[发明专利]对称高纵横比密封件

说明书

技术领域

本公开大致涉及结合钻出用于开采油、气或矿物的井筒利用的设备和执行的操作。更具体地，本公开涉及具有延长寿命的密封件的牙轮钻头。最具体地，本公开涉及弹性体密封件，其密封且保护牙轮切割器与其于上方旋转的轴颈轴之间的轴承表面。

背景技术

牙轮钻头通常包括具有多个轴颈段支腿的钻头主体。被称作“牙轮”的锥形滚轧头安装在轴承销轴(也被称作轴颈轴或销)上，所述轴承销轴从轴颈段支腿向下及向内延伸。切割元件安装在牙轮上。当钻头在钻柱的末端上旋转时，使每个牙轮在其各自轴颈轴上旋转。钻头主体可包括一个或更多个喷嘴来邻近牙轮注入钻井流体，所述钻井流体用于将钻屑从井筒带走。

为了促进牙轮的旋转，在牙轮与钻头主体之间提供轴承，且为轴承提供润滑油。为了防止外部碎屑破坏轴承或另外在牙轮旋转时导致过度磨损，且为了防止润滑油逸出，通常在形成于牙轮或轴颈轴中的压盖中提供密封件。

本领域一般技术人员将了解用于钻出井筒的钻头需在极端恶劣的环境中操作。密封件必须承受高温和高压且可能遭遇腐蚀流体，所有这些可能负面地影响密封件的寿命。

为了延长钻头的寿命，特定钻头通常包括沿着牙轮和/或轴的长度的至少两个压盖和两个密封件。第二密封件被提供作为在最外面的密封件破裂的情况下的备用密封件。

这种构造的一个缺陷在于其仅结合特定大小的钻头使用，其中存在足够的牙轮/轴长度来安装多个压盖，而不显著影响轴承接触表面积。

附图说明

图1是在钻出井筒时使用的牙轮钻头的三维视图。

图2是牙轮钻头的臂的横截面图。

图3是本公开的密封总成的横截面图。

图4是本公开的密封元件的第一横截面图。

图5是本公开的密封元件的第二横截面三维视图。

图6a和图6b是本公开的密封总成的压盖的横截面图，其图示压盖宽度和压盖深度。

图7a和图7b是本公开的密封总成的密封元件的横截面图，其图示密封元件宽度和密封元件深度。

图8是具有安置其中的两个独立密封件的本公开的压盖的横截面图。

具体实施方式

本公开的说明性实施方案和相关方法在下文中被描述为其可用于密封钻头内的轴承表面。为了简明起见，本说明书中未描述实际实施方式或方法的所有特征。当然将了解在任意这些实际实施方案的开发中，必须作出许多实施方式特定的决策来实现开发者的特定目标，诸如符合系统相关和业务相关限制，其将在每个实施方式之间变化。此外，将了解这样一种开发努力可能是复杂且耗时的，但仍然是受益于本公开的本领域一般技术人员的常规工作。从阅读下文描述和附图将了解本公开的各种实施方案和相关方法的进一步方面和优点。

图1是在钻出井筒时使用的牙轮钻头10的三维视图。钻头10围绕中心轴12形成且特征为主体14，所述主体14在其上端上具有用于将钻头固定至钻柱(未示出)的螺纹部分16。主体14由多个臂18形成。牙轮20可旋转地连接至每个臂18。在图示的实例中，存在各三个臂18和牙轮20。虽然图示三个臂，但是应了解本公开的原理可被并入具有其它数量的牙轮和臂的钻头和其它类型的钻头构造。图1中描绘的钻头10仅仅是可利用本文中描述的原理的多种钻头的一个实例。

每个牙轮具有多个切割齿22。

钻头10进一步包括安置在钻头主体14中的喷嘴24以将钻井流体流从钻头10的内部传输至牙轮20的切割表面以冷却钻头10，清洁切割齿/元件22，且将岩屑从井筒(未示出)的底部运送至井筒环(未示出)且随后运送至地面。

图2是图示钻头10的一个臂18的横截面图。如所示，每个牙轮20可旋转地安装在轴颈销或轴26上，所述轴颈销或轴26大致朝向中心轴12向内及远离钻头10的螺纹部分16向下定向。更具体地，轴26被安置为座落在形成于牙轮20内的中心腔或孔28内。圆周滚道或槽30在孔28的远端上沿着牙轮20的内表面32形成。同样地，相应的圆周滚道或槽34在轴颈销26的远端上沿着其外表面36形成以在牙轮12安装在轴颈销26上时邻近滚道30。

轴承或锁定球38被安置为座落在滚道30、34内以将牙轮20固定至轴颈销26。本领域一般技术人员将了解通道40被提供在轴颈销26中且与滚道34相交以形成通路在组装期间用于放置轴承38。在轴承38处于在适当位置中后，将固持器42插入通道40以将轴承38固定在适当位置。