鉆頭技術也是本室傳統的優勢研究方向，研究水平國內領先，在國際上也有較高影響力。鉆頭研究室現為油氣鉆井技術國家工程實驗室鉆頭研究室、中石油集團鉆井工程重點實驗室鉆頭研究室、四川省巖石破碎學與鉆頭研究高校重點實驗室。長期以來，鉆頭研究團隊在鉆井破巖技術的理論研究和新技術開發方面取得了大量成果，為我國油氣井鉆頭技術的發展提供了核心技術支持。
引入巖石動力學理論研究巖石破碎機理，針對巖石在預損傷條件下巖石破碎行為開展研究，并與澳大利亞Monash大學國際知名巖石動力學專家Zhao J.教授課題組建立了合作關系。研發成功高溫地熱鉆井專用PDC鉆頭并在肯尼亞規?；瘧?，針對牙輪鉆頭在250℃以上高溫井段壽命很低及PDC復合片“熱磨損”效應等技術難題，提出了高溫地熱井PDC鉆頭設計理論，首次研發成功肯尼亞高溫地熱鉆井專用PDC鉆頭，并獲得規模化推廣應用，創造了多項肯尼亞鉆井記錄，成功鉆至3650m，井底溫度392℃。與牙輪鉆頭相比PDC鉆頭在單只鉆頭進尺、行程鉆速分別提高840%和70.9%、鉆時下降44.2%。在2000m以下深部井段完全取代了牙輪鉆頭，是目前肯尼亞技術領先、居壟斷地位的高溫井段PDC鉆頭。已累計生產、應用約50只，節約鉆井成本4000萬美金。針對復雜難鉆地層及定向井鉆井效率低及工具面不穩定等問題，提出“滾刀式復合鉆頭”專利技術，從破巖機理研究入手，形成新型復合鉆頭設計理論與方法，研制了具有自主知識產權的3種尺寸共5種規格的系列化新產品，并在四川及冀東油田等地成功應用，取得了顯著的技術效果。其中在冀東油田的定向井鉆井中比同井段其他鉆頭的平均機械鉆速提高65.9%，平均進尺提高81.9%，提升了定向鉆井工況下的機械鉆速和造斜率，具有廣泛的推廣應用前景。在2015-2017年期間，針對復雜難鉆工況下的高效鉆頭技術方面取得了新的成果，不僅獲得了一批具有自主知識產權的新技術，而且研發成功PDC-牙輪復合鉆頭、高溫地熱井專用PDC鉆頭等先進產品，并在鉆井工程中得到了推廣應用，取得了突出的經濟效益。提出的PDC鉆頭巖石可鉆性測定與分級新方法被國家石油天然氣行業標準《巖石可鉆性測定與分級》采納為標準方法。
在復雜鉆井條件PDC鉆頭數字破巖技術、個性化鉆頭新產品研制、破巖新工具開發等方面取得重要成果，在國內首創以數字仿真技術為核心的PDC鉆頭現代設計系統技術，開發了具有世界先進水平的金剛石鉆頭數字實驗室軟件，研發成功異形齒PDC鉆頭、定向隨鉆擴孔PDC鉆頭等7種系列產品和扭轉沖擊提速工具，在川克、百施特、寶石、寶銳、迪普、川慶鉆采等十余家鉆頭企業生產，在塔里木、四川、渤海、蘇里格、冀東、長慶、蘇丹、土庫曼斯坦、哈薩克斯坦、伊朗、肯尼亞、印尼等國內外油田500余口井應用4000余只，部分鉆頭的性能指標達到甚至超過貝克休斯、斯倫貝謝等國外先進企業的鉆頭產品。打破國外技術壟斷，形成了具有自主知識產權的金剛石鉆頭核心技術，顯著提高了個性化鉆頭產品的國內外市場競爭力，為深層、深水、非常規油氣藏的勘探開發提供了高性能國產金剛石鉆頭產品。該成果獲PCT國外專利2件，2015年獲四川省科技進步一等獎。
