一种适应高速高温钻井的牙轮钻头.pdf

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种适应高速高温钻井的牙轮钻头，延长牙轮钻头的寿命，有利于提高钻井效率和降低钻井成本。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：本发明的一种适应高速高温钻井的牙轮钻头，包括牙轮、牙掌，在牙轮轴孔和牙掌轴颈之间设有滑动套，在牙掌轴颈的止推面上设有浮动垫片；在靠近牙轮轴孔开口的部位设置密封槽，密封槽内设置弹性密封圈，该密封圈截面形状为扁圆形，该密封圈包括外圈和内圈，内圈材料采用聚四氟乙烯、尼龙、芳纶纤维中的一种，外圈材料采用丁腈橡胶、高饱和丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶、氟橡胶中的一种。

进一步，所述的密封圈截面的宽度与厚度的比值不小于1.5。

进一步，滑动套的厚度为与该滑动套相配合位置处牙掌轴颈直径的3-6％。

进一步，滑动套沿轴线方向设置一宽度为1.5-3mm的开口。

有益效果为：与现有技术相比，本发明是在牙掌轴颈和牙轮轴孔之间设置一个环形的滑动套，滑动套的外径和牙轮的内孔组成一对滑动摩擦副；滑动套的内孔和牙掌轴颈组成另一滑动摩擦副，这两个滑动摩擦副构成本发明牙轮钻头的径向浮动轴承。在牙轮和牙掌止推面间设置有浮动垫片组成本发明牙轮钻头的轴向浮动轴承。前述的径向浮动轴承和轴向浮动轴承共同构成本发明的轴承系统。由于滑动套和浮动垫的设置，原由一个滑动摩擦副的轴承改进为由两个滑动摩擦副，摩擦副的相对滑动速度降低了50％。相同工作条件下牙轮钻头适应的转速提高一倍。由于相对滑动摩擦产生的热量大大降低。

原牙轮钻头密封是在牙掌轴颈根部和牙轮之间设置一个“O”形密封圈，在高转速下摩擦热量增大，使“O”形密封圈很快失效，井眼环空中的泥浆进入轴承内，造成轴承快速磨损失效。与之相比，本发明牙轮钻头，在牙掌轴颈根部和牙轮之间设置了扁圆形截面的弹性密封圈，在牙轮内开了密封槽，将密封圈置于密封槽内，避免了密封圈和井眼内的泥浆岩屑大面积接触，有力保护密封圈受岩屑的冲蚀磨损；弹性密封圈采用大的截面宽度与厚度比(不小于1.5)，与“O”形密封圈相比可以降低密封圈的压缩率，从而减小密封圈的接触应力，减少摩擦生热，提高密封系统在高转速、高温条件下的使用寿命。

另外，内圈采用了摩擦系数低、导热性能好、硬度高耐磨的材料如聚四氟乙烯、尼龙、芳纶纤维，硬度为邵尔硬度85-95度；外圈材料采用弹性好压缩永久变形低的材料，以保持密封圈良好的弹性，提供足够的密封压力，有助于进一步提高牙轮钻头的寿命。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。