为满足国民生产需要,浅表层油气资源不断被开采,产量日渐降低,向深部油气进发是整个石油工业的未来发展大势。深部地层因为钻进速度慢、成本高等原因对钻井方式提出了新要求。粒子钻井是以亚弹速刚性粒子破碎岩石为主,辅以高压水射流的一种新型钻进手段,具有良好的发展潜力。本文采用理论分析、数值模拟与实验相结合的方法,探索亚弹速钢质颗粒流冲击作用下所形成破碎坑下方附近岩石的微观损伤,基于流体动力学和随机统计理论进行数学模型的构建,建立有限区域随机连续粒子冲击岩石表面的应力波模型,探究不同参数对应力波影响规律;基于LS-DYNA软件进行有限元仿真模拟,分析不同钢质颗粒流参数对应力的影响规律;构建实验室尺度钢质颗粒流冲击物模实验,主要以孔隙度、渗透率、抗压强度、声波波速和压入硬度等参数作为宏观物性评价标准,从时间和空间角度分析实验前后岩石微观损伤变化,探究喷嘴压降、围压、喷距、冲击时间和粒子体积分数等实验参数对岩石损伤的影响规律。研究结果表明:钢质粒子冲击岩石产生的微观损伤区形状随冲击时间的增加逐渐由半球型损伤区变为沿射流方向拓展的半椭球型损伤区,损伤区内各位置损伤程度随时间延长先逐渐增加后维持稳定;根据岩石内部质点距粒子冲击岩石接触点的距离不同,可将岩石分为微观损伤区、弹性扰动区和未波及区,这与数值模拟应力云图结果具有较好的一致性。冲击时间和喷嘴压降的增加,使得实验后岩心孔隙度和渗透率逐渐增加,抗压强度和纵横波波速呈线性降低;围压增加,实验后岩心孔隙度和渗透率逐渐降低,抗压强度和纵横波波速逐渐增加;在粒子体积分数区间0-3.2%内,随着粒子体积分数的增加,实验后岩石孔隙度和渗透率呈线性增长,抗压强度和纵横波波速呈线性降低;喷距的增加,使得实验后岩心孔隙度和渗透率先升高后降低,抗压强度和纵横波波速呈线性降低。在该实验条件下优选出钢质粒子冲击微观损伤效果最优时的最佳无因次喷距为6-7。同一冲击时间下固定位置处岩心微观损伤区形状近似,均为曲率不同的半椭球体,椭球体的曲率与粒子射流参数的变化密切相关。