本文的研究工作涵盖了PDC钻头切削结构优化设计的一系列内容,对PDC钻头切削结构的设计理论与方法进行了较为全面系统的研究。　　 在分析切削结构参数与钻头性能关系的基础上,得出冠部形状与切削齿切削角度是影响钻头性能的主要切削结构参数的重要结论。为评价切削结构对破岩效果的影响,以钻头破岩效果的指标为前提,通过理论分析提出了岩石可破碎强度的概念,并以此参数作为切削齿切削角度、冠部形状优化设计的量化指标,开辟了PDC钻头切削结构优化设计的新思路。　　 为准确的获取岩石的可破碎强度,依据破岩过程的分析给出了PDC钻头破岩过程的有限元数值计算方法。选取不同岩性,计算得出了切削齿切削角度与岩石可破碎强度关系的结果。同时选取不同岩性、不同钻头尺寸,计算得出了不同外锥圆弧半径、内锥角与岩石可破碎强度关系的结果。根据计算结果的统计分析,研究了冠部形状、切削齿切削角与破岩效果关系的规律,得出如下结论:减小冠部外锥半径、增加内锥角有利于降低岩朽的可破碎强度和冠部整体每转破碎功;增加切削齿的切削角度,有利于提高破岩效率,同时切削齿的最佳取值范围为-10°至20°并根据优化设计的成果提出PDC钻头切削齿正切削角度、“鱼尾形”冠部形状的设计理念。　　 为丰富和发展PDC钻头设计理论,以PDC钻头传统设计理论与方法的局限性的分析为切入点,根据PDc钻头切削结构优化设计的结果,结合钻头实际磨损状态统计分析,提出了PDC钻头切削结构局部强化设计的理论。这一理论的实质是在钻头刀翼数量低于岩石可破碲强度极大值所需的刀翼数的条件下,为提高岩石可破碎强度极大值区域的耐磨性,在不改变这一区域钻头整体结构的前提下提高其耐磨性。以PDC钻头不同部位的切削齿破岩功率相等为依据,得出PDC钻头局部强化理论的实施方法,并结合设计案例给出PDC钻头局部强化设计的方法。以PDC钻头切削结构参数优化设计结果为依掘,根据局部强化设计理论和方法分别针对三个油田不同的地层条件和钻头尺寸设计并制造出PDC钻头,进行现场应用试验。为实施正切削角度的PDC钻头的加工制造,研究发明了一种新型PDC钻头模具加工工艺,有效的解决了复杂结构PDC钻头的加工制造问题。在不同地区现场应用的结果都表明:钻头破岩效率和寿命显著提高,钻头的磨损状态接近等磨损,钻头的导向能力等其它性能也有明显的改善。验证了PDC钻头切削结构局部强化敬计理论和方法的可行性。