水井鉆機常用的鉆頭主要分為刮刀鉆頭、牙輪鉆頭、金剛石鉆頭、硬質合金鉆頭、PDC鉆頭和特種鉆頭等多種類型，本文重點為朋友們講解一下牙輪鉆頭。
一、牙輪鉆頭的結構
牙輪鉆頭是由殼體、牙爪、軸承、永眼和儲油密封補償系統等部分組成。
二、牙輪鉆頭的分類
牙輪鉆頭有鑲齒和銑齒兩大類，根據地層巖性的不同又可分為七種類型，其中JR,R,ZR三種型號適用于極軟到中軟地層，Z型、ZY型適用于中到中硬地層，Y型、JY型適用于硬到極硬地層。按軸承結構不同，又可分為普通軸承、滾動密封軸承和滑動密封軸承。
三、牙輪鉆頭的工作原理
1)牙齒的公轉與自轉
牙輪鉆頭工作時，固定在牙輪上的牙齒隨鉆頭一起繞鉆頭軸線做順時針方向的旋轉運動稱作公轉；牙齒繞牙輪軸線做逆時針方向的旋轉運動稱作自轉。牙輪自轉的轉速與鉆頭公轉的轉速以及牙齒對井底的作用有關，牙輪的自轉是破碎巖石時牙齒與地層巖石之間的相互作用力的結果。牙輪分為單錐、復錐。
2)鉆頭的縱向振動及對地層的沖擊、壓碎作用
牙輪鉆頭工作時，鉆壓經牙齒作用在巖石上，牙輪滾動使牙齒與井底的接觸呈單齒、雙齒交錯進行，單齒接觸井底時，牙輪的中心處于最高位置；雙齒接觸井底時，牙輪的中心下降。牙輪的滾動使牙輪中心位置不斷上下交換，使鉆頭沿軸線做上下往復運動，即鉆頭的縱向振動。
鉆頭在井底的縱向振動使鉆柱不斷壓縮與伸張，從而產生一個沖擊載荷，通過鉆頭牙齒轉化為對地層的沖擊作用力，這是破碎巖石的主要方式。沖擊載荷雖有利于破碎巖石，但會使鉆頭軸承過早損壞，致使牙齒特別是硬質合金齒崩碎。
牙輪鉆頭工作時，鉆壓經牙齒作用在巖石上，牙輪滾動使牙齒與井底的接觸呈單齒、雙齒交錯進行，單齒接觸井底時，牙輪的中心處于最高位置;雙齒接觸井底時，牙輪的中心下降。牙輪的滾動使牙輪中心位置不斷上下交換，使鉆頭沿軸線做上下往復運動，即鉆頭的縱向振動。
鉆頭在井底的縱向振動使鉆柱不斷壓縮與伸張，從而產生一個沖擊載荷，通過鉆頭牙齒轉化為對地層的沖擊作用力，這是破碎巖石的主要方式。沖擊載荷雖有利于破碎巖石，但會使鉆頭軸承過早損壞，致使牙齒特別是硬質合金齒崩碎。
3)牙齒對地層的剪切作用
牙輪鉆頭除對地層巖石產生沖擊、壓碎作用外，還對地層巖石產生剪切作用。剪切作用主要是通過牙輪在井底滾動時產生牙齒對井底的滑動來實現，滑動是由鉆頭的超頂、復錐和移軸三種結構特點所引起的。超頂和復錐引起的滑動除可在切線方向與沖擊、壓碎作用共同破碎巖石外，還可以剪切掉同一齒圈相鄰牙齒破碎坑之間的巖石。移軸除能在軸向產生滑動和切削地層作用外，還可以剪切掉齒圈之間的巖石。牙齒的滑動雖然可以剪切井底巖石以提高破碎效率，但相應地也使牙齒磨損加劇。移軸產生的軸向滑動使牙齒的內端面部分產生磨損，而超頂和復錐引起的切線方向滑動則使牙齒側面磨損。
4)牙輪鉆頭的自洗
牙輪鉆頭在工作時，特別是軟地層鉆進時，牙齒間易出現積存巖屑產生泥包的情形，從而影響水井鉆機的鉆進效率。自潔式鉆頭通過牙輪的一定布置，牙輪的牙齒間積存的巖屑可由另一個牙輪的牙齒剔除，可使各牙輪的牙齒互相嚙合，一個這種方式就稱作牙輪鉆頭的自洗作用。
四、牙輪鉆頭的特點
優點：
1.適應地層范圍廣，適合在所有地層中鉆進。
2.沖擊和剪切雙重作用破巖，既有牙齒的沖擊又有滑動引起的剪切，破巖效率高。
3.鉆頭成本較低。
4.鉆頭自洗效果好，不容易泥包。
缺點：
1、由于軸承的壽命和牙齒耐磨性的限制，鉆頭壽命相對較低；
2、在高溫條件下，鉆頭密封和潤滑系統容易損壞，因而不適合高溫地層；
3、由于軸承在高轉速下壽命較低，因此牙輪鉆頭不適合高轉速，一般適合在200轉/分以下；
4、在小井眼中由于牙輪尺寸受到限制，壽命很低，因此不適合小井眼鉆井；
5、由于存在薄弱環節（如軸承密封與鎖緊部位），經常會造成牙輪脫落，造成鉆井事故；
6、所需鉆壓相對較高，不適合在易斜地層使用。