摘要
以川东北PGP‐X井为研究对象，对2 140～4 914 m地层进行分段采样，运用静态试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置对采样岩石进行动、静态力学性能室内试验。利用LS‐DYNA建立空气冲旋钻井活塞‐钻头‐岩石相互作用系统模型，仿真模型中岩石采用H‐J‐C动态本构，为考虑冲击载荷往复加载对岩石造成的损伤积累，在每次冲击后，对井底岩石进行强度修正。在此基础上，研究PGP‐X井钻井参量及空气锤结构参量与冲击功及破岩比功的关系，探索冲击功、冲击末速度、钻压、冲击频率、转速、井深及岩性对破岩能效的影响。分析发现冲击功‐破岩比功曲线具有界限明显的波动区与稳定区，由此得到空气冲旋钻井的临界冲击功及临界钻压；临界冲击功及临界钻压与井深和岩性密切相关，随着井深和岩石硬度增加，临界冲击功和临界钻压都有逐渐减小。通过以上研究，推荐了典型深部地层的临界冲击功、临界钻压、最佳转速与冲击频率组合，这些结果可以作为现场空气冲旋钻井实践的参考。