针对玛北风城组深层致密页岩抗压强度高、可钻性差、钻井周期长的难题,开展了轴扭耦合冲击钻井参数优化实验研究,旨在明确影响破岩效率的主控因素,形成适用于该地层的冲击钻井参数匹配方法。采用复合冲击破岩效率测试装置,对目标地层岩心在定钻压、转速条件下,开展了不同轴扭冲击频率组合下的钻进实验,评估冲击频率对机械钻速、扭矩和机械比能的影响规律。结果表明,轴扭耦合冲击可显著提升钻速、降低扭矩和机械比能,其中高频扭向冲击在降扭和节能中起主导作用,轴冲与扭冲存在“轴冲促裂、扭冲解黏”的协同破岩机制。证实了轴扭耦合冲击技术在该页岩地层中具有显著的提速、降扭、节能效果,所得参数优化方法可为现场钻井设计提供理论依据,对深层硬地层钻井提速具有重要工程指导价值。
提高钻井速度不仅是提高我国油气效益开发及深地勘探等方面的重要技术手段,同时对保障国家能源安全意义重大。冲击破岩钻井技术在国内外油田现场应用并获得了良好的提速效果,持续开展此类技术攻关有望攻克当下我国深地高温高压硬岩地层进尺低、提速难的技术痛点。介绍和分析了轴向冲击、扭力冲击和轴-扭耦合冲击辅助钻头破岩钻进技术方面的实践及发展动态。结合冲击破岩钻井技术现状,阐明了冲击辅助钻头破岩力学原理是冲击破岩钻井提速技术的关键问题,综述了国内外研究学者在冲击辅助钻头破岩物理实验、理论模型和数值模拟等研究方法上取得的科学进展。针对冲击破岩钻井提速技术的发展提出了相关建议,即加强在材料结构优化设计、智能化控制、多元技术融合和井场应用优化等方面的研究力度,为我国能源高效开发做出贡献。