具有动态金属密封件的钻头制造技术

在一个方面中，公开一种钻头，所述钻头在一个实施例中可包括钻头主体、在所述钻头主体上的旋转切削件、以及在所述钻头主体与旋转切削件之间的金属密封件，所述金属密封件包括第一密封构件，以及第二密封构件，所述第二密封构件具有与所述第一密封构件密封接触的第一端部、相对于所述第一端部固定的第二端部以及在所述第一端部与第二端部之间的偏置构件，所述偏置构件响应于施加于钻头上的外部载荷调节第一密封构件上的载荷。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】具有动态金属密封件的钻头优先权声明本申请为“Drill Bit with a Dynamic Metal Seal (具有动态金属密封件的钻头)”要求于2013年5月3日提交的美国专利申请第13/886,911号的权益。
本专利技术总体上涉及钻头以及利用所述钻头的、用于钻探井筒的系统。
技术介绍
用钻柱钻探油井(还被称为“井筒(wellbores) ”或“井眼(boreholes) ”)，所述钻柱包括具有钻井组件(还被称为“井底组件(bottomhole assembly) ”或“BHA”)的管状构件。BHA通常包括提供与各种参数有关的信息的装置和传感器，所述各种参数涉及钻井作业(“钻井参数”)，BHA的行为(“BHA”参数)以及与井筒周围的地层有关的参数(“地层参数”)。通过使钻柱旋转和/或通过BHA中的钻井马达(还被称为“泥浆马达”)使附接至BHA的底部端部的钻头旋转，以使岩层崩解来钻探井筒。钻头在钻探井筒期间经受较大的机械应力。某些钻头(比如滚动牙轮钻头以及混合钻头)在非旋转构件与每个旋转牙轮之间包括轴承密封件，所述每个旋转牙轮在滚动牙轮上包含切削件。在钻井期间，除了别的之外，牙轮上的载荷由于钻头的旋转速度的改变、地层的特性、等等而连续地改变。钻头中的轴承密封件的功能是:通过阻止钻井流体和固体的进入而保护轴承以及对用来使轴承和密封件两者润滑的润滑剂进行密封。存在两种主要的密封件类型:弹性密封件以及金属面密封件；所述两者都包含密封密封面以及为密封面起作用的弹性构件。密封构件通常由为钻井环境所配制的弹性体化合物构成。在地热钻井中，井中的温度可能上升至300°C以上并且引起密封件中所使用的弹性化合物的热降解，导致轴承故障并因此导致过早的钻头故障。本专利技术提供一种解决上述问题中的某些的金属密封件。
技术实现思路
在一个方面中，公开一种钻头，所述钻头在一个实施例中可包括钻头主体、在所述钻头主体上的旋转切削件、以及在所述钻头主体与旋转切削件之间的金属密封件，所述金属密封件包括第一密封构件，以及第二密封构件，所述第二密封构件具有与所述第一密封构件密封接触的第一端部，相对于所述第一端部固定不动的第二端部以及在所述第一端部与第二端部之间的偏置构件，所述偏置构件响应于施加于钻头上的外部载荷调节第一密封构件上的载荷。在另一个方面中，提供一种钻探井筒的方法，所述钻探井筒的方法在一个实施例中包括:输送钻柱，所述钻柱在其端部处具有钻头，其中所述钻头包括钻头主体、在所述钻头主体上的旋转切削件、以及在所述钻头主体与旋转切削件之间的金属密封件，所述金属密封件包括第一密封构件以及第二密封构件，所述第二密封构件具有与所述第一密封构件密封接触的第一端部，相对于所述第一端部固定不动的第二端部，以及在所述第一端部与第二端部之间的偏置构件，所述偏置构件响应于施加于钻头上的外部载荷调节第一密封构件上的载荷；以及使用所述钻头钻探井筒。相当宽泛地总结本文中所公开的装置和方法的某些特征的示例，以便可更好地理解其以下详细描述。当然，存在在下文中所公开的装置和方法的另外的特征，其将构成所附权利要求的主题。【附图说明】参考附图最好地理解本专利技术，其中总体上为相同的元件分配相同的附图标记，其中:图1为示例性钻井系统的示意图，其中所述示例性钻井系统包括具有根据本专利技术的一个实施例所构成的钻头的钻柱；图2示出根据本专利技术的一个实施例所构成的示例性三牙轮钻头的等距视图；图3示出图2的钻头的截面剖视图，其示出根据本专利技术的一个实施例的、在牙轮与钻头主体之间的密封件；图4示出图2的钻头的截面剖视图，其示出根据本专利技术的另一个实施例的、在牙轮与钻头主体之间的密封件；图5示出根据本专利技术的一个实施例所构成的密封件的剖视图；图6示出根据本专利技术的另一个实施例所构成的密封件的剖视图；图7示出根据本专利技术的再一个实施例所构成的密封件的剖视图；以及图8示出根据本专利技术的再一个实施例所构成的密封件的剖视图。【具体实施方式】图1为示例性钻井系统100的示意图，示例性钻井系统100可利用根据本专利技术所构成的钻头。图1示出具有上部段111 (具有安装于其中的套管112)和下部段114(用钻柱118钻探)的井筒110。钻柱118显示为包括管状构件116，所述管状构件116具有附接于它的底部端部处的BHA 130。可通过将钻探管段接合而构成管状构件116或者管状构件116可为连续管。钻头150显示为附接至BHA 130的底部端部，用于使岩层119崩解以钻探具有选定的直径的井筒110。钻柱118显示为被从地表167处的钻机180输送至井筒110中。为便于解释说明，所述示例性钻机180为陆上钻机。本文中所公开的装置和方法还可与用于在水下钻探井筒的海上钻机一起使用。可利用转盘169或者联接至钻柱118的顶部驱动装置(未示出)使钻柱118旋转，以使BHA 130并因此使钻头150旋转来钻探井筒110。可将钻井马达155 (还被称为“泥浆马达”)设置于BHA 130中以使钻头150旋转。钻井马达155可单独地用于使钻头150旋转或者可用于通过钻柱118将旋转叠加于钻头上。可将控制单元(或控制器)190 (其可为基于计算机的单元)放置于地表167处，以接收并处理由钻头150中的传感器以及BHA 130中的传感器所传送的数据，以及以控制BHA130中的各种装置和传感器的选定的操作。地表控制器190在一个实施例中可包括处理器192，用于储存数据的数据储存装置(或者计算机可读介质)194，算法以及计算机程序196。数据储存装置194可为任何合适的装置，包括但不限于，只读存储器(ROM)，随机存取存储器(RAM)，闪存，磁带，硬盘以及光盘。在钻井期间，钻井流体179在压力下被从钻井流体源栗送至管状构件116中。钻井流体在钻头150的底部处排出并且经由钻柱118与井筒110的内侧壁142之间的环形空间(还被称为“环空”)返回至所述地表。BHA 130可进一步包括一个或多个井下传感器(总体通过数字175标示)。传感器175可包括任何数量和类型的传感器，包括但不限于，通常被称为随钻测量(MWD:measurement-while-drilling)传感器或者随钻测井(LWD: logging whiledrilling)传感器的传感器，以及提供与BHA 130的行为(比如钻头的旋转(每分钟转数或者“RPM”)、工具面、压力、振动、回旋、弯曲、以及粘着滑动)有关的信息的传感器。BHA130可进一步包括控制BHA130中的一个或多个装置和传感器的操作的控制单元(或者控制器)170。除了别的之外，控制器170可包括电路以处理来自传感器175的信号，处理器172(比如微处理器)以处理数字化信号，数据储存装置174(比如固态存储器)，以及计算机程序176。处理器172可处理数字化信号，控制井下装置和传感器，以及经由双向遥测单元188与控制器190交流数据信息。仍然参考图1，钻头150包括钻头主体152以及许多旋转切削构件154 (比如其上具有许多切削件156的滚动牙轮)，所述旋转切削构件154在钻头150旋转时围绕钻头主体152上的枢轴点158旋转。如参考图2-8所更详细地描述的，根据本专利技术的一个实施例构成的、在旋转构件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钻头，包括：固定不动的主体；旋转构件；第一密封表面；以及暴露至润滑剂的非弹性体密封构件，所述非弹性体密封构件包括具有与所述第一密封表面接触的第二密封表面的第一端部，被固定的第二端部以及在所述第一端部与第二端部之间的偏置构件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：林峙，A·J·迪克，J·D·施罗德，A·F·扎拉德尼克，A·弗洛里斯，R·D·布拉德肖，
申请(专利权)人：贝克休斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US