旋冲钻井是提高钻井速度的重要手段之一,其核心是钻井装备的研制。但冲击振动钻井提速装备所产生的冲击载荷应该具备何种特征,采用什么样的参数匹配,才能发挥冲击钻井装备的效能?由于钻头破岩是一个极其复杂的过程,采用实验方法很难观测冲击载荷作用下钻头的破岩过程,为提高旋冲钻井条件下钻头破岩机理的认识,本文采用数值分析方法,对冲击载荷作用下钻头的破岩过程开展研究。运用有限元方法,建立了单切削齿以及全尺寸PDC钻头破岩数值分析模型,对比研究了单切削齿在动静载荷共同作用和纯静载荷作用下的破岩特征,研究了岩石在动静态组合载荷作用下的破碎机理。同时还完成了钻头转速、钻压以及岩石类型等钻进参数和动静态载荷组合、冲击载荷频率以及冲击载荷波形等冲击载荷特征参数对钻头破岩效果的影响规律研究。为旋冲钻井技术的现场应用和相关工具设计提供参考依据。研究结果表明,在动静态组合载荷作用下的钻头切削齿破岩过程中,由于应力波的存在使得岩石内部拉应力和压应力交替出现,有利于裂缝的产生和扩展,岩石的破碎比功降低,大幅提高破岩效率。随着钻压的提高,旋冲钻井提升钻头效率的幅度逐渐降低,存在最佳的钻头转速能使钻头破岩效率的提升效果达到最佳。冲击载荷特征参数对钻头破岩效率的影响明显,在总载荷相等的情况下,存在最优动静载荷组合能使破岩效率最大;存在最佳的冲击载荷频率,使得钻头的破岩效率的提升效果最大;冲击载荷波形对钻头的破岩效率有影响,正弦以及指数波形的冲击载荷破岩效率要高于三角波形的冲击载荷,以后的工具设计和现场应用中可将冲击载荷波形作为研究方向进行进一步研究。