牙輪鉆頭是使用廣泛的一種鉆井鉆頭。牙輪鉆頭工作時切削齒交替接觸井底，破巖扭矩小，切削齒與井底接觸面積小，比壓高，易于吃入地層；工作刃總長度大，因而相對減少磨損。牙輪鉆頭能夠適應(yīng)從軟到堅硬的多種地層。
牙輪鉆頭作為一種鉆削巖層的工具已被廣泛應(yīng)用，鉆頭性能的顯著改進(jìn)直接降低鉆井成本，尤其是近十年進(jìn)步快。使用壽命和鉆速兩個性能指標(biāo)，它們確定鉆頭影響鉆井成本的程度。提高鉆頭的機械鉆速和使用壽命是降低鉆井成本的有效途徑，有資料證實，鉆速的改進(jìn)比鉆頭壽命的改進(jìn)對降低鉆井成本的影響更大，其中鉆頭切削結(jié)構(gòu)的改進(jìn)是提高鉆頭的機械鉆速直接的方法。很長時間以來，人們對切削結(jié)構(gòu)的改進(jìn)主要集中于主切削齒結(jié)構(gòu)，例如在硬質(zhì)合金齒結(jié)構(gòu)方面，人們先后發(fā)明了楔形齒、勺形齒、偏頂勺形齒、等磨損齒等等。人們逐漸認(rèn)識到保徑結(jié)構(gòu)也對鉆頭機械鉆速和壽命有較大影響，尤其在大斜度井和水平井應(yīng)用的鉆頭要求具有合理的保徑結(jié)構(gòu)，許多新型保徑結(jié)構(gòu)被研究開發(fā)出來并應(yīng)用到牙輪鉆頭上取得了良好的效果。
從鉆頭廠商和研究機構(gòu)在三牙輪鉆頭保徑結(jié)構(gòu)研究應(yīng)用動態(tài)可以看出，人們逐漸認(rèn)識到保徑結(jié)構(gòu)對鉆頭機械鉆速和壽命有較大影響，尤其在定向井和水平井應(yīng)用的鉆頭影響更大，研究開發(fā)的新型鉆頭保徑結(jié)構(gòu)在牙輪鉆頭應(yīng)用中取得了好的效果。鉆頭保徑結(jié)構(gòu)從被動保徑發(fā)展到主動保徑，保徑材料從低耐磨材料發(fā)展到高耐磨的復(fù)合材料，鉆頭保徑結(jié)構(gòu)和材料的改進(jìn)大大提高了鉆頭性能，鉆頭軸承也采用了比瑟奴特種油脂，B.GREASE-310/S 三牙輪鉆頭高溫潤滑脂是合成的二合一式潤滑脂/密封脂，采用新一代全合成基礎(chǔ)油，并添加了極壓、抗磨、抗氧化、防銹劑等多種添加劑精制調(diào)配而成。設(shè)計用于油氣田高溫牙輪鉆頭軸承的密封和潤滑。進(jìn)一步提高了鉆頭的機械鉆速和壽命。良好的耐高溫性能，抗剪切安定性，可防止?jié)櫥趶娂羟辛透邷叵铝魇В粌?yōu)異的抗磨性和極壓性，可承受強的沖擊載荷和來自牙輪鉆頭任意方向的壓力； 良好的密封性能，能自動形成密封層以阻擋水份及粉塵污染物；*的抗水性，當(dāng)密封圈損壞時，不會因水和鉆井液進(jìn)入而造成分解和稀釋；與多種橡膠接觸兼容性良好，不會導(dǎo)致 O 型圈收縮與膨脹，不會引起老化及爆裂。廣泛用于橡膠與橡膠、金屬與橡膠，如：機械密封；旋轉(zhuǎn)環(huán)和靜止環(huán)、0型橡膠圈、骨架油封、苛刻條件下運行的高溫重載軸承，尤其適用于密封或半密封軸承的終身潤滑；適用于石油、天然氣勘探開發(fā)及地質(zhì)勘探鉆井用牙輪鉆頭的滑動、滾動密封軸承的潤滑。國內(nèi)外在保徑結(jié)構(gòu)及材料研究方面有一定差距，國內(nèi)相關(guān)鉆頭研究機構(gòu)和廠商應(yīng)進(jìn)一步加強對保徑結(jié)構(gòu)及材料的研究，尤其注重在鉆頭中研究應(yīng)用一些主動保徑結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高國產(chǎn)牙輪鉆頭性能，為鉆井用戶提供適應(yīng)鉆井新工藝的鉆頭。目前國內(nèi)一些廠家已經(jīng)開始進(jìn)一步改善，采用浮動軸承結(jié)構(gòu)，浮動元件由高強度、高耐溫性、高耐磨性特點的新材料制成，表面經(jīng)固體潤滑劑處理。在降低軸承副相對線速度的同時，減少摩擦面溫升，能有效提高高鉆壓或高轉(zhuǎn)速鉆井工藝條件下的軸承壽命和軸承可靠性。采用高精度的金屬密封。金屬密封由一副精心設(shè)計加工的金屬密封環(huán)作為軸承軸向動密封，橡膠供能圈分別位于牙掌和牙輪密封區(qū)域內(nèi)作為靜密封，優(yōu)化的密封壓縮量確保了兩個金屬環(huán)密封表面始終保持良好接觸。
鋼球牙輪，適應(yīng)高轉(zhuǎn)速。采用可限制壓差并防止鉆井液進(jìn)入潤滑系統(tǒng)的全橡膠儲油囊，為軸承系統(tǒng)提供了良好的潤滑保證。采用可耐300°C高溫B.GREASE-310/S 三牙輪鉆頭高溫潤滑脂。鑲齒鉆頭采用高強度高韌性硬質(zhì)合金齒，優(yōu)化設(shè)計的齒排數(shù)、齒數(shù)、露齒高度和*的合金齒外形，充分發(fā)揮了鑲齒鉆頭高耐磨性和優(yōu)異的切削能力。鋼齒鉆頭齒面敷焊新型耐磨材料，在保持鋼齒鉆頭高機械鉆速的同時，提高了鉆頭切削齒壽命。
石油鉆井和地質(zhì)鉆探中應(yīng)用多的還是牙輪鉆頭。牙輪鉆頭在旋轉(zhuǎn)時具有沖擊、壓碎和剪切破碎地層巖石的作用，所以，牙輪鉆頭能夠適應(yīng)軟、中、硬的各種地層。特別是在噴射式牙輪鉆頭和長噴嘴牙輪鉆頭出現(xiàn)后，牙輪鉆頭的鉆井速度大大提高，是牙輪鉆頭發(fā)展*的一次重大革命。牙輪鉆頭按牙齒類型可分為銑齒（鋼齒）牙輪鉆頭、鑲齒（牙輪上鑲裝硬質(zhì)合金齒） 牙輪鉆頭；按牙輪數(shù)目可分為單牙輪鉆頭、三牙輪鉆頭和組裝多牙輪鉆頭。國內(nèi)外使用普遍的是三牙輪鉆頭。
