
≤5 |
注: 表2和表3中“代表性岩石”一栏略。
为使用方便,常把1~3级称为“软岩石”;4~6级称为“中硬岩石”;7~9级称为“硬岩石”;10~12级称为 “坚硬岩石”。