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。
从钻头厂商和研究机构在三牙轮钻头保径结构研究应用动态可以看出，人们逐渐认识到保径结构对钻头机械钻速和寿命有较大影响，尤其在定向井和水平井应用的钻头影响更大，研究开发的新型钻头保径结构在牙轮钻头应用中取得了好的效果。钻头保径结构从被动保径发展到主动保径，保径材料从低耐磨材料发展到高耐磨的复合材料，钻头保径结构和材料的改进大大提高了钻头性能，钻头轴承也采用了比瑟奴特种油脂，B.GREASE-310/S 三牙轮钻头高温润滑脂是合成的二合一式润滑脂/密封脂，采用新一代全合成基础油，并添加了极压、抗磨、抗氧化、防锈剂等多种添加剂精制调配而成。设计用于油气田高温牙轮钻头轴承的密封和润滑。进一步提高了钻头的机械钻速和寿命。良好的耐高温性能，抗剪切安定性，可防止润滑脂在强剪切力和高温下流失；优异的抗磨性和极压性，可承受强的冲击载荷和来自牙轮钻头任意方向的压力； 良好的密封性能，能自动形成密封层以阻挡水份及粉尘污染物；独特的抗水性，当密封圈损坏时，不会因水和钻井液进入而造成分解和稀释；与多种橡胶接触兼容性良好，不会导致 O 型圈收缩与膨胀，不会引起老化及爆裂。广泛用于橡胶与橡胶、金属与橡胶，如：机械密封；旋转环和静止环、0型橡胶圈、骨架油封、苛刻条件下运行的高温重载轴承，尤其适用于密封或半密封轴承的终身润滑；适用于石油、天然气勘探开发及地质勘探钻井用牙轮钻头的滑动、滚动密封轴承的润滑。国内外在保径结构及材料研究方面有一定差距，国内相关钻头研究机构和厂商应进一步加强对保径结构及材料的研究，尤其注重在钻头中研究应用一些主动保径结构，进一步提高国产牙轮钻头性能，为钻井用户提供适应钻井新工艺的钻头。目前国内一些厂家已经开始进一步改善，采用浮动轴承结构，浮动元件由高强度、高耐温性、高耐磨性特点的新材料制成，表面经固体润滑剂处理。在降低轴承副相对线速度的同时，减少摩擦面温升，能有效提高高钻压或高转速钻井工艺条件下的轴承寿命和轴承可靠性。采用高精度的金属密封。金属密封由一副精心设计加工的金属密封环作为轴承轴向动密封，橡胶供能圈分别位于牙掌和牙轮密封区域内作为静密封，优化的密封压缩量确保了两个金属环密封表面始终保持良好接触。
钢球牙轮，适应高转速。采用可限制压差并防止钻井液进入润滑系统的全橡胶储油囊，为轴承系统提供了良好的润滑保证。采用可耐300°C高温B.GREASE-310/S 三牙轮钻头高温润滑脂。镶齿钻头采用高强度高韧性硬质合金齿，优化设计的齿排数、齿数、露齿高度和独特的合金齿外形，充分发挥了镶齿钻头高耐磨性和优异的切削能力。钢齿钻头齿面敷焊新型耐磨材料，在保持钢齿钻头高机械钻速的同时，提高了钻头切削齿寿命。
石油钻井和地质钻探中应用多的还是牙轮钻头。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，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，是牙轮钻头发展史上的一次重大革命。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。国内外使用普遍的是三牙轮钻头。