一种连续油管钻井用组合密封钻头的制作方法

本发明涉及钻井用一种连续油管钻井用组合密封钻头，特别涉及用连续油管钻水平井、定向井用组合密封钻头。

背景技术：

在石油和天然气的钻井过程中，如何降低钻井工程成本已成为石油和天然气勘探和开发的一个重要课题，连续油管钻井技术特点不仅能获得较高的勘探开发效益，而且能够提高采收率、降低钻井效率，所以应用连续油管钻井技术对钻井成本控制具有极其重要的意义，连续油管钻井技术是针对规模比较小的油井，通过实施小尺寸钻头对井眼尺寸偏小的钻井实施的钻采新技术，由于一些特殊油气层的开采生产成本较大，伴随钻井工艺技术水平的提高，钻连续油管井开采油气的技术优势逐步凸显，使得连续油管钻井技术成钻井技术的新突破。

目前连续油管钻井技术的所选用单牙轮钻头，由钻头体、球状牙轮、牙齿、密封件、润滑系统等部分组成，牙齿与球状牙轮以过盈配合形式连接，牙齿所用的材料相同，为硬质合金材料，由于钻头工作时牙齿磨损不均匀，与井底长期接触的区域牙齿磨损很快，使钻头牙齿寿命与轴承寿命不相匹配，影响了钻头的进尺，牙齿磨损后极易使钻头体受磨损，造成缩径，给起钻后的进一步钻进造成了困难。

本发明的目的是提供一种带耐磨齿、保径块的梯度齿单牙轮钻头，提高牙齿的工作寿命，加强保径，另外改进了钻头的密封结构，采用多重密封系统，层层加固，大大增强密封可靠性，适合连续油管侧钻井,与同尺寸三牙轮钻头相比,这种钻头的牙轮和轴承要大得多,而且切削齿更大,更坚、硬、韧,以较大的钻压钻硬地层时能延长钻头寿命，使钻头的进尺得到提高。

技术实现要素：

本发明的目的是：为了克服现有连续油管钻小井眼钻头磨损严重，轴承密封部分早期失效，使用寿命短的难题，特提供一种连续油管钻井用组合密封钻头，此种钻头适合连续油管侧钻井的小尺寸单牙轮钻头，通过对钻头密封结构的改进，采用多重密封系统，大大增强密封可靠性和使用寿命。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种连续油管钻井用组合密封钻头，牙掌、改进派克组合密封件、镶套环、牙轮壳体、锁紧钢球、硬质合金喷嘴、塞销、组合密封件、组合密封ⅰ、喷嘴挡圈、钨钴合金喷嘴、组合密封ⅱ、楔形合金齿、球头合金齿、喷嘴挡环、o型密封圈组成，牙轮壳体上布置有耐磨楔形合金齿，牙掌上部布置有多圈球头合金齿，在钻头的出水孔处，组合密封件、组合密封ⅰ及组合密封ⅱ的双层密封结构，对外界流体产生多层隔离，本发明的钻头可配合相应型号的螺杆式马达或涡轮式马达进行连续油管钻井作业。

所述一种连续油管钻井用组合密封钻头的楔形合金齿、球头合金齿与牙轮壳体表面钻铰齿孔以过盈配合形式连接。

所述一种连续油管钻井用组合密封钻头的楔形合金齿的楔形齿面是对称于椭圆长轴并与其成一定夹角斜切形成的，楔形合金齿齿顶为聚晶金刚石粉末烧结而成，楔形合金齿下部柱面为硬质合金粉末烧结而成，具有极高的耐磨性。

所述一种连续油管钻井用组合密封钻头的球头合金齿通过聚晶金刚石粉末和硬质合金粉末烧结成的复合齿，球头合金齿齿顶为聚晶金刚石粉末烧结而成，球头合金齿下部柱面为硬质合金粉末烧结而成，能够承受多方向的研磨。

所述一种连续油管钻井用组合密封钻头的钨钴合金喷嘴由钨钴元素的合金线切割制成，具有很稳定的物理性能，防冲蚀效果极强，硬质合金喷嘴的喷嘴挡环通过y型和k型焊缝焊接；可单独加工后直接焊接在硬质合金喷嘴的界面处。

所述一种连续油管钻井用组合密封钻头的改进派克组合密封件由牙掌、镶套环、牙轮壳体、组合密封ⅰ，组合密封ⅱ组成。

所述一种连续油管钻井用组合密封钻头的组合密封ⅰ的o型密封圈为耐高温丁腈橡胶，支撑环由丁腈橡胶制成；组合密封ⅱ由o型密封圈、矩形密封圈组成，此密封结构的橡胶材料通过改进聚氨酯材料的物理性能，能提供改进的耐压缩永久变形、回弹性高、抗拉强度从而提高密封性能，可承受-54℃-127℃的温度变化。

所述一种连续油管钻井用组合密封钻头的镶套环由低温条件下与牙轮壳体的内孔过盈装配，镶套环使用铜合金加工成型。

所述一种连续油管钻井用组合密封钻头的组合密封件由o型密封圈和改进的唇形密封圈进行压铸模具成型。

本发明的有益效果是：(1)密封过程中，组合密封件在极端条件下的扭转、扭曲、滚动变形，且它们都由苯乙烯制成，在高温高压下保证密封稳定，不发生过早失效；(2)该组合密封钻头在极低或极高的温度下，组合密封件能够在内外接触界面保持稳定，无论是在间隙或过盈配合中，组合密封件将维持和补偿唇形部分所承受的载荷；(3)可以根据派克密封的使用范围进行适当的组合选型，确保密封组件在密封过程中可以同时承受磨损、挤压、温度、电阻和液体介质的功能；(4)改组合密封钻头相对先前使用的单牙轮钻头，改进了水孔和轴承部分的密封结构，零部件减少，便于组装和加工，制造工艺和设计特别适用于水平井和深井，具有重要工程意义。

附图说明

图1为一种连续油管钻井用组合密封钻头的结构示意图。

图2为一种连续油管钻井用组合密封钻头的三维图。

图3为一种连续油管钻井用组合密封钻头的合金齿示意图。

图4为一种连续油管钻井用组合密封钻头的出水孔端密封组合图。

图5为一种连续油管钻井用组合密封钻头的轴承密封组合图。

图6为一种连续油管钻井用组合密封钻头的密封合成图。

图中：1.牙掌，2.改进派克组合密封件，3.镶套环，4.牙轮壳体，5.锁紧钢球，6.硬质合金喷嘴，7.塞销，8.组合密封件，9.组合密封ⅰ，10.喷嘴挡圈，11.钨钴合金喷嘴，12.组合密封ⅱ，13.楔形合金齿，14.球头合金齿，15.喷嘴挡环，16.o型密封圈，901.o型密封圈，902.支撑环，120.o型密封圈，121.矩形密封圈，201.o型密封圈，202.唇形密封圈。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

如图1所示，一种连续油管钻井用组合密封钻头，牙掌1、改进派克组合密封件2、镶套环3、牙轮壳体4、锁紧钢球5、硬质合金喷嘴6、塞销7、组合密封件8、组合密封ⅰ9、喷嘴挡圈10、钨钴合金喷嘴11、组合密封ⅱ12、楔形合金齿13、球头合金齿14、喷嘴挡环15、o型密封圈16组成，牙轮壳体4上布置有耐磨楔形合金齿13，牙掌1上部布置有多圈球头合金齿14，在钻头的出水孔处，组合密封件8、组合密封ⅰ9及组合密封ⅱ12的双层密封结构，对外界流体产生多层隔离，本发明的钻头可配合相应型号的螺杆式马达或涡轮式马达进行连续油管钻井作业，楔形合金齿13、球头合金齿14与牙轮壳体4表面钻铰齿孔20以过盈配合形式连接，楔形合金齿13的楔形齿面是对称于椭圆长轴并与其成一定夹角斜切形成的，楔形合金齿13齿顶为聚晶金刚石粉末烧结而成，楔形合金齿13下部柱面为硬质合金粉末烧结而成，具有极高的耐磨性，球头合金齿14通过聚晶金刚石粉末和硬质合金粉末烧结成的复合齿，球头合金齿14齿顶为聚晶金刚石粉末烧结而成，球头合金齿14下部柱面为硬质合金粉末烧结而成，能够承受多方向的研磨，钨钴合金喷嘴11由钨钴元素的合金线切割制成，具有很稳定的物理性能，防冲蚀效果极强，硬质合金喷嘴6的喷嘴挡环15通过y型和k型焊缝焊接；可单独加工后直接焊接在硬质合金喷嘴6的界面处。

如图4所示，改进派克组合密封件2由牙掌1、镶套环3、牙轮壳体4、组合密封ⅰ9，组合密封ⅱ12组成，组合密封ⅰ9的o型密封圈901为耐高温丁腈橡胶，支撑环902由丁腈橡胶制成；组合密封ⅱ12由o型密封圈120、矩形密封圈121组成，此密封结构的橡胶材料通过改进聚氨酯材料的物理性能，能提供改进的耐压缩永久变形、回弹性高、抗拉强度从而提高密封性能，可承受-54℃-127℃的温度变化。

如图5所示，镶套环3由低温条件下与牙轮壳体4的内孔过盈装配，镶套环3使用铜合金加工成型，组合密封件8由o型密封圈201和改进的唇形密封圈202进行压铸模具成型。