石油钻井和地质钻探中应用较多的还是牙轮钻头。牙轮钻头在旋转时具有冲击、压碎和剪切破碎地层岩石的作用，牙轮钻机，所以，牙轮钻头能够适应软、中、硬的各种地层。特别是在喷射式牙轮钻头和长喷嘴牙轮钻头出现后，牙轮钻头的钻井速度大大提高，是牙轮钻头发展的一次重大革命。牙轮钻头按牙齿类型可分为铣齿（钢齿）牙轮钻头、镶齿（牙轮上镶装硬质合金齿） 牙轮钻头；按牙轮数目可分为单牙轮钻头、三牙轮钻头和组装多牙轮钻头。国内外使用较多、较普遍的是三牙轮钻头。
钻头的穿孔速度，与所穿凿岩石的物理力学性质，施加于钻头上的轴向压力、钻具的回转速度、钻头的扭矩、牙轮齿的形状和同时参加破碎岩石的齿数，以及吹洗炮孔的压缩空气量等许多因素有关。根据牙轮钻机穿孔的岩石破碎机理，其中决定穿孔工作制度的较主要参数是轴压、回转速度和排渣风量。
为了有效地破碎岩石，必须对钻头施加足够的轴向压力，以便由牙轮齿引起的应力足以克服岩石抗压强度，但施加给钻头的轴压里有一定的合理值，即不能过大，也不能过小。当轴压值超过更佳值到一定程度时，轴压再加大，穿孔速度也不增加，轴压太大还将引起硬质合金齿的折断或使钻头的轴承损坏。
牙轮钻头作为一种钻削岩层的工具已被广泛应用，钻头性能的显著改进直接降低钻井成本，尤其是近十年进步较快。使用寿命和钻速两个性能指标，它们确定钻头影响钻井成本的程度。提高钻头的机械钻速和使用寿命是降低钻井成本的有效途径，有资料证实，钻速的改进比钻头寿命的改进对降低钻井成本的影响更大，其中钻头切削结构的改进是提高钻头的机械钻速较直接的方法。很长时间以来，人们对切削结构的改进主要集中于主切削齿结构，例如在硬质合金齿结构方面，人们先后发明了楔形齿、勺形齿、偏顶勺形齿、等磨损齿等等。人们逐渐认识到保径结构也对钻头机械钻速和寿命有较大影响，尤其在大斜度井和水平井应用的钻头要求具有合理的保径结构，许多新型保径结构被研究开发出来并应用到牙轮钻头上取得了良好的效果。
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