旋转式泥土钻头的密封组件制造技术

本发明专利技术公开了一种泥土钻头，其包括承载切削锥的凸缘，以及与凸缘的径向空隙凸缘面形成动态密封的空隙密封组件。空隙密封组件包括具有长臂和短臂的刚性密封环。长臂从短臂向外伸出，并与径向空隙凸缘面接触。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】旋转式泥土钻头的密封组件
一般而言，本专利技术涉及用于在旋转式泥土钻头的凸缘(或称突起、凸耳、把柄，lug)和切削锥之间提供密封的密封组件。
技术介绍
泥土钻头通常用于向地层钻孔。许多不同的原因需要形成这样的钻孔，例如为石油、矿物和地热蒸汽而钻孔。目前存在许多不同类型的用于钻孔的泥土钻头。一种类型是旋转式泥土钻头，在典型的装置中，其包括可旋转地安装于相应的凸缘上的三个切削锥。凸缘连接到一起以形成钻头体。随着钻头体在钻孔中旋转，切削锥因接触地层而旋转。在正常的使用中，泥土钻头接触岩石地层时，暴露于极端环境中，例如高温和高压。结果，泥土钻头受到磨损。由于轴颈部分和相应的切削锥之间的摩擦力，凸缘的轴颈部分尤其容易磨损。通常保留润滑剂以及位于凸缘和切削锥之间的钻头密封装置，以减少凸缘和切削锥之间的摩擦力。钻头密封装置也限制碎片流进凸缘和切削锥之间的区域，以减少二者之间的摩擦力。在凸缘和切削锥之间保留润滑剂，以及避免碎片进入凸缘和切削锥之间的区域，可延长泥土钻头的使用寿命。钻头密封装置通常与凸缘和/或切削锥旋转接触。与凸缘或切削锥旋转接触的钻头密封装置的表面部分为动态密封面。当钻头密封装置和切削锥彼此旋转接触，钻头密封装置和切削锥形成动态密封。进一步地，当钻头密封装置和凸缘彼此旋转接触，钻头密封装置和凸缘形成动态密封。与钻头凸缘或切削锥非旋转接触的钻头密封装置的表面部分为静态密封。当钻头密封装置和切削锥彼此非旋转接触，钻头密封装置和切削锥形成静态密封。进一步地，当钻头密封装置和凸缘彼此非旋转接触，钻头密封装置和凸缘形成静态密封。美国专利7,347,290、7,188,691、7,392,862、7,000,712、6,837,317、6,695,079、6,679,342、6,196,339、6,033,117、6,513,607、6,305,483、6,254,275、6,176,331、6,123,337、5,586,611、5,570,750、5,009,519、4,762,189、5,005,989、4,753,303、4,516,641以及美国专利申请20080041634公开了多种类型的钻头密封装置。一类钻头密封装置包括弹性密封环，例如O形环密封。弹性密封环通常在经受上述极端环境后，被碎片浸蚀(impregnate)，尤其是当弹性密封环形成动态密封的一部分。被碎片浸蚀的弹性密封环更加容易撕裂或失去弹性材料，这抑制了弹性密封环形成密封。进一步地，被碎片浸蚀的弹性密封环成为磨蚀环，其不希望地从其动态密封的凸缘或切削锥磨损材料。被碎片浸蚀的弹性密封环从凸缘或切削锥磨损材料，经常导致凸缘或切削锥上形成凹槽。对于弹性密封环而言，如果凸缘或切削锥上出现不希望的凹槽，其在凸缘和切削锥之间提供密封更加困难。另一类钻头密封装置包括与弹性密封环接合(engagedwith)的金属面密封装置。在一典型的装置中，金属面密封装置动态接合凸缘的表面或切削锥的表面，或另一个金属面密封装置。进一步地，金属面密封装置和弹性密封环之间通常形成静态密封。金属面密封装置保护弹性密封环不被碎片浸蚀。因此，金属面密封装置减少了弹性密封环所损失的弹性材料。金属面密封装置不会像包括弹性材料的密封装置那样容易被碎片浸蚀。因此，金属面密封装置不容易成为磨蚀环而从与其动态密封的凸缘或切削锥上磨损材料。已知随着切削锥钻入地层，其受到一定的扭矩。切削锥因钻入地层受到的扭矩使切削锥的尖端相对于凸缘向下向外旋转。随着切削锥远离凸缘的后部，切削锥因钻入地层受到的扭矩增加；而随着切削锥靠近凸缘的后部，切削锥因钻入地层受到的扭矩减少。通过减少钻头密封装置所占据的轴向空间，切削锥可以更接近凸缘的后部。因此，提供一种占据较小轴向空间的密封组件就成为业界需要解决的问题。专利技术概述总体上，本专利技术涉及一种泥土钻头的密封组件。附图及后文的描述提供了可实施的公开内容；而权利要求则特别指出并清楚要求所保护的客体及其等同物。附图说明图1a是旋转式泥土钻头(earthbit)的透视图；图1b是图1a中的旋转式泥土钻头沿着图1a中的切割线1b-1b所取的局部剖面图；图2a是图1b的密封区域的近距离视图，其中密封区域包括空隙；图2b是图1b的密封区域的近距离视图，其显示了位于图2a中的空隙内的空隙密封组件；图3a是图2b中的空隙密封组件的透视图；图3b是图2b中的空隙密封组件沿着图3a中的切割线3b-3b所取的局部透视图；图4a是包括于图2b中的空隙密封组件内的刚性密封环的透视图；图4b是图2b中的刚性密封环沿着图4a中的切割线4b-4b所取的局部透视图；图5a是包括于图2b中的空隙密封组件内的弹性密封环的透视图；图5b是图2b中的弹性密封环沿着图5a中的切割线5b-5b所取的局部透视图；图6a、6b、6c是图4b中的刚性密封环的端面近距离视图，其更详细地显示了长臂和短臂；图6d是图3b中的空隙密封组件的端面局部视图，其显示了与长臂和短臂接触的弹性密封环；图6d是图3b的空隙密封组件的端面局部视图，其显示了与长臂接触而与短臂不接合的弹性密封环；图7a是单密封旋转式泥土钻头沿着图1a中的切割线1b-1b所取的局部视图，其中单密封旋转式泥土钻头包括图2a和图2b中的空隙；图7b是图7a的单密封旋转式泥土钻头的局部视图，其中，单密封旋转式泥土钻头包括位于如图2b所示的空隙内的空隙密封组件；图7c是图7a和图7b的单密封旋转式泥土钻头的近距离视图，其更详细地显示了空隙密封组件的刚性密封环和弹性密封环；图7d是图7a和图7b的单密封旋转式泥土钻头的局部视图，其显示了刚性密封环和弹性密封环相对于切削锥的旋转轴的位置；图8a是双密封旋转式泥土钻头沿着图1a中的切割线2a-2a所取的局部视图，其中双密封旋转式泥土钻头包括图2a中的空隙和凸缘凹槽；图8b是图8a的双密封旋转式泥土钻头的局部视图，其中双密封旋转式泥土钻头包括位于图2a的空隙内的图2b的空隙密封组件，以及位于凸缘凹槽内的凹槽密封组件；图8c是图8a和图8b的双密封旋转式泥土钻头的近距离视图，其更详细地显示了空隙密封组件和凹槽密封组件；图8d是图8a和图8b的双密封旋转式泥土钻头的局部视图，其显示了刚性密封环、弹性密封环和凹槽密封组件相对于切削锥的旋转轴的位置；图8e是双密封旋转式泥土钻头的局部视图，该双密封旋转式泥土钻头在空隙中具有空隙密封组件，以及弹性密封环；图8f是双密封旋转式泥土钻头的局部视图，该双密封旋转式泥土钻头在空隙中具有空隙密封组件，在锥凹槽中具有弹性密封环；图9a是包括于图8b的凹槽密封组件内的弹性密封环的透视图；图9b是图9a中的弹性密封环沿着图9a中的切割线9b-9b所取的局部透视图；图10a和图10b是为泥土钻头提供密封的方法的流程图；图11a和图11b是制造泥土钻头的方法的流程图。专利技术详述密封组件与泥土钻头(例如旋转式泥土钻头)一起使用。旋转式泥土钻头包括以旋转的方式安装于凸缘的切削锥。包括泥土钻头内部区域的润滑剂腔在切削锥和凸缘之间延伸。随着将切削锥安装于凸缘，形成润滑剂腔。特别是，随着将切削锥安装于凸缘的轴颈(journalsegment)，而形成润滑剂腔。安装密封组件的目的是限制润滑剂腔内的润滑剂流出，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.03.16 US 12/404,9661.一种泥土钻头，其包括：凸缘；由所述凸缘承载的切削锥；以及密封组件，其与所述凸缘的径向空隙凸缘面形成动态密封；所述的密封组件包括具有长臂和短臂的刚性密封环，以及单独的弹性密封环；其中，所述的短臂位于所述弹性密封环和所述凸缘的轴向空隙凸缘面之间；该刚性密封环在所述短臂与所述轴向空隙凸缘面之间具有空隙，从而使所述短臂不形成密封；其中，所述的长臂与所述的径向空隙凸缘面相接合，所述的弹性密封环使所述长臂顶着所述径向空隙凸缘面；其中，所述短臂的端面设置为面向所述切削锥的径向空隙锥面。2.如权利要求1所述的钻头，其中，所述的弹性密封环位于所述长臂和所述切削锥的径向空隙锥面之间。3.如权利要求1所述的钻头，其中，所述的短臂朝向所述凸缘的轴向空隙凸缘面，所述长臂从所述短臂向外伸出。4.如权利要求3所述的钻头，其中，所述长臂和短臂的相交部(intersection)面向所述径向空隙凸缘面和轴向空隙凸缘面的相交部。5.如权利要求1所述的钻头，其进一步包括穿过所述凸缘之凹槽而延伸的凹槽密封组件。6.如权利要求1所述的钻头，其进一步包括穿过所述切削锥之凹槽而延伸的凹槽密封组件。7.一种泥土钻头，其包括：凸缘；由所述凸缘承载的切削锥；以及空隙密封组件，其与所述凸缘的径向空隙凸缘面形成动态密封；所述的空隙密封组件包括具有长臂和短臂的刚性密封环，以及单独的弹性密封环；其中，所述的短臂位于所述弹性密封环和所述凸缘的轴向空隙凸缘面之间，所述的短臂与所述轴向空隙凸缘面相间隔、使得所述的短臂不形成密封；所述的弹性密封环使所述长臂顶着所述径向空隙凸缘面；其中，所述的短臂包括面向径向空隙锥面、并与之相间隔的端面。8.如权利要求7所述的钻头，其中，所述的短臂在所述弹性密封环和所述凸缘的轴向空隙凸缘面之间延伸。9.如权利要求7所述的钻头，其中，所述的刚性密封环包括凹口，所述凹口面向所述切削锥的轴向空隙锥面和径向空...

【专利技术属性】
技术研发人员：格雷戈里·W·彼德森，
申请(专利权)人：阿特拉斯科普柯塞科罗克有限责任公司，
类型：发明
国别省市：