수평정 기술은 셰일 석유 및 가스와 같은 비전통적 자원의 경제적 효율적 개발을 위한 핵심 수단으로 자리 잡았으며, 그 굴착 효과는 하부 드릴링 공구 조합과 셰일 지층의 지질역학적 특성 간 적합성 정도에 크게 좌우된다. 그러나 기존 연구에서는 지질역학적 특성, 공구 구조 매개변수 및 굴착 공정 매개변수 간의 협력 영향 메커니즘이 명확하지 않아 실제 굴착 과정에서 정확하고 효율적인 궤적 제어를 실현하기 어렵다. 이에 본 연구는 신장 준가얼 분지의 전형적인 셰일 석유 블록의 지질 자료 및 굴착 데이터를 바탕으로 지질역학적 특성, 공구 구조역학 및 굴착 동역학을 융합한 수치 시뮬레이션 방법을 구축하였다. 본 연구는 교정기 수, 분포 위치, 교정기 갈비뼈 조각의 지층 내 함입 깊이 및 굴착 압력, 회전 속도 등 굴착 기계 매개변수가 하부 드릴링 공구 조합의 유도 능력에 미치는 종합적 영향을 중점 분석하여 다양한 매개변수 간 동적 결합 메커니즘을 밝히고 최적 매칭 방안을 모색하였다. 연구 결과, 실시간 조정 가능한 굴착 압력, 회전 속도 등의 굴착 매개변수와 비교할 때, 교정기의 구조적 구성, 특히 교정기 수, 교정기와 드릴 비트 간 거리, 그리고 교정기 갈비뼈 조각의 셰일 지층 내 유효 함입 깊이가 유도 능력에 더 민감한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 본 메커니즘을 바탕으로 본 연구는 "드릴 비트 근접 교정기 증포, 간격 정밀 제어, 함입 깊이 최적화"를 핵심으로 하는 구조 최적화 전략을 제안하였다. 시뮬레이션 검증 및 사례 비교를 통해 본 방법이 하부 드릴링 공구 조합의 유도성과 굴착 효율을 크게 향상시킬 수 있음을 확인하였다. 본 연구 성과는 셰일 석유 및 가스 수평정 하부 드릴링 공구 조합의 정밀 설계에 이론적 근거와 핵심 기술 지원을 제공한다.

수평정; 셰일 오일; 셰일 가스; 지질 모델; 드릴링 공구 조합; 수치 시뮬레이션; 지질공학 통합