微心钻头是一种通过在钻头心部设置切削齿空区域,从而产生微小岩心或大尺寸岩屑的新型钻头,有利于地质录井岩性判断和地层分层的分析,而且在一定程度上能起到提高破岩效率的作用。微心钻头的研制对于提高钻井效率和录井质量有着重要意义。近年来,国内外对微心钻头设计技术的研究和现场实验对微心钻头的发展提供了一定的技术支持,但针对微心钻头心部结构的设计缺乏足够依据。除合理的布齿设计,优化心部空间结构参数也对微心钻头的设计起着重要作用。本文在理论的基础上对岩心单元轴向受载和横向受载进行仿真分析研究,并通过不同的破碎方式对岩心进行单元破碎实验。根据实验结果和微心钻头的设计理论设计可调节心部结构参数的实验钻头,并进行全钻进实验。本文的主要研究内容为:1.开展微心钻头的工作原理和破岩机理的理论分析,从岩石破碎的角度对微心钻头不同的破岩方式进行深入剖析;2.采用不同的破岩方式对不同尺寸的微小岩心进行单元破碎实验,得到各尺寸岩心的破碎比功,通过实验结果分析不同心部尺寸对微心钻头破岩效率的影响;3.基于abaqus对岩心单元进行轴向受载和横向受载的仿真分析研究,提取不同截面的应力云图分析受载过程岩心内部应力场的发展趋势;4.设计、制造了既能模拟微心PDC钻头又能模拟常规PDC钻头的实验用新型微心钻头;5.利用实验钻头开展了微心钻头和同等布齿参数的常规PDC钻头的室内钻岩对比实验,一方面对微心钻头的造微心能力进行验证,另一方面对微心钻头提高钻进效率的效果进行检验。本文针对微心PDC钻头开展的理论和实验研究对于正确理解微心钻头的破岩机理和效果做出了积极贡献,并为今后微心PDC钻头、微心孕镶金刚石钻头的产品开发提供了理论依据和技术支持。