油页岩(OilShale)又称油母页岩，是一种含有机质（通常约15％～50％）的沉积岩，属于高矿物质的腐泥煤，为低热值固体化石燃料。油页岩含两种有机质:一种为沥青，可溶于有机溶剂，相对含量很少;另一种为不溶于有机溶剂的高分子聚合物，称为油母。油页岩经加热干馏（约500℃）后，所含油母分解生成页岩油及干馏气和页岩半焦;页岩油可作为燃料油，亦可进一步加工制取汽、柴油和化学品。　　 全球探明石油储量大约只能维持开采40余年，世界经济的迅猛发展需要更多的能源作为保障，能源供需矛盾越来越大。油页岩作为石油的一种替代品，越来越引起人们的重视。油页岩属于非常规油气资源，以丰富的资源、有利的特性和开发利用的可行性，被列为21世纪非常重要的石油接替能源。随着我国经济社会持续快速发展，能源需求大幅增长。在我国“富煤、贫油、少气”的资源赋存特点下，石油供应更显紧张。2011年，我国石油对外依存度已达57％。在保证液体燃料供应的诸多办法中，页岩油是一种较现实的石油替代能源。我国有丰富的油页岩资源，是发展油页岩工业的有利条件。面对世界能源的严峻挑战，缓解我国石油紧张局面，保障我国能源安全，大力加强油页岩资源的勘探、开发，具有重要的现实意义。　　 本文总结概况了世界油页岩勘探开发的现状与发展前景;介绍了国内外油页岩钻探技术现状，分析了油页岩钻探生产施工中存在的问题，提出了本文的研究内容。本文主要对油页岩的力学和物理化学特性进行了系统的检测分析;研究并数值分析了油页岩的碎岩机理、孔壁稳定机理;在此基础上，研发了油页岩钻进的PDC钻头、泥浆;分析优选了油页岩钻进规程参数:并进行了相应PDC钻头、泥浆和钻进规程参数的野外生产试验。通过本文研究，主要取得以下研究成果:　　 (1)油页岩力学和物化特性检测与分析　　 本文对钻探施工现场采集的油页岩样品进行了力学、可钻性和物理化学特性检测。油页岩力学和可钻性检测结果为:岩石硬度级别小大于3级，PDC钻头可钻性不大于6级，属软一中软地层，依据油页岩力学和可钻性的特性，油页岩钻进的钻头选型应选择PDC钻头;油页岩的物化特性检测结果为:油页岩含油率总体上较低，气体渗透率较高;油页岩水敏性试验结果为:油页岩属水敏性地层，泥浆体系宜采用强抑制性泥浆体系，油页岩地层钻进宜选用无固相或低固相强抑制性泥浆体系。　　 (2)PDC钻头试制及其碎岩机理研究　　 在总结分析前人对PDC钻头碎岩机理研究的基础上，本文从静态力学上，对PDC钻头钻进油页岩的碎岩机理进行了数值模拟分析，并进行了碎岩效率分析，为PDC钻头设计优化提供了理论指导作用;对不同PDC前角（正、负、零）的钻头，进行了碎岩静态受力数值模拟对比分析，为正和零前角钻头设计提供了理论依据;依据PDC钻头钻进油页岩的碎岩机理，针对油页岩地层钻进，分析了PDC钻头的切削齿、水路设计、布齿设计和试制工艺，并设计试制了60°三角齿PDC钻头;依据不同前角PDC钻头碎岩机理的特点，设计试制了零和正前角PDC钻头。　　 (3)孔壁稳定机理和泥浆体系研究　　 本文从岩石力学和泥页岩水化反应机理出发，对孔壁稳定性进行了理论分析，给出了影响孔壁稳定的主要因素;采用有限元对油页岩孔壁稳定进行了数值分析，在不考虑油页岩水化反应的条件下，孔壁可以保持稳定;孔径的大小对孔壁受力影响很小，但是对孔壁变形影响很大;钻头钻进时，孔底周边有应力集中，孔底中心位置变形最大;通过室内正交实验分析，筛选出无固相泥浆体系:0.07％PHP+2％KHm+0.3％CMC+5％KCL+聚乙烯醇(PVP)1％，但是无固相存在泥饼质量较差的问题;通过室内正交实验分析，筛选出低固相泥浆体系的配方为:4％膨润土+0.3％XY-27+1％腐植酸钾+2％磺化酚醛树脂+0.5％部分水解聚丙烯腈铵盐+0.2％Na2CO2+2％聚合醇;通过室内实验分析了低固相泥浆系统的回收率和膨胀率分析，实验评价证实了低固相泥浆体系可以满足油页岩钻进的要求。　　 (4)钻进规程参数研究　　 本文结合常规钻进工艺，在PDC钻头钻进油页岩的碎岩机理研究成果基础上，设计计算了油页岩地层的钻进规程参数，油页岩钻进规程参数的选择应遵循中钻压、中转速、高泵量的原则;通过对油页岩钻进规程参数对钻速的影响评价分析，油页岩的钻进规程参数选择重点考虑的因素是:泵量选择的因素是孔底清洗和携带岩粉;钻压和转速是提高钻速的主要因素，考虑到PDC的碎岩方式和碎岩功耗因素，应以控制钻压为主控制钻速;通过规程参数的经济技术评价分析，在能够保证孔壁稳定和钻柱钻具安全可靠性的基础上，可通过提高钻压米提高钻速，从而提高整个钻探施工的效率。　　 (5)野外试验研究　　 对设计试制的三角PDC齿钻头和零与正前角PDC钻头，优选的低固相泥浆体系和钻进规程参数进行了野外试验，野外生产试验证明了，两种新型钻头都适合在油页岩地层使用，但是在有硬地层互层的情况下，不建议使用;该泥浆体系对油页岩膨胀有很好的抑制性，可保证油页岩地层正常钻进的孔壁安全;油页岩地层钻进优化的规程参数为:大泵量、中转速、中钻压，同时需根据现场生产实际条件，有准对性的、适宜的优选。　　 本文的研究成果可为我国油页岩的钻探施工提供一套较完整的钻头设计、泥浆体系设计和规程参数优选的技术解决方案。本论文研究成果填补了我国油页岩钻探施工中的PDC钻头优化设计、泥浆体系优选设计和钻进规程参数优选等诸多方面的研究空白。