专利名称:一种牙轮钻头球形浮动密封装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种牙轮钻头球形浮动密封装置，主要用于油气以及矿山开采中，它主要包括牙轮钻头、挡沙环、异形橡胶圈、球形静环、球形动环、牙爪轴颈构成，所述球形静环、异性橡胶圈、球形动环安装在牙爪轴颈与牙轮钻头的内孔的密封腔体内；挡沙环安装在牙轮钻头端面的凹槽中，挡沙环主要采用钢丝网组成；异型橡胶圈与牙爪轴颈以及球形静环紧密接触，异型橡胶圈内侧与顶部分别有圆弧形凸起；球形静环内侧为锥面，下部开有圆弧形凹槽，其中凹槽内侧渡一层硬质合金材料。本实用新型能有效的提高密封的可靠性；提高密封寿命，将有利于提高牙轮钻头轴承的使用寿命，提高钻井的可靠性与工作效率。
【专利说明】一种牙轮钻头球形浮动密封装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种牙轮钻头球形浮动密封装置，主要用于油气以及矿山开采中，属于油气开发钻井井下设备【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着油气资源开采技术的不断发展，钻井技术朝着高效、高速的方向发展已成为一种趋势，然而在井底高温、高压、震动等恶劣的工况下，牙轮钻头的使用寿命受到极大的限制。据现场钻头使用的统计分析表明，因一只牙轮的早起失效而导致钻头失效的情况占80%。而牙轮钻头的寿命主要取决于牙轮钻头的密封，就目前来说，常用的密封方式主要有O型圈密封、双金属浮动密封以及单金属端面浮动密封。由于单独采用O型圈密封在井底高温高压工况下容易导致橡胶圈的老化以及硬化，导致密封寿命较短。对于双金属浮动密封，由于其结构相对复杂，在钻井中失效概率也大大增加，难以满足提高钻井效率的要求。相对而言单金属密封较双金属密封有较多的优点，因而目前单金属浮动密封使用得较为普遍，但是单金属密封由于是靠端面结构密封，在井底冲击振动的工况下难以形成动压油膜，并且会导致端面磨损加快，导致密封失效。一件中国专利CN1069557A的技术采用了单金属密封装置，但是它的密封圈直接与钻井泥浆接触，导致密封圈受腐蚀而老化，降低了密封寿命。一件中国专利CN2099225U的技术在前者的基础上作了一定的改进，即在内孔台阶上装了一个全接触的密封垫，但是对于实际的密封效果并没有较明显的提高。另外一件中国专利CN101086197A对前面两个专利的缺点进行了改进，并且综合了它们的一部分优点，采用了一个支撑环来保护ο型密封圈，防止其与泥浆直接接触，提高了密封圈的使用寿命，另外采用了密封垫片使得密封圈的安装能够很好满足精度的要求，但是其密封结构人就仍为端面密封，相对之前的密封形式并没有做较大的改进。一件中国专利CN102661123A采用动密封环、静密封环、焊接波纹管、动环座和防砂密封组成，其中一个创新点在于使用了防砂密封，另外引进了波纹管，其密封结构与密封性能有了较大的改进，但是相对来说结构有一定的复杂，这样会加大密封圈的失效概率，难以满足井底复杂工况的工作的要求。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的为了克服现有技术中的不足，提供一种牙轮钻头球形浮动密封装置，在尽量简化密封结构基础上，提高密封性能。
[0004]本实用新型采用的技术方案为:
[0005]本实用新型一种牙轮钻头球形浮动密封装置，主要包括牙轮钻头、挡沙环、异形橡胶圈、球形静环、球形动环、牙爪轴颈构成，所述球形静环、异性橡胶圈、球形动环安装在牙爪轴颈与牙轮钻头的内孔的密封腔体内；挡沙环安装在牙轮钻头端面的凹槽中，挡沙环主要采用钢丝网组成；异型橡胶圈与牙爪轴颈以及球形静环紧密接触，异型橡胶圈内侧与顶部分别有圆弧形凸起；球形静环内侧为锥面，下部开有圆弧形凹槽，其中凹槽内侧渡一层硬质合金材料；球形动环上端面为球形凸起，下端面为圆环形；在球形动环上端面应渡一层硬质合金材料。
[0006]由于采用的是球面密封，相对端面密封来说有较多有点，例如更容易形成动压油膜、应力分布较为均匀以及泄漏量较小等优点。
[0007]本实用新型的有益效果在于:1、球形静环与球形动环之间形成球面密封，极大的减少了应力集中现象，并在由于接触面是球面，具有一定的位移调节功能，能够满足井底冲击振动的恶劣工况，同时由于密封面相对较大，更易于形成动压油膜，能够有效的减少磨损，改善密封性能。2、另外一点是采用异型橡胶圈，能够简化密封结构，能有效的提高密封的可靠性，而且还具有轴向与径向位移补偿的功能，使得密封性能有较大提高。3、提高密封寿命，将有利于提高牙轮钻头轴承的使用寿命，从而能够提高钻井的可靠性与工作效率。
【附图说明】
[0008]图1是本实用新型一种牙轮钻头球形浮动密封装置的结构示意图；
[0009]图2是图1密封结构的局部放大图；
[0010]图3是图2中无变形状态下异形橡胶圈截面放大图。
[0011]图中1.润滑孔，2.牙掌，3.异型橡胶圈，4.挡沙环，5.球形静环，6.牙轮钻头，
7.球形动环,8.牙爪轴颈。
【具体实施方式】
[0012]下面结合所给附图对本实用新型具体实施办法作如下说明:
[0013]如图1、图2、图3所示，本实用新型一种牙轮钻头球形浮动密封装置，主要包括挡沙环4、球形静环5、异性橡胶圈3、球形动环7、牙轮钻头6、牙爪轴颈8构成，所述球形静环5、异性橡胶圈3、球形动环7安装在牙爪轴颈8与牙轮钻头6的内孔的密封腔体内；润滑孔I为润滑通道，其结构为分支形；挡沙环4安装在牙轮钻头6端面的凹槽中，挡沙环4主要采用钢丝网组成；异型橡胶圈3与牙爪轴颈8以及球形静环5紧密接触，异型橡胶圈3的内侧与顶部分别有圆弧形凸起；球形静环5内侧为锥面，下部开有圆弧形凹槽，其中凹槽内侧渡一层硬质合金材料；球形动环6上端面为球形凸起，下端面为圆环形，其中球形动环6上端面渡一层硬质合金材料。在安装时，在牙掌2端面的凹槽中先安装好挡沙环4，在亚爪轴颈8的环形凹槽内依次装入异型橡胶圈3、球形静环5，在牙轮上安装球形动环7，接下来将牙轮钻头6安装在牙爪轴颈8上，装入锁紧滚珠即完成牙轮钻头的安装工作。
【权利要求】
1.一种牙轮钻头球形浮动密封装置，主要包括挡沙环(4)、球形静环(5)、异性橡胶圈(3)、球形动环(7)、牙轮钻头￠)、牙爪轴颈(8)构成，其特征在于:所述球形静环(5)、异性橡胶圈(3)、球形动环(7)安装在牙爪轴颈(8)与牙轮钻头￠)的内孔的密封腔体内；挡沙环(4)安装在牙轮钻头(6)端面的凹槽中，挡沙环(4)主要采用钢丝网组成；异型橡胶圈(3)与牙爪轴颈(8)以及球形静环(5)紧密接触，异型橡胶圈(3)的内侧与顶部分别有圆弧形凸起；球形静环(5)内侧为锥面，下部开有圆弧形凹槽；球形动环(6)上端面为球形凸起，下端面为圆环形。2.根据权利要求1所述的一种牙轮钻头球形浮动密封装置，其特征在于:圆弧形凹槽内侧渡一层硬质合金材料；球形动环(6)上端面渡一层硬质合金材料。
【文档编号】E21B10-25GK204299471SQ201420698364
【发明者】张晓东, 卢美亮, 张毅, 鲁慧萍, 龚彦, 周权, 祝伟彪 [申请人]西南石油大学