[发明专利]适应井下动力钻具使用的耐高速高温牙轮钻头

说明书

技术领域

本发明涉及钻井工具技术领域，尤其涉及一种适应井下动力钻具使用的耐高速高温牙轮钻头。

背景技术

牙轮钻头是在地壳中破碎岩石的一种工具，广泛应用与石油、天然气钻井以及其他矿用钻探等领域。目前牙轮钻头大多数是密封形式的，密封式牙轮钻头主要由牙掌、牙掌轴、牙轮、牙轮孔、锁紧元件和密封件构成。在石油、天然气钻井中影响牙轮钻头的使用寿命的关键因素是轴承系统的寿命即轴承寿命和密封寿命。

随着石油资源的进一步开发，常规钻井可开采的油井数量越来越少，开采的难度越来越大，采用非常规钻井开发的油井越来越多，定向井 、 斜井 、大位移井 、 水平井 、分支井等特殊工艺井在石油开采中所占的比例越来越大，从而使使用井下动力钻具的机会更多时间更长，由动力钻具加转盘旋转的复合钻井方式得到越来越广泛的使用，其特点就是钻头转速有了较大的提高，已经超过原转盘钻井的2-3倍，达到250-300转/分钟。基于此，要求现代牙轮钻头必须在高转速下保持长的寿命，以减少钻井起下钻的次数，降低非钻井时间，提高钻井效率和降低钻井成本。因此，提高牙轮钻头轴承系统和密封系统适应高转速高温的能力是目前牙轮钻头迫切需要解决的问题。

目前在牙轮和牙掌形成的密封腔中装有密封部件，密封部件可以采用O形密封圈，也采用O形密封圈和金属密封环组合的方式进行密封，这种密封方式的缺点在于：对具有振动和摆动状态下工作的牙轮钻头密封时，必须增加O形密封圈的压缩量，即增大密封压力。在高转速下摩擦热量增大而且耐磨性差，使“O”形密封圈很快失效，井眼环空中的泥浆和沙粒进入轴承内，造成轴承快速磨损失效。使得有腐蚀性及研磨性等高压液体从钻头外部侵入钻头内的密封系统，致使钻头的轴承系统过早磨损，钻头报废。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种适应井下动力钻具使用的耐高速高温牙轮钻头，保证密封部件的密封性，进而提高牙轮钻头的使用寿命。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种适应井下动力钻具使用的耐高速高温牙轮钻头，包括牙轮以及牙掌轴，其特征在于：在靠近牙轮的牙轮轴孔开口的部位设有两个密封槽，所述两个密封槽内分别安装有弹性密封圈。

所述弹性密封圈由外圈和内圈构成。

所述内圈材料为聚四氟乙烯、 尼龙、 芳纶纤维、高硬度丁腈橡胶材料中的任意一种。

所述外圈材料为丁腈橡胶、高饱和丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶、氟橡胶材料中的任意一种。

所述两个密封圈的形状为长圆形截面。

所述两个密封圈和截面的宽度与厚度的比值大于1.5。

本发明的有益效果是: 将密封圈置于密封槽内，避免了密封圈和井眼内的泥浆岩屑大面积接触，有力保护了密封圈免受岩屑的冲蚀磨损，有效的保护了密封圈。两个密封圈靠外的外密封圈为挡沙圈，有效的阻止了岩屑与靠里面的内密封圈的接触（主密封圈）。其特点是：外密封保护内密封、内密封保护轴承，当外密封失效后内密封可以继续起作用。与原有的“O”形密封圈相比可以在不加大压缩率的情况下，增加断面的径向压缩量，可以把牙轮轴承的正常间隙连同由于轴颈磨损而引起的额外间隙都密封起来。从而减小密封圈的接触应力，减少摩擦生热，提高密封系统在高转速、 高温条件下的使用寿命。

另外，内圈采用了摩擦系数低、导热性能好、硬度高耐磨的材料如聚四氟乙烯、尼龙、芳纶纤维，高硬度丁腈橡胶，硬度为邵尔硬度 85-95度；外圈材料采用弹性好 压缩永久变形小的材料，以保持密封圈良好的弹性，提供足够的密封压力，有助于进一步提高牙轮钻头的寿命。

附图说明

图1为本发明实施例钻头的结构示意图；

图2为本发明实施例钻头中外密封圈的示意图；

图3为本发明实施例钻头中内密封圈的示意图。

具体实施方式