石油、地质以及其它工程领域，钻头都是最主要的破岩工具之一。近几十年来，钻头技术取得了不断进步和累累成果。同时在发展过程中，也出现了一些新的问题。比如，随着水平井、深井钻井技术的发展，钻头的保径在钻头的应用中越来越重要。由于材料技术和制造工艺的相对滞后，钻头的保径成为了钻头设计者一个较难突破的瓶颈问题。同时，在尽量提高效益的思想指导下，期望出现“一钻多能”的复合钻头，以减少起下钻的行程，大幅度提高钻井效益和效率。 本论文在充分调研了国内外相关领域的大量文献资料，介绍了国内外一些值得借鉴的先进钻头技术和设计方法，比如纳米技术、智能技术，钻头的系统研究方法等，并从中发现钻头的保径技术和复合技术是破岩工具中值得研究的一个方向。本论文突破传统的被动保径思维，采用主动保径方法，并在业已成熟的牙轮钻头和PDC钻头技术的基础上，提出了三种可行的复合钻头实施方案，并经过精心选择和设计，推出两种新型复合钻头，即变径保径器—三牙轮复合钻头，变径保径器—单牙轮复合钻头。 在设计中，结合其它学科的知识和分析方法，如利用带有扰动的闭环反馈自动控制原理来分析自适应保径器的工作，用流体力学分析保径器在井底的工作条件等。同时，运用CAD／CAE等现代方法进行实体建模和有限元分析。