摘要：地下深部油气储层岩石硬度较大，常规钻井方式下PDC钻头的钻进效率较低。冲击钻井对硬岩的破碎效果表现较好，但冲击作用下PDC钻头破碎硬岩的损伤机理尚不清楚。为此，基于黏聚力单元建立了PDC钻头冲击破岩数值模型，设置了常用的模型参数，模拟分析了冲击作用下岩石的裂纹演化及应力分布特征，并定量提取岩石损伤数据进行研究。研究结果发现，PDC钻头轴向冲击破岩表现出明显的阶段性，初期形成多个独立破坏区域，随着冲击能量积累最终融合形成网状损伤区，可进一步提高破岩效率。此过程中应力主要集中于齿下并呈圆弧状向外传播；不同轴向冲击频率对岩石损伤模式产生显著影响，低频冲击（10和20 Hz）导致更高的拉伸损伤占比，并促进裂纹体积增长，最终形成更深远的破坏；高频冲击（30和40 Hz）尽管初期裂纹增长较快，但受应力波衰减影响，裂纹扩展受限，甚至可能出现裂纹闭合现象。最终发现，20 Hz冲击频率下的拉伸损伤占比最高，表明该频率下破岩模式最优。研究成果可为PDC钻头冲击破岩参数优化提供借鉴。

关键字：黏聚力单元;冲击钻井;PDC钻头;损伤演化;裂纹扩展;硬岩

ISSN号：1001-4578

卷、期、页：卷53期10:109-114,6

发表日期：2025-10-10

期刊分区（SCI为中科院分区）：无

收录情况：北大中文核心期刊

发表期刊名称：石油机械

参与作者：高峰

通讯作者：傅新康

第一作者：史怀忠,黄中伟,赫文豪,熊超

论文类型：期刊论文

论文概要：高峰,史怀忠,黄中伟,赫文豪,熊超,傅新康，基于黏聚力单元的PDC钻头冲击破碎硬岩数值模拟，石油机械，2025，卷53期10:109-114,6

论文题目：基于黏聚力单元的PDC钻头冲击破碎硬岩数值模拟