井工具内部密封件的牺牲间隔件的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开一般来说涉及结合地下井利用的设备和执行的操作，且在下文描述的一个实例中，更具体地说提供具有周向间隔件的井工具内部密封件，周向间隔件暂时防止内部密封件与井工具的部件的密封接合。
【背景技术】
[0002]井对密封件来说是特别严苛的环境。动态密封件可能过早失效，这是因为密封件暴露于井流体和井中的磨粒。
[0003]因此，应了解，在井工具的部件之间的密封领域需要持续的改进。无论是否涉及动态密封，此类改进可以是有用的。
【附图说明】
[0004]图1是可体现本公开的原理的井工具的代表性部分截面图。
[0005]图2是井工具的臂的代表性截面图。
[0006]图3是井工具的部件之间的内部和外部密封件的代表性放大比例截面图。
[0007]图3B是沿着图3的线3B-3B截取的内部密封件、井工具的部件和其之间的周向间隔件的进一步的代表性放大比例截面图。
[0008]图4是内部和外部密封件的另一实例的代表性截面图。
[0009]图5至图7是可与井工具一起使用的周向间隔件的实例的进一步的代表性放大比例截面图。
[0010]图8是井工具的均压装置的代表性截面图。
【具体实施方式】
[0011]图1代表性地说明了井工具10，其可体现本公开的原理。然而，应清楚地理解，井工具10和与其相关联的方法实际上仅仅是本公开的原理的应用的一个实例，且广泛多种其它实例是可能的。因此，本公开的范围完全不限于钻头10和本文中描述和/或图式中示出的方法的细节。
[0012]在图1的实例中，井工具10是本领域技术人员已知类型的钻头，称作牙轮钻头或三牙轮钻头，因为它使用多个上面具有大地接合切割元件14的大体上圆锥形的滚轮或牙轮
12。然而，其它类型的井工具(诸如钻井稳定器、扩孔器等)也可并入有本公开的原理。
[0013]多个牙轮12中的每一者旋转地固定至从钻头的主体18向下延伸的相应的臂(牙爪)16(如图1所示)。在此实例中，每个有三个牙轮12和臂16。
[0014]然而，应清楚地理解，本公开的原理可并入至具有其它数目的牙轮和臂、其它类型的切割结构(例如，未必是牙轮和切割元件)的钻头和其它类型的钻头和钻头配置中。图1中示出的钻头仅仅是可利用本文中描述的原理的广泛多种钻头的一个实例。
[0015]图2是井工具10的多个臂16中的一者的代表性截面图。在此视图中，可见牙轮12围绕臂16的轴颈20旋转。保持滚珠22用于牙轮12与轴颈20之间以将牙轮固定在臂16上。
[0016]经由通道26从内部腔室34中的润滑剂供应源24向牙轮12与轴颈20之间供应润滑剂。压力补偿器28(包括例如浮动活塞或隔膜)确保在钻头用以钻井筒时腔室34中的润滑剂供应源24与钻头外部32的井环境处于基本上相同的压力。在一些实例中，补偿器28可被配置用来维持润滑剂供应源24与井环境之间的预定压力差(例如，通过在活塞上提供差动活塞区域)。
[0017]环形空间44(图3和图4中更详细地可见)径向地形成在牙轮12与轴颈20之间，以提供充足间隙使牙轮12配合在轴颈20上方且相对于轴颈20自由地旋转。在附图标记“31”处(其是来自井环境32的流体可趋向于进入环形空间44的位置)大体上指示出环形的流体进入路径31。因此，提供一对密封件30a、30b以防止碎肩和井流体从该对密封件30a、30b的一端进入环形空间44，且防止润滑剂从环形空间44逃逸和防止润滑剂供应源24从该对密封件30a、30b的另一端逃逸。在此实例实施方案中，密封件30a、30b收纳在形成于牙轮12中的压盖或凹槽38中。尽管附图中示出两个密封件30a,30b,但可使用任何数目的密封件而与本公开的范围保持一致。
[0018]当牙轮12围绕轴颈20旋转时，密封件30a、30b优选地与牙轮12—起旋转且滑动地密封轴颈20的外表面20a。然而，在其它实例中，密封件30a、30b可在轴颈20上保持静止。举例来说，密封件30a、30b可设置在形成在轴颈20上的凹槽中，其中牙轮12相对于轴颈20和密封件30a、30b旋转，使得密封件30a、30b替代地滑动地密封牙轮12。在一些实例中，密封件30a、30b可相对于另一静止表面诸如形成在轴颈20上的凹凸部或凸台(未示出)，或密封地附接至轴颈的由不同材料制成的套管(未示出)而旋转。
[0019]牙轮12和轴颈20是井工具10的两个部件，牙轮和轴颈之间需要使用密封件30a、30b进行密封。在其它钻头中，或在其它类型的井工具中，可能需要在其它部件之间进行密封。因此，应清楚地理解，本公开的范围不限于牙轮与轴颈之间的密封。密封件30a、30b(或其它密封件)可用于任何类型的井工具部件之间的密封，而与本公开的原理保持一致。
[0020]密封件30a在下文的进一步描述中称作“外部”密封件，这是因为它是在两个密封件30a、30b中首先暴露于来自井环境32的可能沿着环形流体进入路径31进入环形空间44的任何流体的。另一密封件30b在下文的进一步描述中称作“内部”密封件，这是因为它相对于环形流体进入路径31，处在外部密封件30a的下游且因此不会暴露于来自井环境32的流体，除非外部密封件30a不能执行其密封功能。
[0021]图3是井工具10的部件(牙轮12和轴颈20)的代表性放大比例截面图，其进一步详细说明外部密封件30a和内部密封件30b的细节、以及密封件30a、30b与井工具10的部件之间的合作关系。在此视图中，可见牺牲性的周向形成的间隔件(即，“周向间隔件”)36径向地间隔内部密封件30b使其径向地离开轴颈20的表面20a。周向间隔件36可与牙轮12围绕轴颈20的旋转轴线基本上共轴。尽管未在所有实施方案中严格要求，但此实施方案中的周向间隔件36完全环绕轴颈20，且因此沿着轴颈20的圆周的基本上全360度进行密封。因此，当最初构造井工具10时，内部密封件30b可相对于轴颈20被构造和定向，使得内部密封件不会在沿着轴颈20的圆周的任何位置处与轴颈20密封地接合。
[0022]外部密封件30a与轴颈20(和对应凹槽38)密封地接合，且因此外部密封件至少最初有效地防止井流体进入井工具10，井流体在井工具中例如会污染其中的润滑剂，且导致牙轮12与轴颈之间的过度摩擦和磨损。然而，由于牙轮12与轴颈20之间存在相对运动，外部密封件30a是动态密封件且随着时间井流体中的磨粒和/或表面20a上的不规则会导致外部密封件的腐蚀、磨损或其它损坏，使得其不再执行其密封功能。
[0023]周向间隔件36径向地间隔内部密封件30b使其最初离开表面20a。当牙轮12围绕轴颈20旋转时，密封件30b与牙轮12—起旋转，如上所述。通过对材料配置和参数的慎重选择，周向间隔件36在牙轮12围绕轴颈20旋转时也与牙轮12和内部密封件30b—起移动。举例来说，可选择牙轮12与内部密封件30b之间、内部密封件30b与周向间隔件36之间，和/或周向间隔件36与轴颈20之间的摩擦系数和对应相对摩擦，使得与周向间隔件36与轴颈20之间的摩擦相比，内部密封件30b与周向间隔件36之间具有较大摩擦。作为图3B中详细示出的另一实例，圆周间隔件36的与内部密封件30b接触的表面可被纹理化或以其它方式形成有突起和/或凹处37，以增大间隔件36与内部密封件30b之间的摩擦，而圆周间隔件36的与轴颈20相对的表面39可为光滑的以减小摩擦。因此，最初，当外部密封件30a保持无损伤且执行其密封功能时，在周向间隔件36与轴颈20之间有相对运动(滑