三牙輪鉆頭工作原理
1、鉆頭的公轉(zhuǎn)
鉆頭繞自身軸線作順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)叫公轉(zhuǎn)。鉆頭的公轉(zhuǎn)速度就是轉(zhuǎn)盤或井下動(dòng)力鉆具的旋轉(zhuǎn)速度。鉆頭公轉(zhuǎn)時(shí)，牙輪也繞鉆頭軸線旋轉(zhuǎn)，牙輪上各排牙齒繞鉆頭軸線旋轉(zhuǎn)的線速度不同，外排齒的線速度。
2、鉆頭的自轉(zhuǎn)
鉆頭旋轉(zhuǎn)時(shí)，牙輪繞牙掌軸線作反時(shí)針旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)叫自轉(zhuǎn)。牙輪的自轉(zhuǎn)速度決定于鉆頭的公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，并與牙齒對(duì)井底的作用有關(guān)，是巖石對(duì)牙齒的吃入破碎作用產(chǎn)生阻力作用的結(jié)果，在純滾動(dòng)條件下，牙輪自轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速是鉆頭公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的1.5倍。
3、鉆頭的縱振（軸向振動(dòng)）沖擊壓碎作用
鉆頭工作時(shí)，牙齒與井底的接觸是單齒、雙齒交替進(jìn)行的。單齒著地時(shí)，牙輪的輪心處于位置，雙齒著地時(shí)輪心下降。輪心位置的變化使鉆頭沿軸向作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，就是鉆頭的縱向振動(dòng)，它與牙齒的齒高、巖性有關(guān)。軟地層振幅小，硬地層振幅大。振動(dòng)頻率與齒數(shù)和牙輪轉(zhuǎn)速成正比。
4、鉆頭的滑動(dòng)剪切破碎作用
破碎不同類型的巖石，要求鉆頭有不同的滑動(dòng)量，滑動(dòng)量由鉆頭結(jié)構(gòu)參數(shù)決定。軟地層鉆頭滑動(dòng)量大，硬地層應(yīng)盡量小或不滑動(dòng)，避免牙早期損壞。但實(shí)際鉆井中，即使設(shè)計(jì)的純滾鉆頭仍然存在著滑動(dòng)。
5、鉆壓對(duì)巖石破碎速度的影響
巖石的破碎過(guò)程分三個(gè)區(qū)段：Ⅰ表面破碎階段、Ⅱ疲勞破碎階段、Ⅲ體積破碎階段。如下圖左，表面破碎時(shí),鉆壓遠(yuǎn)小于巖石硬度；隨著鉆壓增大逐漸接近巖石的硬度，通過(guò)牙齒多次對(duì)巖石的沖擊，使巖石出現(xiàn)微裂紋而產(chǎn)生體積破碎，為疲勞破碎；當(dāng)鉆壓達(dá)到或超過(guò)巖石硬度時(shí)，牙齒每次沖擊都能使巖石產(chǎn)生體積破碎，為體積破碎。當(dāng)產(chǎn)生體積破碎時(shí)，機(jī)械鉆速迅速增加。
