在钻井过程中，钻头破碎岩石效率是影响钻井进度的最重要的因素之一，由于地层的复杂性和隐蔽性，钻头破碎岩石的过程无法看见，使得钻头在井底的运动状态及其受力情况都无法准确预知，在一定程度上影响钻头破岩效率。所以有必要对钻头破碎岩石过程进行虚拟仿真。本文首先构建了导向钻井仿真系统总体结构，并建立导向钻井仿真系统数据库，其次以PDC钻头作为导向钻井的钻头，建立PDC的几何学模型，推导出PDC钻头几何学基本方程，通过方程可以确定钻头切削齿上的一点在任意时刻的井底空间位置；然后建立PDC钻头运动的动力学模型，分析了PDC钻头的受力情况及其运动状态。接着讨论了适合钻头破碎岩石的扩展线性D-P本构关系，并且分析了钻头与岩石相互作用时钻头破碎岩石的条件。为有限元模型的建立奠定基础。最后通过高级ABAQUS有限元软件建立了导向钻井中全尺寸PDC钻头动态破岩的非线性动力学三维模型，并进行非线性动态接触分析，通过设定模型参数模拟不同时刻钻头破岩状态，从而获得仿真分析结果，建立一套基于ABAQUS有限元分析软件分析和评价钻头动态破岩效率的新方法。该方法很好的模拟了钻头破岩过程，对实际钻井具有一定的指导意义，同时为新产品的开发提供了理论依据。