目前，钻探设备已经在多个领域得到广泛的应用，但随着开采难度的增加，对钻探工具提出了更高的要求，以保障开采过程中的安全性。尤其在石油钻井中，钻杆和其接头部分在工作过程中起着十分重要的作用，但其工况条件比较恶劣，容易受到破坏，因此，要采取保护措施，增加其使用寿命。目前，采取的保护措施有多种，其实质都是使钻杆或接头与井壁或套管壁隔离，从而使破坏集中于保护部分。本文主要研究钻杆接头外壁加厚和钻杆接头耐磨带两种保护措施，并利用工程仿生学原理进行了改进。钻杆接头外壁加厚方法能使钻杆接头有较长的使用寿命，但是在工作过程中的磨损情况是没有变化的，因此本文利用工程仿生学原理，对钻杆接头进行仿生耦合处理，使其具有更好的性能。本文利用激光加工技术，在钻杆接头试样表面加工具有不同尺寸和分布间隔的凹坑形、条纹形和网格形仿生耦合单元体，形成仿生耦合表面，通过试验研究仿生耦合试样的性能。通过激光加工仿生耦合单元体，能使材料表面硬度增加，并与其形状、尺寸和分布间隔有关；对仿生耦合试样的耐磨性进行了试验研究，通过正交试验分析了影响仿生耦合试样耐磨性的主次因素，并确定了优水平及优搭配，发现影响耐磨性能的主要因素是单元体的形状，其次是单元体尺寸，最后是单元体的分布间隔。在相同条件下，网格形仿生耦合试样耐磨性最好，其次是条纹形，最后是凹坑形；在试验范围内，耐磨性随单元体尺寸的增加而增加，随分布间隔的增加而降低。观察了试样的磨损形貌，分析了磨损机理，认为仿生耦合试样能提高耐磨性的原因主要有三个：a.仿生耦合单元体本身提高了基体材料表面的耐磨性；b.激光加工使基体材料强化，从而提高耐磨性；c.仿生耦合结构改变了磨粒的运动方式，由滑动变为滚动，减轻划伤和犁沟磨损。钻杆接头耐磨带技术是应用比较广泛的钻杆接头保护技术，但其研究主要集中耐磨带焊丝配方上，本文利用仿生纤维增强原理，采用焊接方法加工含有碳纤维的仿生纤维增强耐磨带，并对其性能进行试验研究。含有碳纤维的仿生纤维增强耐磨带的表面硬度普遍高于普通耐磨带，随含量的增加，其硬度值升高。仿生纤维增强耐磨带的耐磨性能优于普通耐磨带，在一定范围内随碳纤维的含量增加，耐磨性能更佳。分析了仿生纤维增强耐磨带具有优良性能的机理，认为碳纤维的加入使得焊层组织连接更加紧密，硬度提高，耐磨性提高；同时在磨损过程中，表面基体磨损后，碳纤维在焊层表面形成仿生耦合结构，提高了耐磨性能。