随着油气勘探的不断深入,深层油气资源已成为当今各大油田增储上产的重点,塔里木油田勘探开发战略目标也转向了地质复杂且开采难度大的深层油气藏。但由于深部地层油气藏钻井存在地质条件复杂,抗钻特性强等特点,导致塔里木油田开采作业时经常出现机械钻速低下,钻井事故频发等问题,最终导致钻井成本大幅度增加。为此,针对塔里木油田深层钻井地质特点和钻井难点,本文提出以扭转冲击破岩为主的钻井新技术,采用理论研究、数值模拟以及现场实验应用相结合的手段研究扭转冲击破岩机理。论文的主要研究内容及研究成果如下:1.基于塔里木油田库车坳陷的地质特点,分析了该构造的钻井现状,总结了钻井难点,对比已应用的各项钻井提速技术的优缺点以及现场应用情况,提出了可以大幅度提高库车坳陷钻井速度、降低钻井成本的扭转冲击钻井提速技术。2.统计分析了库车坳陷的岩石抗钻特性参数随深度分布的函数关系,建立了岩石力学参数的测井解释模型,应用R/S分析法说明了塔中地区测井数据具有很好的分形特征及相关性,并基于随机中点位移法证实了地层宏观变化趋势和内部空间结构精细变化的自相似性。3.建立了扭转冲击作用下钻头单刀翼破岩和多刀翼破岩的物理模型和数学模型,推导了扭转冲击作用下钻头运动的控制方程,分析了扭转冲击作用下钻头的运动轨迹,通过数值模拟证实了扭转冲击破岩可减少钻头的滑脱现象,提高岩石的破碎效率。4.基于振动学理论,建立了扭转冲击钻井系统冲击振动的物理模型、数学模型,求解了扭转冲击钻井稳定钻井和非稳定钻井两种作业状态的动力学模型,分别从钻井作业参数、钻柱的特征参数、钻头特征参数、岩石特征参数以及钻头与岩石相互作用特征参数五方面因素分析了其对扭转冲击钻井过程动力学特性的影响。5.介绍了扭力冲击器设计的理论基础、工作原理、技术特点。扭力冲击器在库车坳陷某区块的J13井现场应用效果证明,扭力冲击器能够提高PDC钻头的机械钻速,减少钻进时间,降低钻井费用。扭转冲击破岩是未来钻井技术发展的重要方向之一。研究扭转冲击破岩机理,为我国塔里木油田石油开采,提供了强有力的理论指导,同时自主研发的扭力冲击器也为各大油田的石油开采提供技术支撑。