用于牙轮钻头的密封元件制造技术

一种密封组件，包括：密封凹槽，所述密封凹槽至少部分地限定在第一构件与第二构件之间，所述第二构件能够相对于所述第一构件旋转；环形密封元件，所述环形密封元件定位在所述密封凹槽中，并且提供泥浆表面、在轴向上与所述泥浆表面相对的润滑剂表面、内部径向表面、以及在径向上与所述内部径向表面相对的外部径向表面。所述内部径向表面和所述外部径向表面中的一个是动态表面，所述动态表面在所述密封元件与所述第二构件一起旋转时抵靠所述第一构件密封，或者在所述第二构件相对于所述密封元件旋转时抵靠所述第二构件密封。润滑剂通道穿过所述密封元件限定，并且在所述润滑剂表面与所述动态表面之间延伸以向所述动态表面提供润滑剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于牙轮钻头的密封元件
技术介绍
有几种类型的钻头可以用于钻出井眼，以便开采烃类物质或实现任何其他目的。一种类型的钻头是牙轮钻头，可替代地称为旋转牙轮钻头或岩石钻头。简言之，牙轮钻头常常包括可旋转地联接到钻头体的多个牙轮切削齿组件(典型地为三个)。当钻头体围绕其中心轴线旋转时，多个牙轮切削齿组件协同磨削并压碎下面的岩石以形成井眼。牙轮钻头典型地还包括使用相当粘稠的润滑剂的内部润滑系统。这种润滑剂是使用策略性地定位在每个牙轮切削齿组件中的一个或多个密封元件而保持在该润滑系统内的。这些密封元件防止流体和/或碎屑迁移到牙轮切削齿组件的内部部分中，否则流体和/或碎屑可能会污染至关重要的轴承表面，从而缩短牙轮钻头的运作寿命。由于牙轮钻头常常在有磨蚀作用的恶劣环境中运作，所以此类密封元件可能磨损得相当快。例如，在作业期间，这些密封元件常常受到钻井液的冲刷，钻井液可能包含细磨料颗粒，诸如膨润土和钻屑。这些密封元件还常常经受高温、很大的压力波动，以及牙轮切削齿组件与钻头体之间的动态运动。出色的密封元件设计必须能够在这些有磨蚀作用的恶劣环境中以低渗漏率持续不断地执行其密封功能，并且该设计还必须优选地提供延长的使用寿命。附图说明包含以下附图是为了展示本公开的某些方面，并且不应将这些附图视作排他性实施方案。在不脱离本公开范围的前提下，所公开的专利技术主题能够在形式和功能上作出相当多的修改、变更、组合与等效变化。图1是可以采用本公开的多项原理的示例钻井系统。图2A和图2B是可以结合本公开的多项原理的示例牙轮钻头的视图。图2C是图2B的牙轮切削齿组件的另一个实施方案。图3是图2B的钻头的一部分的放大横截面侧视图，示出了密封元件的一个示例实施方案。图4A至图4E是图2B和图3的密封元件的各种视图。图5A和图5B是根据一个或多个实施方案的、图2B和图3所示密封元件的另一个实施方案的视图。图6是图2B和图3的密封元件的另一个实施方案的等距视图。图7A至图7J是可以根据本公开使用的示例密封元件的横截面端视图。图8A和图8B是附加的示例密封元件的动态表面的一部分的放大视图。图9A至图9C是可以根据本公开使用的附加的示例密封元件的横截面端视图。图10是图2B的钻头的一部分的放大横截面侧视图，示出了密封元件的另一个示例实施方案。图11A至图11E是图10的密封元件的各种视图。具体实施方式本公开涉及牙轮钻头，更具体地涉及被移植用于在作业期间为动态密封表面提供润滑作用的密封元件。本文讨论的多个实施方案描述了用于在静止的第一构件与动态(旋转)的第二构件之间密封的密封元件。例如，第一构件可以是牙轮切削齿组件中的轴颈，第二构件可以是可旋转地安装到该轴颈的牙轮。密封凹槽至少部分地限定在第一构件与第二构件之间，并且密封元件定位在该密封凹槽中。该密封元件提供环形主体，该环形主体具有第一轴向表面、与第一轴向表面相对的第二轴向表面、内部径向表面以及与内部径向表面相对的外部径向表面。在一些实施方案中，第二轴向侧面包括润滑剂表面，并且内部径向表面包括动态表面，当该密封元件与第二构件一起旋转时，该动态表面抵靠第一构件密封。但在其他实施方案中，内部径向表面包括润滑剂表面，并且第一轴向侧面包括动态表面。入口孔可以限定在润滑剂表面上，出口孔可以限定在动态表面上，润滑剂通道穿过该密封元件限定、并且在入口孔与出口孔之间延伸以向动态表面提供润滑剂。该润滑剂通道可以与润滑剂腔室流体连通，因此能够维持动态表面的恒定润滑，这可以延长该密封元件的运作寿命。图1是可以采用本公开的一项或多项原理的示例钻井系统100。钻孔可以通过使用钻井系统100钻入地层102中来产生。钻井系统100可以包括并驱动井底钻具组件(BHA)104，该井底钻具组件104定位或以其他方式布置在钻柱106的底部，该钻柱从布置在地面110处的井架108延伸到地层102中。井架108包括方钻杆(kelly)112和游车113，其中游车用于降低和升高方钻杆112和钻柱106。BHA104包括可操作地联接到工具管柱116的钻头114，该工具管柱在附接到钻柱106时在钻出的井眼118内轴向移动。用于形成井眼118的钻头114可以采用若干种设计或配置。钻头114的一个实例是牙轮钻头，通常也称为旋转牙轮钻头或岩石钻头。在作业期间，钻头114穿透地层102，由此产生井眼118。BHA104在推进到地层102中时对钻头114提供方向控制。工具管柱116可以使用各种测量工具(未示出)半永久性安装，这些测量工具诸如但不限于随钻测量(MWD)工具和随钻测井(LWD)工具，可以被配置为在井下测量多种钻井条件。来自泥浆罐120的钻井液或“泥浆”可以使用泥浆泵122泵送到井下，该泥浆泵由诸如原动机或马达124之类的相邻电源供电。钻井液可以从泥浆罐120泵送通过立管126，立管将钻井液供给到钻柱106中，然后再输送到钻头114。钻井液离开布置在钻头114中的一个或多个喷嘴，在该过程中将钻头114冷却。钻井液在离开钻头114之后，经由在井眼118与钻柱106之间限定的环空循环回地面110，在该过程中把钻屑和碎屑带回地面。钻屑和钻井液的混合物流过流动管线128并得到处理，使得经过清洁的钻井液再次通过立管126返回井下。虽然相对于图1中的旋转钻井系统示出并描述了钻井系统100，但是本领域的技术人员应当容易理解，可以采用许多类型的钻井系统来实施本公开的多个实施方案。例如，在本公开的多个实施方案中使用的钻头和钻机可以在陆地上使用(如图1所描绘)，也可以在海上使用(未示出)。可以根据本公开的多个实施方案使用的海上石油钻机包括例如浮子、固定平台、基于重力的结构、钻井船、半潜式平台、自升式钻井装置、张力腿平台等。应当理解，本公开的多个实施方案可以应用于任何地方的各种钻机，从小尺寸的便携式钻机、到大体积的永久性钻机不等。另外，虽然本文描述了关于石油钻井的内容，但是本公开的各种实施方案可以在许多其他的应用中使用。例如，所公开的方法可以用于钻井以便进行矿物勘探、环境调查、天然气开采、地下安装、采矿作业、水井开采、地热井开采等。另外，本公开的多个实施方案在不脱离本公开范围的前提下，可以用于封隔器上加重压的组件、下入尾管悬挂器、下入完井管柱、套管钻柱、尾管钻柱、管道钻井系统中的管道、连续管钻井系统等。图2A是可以结合本公开的多项原理的示例牙轮钻头200的平面图。钻头200可以与图1的钻头114相同或相似，因此，可以用来钻出井眼118。如图所展示，钻头200可以包括螺纹销轴连接部202，用于将钻头200附接到钻柱204，更具体地讲，附接到BHA104(图1)。销轴连接部202与钻柱204的对应螺纹连接部被设计成允许钻头200响应于钻柱204的旋转而旋转。钻头200运作时，在钻柱204的外部与井眼118的内壁208之间形成环空206。除了旋转钻头200之外，钻柱204还可以用作管道，把钻井液(“泥浆”)从井表面传递到井眼118底部的钻头200。钻井液可以经由设置在钻头200中的各种喷嘴210从钻头200喷出。由钻头200产生的钻屑以及井眼118底部的其他碎屑将与离开喷嘴210的钻井液混合，然后经由环空206返回井表面。当一个或多个牙轮切削齿组件212由于钻柱204旋转而本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种密封组件，包括：密封凹槽，所述密封凹槽至少部分地限定在第一构件与第二构件之间，所述第二构件能够相对于所述第一构件旋转；环形密封元件，所述环形密封元件定位在所述密封凹槽中，并且提供泥浆表面、在轴向上与所述泥浆表面相对的润滑剂表面、内部径向表面、以及在径向上与所述内部径向表面相对的外部径向表面，其中所述内部径向表面和所述外部径向表面中的一个是动态表面，所述动态表面在所述密封元件与所述第二构件一起旋转时抵靠所述第一构件密封，或者在所述第二构件相对于所述密封元件旋转时抵靠所述第二构件密封；以及润滑剂通道，所述润滑剂通道穿过所述密封元件限定，并且在所述润滑剂表面与所述动态表面之间延伸以向所述动态表面提供润滑剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种密封组件，包括：密封凹槽，所述密封凹槽至少部分地限定在第一构件与第二构件之间，所述第二构件能够相对于所述第一构件旋转；环形密封元件，所述环形密封元件定位在所述密封凹槽中，并且提供泥浆表面、在轴向上与所述泥浆表面相对的润滑剂表面、内部径向表面、以及在径向上与所述内部径向表面相对的外部径向表面，其中所述内部径向表面和所述外部径向表面中的一个是动态表面，所述动态表面在所述密封元件与所述第二构件一起旋转时抵靠所述第一构件密封，或者在所述第二构件相对于所述密封元件旋转时抵靠所述第二构件密封；以及润滑剂通道，所述润滑剂通道穿过所述密封元件限定，并且在所述润滑剂表面与所述动态表面之间延伸以向所述动态表面提供润滑剂。2.根据权利要求1所述的密封组件，还包括限定在所述润滑剂表面与所述密封凹槽的壁之间的润滑剂腔室，其中所述润滑剂通道将所述润滑剂从所述润滑剂腔室直接输送到所述动态表面与所述第一构件或所述第二构件之间的动态界面。3.根据权利要求1所述的密封组件，其中所述第一构件是牙轮钻头的轴颈，并且所述第二构件是所述牙轮钻头的牙轮。4.根据权利要求1所述的密封组件，其中所述润滑剂通道是第一润滑剂通道并且延伸到限定在所述动态表面上的第一出口孔，所述密封组件还包括：第二润滑剂通道，所述第二润滑剂通道穿过所述密封元件限定，并且在所述润滑剂表面与限定在所述动态表面上的第二出口孔之间延伸；第一狭槽，所述第一狭槽限定在所述动态表面中并且与所述第一出口孔接续，其中所述第一狭槽提供从所述第一出口孔延伸的至少一个沟；以及第二狭槽，所述第二狭槽限定在所述动态表面中并且与所述第二出口孔接续，其中所述第二狭槽提供从所述第二出口孔延伸的至少一个沟。5.一种密封元件，包括：环形主体，所述环形主体具有泥浆表面、在轴向上与所述泥浆表面相对的润滑剂表面、内部径向表面、以及在径向上与所述内部径向表面相对的外部径向表面，其中所述内部径向表面和所述外部径向表面中的一个是动态表面，所述动态表面在所述密封元件与能够相对于第一构件旋转的第二构件一起旋转时抵靠所述第一构件的静止表面密封，或者在所述第二构件相对于所述密封元件旋转时抵靠所述第二构件的旋转表面密封；在所述润滑剂表面上限定的入口孔；在所述动态表面上限定的出口孔；以及润滑剂通道，所述润滑剂通道穿过所述环形主体限定，并且在所述入口孔与所述出口孔之间延伸，以促进润滑剂从所述润滑剂表面连通到所述动态表面。6.根据权利要求5所述的密封元件，其中所述润滑剂通道包括从所述润滑剂表面延伸的轴向通道，以及从所述动态表面延伸的径向通道。7.根据权利要求6所述的密封元件，其中所述润滑剂通道的至少一部分是弯曲的。8.根据权利要求5所述的密封元件，其中所述润滑剂通道包括在所述润滑剂表面与所述动态表面之间相对于所述动态表面成一定角度延伸的直管道。9.根据权利要求5所述的密封元件，其中所述润滑剂通道包括：环形管道，所述环形管道在所述环形主体内延伸；一个或多个轴向通道，所述一个或多个轴向通道从所述润滑剂表面延伸并且与所述环形管道流体连通；以及一个或多个径向通道，所述一个或多个径向通道从所述动态表面延伸并且与所述环形管道流体连通。10.根据权利要求9所述的密封元件，其中所述环形管道包括环形管件，并且所述主体模制在所述管件周围。11.根据权利要求5所述的密封元件，其中所述出口孔从所述主体的环形中心线偏离，并且相比于所述泥浆表面在轴向上更靠近所述润滑剂表面。12.根据权利要求5所述的密封元件，还包括限定在所述动态表面中并且与所述出口孔接续的狭槽。13.根据权利要求12所述的密封元件，其中所述狭槽提供至少一个沟，所述至少一个沟从所述出口孔开始沿着所述动态表面的弓形长度延伸，并且其中所述至少一个沟随着远离所述出口孔延伸，而在径向上向内并且朝向所述动态表面逐渐变细。14.根据权利要求13所述的密封元件，其中所述至少一个沟从平行于所述密封元件的环形中心线的方向偏离一...

【专利技术属性】
技术研发人员：覃世伟，D·B·卡拉韦，M·B·克劳福德，
申请(专利权)人：哈利伯顿能源服务公司，
类型：发明
国别省市：美国,US