高效破岩技术是油气钻井领域的重点,在深井、超深井中,高效破岩技术显得更加重要。随着国家浅层油气资源的不断枯竭,油气勘探开发重心向着深部地层转移,这些地层普遍存在岩石硬度大、地层状况复杂等问题,传统钻井方式效果并不理想。近年来很多学者将粒子冲击钻井技术应用于石油钻井,研究表明该项技术可有效提高破岩速度,但该项技术仍然存在设备复杂、事故高发、粒子回收困难等问题,本文针对这些问题,设计能够实现粒子在井下循环冲击的工具,采用理论研究、数值模拟以及室内试验相结合的方法对基于文丘里效应的粒子冲击钻井工具进行研究。对基于文丘里效应的自循环原理进行了分析,设计了基于文丘里效应的粒子冲击钻井工具,通过理论计算得到工具的各部分尺寸,通过建立流体在工具内部流动的压耗模型,对喷嘴、管壁摩擦、加速粒子、夹带粒子产生的压耗进行分析,研究表明:管壁与流体摩擦压耗最大,其次是加速粒子所消耗的能量,固液之间的摩擦压耗可以忽略不计。并分析了上喷嘴直径、喉管长度、粒子直径、粒子质量分数对粒子射流冲击能力的影响。结果表明:随着上喷嘴直径、岩屑质量分数与岩屑直径的变大射流压力先变大后变小,存在最优值;随着喉管直径的变大,射流压力变小;喉管长度对射流压力没有影响。构建工具在井下自循环的物理模型,并根据数值模拟需要,建立流体流动的数学模型,通过数值模拟证明了工具能够实现自循环,并得到粒子射流在下部喷嘴形成射流的条件,验证了工具的可行性;研究了工具的喉管长度、扩散角大小以及喉管直径对下喷嘴喷速的影响状况,从而优化了工具的结构尺寸。分别对同比例小尺寸、全尺寸工具进行室内试验,验证了工具在室内试验的可行性。得到工具的破岩能力与喷嘴直径、粒子质量分数、粒子直径之间的关系;得到工具的引射能力与上喷嘴直径、泵的排量与下喷嘴直径的关系。试验结果证明了最终研制的基于文丘里效应的粒子冲击钻井工具的结构合理、工具安全可靠、钻速提高效果明显,为粒子冲击钻井技术的发展提供必要的试验资料。