牙轮钻头密封件防护装置制造方法及图纸

一种地钻钻头，包括具有悬置的牙轮轴(15)和可旋转地安装于 其上的牙轮(17)的钻头体。密封件(29)密封在所述牙轮轴和牙轮 之间。环形的成组的刚毛(45)定位在密封件的至少一部分动态密封 面附近，以保护所述密封件不受碎屑的影响。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】牙轮钻头密封件防护装置
.—本申请要求于2006年9月21日提交的序列号为No.ll/524819的美国专利申请的优先权。本专利技术大体上涉及旋转式牙轮地钻钻头，特别涉及一种防护装置， 用于使每一个牙轮的密封件不会由于碎屑而损坏。
技术介绍
这里所述类型的地钻钻头具有带至少一个通常为三个的牙轮轴的 钻头体，和可旋转地安装至每一个牙轮轴的牙轮。每一个牙轮具有切 削元件，用于在钻头体旋转时破碎地下岩层。牙轮空腔和牙轮轴之间 的支承空间填充以润滑剂。 一密封件位于牙轮空腔的出口附近以便将 润滑剂与钻井液密封隔开。'在钻挖井眼操作时，不管是产生于轴承还是井眼的碎屑，都可能 找到通向密封件的通道并导致磨损。一种类型的密封件包括弹性部件， 它具有与牙轮轴滑动接合的内径和通常与牙轮静态接合的外径。这种类型的密封件与牙轮轴一起形成了接合区域，并且使得碎屑在附近聚 集而移动到密封界面中。该聚集的碎屑可导致磨损和渗漏。另 一种类型的密封件利用由弹性环加强的金属-金属界面密封作 为初级密封。 一种类型的密封件组件利用增能环的弹性密封件外部作 为二级密封来保护初级密封。二级密封件占据了宝贵的空间，并且该 组件需要对该两个密封件之间的空间进行压力补偿。其它设计使用在内径上具有更加耐磨损的弹性层的弹性环。更加 耐磨损的层可包括不同的弹性体，或可由耐磨损织物制成。
技术实现思路
在本专利技术中，安装有具有多孔界面的密封件防护装置，且安装成该多孔界面与密封区域的其中一个环形面滑动接合，以便保护初级密 封。优选地，该防护装置包括可排斥或捕集碎屑但并不密封的刷子或 一组刚毛。该刷子可粘结或模制至密封件。在一个实施例中，刷子的暴露面 最初从密封件的内径向内凹入一定的量，该凹入量由安装好的密封件 的预定挤压程度来决定。当该密封件在牙轮轴和密封凹槽底部之间变 形时，刷子的暴露面与密封件的内径齐平。在另一个实施例中，当密封件处于其自然未变形状态时，刷子的 暴露面与密封件的内径齐平。当该密封件在牙轮轴和密封件凹槽底部 之间变形时，刷子的刚毛抵靠牙轮轴而偏斜。在另 一 个实施例中，密封件的位于密封件润滑剂侧的内径小于钻 井液侧上的密封件的内径。刷子粘结至密封件的钻井液侧的内径上， 这样最初向内凹入。当密封件在密封件凹槽和牙轮轴之间变形时，刷 子大体上与牙轮轴接触。在第四实施例中，刷子在密封件凹槽的钻井液侧上安装至牙轮空 腔。在密封件和刷子之间的密封件凹槽中可定位扁平的间隔垫圈，用 以支撑并稳定该刷子。附图说明图l是根据本专利技术的具有密封件的地钻钻头的部分截面图。图2是图1所示密封件组件和钻头的一部分的放大截面图。图3是从图2的3-3线截取的密封件组件的部分截面图。图4是安装在图2所示的密封件内的一组刚毛或刷子的放大横截面图，并且图示状态为与密封件分开的状态。图5是图2所示密封件组件的截面图，示出了其处于自然、未变形状态时的情形。图6是图2所示密封件组件的替代实施例的截面图，示出了其松弛状态。图7是图2所示密封件组件的另一替代实施例的截面图，示出了其松弛状态。图8是图2所示密封件组件的另一替代实施例以及图l所示钻头 的一部分的截面图。具体实施例方式参照图1，该钻头具有带至少一个优选为三个的牙轮钻头巴掌13 的钻头体ll。牙轮轴15从每一个牙轮钻头巴掌13朝着钻头的旋转轴 线向下及向前悬置延伸。牙轮17具有空腔19，空腔19在牙轮轴15 上滑动，以允许该牙轮17相对于牙轮轴15旋转。牙轮17在其外部具 有多个切削元件21。切削元件21可以是压入到配合孔内的碳化钨嵌 入件，或者切削元件21可包括由牙轮17整体加工成的齿。牙轮17 通过锁定部件保持在牙轮轴15上，在该实施例中，锁定部件包括多个 球体23，所述球体定位在牙轮空腔19内的牙轮轴15的配合环形槽中。润滑剂通道25从补偿器27经每一个牙轮钻头巴掌13延伸至空腔 19内的支承空间。密封件29用于将润滑剂密封在支承空间内。补偿 器27降低了密封件29两侧的压差(该密封件29在其后侧承受井眼压 力并且在其前侧承受润滑剂压力)。参照图2,密封件29优选地定位在形成于牙轮空腔19中的密封 槽31内。密封.槽31具有圆柱形底部和垂直于牙轮轴15的轴线的平行 平坦侧壁。密封槽31在空腔19内的位置距离空腔19的出口较短。牙 轮17具有环绕空腔19的出口的背面33。密封件29包括具有外径35和内径37的弹性环。优选地，外径 35和内径37大体上为圆柱形，并且优选地，密封件29的前后侧面38 大体上是平的。密封件29具有其它形状也是可行的。在该实施例中，密封件防护装置39安装到密封件内径37以便与 其一起旋转。密封件防护装置39是柔性的环形部件，其轴向宽度小于 密封件内径37的从一个密封侧面38至另一个密封侧面的轴向宽度。 在该实施例中，仅示出了一个防护装置39，不过可以有多个防护装置 安装至密封件的内径37。与密封件29不同，密封件防护装置39不会密封至形成在牙轮轴15上的动态密封区域。相反，它包括多孔表面， 以允许流体移动，以捕集、排斥或阻止碎屑。 一旦安装好后，密封件 防护装置39的内径优选与牙轮轴15的外径大体上相同。在图2所示的实施例中，密封件29的内径37具有位于防护装置 39的一侧上的润滑剂侧动态密封面40和位于防护装置39的另一侧上 的钻井液侧动态密封面41。密封面40， 41以滑动接触方式与牙轮轴 15密封地接合。密封件防护装置39用于保护钻井液侧密封面41不受 穿过密封面40以及在支承面内产生的任何碎屑的影响。密封件防护装 置39用于保护润滑剂侧密封面40不受穿过密封面41的钻井液内的任 何碎屑的影响。如图4示意性所示，密封件防护装置39优选包括具有一组刚毛 45的刷状构件。与刷子类似，刚毛45包括彼此靠近地间隔开的多根 独立的平行且笔直的纤维或丝线。刚毛45可粘结到薄的村板或基板 43上，该基板又粘结或模制到密封件29的内径37。优选地，在各个 刚毛45之间不具有弹性材料，相反，这些刚毛从基板43伸出并且各 个刚毛4 5之间的空间是空着的。在图1-5所示的实施例中，每一根刚毛45的高度比密封件内径 37至密封件外径35的距离小得多；不过，该高度可以很大，例如为 密封件29高度的80%。所示密封件防护装置39的前后侧边缘是直的， 并且位于与牙轮轴15的轴线垂直的平面内。可替换地，密封件防护装 置39的前后侧边缘可以是正弦状起伏的，使得其中一部分相对于其它 部分位于更加向后靠近背面33的位置处。刚毛45的密度取决于钻井 的深度。钻井越深，刚毛45的密度越大以提高其刚度。刚毛45可以 由各种材料制成，包括金属，例如镍合金、不锈钢、黄铜、青铜、或碳钢；合成物，例如尼龙、聚酯、或丙烯；以及天然填充物，例如马 鬃。密封件防护装置39还可以不使用刚毛，而是包括海绵状部件或具 有与洗碗布类似的网状纤维部件。参照图5，当密封件29处于其自然、未变形的状态时，动态密封 面40， 41从刚毛45的暴露的端部向内伸出。如图2所示，当密封件29被安装在钻头内时，密封件29被挤压，其外径35与凹槽31的底 部形成静态密封，并且内径动态密封面40， 41抵靠牙轮轴15变形。 当密封件29变形后，如图2所示，动态密封面4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地钻钻头，包括：　具有悬置的牙轮轴的钻头体，　具有多个用于与井眼接合的切削元件的牙轮，所述牙轮具有与所述牙轮轴以可旋转方式接合的空腔，所述牙轮和所述牙轮轴具有由两个环形面限定的密封区域，其中一个环形面相对于另一个环形面旋转； 　与所述密封区域的所述环形面密封接合的密封件；以及　具有多孔面的碎屑防护装置，所述多孔面大体上与所述环形面中的一个环形面滑动接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.9.21 US 11/524,8191、一种地钻钻头，包括具有悬置的牙轮轴的钻头体，具有多个用于与井眼接合的切削元件的牙轮，所述牙轮具有与所述牙轮轴以可旋转方式接合的空腔，所述牙轮和所述牙轮轴具有由两个环形面限定的密封区域，其中一个环形面相对于另一个环形面旋转；与所述密封区域的所述环形面密封接合的密封件；以及具有多孔面的碎屑防护装置，所述多孔面大体上与所述环形面中的一个环形面滑动接触。2、 根据权利要求1所述的地钻钻头，其中所述多孔面包括一组刚毛。3、 根据权利要求l所述的地钻钻头，其中所述碎屑防护装置与所 述牙轮一起旋转。4、 根据权利要求1所述的地钻钻头，其中所述碎屑防护装置安装 至所述密封件。5、 根据权利要求1所述的地钻钻头，其中环；并且^ 、 、 一… 、、_、 '所述碎屑防护装置位于所述内径表面的至少一部分的钻井液側上。6、 根据权利要求1所述的地钻钻头，其中所述碎屑防护装置的所 述多孔面是环形的。7、 根据权利要求1所述的地钻钻头，其中所述密封件包括具有与所述牙轮轴滑动接合的至少一个表面的弹 性环；并且所述碎屑防护装置在所述至少一个表面的钻井液侧安装至所述弹 性环上。8、 根据权利要求1所述的地钻钻头，其中所述碎屑防护装置安装至所述牙轮而与所述牙轮一起旋转。9、根据权利要求8所述的地钻钻头，其中 所述密封区域包括形成在所述牙轮的所述空腔内的凹槽； 所述密封件包括位于所述凹槽内的弹性环； 所述碎屑防护装置从所述凹槽的后方固定至牙轮的所述空腔；并且在所述密封件的后側和所述凹槽的侧壁之间定位有间隔垫圏。10、 一种地钻钻头，包括具有悬置的牙轮轴的钻头体，具有多个用于与井眼接合的切削元件的牙轮，所述牙轮具有与所 述牙轮轴以可旋转方式接合的空腔；位于所述牙轮轴和所述牙轮之间的密封件，所述密封件具有与所 述牙轮轴滑动地、密封地接合的至少一个密封面；以及位于所述至少一个密封面的钻井液侧上的环形刷子，所述刷子相11、 根据权利要求IO所述的地钻钻头，其中所述刷子安装至所述 密封件从而与所述密封件一起旋转。12、 根据权利要求10所述的地钻钻头，其中 所述密封件包括具有内径部分的弹性环；并且 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·C·林，
申请(专利权)人：贝克休斯公司，
类型：发明
国别省市：US