[發明專利]帶有密封壓力調節裝置的雙密封牙輪鉆頭

有效

• 申請號: 201310466180.8
• 申請日: 2013-10-08
• 公開（公告）號: CN103470188B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 吳玉旺;胡友生
• 申請（專利權）人: 天津立林鉆頭有限公司
• 主分類號: E21B10/25
• 分類號: E21B10/25
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司12107
• 代理人: 徐慰明

技術領域

本發明涉及鉆井工具技術領域，尤其涉及一種帶有密封壓力調節裝置的雙密封牙輪鉆頭。

背景技術

牙輪鉆頭是在地殼中破碎巖石的一種工具，廣泛應用與石油、天然氣鉆井以及其他礦用鉆探等領域。隨著石油資源的進一步開發，常規鉆井可開采的油井數量越來越少，開采的難度越來越大，采用非常規鉆井開發的油井越來越多，定向井、斜井、大位移井、水平井、分支井等特殊工藝井在石油開采中所占的比例越來越大，從而使使用井下動力鉆具的機會更多時間更長，由動力鉆具加轉盤旋轉的復合鉆井方式得到越來越廣泛的使用，其特點就是鉆頭轉速有了較大的提高，已經超過原轉盤鉆井的2-3倍，達到250-300轉/分鐘。基于此，要求現代雙密封牙輪鉆頭必須在高轉速下保持長的壽命，以減少鉆井起下鉆的次數，降低非鉆井時間，提高鉆井效率和降低鉆井成本。

在石油、天然氣鉆井及其他礦用鉆探方面使用的牙輪鉆頭大多數是密封形式的。密封式牙輪鉆頭主要由牙掌、牙掌軸、牙輪、牙輪孔、鎖緊元件和密封件構成。在石油、天然氣鉆井中影響牙輪鉆頭的使用壽命的關鍵因素是軸承系統的壽命即軸承壽命和密封壽命。通過解剖及分析牙輪鉆頭的失效形式我們發現密封壽命又是其牙輪鉆頭壽命的最直接制約因素。隨著牙輪鉆頭技術的發展已經制造出了雙密封牙輪鉆頭，此種鉆頭適應高轉速高溫的能力強。雙密封牙輪鉆頭相比以往的單密封牙輪鉆頭有兩道密封圈，靠外的密封圈是擋砂圈，靠內的密封圈是主密封圈，擋砂圈保護主密封圈，主密封圈保護軸承。雙密封牙輪鉆頭提高了牙輪鉆頭的使用壽命。隨著雙密封牙輪鉆頭的使用我們發現提高擋砂圈的壽命又是雙密封鉆頭的關鍵。因為擋砂圈損壞的越快泥漿及巖屑接觸主密封越快，主密封圈使用時間越短，最終鉆頭壽命越短。對于牙輪鉆頭來說，其軸承密封和潤滑的好壞直接影響牙輪鉆頭的壽命。

實踐證明：密封圈內外壓差的大小對密封圈的使用壽命有著至關重要的影響。一方面它是密封漏失的基本原因，另一方面，壓差過大會使密封件加劇磨損，導致牙輪鉆頭密封和整個牙輪鉆頭過早的失效。為了保證牙輪鉆頭軸承和密封的質量，目前單密封圈牙輪鉆頭在牙掌上設計的壓力平衡及儲油補償裝置（見圖6結構），用來平衡鉆頭軸承密封圈兩側的壓力差并向軸承腔內補償消耗的潤滑脂。這種壓力平衡及儲油補償裝置一般由儲油囊、油杯、壓蓋、擋圈、密封圈等多個零件以及鉆頭牙掌上的儲油孔、長油孔、塞銷孔、傳壓孔組成。這種結構同樣適用于雙密封牙輪鉆頭的軸承潤滑及主密封圈的內外壓力差的調節，但不適用于雙密封圈擋砂圈的內外壓力差的調節，原因是主密封圈對擋砂圈4和牙掌上設計的壓力平衡及儲油補償裝置起了阻隔作用，無法調節到擋砂圈4的內外壓力差，如果在擋砂圈部位開一個孔連通到牙掌上的壓力平衡及儲油補償裝置也是不可行的，因為要是擋砂圈4失效后泥漿巖屑會通過牙掌上的壓力平衡及儲油補償裝置進入到軸承腔，導致軸承及主密封圈過早損壞。這樣就需要一種與牙掌上的壓力平衡及儲油補償裝置互不影響的單獨的壓力平衡裝置來調節擋砂圈。

發明內容

本發明的目的在于克服上述技術的不足，而提供一種帶有密封壓力調節裝置的雙密封牙輪鉆頭，能及時有效的調節擋砂圈內外的壓力差，使擋砂圈在較小的壓差下工作，延長擋砂圈的使用壽命，從而延長牙輪鉆頭的壽命。

本發明為實現上述目的，采用以下技術方案：一種帶有密封壓力調節裝置的雙密封牙輪鉆頭，包括牙輪、牙掌以及定位鋼球構成，所述的定位鋼球設置在牙輪和牙掌的“R”?槽之間，牙掌通過牙掌軸頸與牙輪相連接，牙輪內孔通過密封件與牙掌軸頸形成軸承密封腔，所述軸承密封腔與牙掌上設置的壓力平衡及儲油補償裝置相連通，靠近牙輪軸孔開口的部位設置有兩個密封槽，兩個密封槽用2～6mm厚的支撐擋板隔開，兩個密封槽內分別設置一個彈性密封圈，靠外的密封圈是擋砂圈，靠內的密封圈是主密封圈，其特征在于：在牙輪背錐面部位設置有壓力調節裝置，所述壓力調節裝置包括傳壓孔、小儲油孔、小儲油囊、小儲油孔堵頭，所述小儲油孔開設在所述牙輪的背錐面部位上，所述傳壓孔設置在所述支撐擋板中將軸承密封腔和小儲油孔連通，所述小儲油囊固定在所述小儲油孔內，所述的小儲油囊一端開口其余面封閉，小儲油囊中開口部位朝向軸承密封腔，所述小儲油孔堵頭將所述小儲油囊密封固定在所述小儲油孔中，所述的小儲油孔堵頭中間位置上開有傳壓通孔。

優選地，所述小儲油孔堵頭靠過盈配合壓入或螺紋連接的方式裝在小儲油孔上。

優選地，所述小儲油孔堵頭要低于牙輪背錐平面。

優選地，所述傳壓孔的直徑為2mm～4mm。

優選地，小儲油囊由丁腈橡膠、高飽和丁腈橡膠、?丙烯酸酯橡膠或氟橡膠材料制成。