随着浅层油气资源的开采消耗,深层硬质以及复杂地层储藏的油气资源具有越来越显著的勘探及开采价值。但是由于目前常用的勘探、开采技术具有速度慢、周期长、成本高和钻具寿命短等特点,研究发展适合于我国深井硬地层的钻井方法势在必行。粒子冲击钻井技术就是在水射流和磨料射流破岩技术基础上发展起来的新型钻井破岩方法,通过向钻井液中加入钢质粒子,在水力和机械的作用下冲蚀破岩,破岩效率极高。粒子冲击钻头(PID钻头)、粒子控制设备及注入设备均对破岩效率均有较大的影响。本文针对西南地区硬质地层的钻井需求,以粒子冲击钻头为研究对象,针对PID钻头刀翼数目和喷嘴方向分别设计了四种PID钻头和四种新型PID钻头,通过粒子在井底运动时的受力分析、井底流场数学模型的建立、钻头数值仿真参数优选和钻头室内实验验证,对这八种钻头在井底流场的表现情况及相关参数进行了对比分析,给出了适合硬质地层钻井的最优粒子冲击钻头结构和最优参数,为PID钻头的开发提供了参考。