旋转导向钻井技术,常用于控制井身轨迹并且能有效提高破岩效率。钻头作为在导向钻井作业常见使用的钻井工具,其岩石作用过程十分复杂难预测性,致使无法直接地研究钻头在井下的受力特性以及运动情况。为了研究旋转导向钻井过程中钻头的力学行为,本文在研讨PDC钻头在旋转导向钻井中的失效机理、受载规律的基础上,主要开展了以下工作:首先基于钻头的几何学理论,研究了PDC切削齿坐标位置,给出了钻头切削轨迹函数,在此基础上,研究了井斜角以及近钻头稳定器对柔性短节偏角的影响规律。其次研究了PDC钻头在旋转导向钻井条件下的运动学模型,在对其切削岩石过程进行分析的基础上,建立了弹簧-阻尼-质量的振动力学模型,得到了振动微分方程,推导了钻进过程切削力的数学计算模型。根据所建立的模型以及仿真流程,通过数值计算方法,基于MATLAB软件平台,编制了系统动力学仿真程序。采用单一变量法进行了分析,研究了钻头旋转角度对X、Y方向的切削力的影响,切削深度与切削力以及钻速的关系。最后,利用Ansys软件建立了岩石几何模型,并与Solid Works所建立的钻头模型相互作用,模拟了指向角θ=0°,θ=2.5°和θ=5°的切削齿破碎岩石过程,确定可控弯接头指向角大小对钻头破岩效率的影响规律;以及在不同指向角下对钻头-岩石系统进行模态分析。