專利名稱：適應(yīng)井下動力鉆具使用的耐高速高溫牙輪鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鉆井工具技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適應(yīng)井下動力鉆具使用的耐高速高溫牙輪鉆頭。
背景技術(shù)：
牙輪鉆頭是在地殼中破碎巖石的一種工具，廣泛應(yīng)用與石油、天然氣鉆井以及其他礦用鉆探等領(lǐng)域。目前牙輪鉆頭大多數(shù)是密封形式的，密封式牙輪鉆頭主要由牙掌、牙掌軸、牙輪、牙輪孔、鎖緊元件和密封件構(gòu)成。在石油、天然氣鉆井中影響牙輪鉆頭的使用壽命的關(guān)鍵因素是軸承系統(tǒng)的壽命即軸承壽命和密封壽命。隨著石油資源的進一步開發(fā)，常規(guī)鉆井可開采的油井?dāng)?shù)量越來越少，開采的難度越來越大，采用非常規(guī)鉆井開發(fā)的油井越來越多，定向井、斜井、大位移井、水平井、分支井等特殊工藝井在石油開采中所占的比例越來越大，從而使使用井下動力鉆具的機會更多時間更長，由動力鉆具加轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)的復(fù)合鉆井方式得到越來越廣泛的使用，其特點就是鉆頭轉(zhuǎn)速有了較大的提高，已經(jīng)超過原轉(zhuǎn)盤鉆井的2-3倍，達到250-300轉(zhuǎn)/分鐘?；诖耍蟋F(xiàn)代牙輪鉆頭必須在高轉(zhuǎn)速下保持長的壽命，以減少鉆井起下鉆的次數(shù)，降低非鉆井時間，提聞鉆井效率和降低鉆井成本。因此，提聞牙輪鉆頭軸承系統(tǒng)和密封系統(tǒng)適應(yīng)聞轉(zhuǎn)速高溫的能力是目前牙輪鉆頭迫切需要解決的問題。目前在牙輪和牙掌形成的密封腔中裝有密封部件，密封部件可以采用0形密封圈，也采用0形密封圈和金屬密封環(huán)組合的方式進行密封，這種密封方式的缺點在于對具有振動和擺動狀態(tài)下工作的牙輪鉆頭密封時，必須增加0形密封圈的壓縮量，即增大密封壓力。在高轉(zhuǎn)速下摩擦熱量增大而且耐磨性差，使“0”形密封圈很快失效，井眼環(huán)空中的泥漿和沙粒進入軸承內(nèi)，造成軸承快速磨損失效。使得有腐蝕性及研磨性等高壓液體從鉆頭外部侵入鉆頭內(nèi)的密封系統(tǒng)，致使鉆頭的軸承系統(tǒng)過早磨損，鉆頭報廢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)的不足，而提供一種適應(yīng)井下動力鉆具使用的耐高速高溫牙輪鉆頭，保證密封部件的密封性，進而提高牙輪鉆頭的使用壽命。本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用以下技術(shù)方案一種適應(yīng)井下動力鉆具使用的耐高速高溫牙輪鉆頭，包括牙輪以及牙掌軸，其特征在于在靠近牙輪的牙輪軸孔開口的部位設(shè)有兩個密封槽，所述兩個密封槽內(nèi)分別安裝有彈性密封圈。所述彈性密封圈由外圈和內(nèi)圈構(gòu)成。所述內(nèi)圈材料為聚四氟乙烯、尼龍、芳綸纖維、高硬度丁腈橡膠材料中的任意一種。所述外圈材料為丁腈橡膠、高飽和丁腈橡膠、丙烯酸酯橡膠、氟橡膠材料中的任意一種。所述兩個密封圈的形狀為長圓形截面。
所述兩個密封圈和截面的寬度與厚度的比值大于I. 5。本發(fā)明的有益效果是將密封圈置于密封槽內(nèi)，避免了密封圈和井眼內(nèi)的泥漿巖屑大面積接觸，有力保護了密封圈免受巖屑的沖蝕磨損，有效的保護了密封圈。兩個密封圈靠外的外密封圈為擋沙圈，有效的阻止了巖屑與靠里面的內(nèi)密封圈的接觸(主密封圈)。其特點是外密封保護內(nèi)密封、內(nèi)密封保護軸承，當(dāng)外密封失效后內(nèi)密封可以繼續(xù)起作用。與原有的“0”形密封圈相比可以在不加大壓縮率的情況下，增加斷面的徑向壓縮量，可以把牙輪軸承的正常間隙連同由于軸頸磨損而引起的額外間隙都密封起來。從而減小密封圈的接觸應(yīng)力，減少摩擦生熱，提高密封系統(tǒng)在高轉(zhuǎn)速、高溫條件下的使用壽命。
另外，內(nèi)圈采用了摩擦系數(shù)低、導(dǎo)熱性能好、硬度高耐磨的材料如聚四氟乙烯、尼龍、芳綸纖維，高硬度丁腈橡膠，硬度為邵爾硬度85-95度；外圈材料采用彈性好壓縮永久變形小的材料，以保持密封圈良好的彈性，提供足夠的密封壓力，有助于進一步提高牙輪鉆頭的壽命。


圖I為本發(fā)明實施例鉆頭的結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明實施例鉆頭中外S封圈的不意 圖3為本發(fā)明實施例鉆頭中內(nèi)密封圈的示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及較佳實施例詳細說明本發(fā)明的具體實施方式
。如圖I所示一種適應(yīng)井下動力鉆具使用的耐高速高溫牙輪鉆頭包括牙輪2、牙掌1，在牙輪軸孔和牙掌軸頸之間設(shè)有鎖緊鋼球9，鎖緊鋼球9用于將牙輪和牙掌鎖緊，使其不能夠軸向移動，只能徑向轉(zhuǎn)動。本發(fā)明中，在靠近牙輪軸孔開口的部位設(shè)置兩個密封槽(圖中未視)，兩個密封槽內(nèi)分別設(shè)置一個彈性密封圈4和7，兩個彈性密封圈4和7用支撐擋板10隔開，密封圈是防止軸承空間內(nèi)的潤滑脂向外滲漏，防止井眼環(huán)空中的泥漿和巖屑進入軸承空間，使軸承失去潤滑過度磨損而損壞；兩個密封圈4和7截面的寬度與厚度的比值大于I. 5，這樣可以在不加大壓縮率的情況下，增加斷面的徑向壓縮量，可以減小圈的壓縮永久變形，可以延長橡膠圈的壽命。密封圈4為外密封圈(擋沙圈)起到擋沙的作用，是保護軸承系統(tǒng)的第一道屏障，密封圈7是內(nèi)密封圈也是主密封圈是軸承系統(tǒng)的第二道屏障，在外密封圈4失效后內(nèi)密封圈7仍可以繼續(xù)起密封作用，這種組合密封結(jié)構(gòu)可以有效的延長鉆頭的使用壽命。結(jié)合圖2和圖3所示密封圈4和7都包括有外圈和內(nèi)圈，外圈和內(nèi)圈粘固在一起的。外圈是12和14內(nèi)圈是11和13，內(nèi)圈與牙掌軸頸接觸組成動密封面3和6，密封圈的外圈和牙輪密封槽的內(nèi)徑形成靜密封面5和8，內(nèi)圈的材料可為聚四氟乙烯、尼龍、芳綸纖維、高硬度丁腈橡膠等材料中的一種，硬度為邵爾硬度85-95度，這些材料摩擦系數(shù)低、導(dǎo)熱性能好、硬度高耐磨，所以可以適應(yīng)高轉(zhuǎn)速高溫工況下使用；外圈材料可為丁腈橡膠、高飽和丁腈橡膠、丙烯酸酯橡膠、氟橡膠等材料中的一種，這些材料彈性好，壓縮永久變形低的材料，以保持密封圈良好的彈性，提供足夠的密封壓力。本實施例的三牙輪鉆頭可適應(yīng)井溫為150度，轉(zhuǎn)速為200-300轉(zhuǎn)/分鐘，具有比常規(guī)密封鉆頭更長的使用壽命，能夠承受更大的負荷。將密封圈置于密封槽內(nèi)，避免了密封圈和井眼內(nèi)的泥漿巖屑大面積接觸，有力保護了密封圈免受巖屑的沖蝕磨損，有效的保護了密封圈。兩個密封圈靠外的外密封圈為擋沙圈，有效的阻止了巖屑與靠里面的內(nèi)密封圈的接觸(主密封圈)。其特點是外密封保護內(nèi)密封、內(nèi)密封保護軸承，當(dāng)外密封失效后內(nèi)密封可以繼續(xù)起作用。與原有的“0”形密封圈相比可以在不加大壓縮率的情況下，增加斷面的徑向壓縮量，可以把牙輪軸承的正常間隙連同由于軸頸磨損而引起的額外間隙都密封起來。從而減小密封圈的接觸應(yīng)力，減少摩擦生熱，提高密封系統(tǒng)在高轉(zhuǎn)速、高溫條件下的使用壽命。 另外，內(nèi)圈采用了摩擦系數(shù)低、導(dǎo)熱性能好、硬度高耐磨的材料如聚四氟乙烯、尼龍、芳綸纖維，高硬度丁腈橡膠，硬度為邵爾硬度85-95度；外圈材料采用彈性好壓縮永久變形小的材料，以保持密封圈良好的彈性，提供足夠的密封壓力，有助于進一步提高牙輪鉆頭的壽命。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種適應(yīng)井下動力鉆具使用的耐高速高溫牙輪鉆頭，包括牙輪以及牙掌軸，其特征在于在靠近牙輪的牙輪軸孔開口的部位設(shè)有兩個密封槽，所述兩個密封槽內(nèi)分別安裝有彈性密封圈。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的適應(yīng)井下動力鉆具使用的耐高速高溫牙輪鉆頭，其特征在于所述彈性密封圈由外圈和內(nèi)圈構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適應(yīng)井下動力鉆具使用的耐高速高溫牙輪鉆頭，其特征在于所述內(nèi)圈材料為聚四氟乙烯、尼龍、芳綸纖維、高硬度丁腈橡膠材料中的任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適應(yīng)井下動力鉆具使用的耐高速高溫牙輪鉆頭，其特征在于所述外圈材料為丁腈橡膠、高飽和丁腈橡膠、丙烯酸酯橡膠、氟橡膠材料中的任意一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的適應(yīng)井下動力鉆具使用的耐高速高溫牙輪鉆頭，其特征在于所述兩個密封圈的形狀為長圓形截面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的適應(yīng)井下動力鉆具使用的耐高速高溫牙輪鉆頭，其特征在于所述兩個密封圈和截面的寬度與厚度的比值大于I. 5。
全文摘要
本發(fā)明涉及鉆井工具技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適應(yīng)井下動力鉆具使用的耐高速高溫牙輪鉆頭，包括牙輪以及牙掌軸，在靠近牙輪的牙輪軸孔開口的部位設(shè)置兩個密封槽，所述兩個密封槽內(nèi)分別安裝有彈性密封圈。將密封圈置于密封槽內(nèi)，避免了密封圈和井眼內(nèi)的泥漿巖屑大面積接觸，有力保護了密封圈免受巖屑的沖蝕磨損，有效的保護了密封圈。兩個密封圈靠外的外密封圈為擋沙圈，有效的阻止了巖屑與靠里面的內(nèi)密封圈的接觸(主密封圈)。
文檔編號E21B10/25GK102747961SQ20121025818
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月24日
發(fā)明者吳玉旺, 胡友生 申請人:天津立林鉆頭有限公司