摘要：钻头、钻柱和岩石系统作为一个整体,其动力学特性相互耦合,相互影响,而现有文 献的研究中大都忽略了整个系统这种动力学耦合.鉴于此,考虑下部钻具纵横扭动力耦合、钻头 与岩石非线性接触,建立了钻柱-钻头-岩石系统动力学模型.采用有限元法模拟了三牙轮钻头破 岩钻进的动态过程.研究结果表明：在三牙轮钻头破岩钻进过程中,钻头与岩石互作用以及由此 引起下部钻具振动均具有明显的非线性和随机性;由于牙轮钻头破岩方式以纵向冲击为主,钻具 纵向振动强于横向,动钻压平均振幅达到静钻压的40%以上;扭转振动可能引起负扭矩现象.研 究结果为牙轮钻头破岩机理及井下钻具非线性动力学特性的研究提供了新思路.

关键词：牙轮钻头 岩石力学 动力学特性 非线性 振动 

单位：江汉机械研究所; 西南石油大学机电工程学院; 渤海钻探工程有限公司测井分公司