高溫干熱巖采熱系統鉆探技術研究進展

季 科， 郭健翔*， 畢學軍， 孫晉飛， 劉益民， 許 征， 劉冰冰

(1.青島理工大學環境與市政工程學院， 青島 266033； 2.國家建筑工程技術研究中心， 北京 100013; 3.青島能源設計研究院有限公司， 青島 266000)

隨著國際能源供需矛盾日益凸顯，傳統能源發展面臨諸多困境和挑戰。為了積極應對中國能源需求穩步增長的態勢，必須把大力發展新能源和可再生能源，作為中國統籌能源保障與生態保護的重要途徑。干熱巖(hot dry rock，HDR)作為一種清潔和可再生能源，可用于發電和供熱，且具有資源分布廣、存儲量巨大、近零污染排放、安全持久穩定等優勢[1-7]，基于此，干熱巖資源開發與應用技術在中外得到了廣泛的關注與推廣，并有部分實際應用工程項目取得較好的經濟和環境效益。干熱巖作為地熱資源的一種，目前還沒有明確的定義，結合現階段技術手段，干熱巖通常指埋藏于地表以下數公里(普遍規定3～10 km[8])、溫度高于150 ℃[9-10]、沒有或存在極少量的水或蒸汽的高溫熱巖體。

近年來，隨著全球“能源危機”的加劇和冬夏季節對熱冷負荷的急劇需求，干熱巖發電和供熱方式逐漸成為清潔供能的新方向。該方式主要通過特定的技術手段實現無干擾地下取熱，從而達到向周邊建筑供能的目的。雖然干熱巖發電和供熱技術已在部分地區應用，但由于技術所限，目前在靶區定位、鉆井、壓裂、微地震監測、強化換熱等方面[11]還面臨著許多瓶頸，因此還未能達到規模化商業利用的地步。

1 干熱巖供能系統及原理

干熱巖供能系統由兩個子系統構成，第一個子系統是地下采熱系統，即利用循環介質直接或間接地與地下熱儲層(人工熱儲)換熱，介質采熱后再通過生產井將高溫水(蒸汽)送至地面。第二個子系統是地上供能系統，即把從熱儲中取得的能量通過發電或供熱設備進行能量轉化后再供給建筑。地下采熱系統按照開采方式的不同，分為增強型地熱系統(enhanced geothermal system，EGS)和井下換熱器系統(underground heat exchanger，DHE)，系統原理分別如圖1、圖2所示。

圖1 增強型系統原理圖Fig.1 Schematic diagram of enhanced system

圖2 井下換熱器系統原理圖Fig.2 Schematic diagram of downhole heat exchanger system

2 采熱(子)系統鉆探技術研究現狀

干熱巖采熱子系統中關鍵的一步就是“鉆井”，該環節的成功與否直接影響了后續儲層取熱的效率以及系統開發成本的高低。早在干熱巖及增強型地熱系統概念提出初期，國外就加大力度研究干熱巖鉆探井技術，并有不少應用工程項目在鉆探井階段取得突破性進展，如英國Rosemanowes地區干熱巖勘探井項目[12-14]、日本的Hijiori和Ogachi干熱巖項目[15-17]以及澳大利亞的Cooper Basin項目[18-20]等，這些項目的成功實施為后續工作奠定了基礎；鑒于“鉆井”的重要性，中國于2010年專門啟動了公益性科研項目“中國干熱巖勘查關鍵技術研究”，目的在于結合干熱巖巖體特性具有針對性地研究干熱巖高溫鉆探技術[21]。近年來，干熱巖在鉆井研究與應用領域取得了一定成就，但由于干熱巖地質具有構造復雜、可鉆性差、溫度高、硬度大、研磨性強、巖石單軸抗壓強度較高等特點，致使鉆井成本一直居高不下，約占開發總成本的50%[22]，因此如何高效精準地鉆開儲層進行取熱仍是干熱巖供能系統的研究重點。

長期以來隨著干熱巖鉆井工作研究的廣泛開展，中外在鉆探工藝、器具及設備配套研究等方面積累了很多經驗并取得了喜人的成果，主要集中在鉆井技術，鉆井工具和鉆井液等。

2.1 鉆井技術

由于傳統機械鉆井技術(如旋轉鉆井)的局限性，在干熱巖巖體鉆進過程中，通常表現出鉆頭磨損率高、破巖效率低、機械鉆速慢等缺點，為了提高干熱巖鉆探過程效率，目前在世界范圍內各國開始研究替代傳統破巖機制的鉆井技術，如氣體鉆井、激光鉆井[23]、化學鉆井[24]、液氮射流鉆井[25-26]、熱-機械聯合鉆井(combined thermal mechanical drilling，CTMD)[27]等。

氣體鉆井技術是利用氣體為循環介質的一種欠平衡鉆井技術，主要包括空氣鉆井、氮氣鉆井、霧化鉆井、PDC鉆頭空氣鉆井及空氣錘鉆井等形式[28]，氣體正反循環鉆井方法原理如圖3所示。近年來，隨著氣體鉆井技術在油氣開發領域得到了廣泛的應用，并取得了不錯的效果，部分專家學者開始將該技術移植于干熱巖開發的研究與應用中。與常規鉆井技術相比，將氣體鉆井技術應用于干熱巖鉆井具有提高機械鉆速、解決地層井漏以及確保井口安全等優點，但也容易受到井斜、井壁失穩和井控困難等復雜情況的影響。鑒于氣體鉆井技術本身對地質條件的依賴性很大[29]，因此，氣體鉆井技術更適用于壓力確定、井壁穩定性較好、出水情況已知的較硬干熱巖地層。劉厚彬等[30]結合其新建立的氣體鉆井井壁穩定定量化評價方法，對多個不同區域巖層進行測試、評價、對比及篩選，同樣驗證了氣體鉆井法更適用于井壁穩定性較好的巖層。

圖3 氣體鉆井方法原理圖Fig.3 Schematic of gas drilling method

目前，氣體鉆井技術在中國勝利西部哈山以及青海共和盆地區域的干熱巖地層均有試驗性應用(主要以空氣錘氣體鉆井為主)，且部分井段的機械鉆速已達到常規牙輪鉆進的5倍以上[31]，但由于技術所限在實踐過程中仍存在空氣錘耐高溫性能差、錘頭保徑性能不足等問題，因此，氣體鉆井工藝優化及空氣錘性能改進等方面正在得到越來越多的關注。曾其科等[32]根據空氣錘破巖的實際工況，建立了鉆頭與巖石互作用模型，通過對鉆進過程進行溫度場數值計算分析，得到了鉆齒與巖石的溫度變化規律；牛洪波等[33]在鄰井空氣錘鉆井試驗基礎上,通過優化空氣錘復合結構鉆頭齒材料與氣流布局,改進空氣錘保徑結構與防掉機構設計,實現了井斜始終控制在1°以內，單只空氣錘平均進尺367.86 m的提升，同時還建立了空氣錘鉆井的鉆壓、轉速、耗風量及風壓等參數計算方法；Zhukov等[34]通過實驗驗證了選擇合理的空氣錘活塞形狀，可以使空氣錘的性能平均提高15%，新型空氣錘活塞形狀如圖4所示；趙鵬等[35]針對氣體鉆井空氣錘保徑效果差等問題，提出減少釬頭胎體的斜面度、加密保徑齒等方法可以改善其效果；李昌盛等[36]通過引入沖擊效率和沖擊速度等參數修正完善傳統機械比能計算模型，并以此理論模型，成功研制了新型空氣錘鉆井機械比能計算軟件，該研究工作對評價空氣錘鉆井效率、優化鉆井參數和鉆后分析具有重要意義。

圖4 新型PP110EN和PP110NK空氣錘活塞示意圖[34]Fig.4 Schematic diagram of the piston of the new PP110EN and PP110NK air hammer[34]

液氮射流鉆井技術是基于低溫鉆井概念模型發展起來的，即通過低溫液氮與高溫巖石之間的大溫差效應引發熱震形成裂紋，進而降低破巖壓力閾值。高壓液氮(LN2)射流輔助鉆井方法原理如圖5[37]所示。

圖5 高壓LN2射流輔助鉆井方法原理圖[37]Fig.5 Schematic diagram of the high-pressure LN2 jet assisted drilling method[37]

該技術能夠有效地提高干熱巖破巖效率，特別是解決了以往鉆井液不耐高溫和井漏等難題，極大地降低漏失風險，同時強化了攜巖和凈化井眼效果。基于液氮固有的極強惰性等理化性質，液氮射流鉆井技術對于高溫高圍壓地層及由于水化作用易導致井壁失穩地層更具有應用價值。黃雪琴等[38]對液氮應用于干熱巖鉆探進行了可行性探討，并提出了液氮在干熱巖鉆探過程中工具耐低溫性能、井筒壓力控制及鉆進參數優化等關鍵技術問題；Wu等[39]通過實驗檢驗了液氮射流的破巖性能，但該研究僅側重于定性分析巖石在液氮射流沖擊作用下的破壞程度，而并未給出巖石表面的溫度場分布。由于液氮射流沖擊巖石表面涉及復雜的流體-熱-力學耦合作用，部分專家學者就此開始對巖石中的溫度和應力演化進行深入的定性與定量研究。Zhang等[40]對液氮射流與巖體共軛傳熱進行了數值研究，通過計算確定了巖體內溫度和熱應力的空間分布；Cai等[41]模擬了液氮射流鉆孔過程中井下瞬態射流流場和傳熱過程，分析了不同時刻的溫度(包括液氮射流流場和環境巖石)、速度和壓力分布，并討論了各參數對射流沖擊和巖石冷卻性能的影響，與此同時，還指出地層圍壓對巖石冷卻性能和射流沖擊能力影響不大的，這也準確地論證了高壓液氮射流鉆井技術在高圍壓環境下工作的可行性與適用性。Li等[42]對液氮射流沖擊作用下巖石的熱響應和力學響應進行了實驗和數值研究，并根據實驗確定的瞬態溫度，對其熱應力進行了數值計算，計算結果表明：液氮射流對巖石表面的局部作用在其徑向和垂直方向上都產生了明顯的熱梯度，進一步促進了地層微裂紋的產生。

為了探索一種更有效的適合干熱巖地層的破巖方法，Huang等[37]提出了一種新型高壓LN2射流輔助鉆井方法，并結合該方法對3種巖石樣品(花崗巖、頁巖和砂巖)實施了液氮(LN2)冷卻下的巖石破碎實驗，實驗結果驗證了 LN2射流輔助鉆井技術具有破巖效率高、破巖壓力低等優勢， 尤其在高溫花崗巖HDR地層的鉆井提速方面顯示出了巨大潛力，與此同時，該研究還分析了LN2射流的破巖機理、LN2與巖石之間的傳熱特性和巖石中的熱應力演化。Wu等[43]還通過采用離散耦合的方法對LN2射流沖擊干熱巖進行了流固耦合分析(fluid-structure interaction，FSI)，旨在通過數值方法對LN2射流破巖實驗進行定性驗證。早在2015年，就有專家學者提出在射流工質中加入磨料顆粒可以顯著提高工質射流在完井過程中的穿孔能力，并通過一系列數值模擬給予了驗證[44-45]，但上述研究僅限于理論層面而缺乏實驗依據，為此，Zhang等[46]進行了磨料-液氮射流破巖實驗，詳細研究了顆粒混合模式、噴嘴壓降、噴嘴直徑、粒徑、持續時間和初始巖石溫度對破巖效率的影響，最終實驗結果表明磨料-液氮射流在高溫巖石上能夠生成更大的穿孔腔，可以作為干熱巖巖層快速成井的有效方法，含有磨料不同液體射流沖擊效果對比如圖6[46]所示。

圖6 磨料水和磨料液氮沖擊高溫巖石空腔對比[46]Fig.6 Comparison of high temperature rock cavities impacted by abrasive water and abrasive liquid nitrogen[46]

最近，新型鉆井技術熱-機械聯合鉆井法(CTMD)也取得了階段性的研究進展。此法是將熱輔助技術與常規鉆井法(如旋轉鉆井法)相結合，旨在通過提高巖石滲透率和提高鉆頭壽命，進而降低高溫硬巖鉆井成本。該技術對于因巖石硬度極高導致鉆頭磨損過快的干熱巖地層適用性極強。CTMD鉆井法主要包括兩種鉆井方式：熱裂鉆井(thermal spallation drilling)和火焰輔助旋轉鉆井(flame-assisted rotary drilling)[47]。熱裂鉆井方式是指在開鉆巖體上通過施加高熱載荷形成壓縮熱應力，巖石在壓縮熱應力的作用下加速內部裂紋的萌生和擴張，最終導致巖石剝落，熱裂鉆井方法原理如圖7[47]所示；而火焰輔助旋轉鉆井方式是通過射流火焰將熱量迅速聚集在巖石表面，巖石升溫后，由于巖石顆粒的差異膨脹而形成熱應力，進而導致巖石的熱裂解[48-50]，火焰輔助旋轉鉆井方法原理如圖8[47]所示。

針對這種新興方法的可行性與適用性，已有部分研究人員對此做了相關基礎性研究。Kant等[51]通過耦合巖石誘導熱應力和斷裂力，重點提出了一種針對熱裂鉆井法的巖石熱裂建模法，利用該模型，可以準確估算出引發巖石熱裂所需的操作條件；Meier等[52]通過實驗及數據分析，驗證了熱裂法對于開挖深層硬巖是一種有效的方法；陳安明等[53]為了深入了解干熱巖熱裂解鉆井，設計了一種由能量模塊、增壓模塊、試驗模塊及壓力控制模塊組成的高圍壓熱裂解試驗裝置，該裝置可以實現與地層條件相似的高圍壓條件下熱裂解破巖試驗；H?ser等[54]結合實驗研究了單軸荷載對火焰射流鉆井的影響，結果表明，在火焰性質不變的情況下，增加單軸載荷對鉆井有正向影響； Mardoukhi等[55]通過實驗證明了火焰射流可以弱化巖石強度，增強沖擊鉆井效果；Saksala[56]對熱沖擊輔助鉆井進行了三維數值研究，模擬了在淺、深井條件下，采用特殊的三鍵鉆頭進行熱沖擊預處理對沖擊鉆井性能的影響。

①為循環水；②為噴射火焰；③為空氣屏障；④為巖石圖7 熱裂鉆井方法原理圖[47]Fig.7 Schematic diagram of thermal fracturing drilling method[47]

①為噴射火焰；②為空氣屏障；③為循環水；④為刀具；⑤為巖石圖8 火焰輔助旋轉鉆井方法原理圖[47]Fig.8 Schematic diagram of flame-assisted rotary drilling mode[47]

為了進一步驗證熱-機械聯合鉆井法(CTMD)在技術靈活性和鉆井性能提升潛力等方面具有的優越性。Rossi等[57]首先基于全尺寸鉆機模式進行了熱裂鉆井的實驗研究，在實驗過程中，通過采用一種新型聲學發射系統(acoustic emissions，AE)對巖石的熱裂過程進行了實時監測，并結合微機成像技術對巖石損傷后的熱裂紋網絡進行了分析，此外，還對熱裂鉆井實驗的結果進行了定量分析，經實驗證實，熱裂鉆井技術對于促進硬巖(干熱巖)深孔鉆井具有重要意義；隨后Rossi等[57]又對比傳統機械鉆井進行了火焰輔助旋轉鉆井實驗，利用甲烷和氧氣作為火焰燃料并結合空氣屏蔽作用于花崗巖，經過觀測多組實驗現象及數據收集分析后，得出高溫輔助火焰能夠加速弱化巖石強度，不斷提高硬巖的穿透率(rate of penetration，ROP)，在考慮巖石穿透率和刀具磨損率的前提下，火焰輔助模式的鉆井性能顯著提升了2.5倍。

2.2 鉆井工具

在干熱巖鉆探過程中，鉆井工具和鉆井液起著至關重要的作用，基于干熱巖具有埋藏深和高溫的固有屬性，因此在鉆井過程中對鉆井工具及鉆井液提出了更高的要求。如何保持高溫環境下鉆井工具的高效運轉和鉆井液的持久穩定已成為干熱巖鉆探必須解決的問題。

鉆井工具主要包括鉆頭和鉆具，以往對鉆井工具的研究主要傾向于鉆頭材料的選取、鉆頭與鉆具的合理匹配以及對高溫巖層的適應性等方面，現階段，鉆井工具的相關研究已經開始逐漸向實際應用優化方向轉變。Zhu等[58]為了探討聚晶金剛石復合片(polycrystalline diamond compact，PDC)刀具在干熱巖鉆井中的布置設計，基于彈性力學和巖土力學，以德魯克普拉格屈服準則為巖石強度判斷原則，建立了PDC刀具破巖動態三維數值模擬模型，并在此基礎上，研究了在60 MPa的圍壓下，切削深度、溫度、后耙角和切削速度對PDC刀具機械性能的影響，該研究成果可為日后干熱巖PDC鉆頭的設計提供重要參考；PDC有限元計算模型及與巖石相互作用模型分別如圖9[58]、圖10[58]所示。

圖9 PDC有限元計算模型[58]Fig.9 PDC finite element calculation model[58]

Li等[59]分別以WS2和CaF2作為固體潤滑劑，結合粉末冶金熱壓技術首次制備了自潤滑微浸漬金剛石鉆頭(IDBs)，并通過鉆井試驗對比研究了不同濃度工況下WS2和CaF2對自潤滑微浸漬金剛石鉆頭性能的影響，經過共焦激光掃描顯微鏡(confocal laser scanning microscopy，CLSM)顯微分析得出：濃度為10%CaF2的自潤滑微浸漬金剛石鉆頭在兼顧鉆頭壽命周期和巖石穿透率的同時，能夠獲得最佳整體性能。王恒等[60]針對鉆井過程中常出現的鉆具磨損問題進行了詳細研究，首先根據有限單元法建立了鉆柱動力學有限元理論分析模型，其次結合模型明確其鉆具的磨損機理并探討了鉆具組合和鉆進參數對鉆進過程的動態影響規律，即不同鉆速和鉆壓對穩定器與井壁動態接觸壓力的影響，如圖11[60]、圖12[57]所示，最后提出了基于鉆具組合優化和鉆進參數優選的防磨技術方案，該研究的最大成果在于它為解決干熱巖鉆井鉆具磨損問題提供了新的技術手段。

Fn為軸向力；Fh為切向力；Ff為PDC刀面法向力； h為切割深度；θ為刀具后傾角；ν為刀具速度圖10 PDC刀具-巖石相互作用模型[58]Fig.10 PDC cutter-rock interaction model[58]

圖11 不同鉆速下穩定器與井壁的動態接觸壓力[60]Fig.11 Dynamic contact force between stabilizer and sidewall under different rotary speeds[60]

圖12 不同鉆壓下穩定器與井壁的動態接觸壓力[57]Fig.12 Dynamic contact force between stabilizer and sidewall under different weight on bit[57]

2.3 鉆井液

鉆井液一直被認為是鉆井工程的“血液”，其重要性直接影響鉆井的成敗。鉆井液及處理劑在高溫環境下往往表現出黏度升高、流動性變差、濾失量增大等不良現象，難以發揮出其正常的護壁、攜巖、平衡地層壓力等功能，為此中外學者在耐高溫鉆井液技術上進行了大量的科學研究及應用，并形成了一些有效的耐高溫鉆井液體系，如高溫油基鉆井液體系、高溫水基鉆井液體系、高溫泡沫鉆井液體系等。

干熱巖開發初期，油基鉆井液憑借其穩定的流變性能和過濾性能成為首選[61]，但其也因存在生產成本高、原料來源不廣，且對環境會產生一定的污染等問題，后期推廣受到一定限制[62]。隨著世界環保要求的日趨嚴格，現階段對于干熱巖用鉆井液的使用及研發，除了要滿足抗高溫等基本要求外，同時應當具備地層傷害小、環境友好等優點。因此，開發高效穩定環保的鉆井液體系勢在必行，針對干熱巖高溫鉆井的需求，中外學者在鉆井液抗溫性能方面開展了大量工作并取得了階段性的進展。梁文利[63]通過室內實驗對高溫保護劑進行研究，形成了由抗高溫復合造漿材料、高溫降濾失劑、高溫增黏劑、高溫保護劑等組成的抗260 ℃高溫的鉆井液配方；顏磊等[64]通過研發新型高溫護膠劑，并配以相應的高溫降濾失劑和高溫堵漏劑，最終成功研制出了一種抗溫性能達到260 ℃的高溫水基鉆井液,抗溫性能評價如表1[64]所示；李炎軍等[65]提出通過控制鉆井液處理劑液相黏度來調節水基高溫高密度鉆井液流變性新方法，并對高密度水基鉆井液流變性影響因素進行了評價和分析;李林源等[66]則對高溫狀態下油基鉆井液體系的靜態沉降穩定性進行研究，通過數學建模和實驗模型相結合的方法獲得了一組抗高溫、沉降穩定性好的油基鉆井液體系，該法的創建為優化鉆井液體系性能提供了一種新的思路。

表1 抗溫性能評價[64]

為了進一步提升高溫鉆井液的整體工作性能，科研人員開始著手研究高溫高壓(超高溫高壓)環境對其性能的影響機理。Xiang[67]于2014年初步對高溫高壓條件下液態水理化性質的變化是如何影響頁巖井筒的穩定性進行了研究；Mao等[68]開始全面系統地研究了處于亞臨界狀態水的理化性質對水基鉆井液性能(流變性能)的影響，即電離常數、溶解度等，研究表明處于亞臨界狀態水的理化性質對鉆井液添加劑的正常發揮起到了抑制作用，基于此，又提出了超高溫聚合物分子結構設計的思路和方法，新方法將有助于提升鉆井液流變性能，并有效地改善其過濾性能；廖奉武等[69]針對現有的封堵性能評價方法在高溫高壓環境下具有一定的局限性，為此建立了高溫高壓驅替法用以評價鉆井液封堵劑的高溫高壓封堵性能，經與傳統的高溫高壓濾失量法及壓力傳遞法比較，驗證了此方法的可行性與簡約高效性；Zhong等[70]選用β環糊精與環氧氯丙烷合成了β-環糊精聚合物微球(β-CDPMs)作為一種新型降濾失劑，通過大量現場試驗數據表明，添加β-CDPMs后的鉆井液在160 ℃以上高溫條件下表現出了良好的降濾失性，當溫度繼續升高至240 ℃時，鉆井液仍能表現出正常的降濾失性，且鉆井液的流變性能幾乎沒有受到任何影響。

近年來，一些學者結合納米技術開始研發新型鉆井液添加劑以便改善鉆井液性能，且許多研究經過科學評估證明了在鉆井液中使用納米技術的可行性和高效性。Cheraghian等[71]首先基于高效水熱法合成了黏土/SiO2納米復合材料用作鉆井液添加劑(降濾失劑)，隨后利用試驗研究了不同濃度的黏土/SiO2納米復合材料和SiO2納米材料對水基鉆井液的流變性能和過濾損失性能的影響。結果表明，在高溫環境下，與普通SiO2納米材料相比，黏土/SiO2納米復合材料添加劑在提升鉆井液的流變性能和過濾控制方面有著更加顯著的優勢；Al-Yasiri等[72]首次利用生物聚合物/納米粒子混合物開發出一種新型鉆井液(SiO2納米粒子與黃原膠聚合物)，并在高溫高壓環境下對其流變性能、過濾性和潤滑性進行了實驗研究，通過與SiO2納米材料鉆井液相比，該鉆井液不但能滿足適用于非常規儲層的鉆井需求，而且還能最大限度地減少對儲層環境的干擾，其相關性能參數如圖13[72]、圖14[72]所示。

圖13 不同鉆井液對濾液體積的影響[72]Fig.13 Influence of different drilling fluids on filtrate volume[72]

圖14 不同鉆井液對膨脹率的影響[72]Fig.14 Influence of different drilling fluids on expansion rate[72]

3 結論及展望

近年來，中外對高溫干熱巖鉆探技術的研究成果比較豐富，逐漸從依靠移植油氣鉆探技術向開發適用于高溫干熱巖鉆探技術的方向發展，且有部分先進技術成功應用于實際工程。現階段，特別是在干熱巖鉆探破巖機理及影響因素研究、高效破巖工具及鉆井液的研發上建樹頗多，然而對于鉆井技術及設備的高效優選、鉆井過程參數動態調控的研究不是很多，這也將是今后此領域的主要研究方向。因此未來以下幾個方面有待進一步研究。

(1)依據不同鉆井技術適用條件，開展高效鉆井設備優選及應用研究。目前，盡管一些新型鉆井技術已完成先導性試驗研究，并取得階段性突破，但在相關技術(設備)協同耦合方面還存在著許多不足。例如，液氮射流鉆井過程中鉆井設備將會受到液氮低溫效應的考驗；氣體鉆井過程中空氣錘也將制約于高溫地層的考驗等。為了解決此類問題，建議日后在研究及應用新型鉆探技術及設備(工具及鉆井液)的時候，要同時兼顧技術與設備、設備與設備之間的協同耦合作用，以便保證其相互匹配程度達到最高，鉆井效率力爭最大。

(2)根據鉆井液相關理化性質，開展整體性功能評價。目前研發的新型鉆井液在功能整體性上往往存在著一定的局限性，大多數鉆井液在加入改善型添加劑(納米聚合物、多壁碳納米管、石墨烯納米材料等)后只是促進某一單一性能(流變性能或降濾失性能)的提升，而未能同時優化其他性能或讓其保持不變，為此，在新型鉆井液研發過程中，必須了解鉆井液在加入新型添加劑后其所有相關性能的變化趨勢，以便對添加劑的改善作用有一個完整的評估，進而合理選擇。

(3)結合巖層實際環境變化趨勢，開展鉆進過程參數動態調控研究。真實干熱巖地層往往存在天然裂隙和斷層，鉆井過程中巖層溫度、井壁圍壓等都會隨著鉆進深度的增加而變化，而當前的數值和實驗研究僅在有限的控制因素(定溫、定軸壓等)下進行，不能準確貼合實際工程，為此，后續研究應當營造與真實巖層工況相同或直接利用現場實驗，結合地層各向異性變化情況，通過研究鉆井參數(鉆壓、耗風量、風壓、射流速度、火焰溫度等)動態調控來確定不同工況的最優鉆進策略。