牙輪鉆頭的沖擊、壓碎作用

  鉆進(jìn)時，鉆頭及其牙輪繞鉆頭軸線旋轉(zhuǎn)，牙輪牙齒受地層巖石阻力作用同時繞自身軸旋轉(zhuǎn)，并且牙齒以單雙齒交替接觸井底。

  牙輪從單齒到雙齒接觸井底時，牙輪中心從高位置降到低位置;牙輪再次從雙齒到單齒接觸井底時，牙輪中心又從低位置升到高位置。如此反復(fù)運(yùn)動，牙輪軸心周期性的升高、降低，使鉆頭產(chǎn)生縱向振動，振幅是輪心的垂直位移。每次縱振過程中，軸心上移會壓縮下部鉆柱積聚彈性能，軸心下行又使下部鉆柱彈性伸長釋放彈性能。因次，牙輪鉆頭在井底破碎巖石時，牙齒作用在巖石上的力不僅有鉆壓所產(chǎn)生的靜載荷，還有因縱向振動而使牙齒以很高速度沖向巖石所產(chǎn)生的動載荷，前者使牙齒壓碎巖石，稱為壓碎作用;后者使牙齒沖擊破碎巖石，稱為沖擊作用。

  鉆頭的沖擊載荷有利于破碎巖石，但也會使鉆頭軸承過早破壞，使牙齒特別是硬質(zhì)合金齒崩碎，造成鉆柱的疲勞失效。因此，在鉆井中，特別是鉆硬地層時，要使用減震器。

  牙輪鉆頭的剪切作用

  牙輪鉆頭的剪切作用是通過牙輪在井底滾動的同時產(chǎn)生輪齒對井底巖石的滑動來實(shí)現(xiàn)。產(chǎn)生滑動有三個因素：超頂、復(fù)錐和移軸。

  超頂引起的滑動(滑動方向垂直于牙輪母線、即沿切線方向)

  移軸引起的滑動(滑動方向沿牙輪軸向)

  復(fù)錐引起的滑動

  復(fù)錐牙輪包括主錐和副錐如主錐頂與鉆頭中心重合，則副錐頂必是超頂?shù)某斠鹎芯€方向上的滑移。

  由移軸所引起的軸向滑動可以剪切掉齒圈間的巖石，而超頂和復(fù)錐所引起的切向方向上的滑動可以剪切掉同一齒圈相鄰牙齒破碎坑之間的巖石?；瑒釉黾恿搜例X的磨損。

  對于極軟到中硬地層的鉆頭，一般兼有移軸、超頂和復(fù)錐;中硬或硬地層鉆頭有超頂和復(fù)錐。極硬地層，所選鉆頭為純滾動(單錐、不超頂、不移軸)。