三棱形异形PDC齿是近年来飞速发展并在油气钻井领域频繁“上镜”的新型PDC切削齿,该齿具有独特的三棱台齿面结构。顺北1-16H井利用三棱形PDC齿混合布齿钻头在新疆工区首次实现安全钻穿二叠地层,现场应用效果显著。目前,针对三棱形PDC齿的破岩规律及参数优选相关的研究较少。因此,本文结合室内实验、数值模拟和理论分析,开展了岩石力学参数、切削工作参数对三棱形PDC齿破碎花岗岩效率的影响规律研究,主要工作量及成果如下:开展了岩石力学参数、切削工作参数对三棱形PDC齿破碎花岗岩效率的影响规律数值模拟研究。构建了三棱形PDC齿切削花岗岩数值模型,对比了平面形PDC齿与三棱形PDC齿的应力场分布特征及切削效率,分析了地层岩石力学参数及切削工作参数对三棱形PDC齿破岩效率的影响规律。研究发现,相较于平面形PDC齿,三棱形PDC齿破碎花岗岩过程中,齿前及齿下存在应力集中区,平均切削力降低10.02%,破岩比能降低6.89%;切削力随着切削角度、切削深度的增加而增长;破岩比能随着切削角度的增加而增长,随切削深度的增加而减小;二者随切削速度变化不大。综合考虑三棱形PDC齿的切削破碎效率和单齿侵入能力,在深部硬质地层所用PDC钻头设计时,考虑15°～20°切削角度区间进行布齿。基于数值模拟研究结果,设计并开展了三棱形PDC齿单齿切削花岗岩内实验。分析了不同切削工作参数下,三棱形PDC齿破碎花岗岩的切削力、岩屑粒径分布及破岩比能变化规律。研究发现,三棱形PDC齿切削花岗岩的平均切削力随切削深度呈现线性增长,平均切削力较平面形PDC齿降低13.89%;切削力、破岩比能随切削速度变化均不明显;在20°切削角度,2mm切削深度下,三棱形PDC齿破碎花岗岩呈现较高的大粒径岩屑占比及较低的破岩比能。观测了三棱形PDC齿破碎花岗岩过程,解释了三棱形PDC齿的破岩优势。三棱形PDC齿破碎花岗岩过程可分为凸棱工作线高效剥离破碎和齿侧断面修复两大过程。由于齿面凸棱工作线的应力集中效应,齿前区域更易发生拉张—拉剪耦合作用下的“犁削”破坏。由于三棱形PDC齿工作线的两侧存在侧向平面,岩屑受侧面的切削作用后会与主切削方向呈一定角度剥离与飞出,从而能抑制三棱形PDC齿齿前区域的岩屑堆积。切削力幅值变化更小,较平面形PDC齿有更好的抗冲击性能及工作寿命。研究得出的三棱形PDC齿破碎花岗岩的特性规律及最优工作参数可指导混合布齿PDC钻头设计。