摘要：超高压水射流辅助破岩是提高机械钻速的有效途径，水射流破岩效果影响因素及机制研究是其关键之一。选取100-200MPa共5档驱动压力和3种岩样，实验研究淹没条件下水射流驱动压力、喷距、作用时间和喷射角4个因素对冲蚀切割破岩效果的宏观影响规律。采用全解耦流固耦合数值分析方法，对超高压射流破岩过程中耦合系统应力场进行计算，建立岩石宏观断裂规律与微观破坏机制间的联系。研究表明，淹没条件下超高压水射流冲蚀切割破岩存在最优喷距和喷射角：100MPa时最优喷距约为15倍喷嘴直径，200MPa时约为20倍喷嘴直径，随压力的增加而增加；最优喷射角为12°～14°。超高压水射流作用下岩石的破坏发生在毫秒量级，主要是拉伸和剪切破坏作用，是由射流冲击应力所造成。研究可为超高压射流辅助钻井技术中水力参数优选及钻头设计提供参考依据。

关键词：采矿工程 超高压水射流 切割破岩 数值模拟 破岩机制 

单位：中国石油大学石油工程学院 山东东营257061 中国石油大学石油工程教育部重点实验室 北京102249