胡思成， 管志川,2， 路保平， 梁德阳， 呼怀刚,2， 闫 炎， 陶兴华

（1.中国石油大学（华东）石油工程学院，山东青岛 266580；2.山东省深地钻井过程控制工程技术研究中心，山东青岛 266580；3.中国石化石油工程技术研究院，北京 102206）

深部硬地层机械钻速低一直是钻井工程领域的难题之一[1–2]。旋转冲击钻井和扭转冲击钻井由于具有提高硬地层钻进效率、延长钻头使用寿命等优势而成为研究热点，但现场应用过程中仍存在提速工具性能不稳定，提速效果差异大等问题[3]。为此，人们进行了大量的理论分析、数值模拟及试验研究，试图通过深入认识岩石的破碎机理和提速机理彻底解决该问题[4–13]。但这些研究大多针对的是常规圆形切削齿或常规破岩方式，对锥形齿等非平面齿的旋转冲击切削与扭转冲击切削的研究较少。一方面，关于锥形齿的常规破岩机理尚未完成掌握；另一方面，锥形齿等非平面齿旋转冲击与扭转冲击破岩机理的试验研究基本未开展。为了进一步认识锥形齿旋转冲击和扭转冲击的破岩机理与提速机理，笔者基于有限元法建立了锥形齿旋转冲击破岩和扭转冲击破岩2种破岩方式的三维数值模拟模型，研究了横向冲击作用和纵向冲击作用下，锥形齿切削岩石过程中的岩石裂纹形成及扩展情况，岩屑形成、崩落以及应力状态变化规律，并采用破岩比功、岩石破碎体积、破碎深度3个指标评价锥形齿在不同破岩方式下的破岩效率，从而为钻头设计、冲击器和钻井参数优化提供理论依据。……