破岩技术是油气钻井技术的核心内容,随着油气田开发日益深入,高效破岩技术更是提高破岩效率、减少钻进时间和安全、快速地降低钻井成本的重要因素之一；破岩效率的好坏直接决定着钻井速度和成本,更决定着钻井工程的经济效益。把高应力扰动破岩方法首次引入钻井工程,为提高钻井破岩效率提供了一个大胆的尝试及思路。本文通过对高应力扰动破岩和岩爆等机理等基础进行了调研,分析和总结。深部地层岩石内部积聚了很大的弹性应变能,缝端应力集中,没有超过强度值。由于深部地层的岩石中高应力一直存在。另外,岩石内部存在许多裂隙,属于非连续介质。若给岩石一个扰动力,使岩石内部常中止于此的裂纹扩展,随着岩石的裂纹发展,岩石刚度会突然劣化,直至完全破坏,甚至产生局部岩爆。论文开展了高应力扰动破岩工具方案设计。从高应力扰动耦合破岩,深部地层岩爆机理的特点出发,分析了高应力扰动破岩工具的功能及结构,并提出了具体的结构方案,论述了其工作原理。进一步,分析了动静载荷下岩石破岩能量变化,总结了高应力扰动破岩工具的详细设计思路。本文并不针对工程应用进行样机设计,而是开展原理性样机验证。工具的扰动力是通过控制阀的有效流通面积周期性变化,产生水击,使工具内活塞两端形成压差,跟钻柱自重形成合力,实现动静加载,扰动深部岩石,甚至发生岩爆,从而提高破岩效率。而阀的控制是由涡轮驱动的,进而需要分析阀水力转矩的大小规律和驱动阀,涡轮需要满足的功率大小,最后根据功率需要,进行涡轮设计。因此,后面以试验样机为例,着重从高应力扰动破岩工具关键设计的理论方面进行分析。在室内试验方面,设计了原理性样机,建立了试验台,开展了验证性试验,并对试验结果进行了分析,最后得出结论,该样机原理正确,能够实现动静组合加载,利用深部地层应力特点并通过辅助工具可以提高钻井破岩效率。本论文开展的研究工作,立足于前沿科学,运用理论分析和实验验证的方法,对高应力扰动破岩工具进行了原理性分析和样机试制,具有较高的理论和应用价值。不仅为钻井工程引入高应力破岩方法提供了宝贵经验、推动了钻井工程的技术进步,而且为国内的高效破岩技术提供了一个大胆的尝试、新方法和新思路。