近年来,随着钻井深度的不断增加,所钻遇的地质情况也有所变化,其中中深井的钻井过程又出现了许多新的难点。在钻进中深井的过冲中,井深增加,地层温度和压力也在不断地增大,这就造成岩石强度、硬度和可钻性等一系列力学性质发生明显变化。尤其是岩石开始由脆性破坏向塑性破坏转变,此时钻头选择不当会大大地降低钻速。因此,本文以大庆油田中深井钻井过程中所出现的问题为基础,针对中深井PDC钻头结构优化设计展开研究。本文首先针对大庆油田中深井分布的主要区域——松辽盆地中央坳陷区展开研究,分析了地层岩石的弹性参数、抗压强度、硬度、塑性系数以及可钻性极值,发现该地区地层岩石可钻性级值大部分在6-9区间,结构复杂,硬度不均。也对该研究区域PDC钻头(即现场常用的一种PDC钻头—PFM635)的应用情况进行统计分析,总结其优缺点。同时,分析了PDC钻头的结构特性,揭示出其切削齿破岩、磨蚀等工作原理,并分析了PDC钻头工作的影响因素。基于已有研究成果深入探讨了PDC钻头的结构设计的原理,主要包括：钻头冠部形状、切削结构、水力结构等内容,给出PDC钻头各个结构的设计理论与方法。最后进行了适用于大庆油田中深井的六翼PDC钻头结构优化设计,运用Solidworks软件进行所设计PDC钻头的三维实体建模。制作出了优化后的PDC钻头样件,进行现场实验。实验结果表明：该六翼PDC钻头结构优化设计合理,达到最大限度地提高钻速、降低钻井成本的目的。本文的研究对指导油气田勘探开发中所钻遇的中深井地层提高钻速、降低钻井成本具有一定的现实意义和实用价值。