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PDC钻头由于钻速高、寿命长、设计灵活等特点,而被广泛运用于地质钻探开发中。扭转冲击钻井技术的诞生扩大了PDC钻头的岩性适用范围,该技术可有效消除PDC钻头在钻进硬地层中的粘滑振动现象,提高破岩效率。目前的扭转冲击钻井工具必须与专用的PDC钻头备配使用方能凸显其破岩优势。由于人们对扭转冲击破岩机理认识不深,未能合理设计和选择相匹配的钻头以及定制钻进参数,从而影响扭转冲击钻具的最佳破岩效果。切削齿作为PDC钻头的破岩单元是目前研究的一项主要内容,也是PDC钻头性能分析的基础。本文结合PDC钻头及切削齿破岩特性,对PDC切削齿常规切削破岩和扭转冲击破岩过程进行理论分析和数值模拟,论文开展的工作和结论有：(1)就国内外有关PDC钻头及切削齿破岩的研究现状和应用情况展开调研,确定研究内容、目的及方法。(2)采用有限元分析软件ABAQUS建立了单个PDC切削齿常规钻进破岩的非线性动力学三维仿真模型,计算分析了围压、切削齿倾角、切削参数等因素对PDC切削齿破岩效率的影响规律,并将仿真结果与前人的试验研究结果作对比,验证了数值模拟结果的正确性。(3)在常规破岩的仿真模型基础上,建立了PDC切削齿扭转冲击破岩的非线性动力学三维仿真模型。从切削齿的角速度和扭矩、岩石的破碎体积和破碎比功、岩石单元破坏形式及损伤规律等方面揭示了扭转冲击破岩机理。计算分析了切削齿倾角及几何特性、围压、冲击频率、不同岩性等因素对扭转冲击破岩效率的影响,并与常规破岩进行对比,认为扭转冲击破岩可改善切削齿的受力情况,大幅提高破岩效率。(4)在单个PDC切削齿破碎岩石的基础上,建立了组合PDC切削齿破岩的非线性动力学三维仿真模型,计算分析了不同破岩方式下齿间距对破岩效率的影响规律。通过对比双PDC齿同时破岩数据和齿间距优化曲线发现,岩石的破碎比功随着齿间距的增加呈先减小后增加趋势,齿间距存在最优值。(5)根据数值模拟结果对扭转冲击器和PDC钻头切削齿的参数设置提出建议。本文的研究结果可为PDC钻头的优化设计、扭转冲击钻井参数优选提供参考。