三牙轮钻头是石油钻井作业中非常重要的工具,其工作性能的好坏直接影响钻井质量、钻井效率和钻井成本。由于钻头在井底工作情况的复杂性,使得人们难以准确判断其工作性能,如果钻头尚能工作而提前取出钻头,将会造成人力物力的浪费,如果钻头发生故障而过晚取出钻头,将会严重影响钻井效率。为了能够准确判断井下三牙轮钻头的损坏情况以及工作性能,对三牙轮钻头进行可靠性分析及故障诊断研究具有重要的实际意义。本文以三牙轮钻头为研究对象,通过理论与实验研究相结合的方法,着重研究了HJT517G三牙轮钻头故障振动信号特征提取原理、神经网络状态识别技术以及三牙轮钻头工作可靠性分析等工作,取得了一定的研究成果。本文首先调研某油田实际生产中HJT517G三牙轮钻头使用情况,结合三牙轮钻头工作原理,简要分析了三牙轮钻头的主要失效模式及失效原因。其次,设计并制造一套三牙轮钻头加载及模拟运转实验系统,采集正常钻头、牙轮掉齿故障钻头和轴承故障钻头的振动信号,针对实验获得的数据采用时域分析、频域分析、时频分析、小波和小波包分析以及双谱分析等多种分析方法,提取了三牙轮钻头振动信号故障特征参量。然后,基于BP神经网络理论建立了BP网络模型,确定了网络输入层、输出层个数、以及隐层层数和隐层节点数,在此研究基础上,将LabWindows/CVI与matlab软件相结合,编制了三牙轮钻头故障诊断系统,实现了对不同钻头故障状态的识别。最后,通过对收集的HJT517G钻头在不同地层正常工作时间的概率统计,采用Visual Basic编制了钻头可靠性分析系统,实现了此型钻头的可靠性分析。结果表明,本文开发研制的三牙轮钻头故障诊断系统和可靠性分析系统为石油钻井过程中钻头起下钻时间的确定提供了重要的理论依据,为井下钻头的合理使用及科学管理提供了重要的理论和实践基础。