目前,国内各油田在深井和超深井等硬岩地层钻进中普遍存在钻井速度慢、钻具寿命短、钻井周期长、钻井成本高等难题,直接制约着深井和超深井钻井技术的发展和勘探开发的整体效益。在钻井过程中,地层硬度及其相应的钻井难度会随着井深的增大而增大,提高硬地层钻井速度是世界石油工程领域面临的难题之一。粒子脉冲射流是在钻井过程中调制混入坚硬粒子的脉冲射流,通过对井底岩石进行高频冲蚀和研磨,协同钻头破岩,以提高钻进速度。因此,深入研究粒子脉冲射流的破岩过程及其破岩机理,对于提高深井的速度和效益具有重要的意义。　　 本文综合了磨料射流、脉冲射流、粒子冲击钻井技术在钻井破岩中的优势,创新性地提出了粒子脉冲射流破岩方法。首先,根据射流在振荡腔内速度场、压力场分布及流场脉动特性,优选粒子脉冲射流调制元件的结构尺寸,研制了粒子脉冲射流的原理样机;其次,设计了围压井筒等模拟实验装置,探索了粒子直径、粒子浓度、泵压、喷距、围压等不同因素对射流破岩性能的影响规律,研究结果表明,粒子脉冲射流破岩性能显著优于纯水射流,破岩效果随着粒子直径、粒子浓度、喷距的增加均呈现先增大后减小的趋势,本实验条件下最优粒子浓度为15％,吸入口直径与粒子直径最佳比为3.5:1,最优粒径为1.7mm;采用正交实验分析粒子脉冲射流的影响因素,结果显示围压、泵压、粒子浓度、粒子直径、喷距对射流破岩性能的影响依次减小;围压条件下破岩实验对比发现,随着围压的增大,破岩效果显著降低,本实验条件下,围压2MPa时破岩效果比常压下降低10-30％;钢珠及工具的磨损实验证实,磨损主要发生在结构突变处,磨损率随着工具工作时间的增加,逐渐降低,本次研究所用工具的磨损主要发生在缩颈处;最后,利用数值模拟的方法分析射流加速粒子,冲击岩石过程中,粒子的运动变化规律,以及岩石受到射流和粒子联合冲击作用,损伤破坏的过程,揭示了粒子射流破岩优于纯水射流破岩的内在机理,研究结果为认识粒子射流高效破岩机理提供了依据。　　 本文采用理论研究和实验研究相结合、以实验研究为主的方法,对粒子脉冲射流的破岩的过程和机理进行了系统研究,找出了相应规律,为新型高效石油钻井工艺技术的开发提供了理论支撑。