摘要：提出了新型單牙輪-PDC鉆擴聯合鉆頭,先依靠單牙輪破巖鉆孔,釋放地應力,產生巖石損傷,再助推PDC鉆頭刮切破巖。運用有限元法,建立鉆擴聯合鉆頭、雙級PDC和常規PDC鉆頭破巖的非線性動力學模型。通過對巖石本構關系進行D-P準則描述以及確定巖石破碎的判據,分析鉆擴聯合鉆頭鉆進硬地層的破巖機理,開展了3種鉆頭動態破巖過程的對比研究。結果表明:鉆擴聯合鉆頭在鉆進過程中井底井壁的巖石應力得到明顯釋放,大大提高了巖層可鉆性;在硬地層中鉆擴聯合鉆頭鉆進速度提高的主要原因是拉應力破巖;鉆擴聯合鉆頭在硬地層鉆進過程中的扭轉振動大大降低,破巖效率更高,鉆頭壽命更長;由于單牙輪領眼破碎巖石的作用,鉆擴聯合鉆頭對井底巖石的沖擊破碎能力更強,在硬地層中鉆進更快。研究結果為新型單牙輪-PDC鉆擴聯合鉆頭的研發提供了參考。