井底增压钻井技术是前沿钻井技术，是提高深井、硬地层机械钻速的根本途径之一。因此开展井底增压钻井技术及相关基础理论的研究具有重要的现实意义，开发井底增压钻井系统具有重大的工程价值。本文研究课题来源于中国石油天然气集团公司项目“高效破岩新方法及配套技术研究”和中国石油化工集团公司项目“井底增压钻井技术研究”。 本文基于岩石弹塑性力学、水动力学及刚体运动学，采用动力接触法模拟射流或机械齿与岩石的交互作用、Hoffman失效准则控制岩石破碎的动态边界、单步Houbolt算法求解动力方程，建立了多个射流破岩、机械齿破岩、联合破岩、整体超高压PDC钻头破岩的三维动态数值模型。 本文全面、系统地研究了岩石内部应力、射流或机械齿对岩石的作用力、岩石的破碎体积、岩石破碎所需能量等在岩石破碎过程中的变化规律，揭示了高压水射流或机械齿单一类型载荷作用岩石时主要参数对岩石破碎的影响规律、高压水射流与机械齿破岩时主要的配合参数及工况参数对岩石破碎的影响规律、整体刀翼破碎岩石时高压水射流对刀翼破碎岩石的影响规律以及整体超高压PDC钻头破岩时刀翼个数、高压喷嘴位置以及岩石属性对岩石破碎的影响规律。 基于大量的理论研究和数值研究，结合PDC钻头设计的基本理论，开发设计了双流道PDC钻头，并在现场开展了井底试验。初步试验结果表明双流道PDC钻头与自主研发的井底增压器配套使用可提高机械钻速一倍以上，并提出了井底增压钻井系统的改进思路。