目前,在火成岩等强研磨性硬地层中,常用的牙轮钻头、PDC及金刚石钻头钻进效果很不理想。PDC-孕镶块混合钻头同时具有PDC钻头破岩效率高和孕镶金刚石钻头工作寿命长的双重优势,可为提高强研磨性硬地层的破岩效率提供一种新的破岩方法。本文采用理论与试验相结合的方法,对PDC-孕镶块联合破岩规律及混合钻头关键设计参数进行了研究,为PDC-孕镶块混合钻头设计提供了理论依据。对钻进火成岩地层的PDC钻头的磨损形态、磨损机理及磨损规律进行了分析。研究发现:1)PDC切削齿的失效形式主要为磨料磨损和冲击损坏,其中磨料磨损主要发生在冠顶处切削齿,冲击损坏在钻头整个冠部均有表现。2)钻头冠顶及外锥切削齿磨损最严重,而钻头中心(内锥)及肩部附近切削齿磨损量较轻。因此孕镶块应布置在冠顶及外锥部位,以提高钻头使用寿命。设计并加工PDC钻头、孕镶块钻头和PDC-孕镶块混合钻头在花岗岩上进行钻孔试验,研究了不同布齿方式对钻头破岩效率的影响规律。研究发现:1)PDC钻头钻速随PDC齿的磨损高度增加呈现“瀑布”状下降趋势;2)孕镶块钻头在PDC钻头切削齿磨损高度超过1.5mm以后,具有更高的破岩效率;3)后排采用PDC切削齿加强,通过优选前后排PDC切削齿出露高差,在一定程度上可以提高钻头破岩效率,但是效果并不明显;4)后排采用孕镶块加强的PDC-孕镶块混合钻头提速效果比较明显,前排PDC切削齿与后排孕镶块的最优出露高差为1-1.5mm。设计了一种Ф155.6mm PDC-孕镶块混合钻头,用于东北油田松辽盆地金山区块金古1-1HF井的基底地层钻进,相比同井段的PDC及牙轮钻头,钻速与进尺均有较大提升。