间的容积可W用润滑脂填充，W 便润滑关联的轴承16和滚珠轴承42。
[0039] 润滑脂通道76可W延伸穿过支撑臂22, W便使润滑脂腔体56设置成与滚珠通道44 流体连通。润滑脂通道76可W与润滑脂腔体56的大体与润滑脂开口 62和润滑脂容器58相邻 的一个端部连通。
[0040] 滚珠通道44可W设置成通过导管78与内部腔体34流体连通。在组装钻头10、润滑 脂通道76、润滑脂容器58、润滑脂腔体56之后，滚珠塞销通道44、导管78中的可用空间和内 部腔体34中的可用空间可W通过支撑臂22中的开口 80利用润滑脂进行填充。开口 80可W在 润滑脂填充之后随后加 W密封。
[0041] 环绕钻头10的外部部分的流体的压力可W通过膜片密封件66的晓曲传送到设置 在润滑脂容器58内的润滑脂。膜片密封件66的此类晓曲将润滑脂保持在压力大体上等于钻 头10外侧的外部流体的压力下。此压力可W通过润滑脂通道76、滚珠通道44、导管78和内部 腔体34传送到弹性体密封件36的内部面，所述弹性体密封件36可W是如本文所公开的密封 件。因此，弹性体密封件36可W暴露在来自润滑脂的大体上等于外部流体的压力的内部压 力下。
[0042] 图7是示出可W具有利用润滑脂填充的一个或多个润滑系统的旋转锥形钻头的另 一个实施例的示意图。旋转锥形钻头100可W具有=个支撑臂122,所述=个支撑臂122可具 有可旋转地安装在其上的相应锥形组件112。
[0043] 图7中仅示出一个支撑臂122和关联的锥形组件112。钻头100可W包括一片式或一 体式钻头主体106。可W选择凹形外部表面110的尺寸和锥形组件112的位置W便优化钻头 主体106的下部部分108之间的流体流动。
[0044] 钻头100的锥形组件112可W安装在从相应支撑臂102伸出的轴颈或主轴114上。每 个锥形组件112可W包括大体上呈圆柱形的腔体134,所述腔体134被设定尺寸W便将主轴 或轴颈114的外部部分接收于其中。每个锥形组件112和相应的主轴114可W包括纵向轴线 116,所述纵向轴线116还表示每个锥形组件112相对于其关联的主轴114旋转的轴线。每个 锥形组件112可W由多个滚珠轴承142保持在其相应的轴颈114上。滚珠轴承142通过开口 120插入到支撑臂122的外表面和关联的支撑臂122的滚珠保持器通路144中。滚珠座圈146 和148可W在关联的锥形组件112的腔体134内部和轴颈114的外部中形成。
[0045] 滚珠保持器通路144可W与滚珠座圈146和148连通连接，运样使得滚珠轴承142可 W通过其插入W便在滚珠座圈146、148内形成环形阵列，进而防止每个锥形组件112从关联 的轴颈114脱离。滚珠保持器通路144随后通过插入其中的滚珠塞销保持器(未明确示出）而 被塞住。滚珠塞销焊接(未明确示出）可W在每个开口 120中形成W便在滚珠保持器通路144 与每个支撑臂122的外部之间提供流体障碍，进而防止来自关联的润滑系统的润滑脂受到 污染和损失。
[0046] 每个支撑臂102可W包括具有大体上呈圆柱形构型的润滑脂腔体或润滑脂胆藏器 156。润滑脂盖子168可W设置在润滑脂腔体156的一个端部内，W便防止润滑脂腔体134与 支撑臂102的外部之间出现不希望的流体连通。润滑脂盖子168可W包括接近润滑脂腔体 156的柔性、弹性膜片密封件166。盖子168可W覆盖膜片密封件166,并且部分限定腔室136， 所述腔体136提供膜片密封件166可能扩展到其中的容积。盖子168和膜片密封件166可W由 保持环172紧固在润滑脂腔体156内。
[0047] 润滑脂通道176可W延伸穿过支撑臂122W便允许润滑脂腔体156与滚珠保持器通 路144流体连通。滚珠保持器通路144提供与关联的锥形组件112的内部腔体134W及设置在 主轴114的外部部分与腔体134的内部部分之间的轴承的流体连通。在将钻头100、润滑脂通 道176、润滑脂腔体156组装之后，可W通过每个支撑臂102中的开口（未画出）利用润滑脂填 充处于腔体134的内部表面与主轴144的外部之间的任何可用空间。
[0048] 围绕钻头100的外部的流体的压力可W由膜片密封件166传送到包括在润滑脂腔 体156内的润滑脂。膜片密封件166的晓曲将润滑脂保持在压力大体上等于围绕钻头100的 外部的流体的压力下。润滑脂压力通过润滑脂通道176、滚珠保持器通路144和内部腔体134 传送，W便将密封元件176的向内面暴露到压力大体上等于围绕钻头100外部的压力下。
[0049] 密封元件136(可W是如本文描述的密封件)可W定位在腔体134内的密封件保持 槽内，W便在腔体134与轴颈114的相邻部分之间建立流体障碍。密封元件136可^是〇形密 封件、t形密封件、V形密封件、平坦密封件、唇边式密封件或者可用W在腔体134与轴颈114 的相邻部分之间建立流体障碍的任何其它密封件。另外，多于一个密封件或密封件与垫圈 的组合可W定位在一个或多个密封件保持槽内或W其它方式保持在腔体134和轴颈114之 间。
[0050] 根据本公开的具有高溫性能的密封件的使用可W允许更少频率地替换牙轮钻头 中的润滑剂并且使用此类钻头更长时间。
[0051 ] 实施例
[0052]通过参考W下实施例，可W更好地理解本公开。运些实施例被包括在此W仅描述 示例性实施方案，而不应解释为涵盖本发明的全部范围。
[005引实施例1 -弹性-ThermalGraphi帝DKD组合物
[0054] 即，HNBR 2010和HNBR 2010H的共混物如对照试样通过在橡胶混合器中与碳黑 (33%或50地r)塑炼加 W混合，作为对照试样。烙融共混材料压缩模制为圆盘。传导率用W/ mK测量。不具有碳黑的典型橡胶试样的导热率大体上大约为小于0.3W/mK。包含对照试样的 碳黑大约为0.41W/VK，由于碳黑含量轻微地增加了导热率。在将碳填充物的总量保持与对 照试样相同的同时，W高石墨化ThermalGraph^DKD纤维和碳黑的1:1组合制备下一个试 样。最后，制备并测试只包括Thermal陆aph? DKD纤维的试样。导热率结果在图1中示出。 图1中的结果示出弹性体的导热率可W通过利用导热石墨化渐青基碳纤维替换碳黑增加大 约 60 %。
[005引实施例2-弹性体GRAN0C?或GRAN0C? Thermal Graph饭D邸组合物
[0056] 在将填充物含量保持在50P皿或更高的同时，结合Thermal拉raph? DKD纤维测试 切碎的GRAN0C?XN-100纤维。在图2中报告了根据溫度对运些组合物进行的导热率测量。应 发现，通过使用碳纳米纤维的组合，当与仅包括碳黑作为填充物的试样相比时，弹性体的导 热率可W增加100-200%。
[0057] 在表2中示出机械性能。
[0化引 表2
[0060] 通过利用化ermalGra地DKD替换部分量的常规碳黑，密封件材料变得更柔软并且 具有更长的伸长率。
[0061] 密封件经历封装发明的旋转密封测试，W便估算其使用寿命。结果列于表3中。结 果表明，通过将化ermalGraph DKD并入在密封配方中，所述密封件的使用寿命已经得到了 延长。在该测试中测量的溫度是金属溫度而不是密封件溫度。增加的表面溫度表明通过并 入化ermalGraph DKD材料，热量有效地被转移到金属部分。标准商用密封件的平均使用寿 命为82小时，而试样密封件1已经达到了 109小时并且试样密封件3已经达到150小时，其增 加了83%。
[0062] 表3-旋转密封件测试
[0064]尽管上文仅专口地描述了本发明的示例性实施方案，但应理解的是，在不背离本 发明的精神和所主张的范围的情况下，运些实施例的修改和变化是可能的。
【主权项】
1. 一种用于牙轮钻头的密封件，其包括弹性体-导热碳纤维组合物，所述弹性体-导热 碳纤维组合物包括： 弹性体；以及 至少5php石墨化导热碳纤维碳纤维，其具有至少350W/mK的纵向导热率， 其中所述弹性体-导热碳纤维组合物具有至少〇.5W/mK的导热率。2. 根据权利要求1所述的密封件，其中所述导热碳纤维包括至少两种类型的碳纤维。3. 根据权利要求1或权利要求2所述的密封件，其中导热碳纤维的长度是多模态的。4. 一种牙轮钻头，其包括： 钻头主体，具有从所述钻头主体延伸的至少一个支撑臂； 相应的锥形组件，其能旋转地安装在从每个支撑臂延伸的主轴上； 密封件，其设置在至少一个支撑臂中，其中所述密封件包括弹性体-导热碳纤维组合 物，所述弹性体-导热碳纤维组合物包括： 弹性体；以及 至少5php的碳纤维，其具有至少350W/mK的纵向导热率， 其中所述弹性体-导热碳纤维组合物具有至少〇.5W/mK的导热率。5. 根据权利要求3所述的钻头，其中所述碳纤维包括至少两种类型的碳纤维。
【专利摘要】本公开涉及用于牙轮钻头的密封件中的弹性体-导热碳纤维组合物。本公开还涉及由此类组合物形成的密封件，并且涉及包括此类密封件的牙轮钻头。
【IPC分类】E21B10/22, E21B10/25, F16J15/16
【公开号】CN105593453
【申请号】CN201480045582
【发明人】B·R·雷迪, 梁峰, 隋平群, D·P·达克沃思
【申请人】哈利伯顿能源服务公司
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2014年9月19日
【公告号】CA2922010A1, DE112014004312T5, US20160201397, WO2015042388A1