岩石的硬度反映岩石抵抗外部更硬物体（切削具、压模）压入（侵入）其表面的能力。
硬度与抗压强度有联系，但又有很大区别。抗压强度是固体抵抗整体破坏时的阻力，而硬度则是固体表面对另一物体局部压入或侵入时的阻力。因此，硬度指标更接近于钻进过程的实际情况。
与岩石的强度一样，目前还只能用室内试验的方法来测量岩石硬度。而国内外钻探（井）界岩石硬度的测量方法及硬度指标的形式并未统一，其多样性来源于岩石物理力学性质的多样性，同时也是为了与钻进方法的多样性相适应。
没有条件进行实测时，可以从自然因素和工艺因素两方面来定性分析岩石硬度的大致范围。
（1）岩石中石英及其他坚硬矿物或碎屑含量越多，胶结物的硬度越大，岩石的颗粒越细，结构越致密，则岩石的硬度越大。而孔隙度高，密度低，裂隙发育的岩石硬度将降低。
（2）岩石的硬度具有明显的各向异性，但层理对岩石硬度的影响正好与强度相反。垂直于层理方向的硬度值最小，平行于层理的硬度最大，两者之间可相差1.05～1.8倍。岩石硬度的各向异性可以很好地解释钻孔弯曲的原因和规律，并可利用这一现象来实施定向钻进。
（3）在各向压缩条件下，岩石的硬度将增大。在常压下硬度越低的岩石，随围压增大其硬度增长越快。
（4）一般随着加载速度的增加，将导致岩石的塑性系数降低，硬度增加。但当冲击速度小于10m/s时，硬度变化不大。
单一矿物的硬度如表2-5所示。其中，莫氏分级法选择10种矿物作为硬度标准，后一种矿物可以刻画前一种矿物。但莫氏分级法不是线性标度，克氏分级法则具有更好的硬度可比性。按照这种方法，金刚石硬度为刚玉硬度的4倍以上，硬质合金的3倍以上。
表2-5 不同矿物和材料的莫氏硬度和克氏硬度对比表
1）压入硬度
国际上普遍采用如图2-2、图2-3所示的装置来测定岩石的硬度值（通常称为压入硬度）。它特别适于模拟牙轮钻头齿和硬质合金钻头切削具压入岩石的状态，反映了压头底面积增大时所需压入力的增长情况。对于研磨性不大，硬度在2500～3000MPa以下的岩石用钢质圆柱形压头；研磨性大，硬度在2500～3000MPa以上的岩石，应采用硬质合金圆柱形压头。如果岩石硬度大于4000～5000MPa，则采用截头圆锥形压头。常用的压头底面积为1～5mm2，其中，1～2mm2的用于致密均质岩石；3mm2的用于颗粒大于0.25mm，硬度又不是很高的岩石；5mm2的用于低强度、多孔隙的岩石。压入硬度的数值就是作用于压模单位面积上的破碎力：
式中：Hy——岩石的压入硬度，MPa；
Pmax——在压入作用下岩样产生局部脆性破碎时的轴载荷，N；
S——压头底面积，mm2。
图2-2 测试压入岩石硬度的装置
1—液压缸；2—液压柱塞；3—岩样；4—压头；
5—压力机上压板；6—千分表；7—柱塞导向杆(www.xing528.com)
图2-3 平底圆柱压头
（a）钢质或硬质合金圆柱形压头；
（b）截头圆锥形压头
岩石的整体硬度与其构成矿物的硬度是有差别的。岩石的整体硬度主要影响钻进速度，而钻头工作寿命则主要取决于其矿物的硬度。例如，弱胶结砂岩不是坚硬岩石，比较容易被钻头破碎，然而它的主要造岩矿物——石英颗粒却具有很高的硬度，容易使钻头很快被磨钝而失效。因此，在测量岩石硬度的过程中，应在岩样表面均布测试点，注意区分造岩矿物颗粒的硬度和岩石的组合硬度。
通常岩石的压入硬度Hy大于其单轴抗压强度σc，这可解释为在压力作用下，岩石某一点上处于各向受压的应力状态。
如果采用自动记录式岩石硬度仪，则可在记录纸上画出应变曲线。根据曲线图既可确定硬度，又可得到岩石流动极限δT，塑性系数Ks，弹性模量E和破碎比功As的数值（表2-6）。这些参数是判断岩石的弹性、塑性，确定岩石可钻性的重要依据。
2）摆球硬度
我国研制的摆球硬度计（图2-4）观测的是通过能量转换方式实现的摆球回弹现象，以回弹次数来确定岩石的硬度（通常称为摆球硬度）。试验用岩样一般为圆柱形岩心，直径大于40mm，长度大于65mm，两端切平，端面与岩心轴线垂直，受试面还必须抛光。
表2-6 某些岩石的压入硬度、流动极限、塑性系数、弹性模量和破碎比功
图2-4 摆球硬度计
1—底盘；2—岩样；3—刻度盘；4—摆球；5—水平调节螺丝；6—岩样固定器螺杆
3）按岩石硬度分级法
根据压入硬度可把岩石分为4类12级（表2-7）。
表2-7 岩石按压入硬度的分级表
根据摆球回弹次数可把岩石分为12级（表2-8），由于第Ⅰ级岩石太软，无法测出摆球回弹次数，故表2-8从Ⅱ级岩石开始。
表2-8 岩石按摆球回弹次数的分级表
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