岩石可钻性的测定与分级是深井钻井提速的重要基础。我国最早执行的岩石可钻性的测定与分级标准SY/T 5429-1991是参考Rollow AG于1962年提出的方法,之后增加了 PDC微钻头修订为SY/T 5429-2000,于2016年再次修订为SY/T 5429-2016。该标准目前存在阻碍其高效应用的4大难题:1、可钻性测定是在常温常压下进行的,未能模拟井下岩石的实际物理环境,这导致了测定的结果与真实钻进结果严重不符。2、目前单块岩心单点测试的方法导致了岩心耗费量大、费用高、评价效率低等突出问题。3、可钻性测定的结果只反应了岩石材料性质对钻速的影响,而压差、钻压、转速等对钻速的综合影响缺乏考虑,其结果不能全面、有效地指导钻井提速。4、岩心饱和流体及压力穿透现象对岩石可钻性的影响未能考虑。孟英峰等于2010年制造了模拟井下岩石实际物理环境的微钻进试验装置,解决了第1个难题。本论文基于该微钻进试验装置,对上述第2、3、4难题开展攻关,具体研究内容如下:(1)岩石物性特征分析。通过测试岩石的横纵波速、矿物组分及含量、微结构面、孔隙度和渗透率等物性特征参数,为筛选岩样和理论分析提供数据支撑,以保证测试岩样尽可能均质、没有微裂隙、结核体等内部缺陷。(2)提高岩心可钻性评价效率的实验方法研究。通过分析现有实验方法的不足,以及牙轮微钻头结构和岩样尺寸参数,对牙轮微钻头和实验方法进行改进。推导改进后岩石可钻性测试方法的计算公式,设置对比实验验证该实验方法的准确性。最终,基于模拟真实破岩工具和岩心所处物理环境,形成一套提高岩心可钻性评价效率的实验方法。(3)牙轮微钻头钻速方程模型研究及其应用。以钻速方程研究为背景,结合改进后的牙轮微钻头测试的修底可钻性实验数据,以单位直径上的机械能建立牙轮微钻头钻速方程模型,并通过实验数据对该模型进行验证。最终,以尽可能少的岩心建立一套多钻井参数(钻压、转速、液柱压力)的三元钻速方程模型,量化多钻井参数对钻速(或可钻性)的影响,为指导钻井提速提供理论基础和依据。同时,运用该模型修正多点修底可钻性实验修底段的钻速,使整个修底段的实验结果都可以得到准确的利用,可极大地提高岩石可钻性的评价效率。(4)压力穿透对不同饱和介质砂岩可钻性的影响机理分析。基于岩石多孔介质界面毛管压力理论,分析液压油突破岩心喉道前后岩石表面的受力状态,并以此分析井底压力条件下的不同饱和介质(气、油、水)砂岩在不同类型微钻头测试下呈现出的不同可钻性变化趋势的原因。并提出“表面压实效应”、“区域压实效应”和“骨架压实效应”三种压实效应的概念,为岩石可钻性随液柱压力地增加呈现不同变化趋势的原因提供了新的分析思路。