钻头技术也是本室传统的优势研究方向，研究水平国内领先，在国际上也有较高影响力。钻头研究室现为油气钻井技术国家工程实验室钻头研究室、中石油集团钻井工程重点实验室钻头研究室、四川省岩石破碎学与钻头研究高校重点实验室。长期以来，钻头研究团队在钻井破岩技术的理论研究和新技术开发方面取得了大量成果，为我国油气井钻头技术的发展提供了核心技术支持。

引入岩石动力学理论研究岩石破碎机理，针对岩石在预损伤条件下岩石破碎行为开展研究，并与澳大利亚Monash大学国际知名岩石动力学专家Zhao J.教授课题组建立了合作关系。研发成功高温地热钻井专用PDC钻头并在肯尼亚规模化应用，针对牙轮钻头在250℃以上高温井段寿命很低及PDC复合片“热磨损”效应等技术难题，提出了高温地热井PDC钻头设计理论，首次研发成功肯尼亚高温地热钻井专用PDC钻头，并获得规模化推广应用，创造了多项肯尼亚钻井记录，成功钻至3650m，井底温度392℃。与牙轮钻头相比PDC钻头在单只钻头进尺、行程钻速分别提高840%和70.9%、钻时下降44.2%。在2000m以下深部井段完全取代了牙轮钻头，是目前肯尼亚技术领先、居垄断地位的高温井段PDC钻头。已累计生产、应用约50只，节约钻井成本4000万美金。针对复杂难钻地层及定向井钻井效率低及工具面不稳定等问题，提出“滚刀式复合钻头”专利技术，从破岩机理研究入手，形成新型复合钻头设计理论与方法，研制了具有自主知识产权的3种尺寸共5种规格的系列化新产品，并在四川及冀东油田等地成功应用，取得了显著的技术效果。其中在冀东油田的定向井钻井中比同井段其他钻头的平均机械钻速提高65.9%，平均进尺提高81.9%，提升了定向钻井工况下的机械钻速和造斜率，具有广泛的推广应用前景。在2015-2017年期间，针对复杂难钻工况下的高效钻头技术方面取得了新的成果，不仅获得了一批具有自主知识产权的新技术，而且研发成功PDC-牙轮复合钻头、高温地热井专用PDC钻头等先进产品，并在钻井工程中得到了推广应用，取得了突出的经济效益。提出的PDC钻头岩石可钻性测定与分级新方法被国家石油天然气行业标准《岩石可钻性测定与分级》采纳为标准方法。

在复杂钻井条件PDC钻头数字破岩技术、个性化钻头新产品研制、破岩新工具开发等方面取得重要成果，在国内首创以数字仿真技术为核心的PDC钻头现代设计系统技术，开发了具有世界先进水平的金刚石钻头数字实验室软件，研发成功异形齿PDC钻头、定向随钻扩孔PDC钻头等7种系列产品和扭转冲击提速工具，在川克、百施特、宝石、宝锐、迪普、川庆钻采等十余家钻头企业生产，在塔里木、四川、渤海、苏里格、冀东、长庆、苏丹、土库曼斯坦、哈萨克斯坦、伊朗、肯尼亚、印尼等国内外油田500余口井应用4000余只，部分钻头的性能指标达到甚至超过贝克休斯、斯伦贝谢等国外先进企业的钻头产品。打破国外技术垄断，形成了具有自主知识产权的金刚石钻头核心技术，显著提高了个性化钻头产品的国内外市场竞争力，为深层、深水、非常规油气藏的勘探开发提供了高性能国产金刚石钻头产品。该成果获PCT国外专利2件，2015年获四川省科技进步一等奖。