高压水射流与机械齿联合破岩的方法是提高深井硬岩机械钻速的有效途径。高压水射流破岩工况复杂，从工况参数到射流参数研究完善高压水射流与机械齿联合破岩机理，以便最终得到符合实际的破岩规律，都需要深刻认识破岩过程。研究并揭示联合破岩机理具有积极的现实意义。 本文综合运用理论分析、数值模拟和实验研究方法，系统的分析了高压水射流冲击破岩和高压水射流与机械齿联合破岩的机理。研究题目来源于中国石油天然气集团公司项目“高效破岩新方法及配套技术研究”和中国石油石化集团公司项目“井底增压钻井技术研究”。 本文采用非线性动态有限元法，结合实际工况条件，建立多个数值模型。通过动力接触模拟了高压水射流与机械齿联合破碎岩石的过程，提出了用Hoffman准则判断岩石破碎过程的思路。揭示了不同射流冲击速度或压力下岩石破碎的完整过程。提出根据岩石破碎机理的不同将射流破碎岩石分成冲蚀射流破岩和锤冲射流破岩的观点，并就联合破岩做了理论上的模拟与计算分析。 本文研究了主要的射流工况参数及岩石物性对高压水射流破碎岩石效果的影响规律，对比了水力机械联合、高压射流、机械齿分别破岩的效果，分析了射流和机械齿作用的先后顺序对岩石破碎过程的影响，并通过改变钻压、转速、和射流-齿间距的大小以及射流和机械齿的移动速度等，观察岩石破碎的规律。研究表明，在现有条件下提高射流冲击速度、喷射直径、横移速度，增加射流束数，合理选择射流入射角可以提高射流破碎岩石的效果。同时，根据计算和分析结果拟合出岩石破碎深度与抗压强度及横移速度之间的具体关系。 本文提出了新型射流式井底增压器的设计理论，完成了实体设计及样机制造，结合实验验证了装置的的可行性，为下一步联合破岩的现场实施奠定了基础。