PDC钻头粘滑振动对钻井作业危害严重。PDC钻头发生粘滑振动时反应在力学和运动参数上均表现为扭矩和转速的周期性波动,其根本原因是钻进时切削深度突变。以不同岩性岩石为破碎对象,探索研究不同作业条件下转速、扭矩等井下参数的波动规律与切削齿切削深度的复杂关系,对有效抑制PDC钻头粘滑振动和提高破岩效率具有重要工程意义。本文针对切削深度对PDC钻头破碎不同岩性过程中的粘滑振动特征影响问题开展了数值模拟和室内台架实验研究。运用有限元方法,建立了PDC钻头单切削齿破岩数值分析模型,通过单齿直线切削破岩的方式对比研究了PDC钻头在不同切削深度下破岩时的切向力变化,通过单齿周向破岩数值模拟研究了不同钻进参数下切削齿破岩过程的切向力和轴向力变化规律。论文选取了红砂岩、黄砂岩、白砂岩和花岗岩4种不同岩性的岩石作为实验岩样,通过改变钻压的方式改变切削深度,对比研究了5种钻压下的各岩样的粘滑振动情况,选取扭矩波动和转速波动作为粘滑振动特征参数对PDC钻头室内破岩过程进行粘滑振动严重程度的分析,选取可钻性级值表征岩性,研究分析了包括钻压、切削深度以及岩性对钻头粘滑振动及破岩效率的影响规律,并进行了二元关系模型的建立。最后通过在实验钻头上安装限位齿限制切削深度的方式研究了限制切削深度对粘滑振动和破岩效率的影响规律。研究结果表明:实验的5种钻压下,扭矩粘滑振动严重度均随岩样可钻性级值的增加而显著增加;PDC钻头每转切削深度增加,扭矩粘滑振动严重度显著增加;限位齿对抑制PDC钻头粘滑振动效果显著,限制出刃高度虽然可以降低钻头的粘滑振动,但是会限制切削深度,从而导致破岩效率降低和机械钻速降低;限位齿限制后的切削齿出刃高度约为平均每转切削深度的70%-80%左右可在不损失较大破岩效率的情况下较好抑制PDC钻头粘滑振动;在实验结果的基础上建立了扭矩粘滑严重度和扭矩振幅与平均每转切削深度和岩石可钻性的二元非线性关系模型。为确定不同岩性钻进作业的合理切削深度范围和有效抑制PDC钻头粘滑振动提供了宝贵的理论参考价值。