提高深井复杂地层钻进速度是保证深井钻井质量和效益的关键。如何高效利用相关能量提高破岩效率已成为研究的热点。本文提出了井底直接调制脉冲粒子射流破岩钻井方法，即综合利用钻井液和在井底破岩形成的岩屑，调制成磨料脉冲射流作用于井底，利用岩屑的冲击磨削、水力脉动等因素与破岩工具协同作用，提高破岩效率。分析了综合利用脉冲射流和粒子冲击射流能量提高破岩效率的新途径，提出了在井底直接调制脉冲粒子射流的破岩钻井方法。建立了液固两相流模型，模拟分析了工具内部的流场分布特性，并主要针对工具调制射流的原理和性能，结合钻井实际工况对调制射流的影响，研究了粒子直径、粒子密度、围压和入口压力等井底实际工况对脉冲粒子射流调制的影响，发现在井底条件下，自吸环空流体式自激振荡腔可稳定生成局部负压，因而可在调制工具内外形成压差，将环空粒子引入，参与调制生成脉冲粒子射流，分析了调制工具的原理可行。通过数值模拟方法，利用流场特性来直观的检验调制工具内部结构参数是否合理。针对工具内部的流场特性，基于LES大涡模拟模型，分析调制工具腔室内的压力场和速度场，从射流脉动性、结构匹配等方面探索工具内的流场特性。采用大涡模拟法分析了井底直接调制式脉冲粒子射流的瞬态变化及脉动特性，揭示了吸入环空流体强化自激振荡脉冲射流性能的机理，发现自激振荡腔的结构参数对射流的脉动效应影响显著，结构合理的吸入式自激振荡射流的性能明显优于非吸入式脉冲射流。依据以上的理论分析和数值模拟研究结果，研制了井底直接调制式脉冲粒子射流工具的原理样机，改进了现有实验室装置，搭建了破岩试验台架，开展了射流破岩试验研究。结果表明，射流工具出口流速脉动值越大，破岩效果越好，二者呈显著线性相关；并结合不同结构调制工具的破岩效果与流场情况，以工具出口流速脉动值为优选依据，优选确定了井底直接调制脉冲粒子射流工具的结构参数。根据井下实际钻井工况的要求，研制了全尺寸的井底直接调制式脉冲粒子射流工具第一代工程样机，并开展了现场试验，针对现场试验中存在的问题，在第一代工程样机的基础上，进行了后续测试和完善工作，研制成功了第二代工程样机，试验结果证明最终研制成功的井底直接调制式脉冲粒子射流工具的结构合理、工作安全可靠，提高机械钻速效果明显。为井底直接调制式脉冲粒子射流高效破岩钻井技术的发展和完善提供了必要的现场资料。