钻进效率在一定程度上影响着油气藏的勘探开发成本,全球油气勘探开发由浅中层向深层、超深层的转变凸显出的钻进效率低的问题使得如何提高深部地层的破岩效率成为目前石油工业钻井领域亟待解决的技术难题。本文基于局部往复式液动冲击钻井提速工具,提出了与之对应的局部冲击-刮切钻井破岩技术,为解决上述问题提供了一种技术方法。本文通过调研国内外钻齿破岩和新型高效破岩工具的研究现状以及钻具组合提速技术的使用情况后,采用理论分析、室内试验和计算机数值计算相结合的方法开展研究,论文的主要工作内容概括如下:(1)介绍局部冲击-刮切钻井技术配套工具的主要破岩结构,分析钻齿与岩石相互作用时的相关力学问题,给出局部冲击钻齿辅助PDC钻齿刮切破岩的提速机理,阐述数值计算所需的岩石本构关系。(2)开展局部冲击-刮切钻井技术涉及的钻头内置冲击器的单机试验,证明钻头内置冲击器冲击性能的可靠性,获得试验条件下内置冲击器的冲击参数以及冲击参数对冲击性能的影响特征。(3)基于冲击钻齿的加载特性,引入载荷比的概念,建立钻齿与岩石的互作用非线性动力学有限元模型,研究载荷比对岩石内部应力分布及其对冲击钻齿侵入岩石特性的影响,同时分析冲击钻齿与PDC固定切削钻齿的相对距离对PDC钻齿刮切破岩受力情况的影响。(4)建立全钻头动态破岩的非线性动力学数值计算模型,以钻头的钻进速度和振动强度作为主要评价指标,研究冲击钻齿的数量及其在钻头上的分布与局部冲击-刮切混合钻头破岩性能的关系,并在此基础上分别与轴向冲击钻进、扭转冲击钻进和常规旋转刮切钻进三种破岩方式进行对比分析,综合评价局部冲击-刮切钻井技术的相对破岩性能。本文的研究有助于科研工作者和现场人员对局部冲击-刮切钻井技术的深入认识,为与该技术配套的混合钻头的优化设计提供了理论建议,为油气藏勘探开发工程提供了一种可选择的低成本高效率钻井方法,对该技术的发展应用具有一定的推动作用。