随着在更深处获得燃料储量的需求增加,科学家们在过去30年中一直在探索和开发在高压环境下高效钻探岩石所需的技术。然而,在对相关物理现象的理解上仍然存在差距。岩石与钻头在岩石破碎过程中的相互作用是必须解决的基本问题之一。为了评价超深地层中的钻井效率和钻头磨损,我们基于相似原理计算了超深钻井模拟器的参数,并设计和制造了超深岩石-钻头相互作用模拟器。考虑到地层差异应力变化对钻头进尺的影响,首次在地应力为240 MPa、温度为200 ℃的条件下研究了钻压(WOB)、扭矩对转速、钻头磨损以及钻速(ROP)的影响。类似模拟试验的结果表明,在地应力为240 MPa、温度为200 °C的条件下,钻压为8.0-8.5 kN、转速为180-240 rad是最佳钻井参数。相应地,现场钻压为128-136 kN,转速为45-60 rad,是钻井现场的最优机械参数,可以提高切削效率,降低钻头磨损率。水平差异应力对ROP有显著影响。随着水平方向应力差的增大,进尺效率明显降低,降低幅度约为87.5%。试验结果将有助于优化破岩工具和钻井参数,提高破岩效率。