深部油气资源是保障中国油气安全的战略接替，如何提高深部硬岩钻进的机械钻速是深层钻探面临的重要问题。冲击钻进技术是目前解决硬岩钻进机械钻速低最有效方法之一，目前所研制的提速工具单齿冲击功相对较小，虽起到了一定的提速效果，但岩石内部裂隙激活和贯穿效果仍然有限，提速效果也未达最优作业上限，传统轻载冲击提速效果无法满足工程上的迫切提速需求。西南石油大学祝效华教授团队聚焦钻井提速问题，基于提出的重载冲击破岩理念，通过室内实验、数值模拟的方法研究了围压条件下花岗岩重载冲击破碎模式与破碎规律，以为重载冲击破岩提供参考。相关研究认识刊登在《石油学报》第46卷第6期。

（1）揭示了花岗岩在冲击载荷下的3种破坏模式。随着冲击功增加，破碎形态由“U”型压碎模式转变为“W”型压碎与剪切破坏模式，最终演变为“V”型压—剪—拉破坏模式。冲击破碎坑体积随围压增加表现为指数递减；破碎比功曲线走势与围压密切相关，围压小于40MPa时，破岩比功与冲击功为负相关；围压大于40MPa时，破岩比功与冲击功为正相关。

（2）对比了花岗岩在不同齿形下的重载冲击破碎规律。3种齿形冲击时均表现为“压应力成坑+拉应力成裂纹+剪切剥离”的冲击破碎规律。冲击坑破碎体积先保持高斜率线性增加（0～150J）然后增加趋势逐渐减缓（>150J）；相同冲击功下锥齿破碎体积最大，其次是子弹齿、球齿。3种冲击齿的破岩比功均随冲击功增加先减小后增大。无围压时冲击功是影响破岩效率的关键因素，单齿50～150J冲击功时，破岩比功最低。

（3）研究了围压和冲击功对破岩效果的影响。围压存在一个临界值，在该临界值前后冲击功和围压交替成为破岩的主控影响因素。当围压小于临界值时破碎比功随着冲击功的增加而减小，高于临界围压破碎比功随冲击功增加而线型增加，大围压会极大影响冲击的破碎效果。所用花岗岩的破碎比功规律发生变化的临界围压介于30～40MPa，在有围压时高效破岩比功对应的冲击功推荐50～100J。此外破岩比功基本不随围压系数的变化而变化。

论文链接：http://www.syxb-cps.com.cn/CN/10.7623/syxb202506013