岩石可鑽性

指岩石抵抗鑽鑿破碎的能力，它反映鑽鑿眼孔的難易程度。準確的岩石可鑽性，是預估鑿岩速度制定鑿岩生產定額的科學依據，也是正確選擇鑽鑿岩石方法與設計鑿岩工具的理論基礎。1927年美國人格拉德納脫（E.D.Grad-nert）首先採用可鑽性一詞。

基本介紹

• 中文名：岩石可鑽性
• 外文名：drillability of rock 
• 類型：岩石抵抗機械破碎能力的量化指標
• 作用：衡量鑽進速度的主要依據
• 等級數：12
• 學科：採礦工程

介紹

鑽進時岩石抵抗機械破碎能力的量化指標。 岩石可鑽性是工程鑽探中選擇鑽進方法、 鑽頭結構類型、 鑽進工藝參數， 衡量鑽進速度和實行定額管理的主要依據。

研究方式

研究岩石可鑽性的觀點很不一致，方法很多，但仍處於探索階段。用以表征岩石可鑽性指標的大致分為三大類：（1）按岩石的某些物理力學指標，諸如各種硬度、抗壓強度、點載荷強度、岩石產生新表面能耗和磨蝕性等。它的優點是指標性質穩定，有通用性，但難以反映鑿岩特點。（2）用實際鑿岩速度和鑿岩工具消耗。它如實反映實際鑿岩速度和鑽具消耗情況，現場可自行測定。但它受設備與生產工藝等許多因素影響，缺乏穩定性，測定也不大方便。（3）用微型鑽模擬鑽進。它是“以小替大”，能在試驗室對各類岩石進行系統測量，便於控制條件，但缺乏嚴格的相似條件，只能起一個可鑽性指標作用。

影響因素

岩石可鑽性不是岩石固有的性質， 它不僅取決於岩石的特性， 而且還取決於採用的鑽進技術工藝條件： （1）岩石的特性。包括岩石的礦物組分、組織結構特徵、物理性質和力學性質。其中直接影響因素是岩石的力學性質，而岩石的物理性質、礦物組分和組織結構特徵等主要是通過影響其力學性質而間接影響可鑽性的。在影響岩石可鑽性的力學性質中，起主要作用的是岩石的硬度、彈塑性和研磨性。岩石硬度影響鑽進初始的碎岩難易程度； 彈塑性影響碎岩工具作用下岩石的變形和裂紋發展導致破碎的特徵； 研磨性決定了碎岩工具的持久性和機械鑽速 （純鑽進時間內的單位時間進尺，m/h）的遞減速率。一般規律是岩石可鑽性隨壓入硬度和研磨性的增大而降低， 隨塑性係數的增大而提高。（2）鑽進技術工藝條件。包括鑽進切削研磨材料、鑽頭類型、鑽探設備、鑽探沖洗介質、鑽進工藝的完善程度，以及鑽孔的深度、直徑、傾斜度等。

分級

在一定的技術工藝條件下， 岩石按被鑽頭破碎的難易程度的分級。根據鑽進方法的不同，岩石可鑽性分別有岩心鑽探的岩石可鑽性、 手動迴轉鑽進的岩石可鑽性、螺旋鑽進的岩石可鑽性、鋼絲繩衝擊鑽進的岩石可鑽性、 衝擊振動鑽進的岩石可鑽性和石油鑽井的岩石可鑽性等。 中國冶金工程鑽探採用岩心鑽探的岩石可鑽性。岩心鑽探的岩石可鑽性分為12級。表1為1958年中國地質部頒布的《岩石十二級分級表》，此表是以對於在規定的設備、 工具和技術規程的條件下進行實際鑽進所獲得的大量資料的統計分析為定級基礎的。隨著對岩石物理力學性質的深入研究、測試技術方法和儀器的進步、鑽探設備和工藝技術的發展，為適應金剛石鑽探工藝套用的需要， 並使岩石可鑽性分級更趨科學、 準確、 合理， 1984年中國地質礦產部頒布了《金剛石岩心鑽探岩石可鑽性分級表》。該分級表採用了以岩石壓入硬度為主，同時考慮擺球回彈次數、塑性係數、微鑽速度和聲波穿透速度等的綜合分級法，將岩石仍分為12級，列為以壓入硬度、擺球硬度和統計效率為指標的 （表2）、以微鑽速度為指標的 （表3）和以聲波穿透速度為指標的分級表。 實際套用時互相參照， 使岩石可鑽性定級更符合實際情況。

表1 岩石十二級分級表

岩石; 等級	岩石類別	代 表 性 岩 石	可鑽性/; m·h-1	回次長度/; m
Ⅰ	鬆軟疏散的	次生土、土壤、矽藻土	7.50	2.80
Ⅱ	較軟疏散的	黃土、粘土、冰	4.00	2.40
Ⅲ	軟的	風化變質的頁岩、千枚岩、泥灰岩、褐煤、煙煤	2.45	2.00
Ⅳ	較軟的	頁岩類、較緻密泥灰岩、岩鹽、火山凝灰岩	1.60	1.70
Ⅴ	稍硬的	泥質板岩、細粒石灰岩、蛇紋岩、純橄欖岩、無煙煤	1.15	1.50
Ⅵ	中等硬度	微矽化石灰岩、千枚岩、石英雲母片岩、輝長岩	0.82	1.30
Ⅶ	中等硬度	矽質灰岩、石英二長岩、含長石石英砂岩、角閃石斑岩、玢岩	0.57	1.10
Ⅷ	硬的	矽卡岩、千枚岩、微風化花崗岩	0.38	0.85
Ⅸ	硬的	高矽化石灰岩、粗粒花崗岩、矽化凝灰岩	0.25	0.65
Ⅹ	堅硬的	細粒花崗岩、花崗片麻岩、堅硬的石英偉晶岩	0.15	0.50
Ⅺ	堅硬的	剛玉岩、石英岩、含鐵礦碧玉岩	0.09	0.32
Ⅻ	最堅硬的	未風化緻密的石英岩、碧玉岩、燧石	0.045	0.16

表2 金剛石岩心鑽探岩石可鑽性分級表 （壓入硬度和擺球硬度）

岩石級別	岩石物理力學性質			鑽進時效指標
	壓入硬度/; MPa	擺球硬度		統計效率/m·h-1
		彈次	塑性係數	金剛石	硬合金	鋼粒
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 金剛石岩心鑽探岩石可鑽性分級表 （微鑽鑽速）

岩石級別	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
微鑽鑽速/; mm·min-1	216～259	135～215	85～134	53～84	34～52	21～33	14～20	9～13	6～8	≤5

註： 表2和表3中“代表性岩石”一欄略。

為使用方便，常把1～3級稱為“軟岩石”；4～6級稱為“中硬岩石”；7～9級稱為“硬岩石”；10～12級稱為 “堅硬岩石”。