水平井技術は、シェールオイルやガスなどの非従来型資源の経済的かつ効率的な開発のための重要な手段となっており、その掘削効果は底部工具の組み合わせとシェール地層の地質力学的特性の適合度に大きく依存しています。しかし、既存の研究では地質力学的特性、工具の構造パラメータおよび掘削工程パラメータ間の協同影響メカニズムが明確でなく、実際の掘削過程で正確かつ効率的な軌道制御を実現することが困難です。そこで本研究では、新疆準噶爾盆地の典型的なシェールオイル区画の地質資料および掘削データを基に、地質力学特性、工具構造力学、掘削力学を融合した数値シミュレーション手法を構築し、スタビライザーの数、配置位置、リブの地層への食い込み深さ、掘削圧力や回転速度などの掘削機械パラメータが底部工具組み合わせの誘導能力に与える総合的影響を重点的に分析しました。異なるパラメータ間の動的カップリングメカニズムを明らかにし、最適なマッチング方案を模索することを目的としています。研究結果は、掘削過程でリアルタイムに調整可能な圧力や回転速度などの掘削パラメータと比較して、スタビライザーの構造構成、特にスタビライザーの数、スタビライザーとドリルビット間の距離、およびシェール地層内リブの有効な食い込み深さが誘導能力により敏感な影響を及ぼすことを示しました。このメカニズムに基づき、本研究は「ドリルビット付近のスタビライザー増配置、間隔の精密制御、食い込み深さの最適化」を核とする構造最適化戦略を提案しました。シミュレーション検証および事例比較により、本手法が底部工具組み合わせの誘導性と掘削効率を大幅に向上させることを確認しました。研究成果は、シェールオイル・ガス水平井底部工具組み合わせの精密設計に理論的根拠と重要な技術的支援を提供します。

準噶爾盆地;水平井;シェールオイル;シェールガス;地質モデル;工具組合;数値シミュレーション;地質工学統合