第一章鉆井工程地質(zhì)條件

第一章鉆井的工程地質(zhì)條件地下壓力特性巖石的工程力學性質(zhì)第一章鉆井的工程地質(zhì)條件

第一節(jié)地下壓力特性一、地下各種壓力的概念（一）靜液壓力（hydrostaticpressure）靜液壓力是由液柱自身的重力所引起的壓力。

ph=0.00981ρH式中：ph—

靜液壓力,MPa；

ρ—

液體的密度,g/cm3；

H—

液柱的垂直高度，m。壓力梯度，表示靜液壓力隨高度或深度的變化。Gh＝

ph/H＝0.00981ρ淡水或淡鹽水，Gh=0.00981MPa/m；鹽水，Gh=0.0105MPa/m。第一章鉆井的工程地質(zhì)條件

第一節(jié)地下壓力特性（二）上覆巖層壓力（Oveburdenpressur）地層某處的上覆巖層壓力是該處以上地層巖石基質(zhì)和巖石孔隙中流體總重力所產(chǎn)生的壓力，用p0表示。

式中：p0—

上覆巖層壓力，MPa；

H—

地層垂直深度,m；

φ—

巖石孔隙度，%；

ρma—

巖石骨架密度，g/cm3；

ρ—

孔隙中流體密度，g/cm3。第一章鉆井的工程地質(zhì)條件

第一節(jié)地下壓力特性

上覆巖層壓力隨深度增加而增大。沉積巖的上覆巖層壓力梯度一般為0.0227兆帕/米。

式中：G0—

上覆巖層壓力梯度，Mpa/m；

poi—

第i層段的上覆巖層壓力，MPa；

Hi

—

第i層段的厚度，m。

ρoi—

第i層段的平均密度，g/cm3。上式計算的是上覆巖層壓力梯度的平均值。第一章鉆井的工程地質(zhì)條件

第一節(jié)地下壓力特性（三）地層壓力（formationpressue）地層壓力是指巖石孔隙中的流體所具有的壓力，也稱地層孔隙壓力（formationporepressue），用pp表示。石鉆

異常地層壓力地層壓力大于或小于正常地層壓力。超過正常地層靜液壓力的地層壓力(pp>ph)稱為異常高壓。而低于正常地層靜液壓力的地層壓力(pp<ph)稱為異常低壓。第一章鉆井的工程地質(zhì)條件

第一節(jié)地下壓力特性（四）基巖應力（matrixstress）基巖應力是巖石顆粒間相互接觸支撐的那一部分上覆巖層壓力，亦稱有效上覆巖層壓力、骨架應力或顆粒間壓力。上覆巖層壓力、地層壓力和基巖應力之間的關(guān)系是：

第一章鉆井的工程地質(zhì)條件

Po

、Pp

和σ之間的關(guān)系可用下圖表示第一章鉆井的工程地質(zhì)條件

第一節(jié)地下壓力特性（五）異常壓力的成因異常低壓和異常高壓統(tǒng)稱為異常壓力（abnormalpressure）。

1．異常低壓（abnormallowpressure）壓力梯度小于9.81kPa／m（即正常地層壓力梯度）的是異常低壓。產(chǎn)生異常低壓的原因（1）生產(chǎn)多年而又沒有壓力補充的枯竭油氣層。（2）地下水位很低。2．異常高壓（abnormalhighpressure）壓力梯度大于10.5千帕／米的是異常高壓。異常高壓的形成是多種因素綜合作用的結(jié)果，這些因素與地質(zhì)作用、構(gòu)造作用和沉積速度有關(guān)。目前人們公認的成因有：第一章鉆井的工程地質(zhì)條件

第一節(jié)地下壓力特性異常高壓的成因

（1）沉積物的快速沉降，壓實不均勻。從沉降壓實的原理來看，在正常壓實的地層，隨著深度的增加，巖石越致密，密度越大，孔隙度越小，強度越高。欠壓實地層的巖石密度低，孔隙度大。（2）水熱增壓。（3）滲透作用。（4）構(gòu)造作用。異常高壓必然是一個被圈閉的密封系統(tǒng)，即它的頂部是一個致密的蓋層。這個蓋層阻礙了流體的散逸，導致欠壓實和異常高壓。地層沉降壓實的機理

地層的壓縮過程是由上覆沉積層的重力引起的。隨著上覆沉積物不斷地增加，下覆巖層就逐漸被壓實。如果沉積物沉積速度較慢，地層內(nèi)的巖石顆粒就有足夠的時間重新緊密地排列，并使孔隙度減小，孔隙中的過剩流體被擠出.如果是“開放”的地質(zhì)環(huán)境，被擠出的流體就沿著阻力小的方向，或向著低壓高滲透的方向流動，于是便建立了正常的靜液壓力環(huán)境。地層水自上而下形成連續(xù)的正常的靜液壓力系統(tǒng)。地層壓實能否保持平衡，主要取決于四個因素：（1）上覆巖層沉積速度的大小，（2）地層滲透率的大小，（3）孔隙減小的速度，（4）排出孔隙流體的能力。第一章鉆井的工程地質(zhì)條件

第一節(jié)地下壓力特性地層欠壓實現(xiàn)象的形成

如果沉積物沉積速度很快，地層中巖石顆粒沒有足夠的時間去重新排列，孔隙內(nèi)的流體的排出受到限制，基巖無法增加它的顆粒與顆粒之間的壓力，即無法增加它對上覆巖層的支撐能力。由于上覆巖層繼續(xù)沉積，負荷增加，而下面基巖的支撐能力沒有增加，孔隙中的流體必然開始支撐部分上覆巖層壓力。若周圍被不滲透地層圈閉起來，使得高壓流體無法流出，就會造成孔隙增大，地層不能被壓實到正常壓實程度，即形成地層欠壓實現(xiàn)象，從而導致地層異常高壓。異常高壓第一章鉆井的工程地質(zhì)條件

第一節(jié)地下壓力特性二、地層壓力評價地層壓力評價的方法可分為兩類：預測和監(jiān)測。用鄰近井資料進行壓力預測，建立地層壓力剖面；根據(jù)所鉆井的實時數(shù)據(jù)進行壓力監(jiān)測，以掌握地層壓力的實際變化規(guī)律。

（一）地層壓力預測常用的地層壓力預測的方法有地震法、聲波時差法和頁巖電阻率法等。地震法一般是采用縱波勘探?？v波的傳播速度取決于傳播介質(zhì)的密度ρ，密度ρ越大，傳播速度Vp越快，否則傳播速度越慢。第一章鉆井的工程地質(zhì)條件

第一節(jié)地下壓力特性依據(jù)是地層壓實理論或地層欠壓實理論正常壓力地層： H↗→↗，↘→VP↗；異常高壓層：由于地層欠壓實，↗，↘→VP↘。聲波時差法：聲波在地層中傳播的快慢常以通過單位距離所用的時間來衡量。即（1-6）式中：T—

聲波在單位距離內(nèi)的傳播時間；

ρ—

巖石的密度；

μ—

巖石的泊松比；

E—

巖石的彈性模量。第一章鉆井的工程地質(zhì)條件

第一節(jié)地下壓力特性聲波在地層中傳播的快慢與巖石的密度和彈性系數(shù)等有關(guān)，而巖石的密度和彈性系數(shù)又取決于巖石的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、孔隙度和埋藏深度。根據(jù)聲波時差的數(shù)據(jù)，可在半對數(shù)坐標紙上繪出曲線，依據(jù)是地層壓實理論或地層欠壓實理論正常壓力地層： H↗→↗，↘→VP↗→Δt↘；異常高壓層：地層欠壓實，↗，↘→VP↘→Δt↗。第一章鉆井的工程地質(zhì)條件

第一節(jié)地下壓力特性（二）地層壓力監(jiān)測常用的地層壓力監(jiān)測的方法是dc指數(shù)法。dc指數(shù)法實質(zhì)上是在機械鉆速法基礎上發(fā)展起來的。機械鉆速法：利用泥頁巖壓實規(guī)律和井底的泥漿柱壓力與地層壓力之差，對機械鉆速的影響的理論來檢測地層壓力的。鉆遇異常高壓地層：巖石孔隙度突然增大，孔隙壓力突然增加，壓差減小，機械鉆速突然加快

壓持效應：在在鉆進過程中，井內(nèi)始終存在壓差，在該壓差作用下，井底巖屑難以離開井底，造成鉆頭重復破碎的現(xiàn)象。第一章鉆井的工程地質(zhì)條件

第一節(jié)地下壓力特性d指數(shù)法是在賓漢鉆速方程的基礎上建立的。賓漢在不考慮水力因素的影響下提出的鉆速方程為：

Vpc＝Kne(W/db)d(1―13)式中：Vpc

—

機械鉆速；K—

巖石可鉆性系數(shù)；

n—

轉(zhuǎn)速；e—

轉(zhuǎn)速指數(shù)，取e＝1；

W—

鉆壓；db

—

鉆頭直徑；d—

鉆壓指數(shù)。假設鉆井條件和巖性不變，即K=1，e=1，則方程（1-13）被簡化為：

Vpc＝n(W/db)d(1―14)對上式兩邊取對數(shù)，并整理后得：

(1—15)第一章鉆井的工程地質(zhì)條件

第一節(jié)地下壓力特性若采用常用公制單位，上式變?yōu)?/p>

(1-16)式中：Vpc

—

機械鉆速，m/h；

n—

轉(zhuǎn)速，r/min；

W—

鉆壓，kN；

db

—

鉆頭直徑,mm；

d—

鉆壓指數(shù),無因次。第一章鉆井的工程地質(zhì)條件

第一節(jié)地下壓力特性d指數(shù)與機械鉆速也成反比，所以d指數(shù)與壓差的大小有關(guān)，因此d指數(shù)可用來檢測異常高壓。在正常地層壓力，機械鉆速隨井深增加而減小，d指數(shù)隨井深增加而增大。進入壓力過渡帶和異常高壓地層后，實際的d指數(shù)較正?；€偏小。d指數(shù)法的前提之一是保持泥漿密度不變，為消除鉆井液密度的變化對d指數(shù)的影響，提出了修正的d指數(shù)法，即dc指數(shù)法。dc指數(shù)法

（1-17）式中：dc

—

修正的d指數(shù)；

ρn—

正常地層壓力當量密度（即地層水的密度），g/cm3；

ρd

—

實際鉆井液密度，g/cm3

。根據(jù)dc指數(shù)法計算地層壓力的方法有兩種：直接計算和等效深度法計算。直接計算法：(1)在高壓層頂部以上至少300米的純泥頁巖井段，按一定深度間隔取點記錄每點所對應的鉆速、鉆壓、轉(zhuǎn)速、鉆頭直徑、地層水密度和實際泥漿密度等六項參數(shù)。(2)根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)計算d指數(shù)和dc指數(shù)。(3)在半對數(shù)坐標紙上一一作出dc指數(shù)和相應的井深所確定的點。(4)根據(jù)正常地層壓力井段的數(shù)據(jù)引dc指數(shù)的正常趨勢線，圖1-5。(5)計算地層壓力。根據(jù)dc指數(shù)的偏離值計算相應的地層壓力的公式是（1-18）ρp

、ρn

—

分別為所求井深處的地層壓力當量密度和正常地層壓力當量密度，g/cm3

；dcn、dca

—

所求井深處的正常dc指數(shù)值和實測dc指數(shù)值。第一章鉆井的工程地質(zhì)條件

第一節(jié)地下壓力特性等效深度法求地層壓力：dc指數(shù)反映了泥頁巖的壓實程度，若地層具有相等的dc指數(shù)，則可視其骨架應力相等用等效深度法求地層壓力的公式是

pp＝GoD-(Go-Gpm)De(1-19)pp

—

所求深度處的地層壓力，MPa；

Go

—

上覆巖層壓力梯度，MPa/m；

D—

所求地層壓力點的深度，m；

Gpn—

等效深度處的正常地層壓力梯度，MPa/m；

De

—

等效深度，m。

圖1-6dc指數(shù)的等效深度12第一章鉆井的工程地質(zhì)條件

第一節(jié)地下壓力特性dc指數(shù)值的發(fā)散現(xiàn)象，其原因主要有以下幾個方面(1)巖性變化：dc指數(shù)取決于基巖強度，巖性不同，骨架強度也不同。在巖性發(fā)生變化的地層，dc指數(shù)的規(guī)律也將發(fā)生變化，例如砂、頁巖交錯的地層。

(2)水力參數(shù)：水力參數(shù)發(fā)生大的變化時，射流對地層的破碎作用不同，dc指數(shù)的規(guī)律也將發(fā)生變化。(3)鉆頭類型：鉆頭類型不同，其破巖機理不同。所以鉆頭類型的變化會引起正常趨勢線的移動。另外，在糾斜吊打、用刮刀鉆頭和取芯鉆頭鉆進，鉆頭的跑合期和磨損的后期、井底不干凈、鉆遇斷層裂縫等特殊鉆進情況下都不宜取點計算dc指數(shù)值。第一章鉆井的工程地質(zhì)條件

第一節(jié)地下壓力特性三、地層破裂壓力（formationfracturepressure）在井下一定深度處裸露的地層，承受流體壓力的能力是有限的，當液體壓力達到一定數(shù)值時會使地層破裂，這個液體壓力稱為地層破裂壓力（一）休伯特和威利斯(Hubbert&Willis)法地下應力狀態(tài)是以三維不均勻主應力狀態(tài)為特征的，且三個主應力互相垂直。最大主應力為垂直方向，大小等于基巖應力，最小主應力和中間主應力在水平方向上互相垂直。最小主應力的大小等于最大主應力的1/3～1/2。地層破裂條件：

pf＝pp+σ3＝pp+（1/3—1/2）σ1(1-20)第一章鉆井的工程地質(zhì)條件

第一節(jié)地下壓力特性而σ1＝po-pp

故pf＝pp+（1/3～1/2）(po-pp)(1-21)

根據(jù)式（1-20）可求得地層破裂壓力梯度：

(1-22)式中：Gf

—

井深H處的地層破裂壓力梯度，兆帕／米；

pf

—

井深H處的地層破裂壓力，兆帕；

pp

—

井深H處的地層壓力，兆帕；

po

—

井深H處的上覆巖層壓力，兆帕；

H—

井深，米。

（二）馬修斯和凱利（Mathews&Kelly）法選擇最小破裂壓力等于地層壓力，最大破裂壓力等于上覆巖層壓力。如果實際破裂壓力大于地層壓力，則認為是由于克服骨架應力所致。骨架應力的大小與地層壓實程度有關(guān)引入骨架應力系數(shù)根據(jù)地層破裂壓力與地層壓力和骨架應力之間的關(guān)系，有（1-23）式中：Ki

—

骨架應力系數(shù)，無因次；σh—水平應力，MPa；

σ—

骨架應力（垂直應力），MPa。Ki是井深的函數(shù)，與巖性有關(guān)，通常泥質(zhì)含量高的砂巖比一般砂巖的應力系數(shù)要高。在正常地層壓力情況下，Ki隨井深增加而增加。如遇異常高壓，地層的壓實程度降低，地層壓力增大，則Ki減小。第一章鉆井的工程地質(zhì)條件

第一節(jié)地下壓力特性（三）伊頓（Eaton）法把上覆巖層壓力梯度作為一個變量來考慮，一般來說，橫向應變和縱向應變之間的比值被定義為泊松比。然而伊頓的泊松比不是作為巖石本身特性的函數(shù)，而是作為區(qū)域應力場的函數(shù)來考慮。伊頓的泊松比即為水平應力與垂直應力之比值.水平應力和垂直應力之間的關(guān)系，即（1-24）將上式引入地層破裂壓力梯度計算公式（1-23），即（1-25）μ—

巖石的泊松比。第一章鉆井的工程地質(zhì)條件

第一節(jié)地下壓力特性（四）計算地層破裂壓力的新方法（1-26）式中：K—

構(gòu)造應力系數(shù)，無因次；

St—

巖石的抗拉強度，兆帕。新模式與前述三個模式相比有兩個顯著特點：(1)地應力一般是不均勻的，模式中包括了三個主應力的影響。(2)地層的破裂是由井壁上的應力狀態(tài)決定的。深部地層的水壓致裂是由于井壁上的有效切向應力達到或超過了巖石的抗拉強度。巖石抗張強度St是利用鉆取的地下巖心在室內(nèi)采用巴西實驗求得的。構(gòu)造應力系數(shù)K對不同的地質(zhì)構(gòu)造是不同的，但它在同一構(gòu)造斷塊內(nèi)部是一個常數(shù)，且不隨深度變化。第一章鉆井的工程地質(zhì)條件

第一節(jié)地下壓力特性（五）破裂壓力的液壓實驗液壓實驗法也稱漏失試驗，液壓實驗法的步驟如下：(1)循環(huán)調(diào)節(jié)泥漿性能，保證泥漿性能穩(wěn)定，上提鉆頭至套管鞋內(nèi)，關(guān)閉防噴器。(2)用較小排量0.66～1.32L/s向井內(nèi)注入泥漿，并記錄各個時期的注入量及立管壓力。(3)做立管壓力與累計泵入量的關(guān)系曲線圖，如教材中圖1-8所示。(4)從圖上確定各個壓力值，漏失壓力為PL，即開始偏離直線點的壓力，其后壓力繼續(xù)上升；即為開裂壓力Pr，壓力升到最大值；傳播壓力Prro，最大值過后壓力下降并趨于平緩，（5)求地層破裂壓力當量密度ρfρf＝ρm＋pL/(0.00981H)(1-27)ρm—

試驗用泥漿密度，g/cm3；H—

試驗井深，m。第一章鉆井的工程地質(zhì)條件

第一節(jié)地下壓力特性注意：（1）計算地層破裂壓力時，以漏失壓力為準；（2）計算深度H是指套管下入深度，而不是井深；（3）破裂處地層承受的壓力應該等于表現(xiàn)在立管上的壓力與井內(nèi)液柱形成的壓力之和。PRro圖1-8液壓試驗曲線第一章鉆井的工程地質(zhì)條件

第二節(jié)巖石的工程力學性質(zhì)一、巖石的機械性質(zhì)（一）沉積巖（sedimentaryrock）沉積巖是地殼表層在常溫常壓下的破碎物經(jīng)搬運、沉積、壓實形成的巖石。常見的沉積巖石有：石灰?guī)r、泥頁巖、砂巖等。組成巖石的主要元素有八種，氧（46.7%）、硅（27.7%）、鋁（8.1%）、鐵（5.0%）、鈣（3.6%）、鈉（2.8%）、鉀（2.6%）、鎂（2.1%）、共占地殼成分的98.6%。沉積巖可分為結(jié)晶沉積巖和碎屑沉積巖兩大類。結(jié)晶沉積巖是鹽類物質(zhì)從水溶液中沉淀或在地殼中發(fā)生化學反應而形成的，包括石灰?guī)r、白云巖、石膏等。碎屑沉積巖則是由巖石碎屑經(jīng)沉積、壓縮及流經(jīng)沉積物的溶液中沉淀出的膠結(jié)物的膠結(jié)作用而形成的，包括砂巖、泥巖、礫巖等，膠結(jié)物通常有硅質(zhì)、石灰質(zhì)、鐵質(zhì)和泥質(zhì)幾種。第一章鉆井的工程地質(zhì)條件

第二節(jié)巖石的工程力學性質(zhì)巖石的構(gòu)造是指巖石在大范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)特征，沉積巖：層理和片理。層理是指沉積巖在垂直方向上巖石成分和結(jié)構(gòu)的變化。它主要表現(xiàn)為不同成份的巖石顆粒在垂直方向上交替變化沉積，巖石顆粒大小在垂直方向上有規(guī)律的變化，某些巖石顆粒按一定方向的定向排列等。片理是指巖石沿平行平面分裂為薄片的能力，它與巖石的顯微結(jié)構(gòu)有關(guān)。(二)巖石的彈性（elasticityofrock）物體在外力作用下產(chǎn)生變形，外力撤除以后，變形隨之消失，物體恢復到原來的形狀和體積的性質(zhì)稱為彈性變形。當外力撤除后，變形不能消失的稱為塑性變形。產(chǎn)生彈性變形的物體在變形階段，應力與應變的關(guān)系服從虎克定律：

σ=E(1-28)式中：σ——應力；

——應變；E——彈性模量。第一章鉆井的工程地質(zhì)條件

第二節(jié)巖石的工程力學性質(zhì)如果材料是各向同性的，則有：物體在彈性變形階段，剪切變形同樣也服從虎克定律，即

τ=Gγ(1-30)式中：τ——剪應力；

γ——剪應變；

G——切變模量(或剪切彈性模量)。對于同一材料，三個彈性常數(shù)E、G和μ之間有如下的關(guān)系：

(三)巖石的強度（strengthofrock）1.巖石強度的概念是巖石在一定條件下抵抗外力破壞的能力。巖石強度的大小取決于巖石的內(nèi)聚力（礦物顆粒與膠結(jié)物之間的連接力）和巖石顆粒間的內(nèi)摩擦力（顆粒之間的原始接觸狀態(tài)即將破壞而要產(chǎn)生位移時的摩擦阻力）。堅固巖石和塑性巖石的強度主要取決于巖石的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦力，松散巖石的強度主要取決于內(nèi)摩擦力。影響巖石強度的因素：巖石本身特性（內(nèi)因）和破碎時的工藝技術(shù)因素（外因）。內(nèi)因：巖石的礦物成分，膠結(jié)物的成分和比例（沉積巖）；礦物顆粒的尺寸；巖石的密度和孔隙度。巖石的強度一般情況下隨著埋藏深度的增加而增加。外因：巖石的受載方式；巖石的應力狀態(tài)，外載作用的速度，液體介質(zhì)性質(zhì)等。

2.簡單應力條件下巖石的強度簡單應力條件下巖石的強度指巖石在單一的外載作用下的強度，包括單軸抗壓強度、單軸抗拉強度、抗剪強度及抗彎強度。表1-4巖石的抗壓、抗拉、抗剪和抗彎強度第一章鉆井的工程地質(zhì)條件

第二節(jié)巖石的工程力學性質(zhì)一般說來，巖石的強度有以下順序關(guān)系：

抗拉<抗彎≤抗剪<抗壓表1－5巖石各種強度間的比例關(guān)系3.復雜應力條件下巖石的強度(1)三軸巖石試驗方法三軸應力試驗是在復雜應力狀態(tài)下定量測試巖石機械性質(zhì)的可靠方法。是在巖石樣品的三個方向上分別施加應力進行測試。圖1-9A表示了四種三軸試驗的方案，其中a是最常見的一種，稱為常規(guī)三軸實驗。施力方案是12=3=p

圖1-9A三軸巖石實驗方法通常在巖石樣品的一個方向上施加一個最大應力，是最大主應力，在與之垂直的兩個方向上用液壓施加應力，稱謂圍壓（見圖1-9B）圖1-9B常規(guī)三軸實驗第一章鉆井的工程地質(zhì)條件

第二節(jié)巖石的工程力學性質(zhì)(2)三軸應力條件下巖石的強度變化特點巖石在三軸應力條件下的強度明顯增加。不同巖石，隨著圍壓增加幅度不同；同一種巖石，圍壓對強度的影響程度并不是在所有壓力范圍內(nèi)都是一樣的，開始時，巖石的強度增加比較明顯，再繼續(xù)增加圍壓時，相應的強度增量就變得越來越小，最后當壓力很高時，有些巖石(例如石灰?guī)r)的強度便趨于常量。第一章鉆井的工程地質(zhì)條件

第二節(jié)巖石的工程力學性質(zhì)其原因：巖石不同于鋼鐵材料，其內(nèi)部存在著大量的微裂紋、裂隙，在圍壓的作用下，裂紋、裂隙閉和，巖石變得致密，強度增加。裂紋、裂隙全部閉和后，巖石強度基本穩(wěn)定；另外，圍壓會限制巖石的橫向變形。Ⅰ—OilCreak石英砂巖，Ⅱ—Hasmark白云巖

Ⅲ—Blain硬石膏，Ⅳ—Yule大理巖

Ⅴ—Barns砂巖及Marianna石灰?guī)r（曲線重合）

Ⅵ—Muddy頁巖，Ⅶ—鹽巖

(四)巖石的硬度（formationhardness）巖石的硬度是巖石抵抗其它物體表面壓入或侵入的能力。硬度與抗壓強度區(qū)別：硬度只是固體表面的局部對另一物體壓入或侵入時的阻力，抗壓強度則是固體抵抗固體整體破壞時的阻力。巖石硬度的測量：莫氏硬度和巖石的壓入硬度1.莫氏硬度（Mohsscale）巖石或其它材料的相對硬度。2.巖石的壓入硬度巖石的壓入硬度是蘇聯(lián)的史立涅爾提出的，也稱史氏硬度。要求：（1）巖樣的長度為30～50mm，直徑40～50mm，兩端面光滑且相互平行；

（2）壓頭用高強度鋼或硬質(zhì)合金制成。壓頭有平底圓柱形和截錐形兩種。對于致密均質(zhì)巖石，采用1～2mm2的壓頭；顆粒大于0.5mm且硬度不高的巖石宜使用3mm2的壓頭；多孔低強度巖石用5mm2的壓頭。硬度小于25千巴的巖石，多采用平底圓柱形高強度鋼壓頭；硬度大于25～30千巴的巖石，多采用平底圓柱形硬質(zhì)合金鋼壓頭；硬度大于40～50千巴的巖石，多采用截錐形硬質(zhì)合金鋼壓頭；

1—液缸缸體；2—液缸柱塞；3--巖樣；4—壓頭5—壓力機上壓板；6—千分表；7—柱塞導向桿圖1-12巖石硬度實驗裝置

6777第一章鉆井的工程地質(zhì)條件

第二節(jié)巖石的工程力學性質(zhì)脆性和脆塑性巖石的硬度為：式中：P——產(chǎn)生脆性破碎時壓頭上的載荷(牛頓)；

S——壓頭的底面積(毫米2)；對塑性巖石，取產(chǎn)生屈服(即從彈性變形開始向塑性變形轉(zhuǎn)化)時的載荷P0代替P，即：表1-9巖石按硬度的分類第一章鉆井的工程地質(zhì)條件

第二節(jié)巖石的工程力學性質(zhì)（五）巖石的脆性和塑性

可把巖石分為脆性巖石（brittlerock）、塑性巖石（plasticrock）和塑脆性巖石（brittle-plasticrock）三大類。

在外力作用下，巖石只改變其形狀和大小而不破壞自身的連續(xù)性，這種情況稱為塑性的；巖石在外力作用下，直至破碎而無明顯的形狀改變，這種情況稱為脆性的；介乎于兩者之間的是脆塑性巖石。第一章鉆井的工程地質(zhì)條件

第二節(jié)巖石的工程力學性質(zhì)用巖石的塑性系數(shù)KP作為定量表征巖石塑性及脆性大小的參數(shù)。塑性系數(shù)為巖石破碎前耗費的總功AF與巖石破碎前彈性變形功AE的比值。對于塑脆性巖石：（1-33）脆性系數(shù)K=1；塑性巖石，KP=∞。表1-7巖石按塑性系數(shù)的分類

在三軸應力條件下，巖石機械性質(zhì)的一個顯著變化的特點就是隨著圍壓的增大，巖石表現(xiàn)出從脆性向塑性的轉(zhuǎn)變，并且圍壓越大，巖石破壞前所呈現(xiàn)的塑性也越大。表1-8巖石在圍壓下的塑性變形第一章鉆井的工程地質(zhì)條件

第二節(jié)巖石的工程力