[发明专利]用于牙轮钻头的支承嵌入式套筒

说明书

优先权声明

本申请要求提交于2006年10月18日的美国实用新型专利申请序列号11/582,684的优先权。

技术领域

本发明通常涉及牙轮钻地钻头，尤其涉及安装在牙轮轴颈和锥形牙轮支承面之间的插入环。

背景技术

典型的牙轮钻地钻头具有带三个牙掌的钻头体。牙轮轴颈从每个牙掌伸出，并且锥形牙轮旋转安装在牙轮轴颈上。锥形牙轮腔室和牙轮轴颈之间的支承面充满润滑剂。密封件位于锥形牙轮和牙轮轴颈之间以密封内部的滑润剂并防止钻井流体进入。

在操作期间，通过钻柱重力给钻头施加大向下作用力。向下力通过钻头体和牙轮轴颈传递给锥形牙轮。尽管支承面之间的间隙相当小，但往往发生锥形牙轮支承面和牙轮轴颈之间微小错位。这种微小错位会导致不均匀磨损。

位于锥形牙轮和牙轮轴颈之间用于密封润滑剂的密封件还受到施加在钻头上的载荷的影响。典型地，密封件下侧比上侧的接触压力大。锥形牙轮支承面和牙轮轴颈的错位会导致不同的密封接触压力。接触压力的变化会导致密封件某些区域过热，从而缩短寿命。

发明内容

本发明的钻头具有安装在牙轮轴颈上的套筒，所述套筒被固定以防止相对于牙轮轴颈旋转。锥形牙轮具有滑动接收套筒的腔室。牙轮轴颈外径和套筒内径构造为界定位于其间的间隙，所述间隙在钻头卸载时沿牙轮轴颈长度的一部分逐渐改变。当钻头承载时，套筒轴线和锥形牙轮轴线保持大体上同心，但是相对于牙轮轴颈轴线略微倾斜。套筒外径和锥形牙轮腔室内径之间的支承面保持大体上同轴。

优选地，所述间隙成锥形，并且在套筒前后端大于套筒中心部分。在优选实施例中，套筒内径具有前锥形部和后锥形部，所述锥形部在套筒中心区域内收缩到最小内径。牙轮轴颈保持圆柱形。

在一个实施例中，套筒只起到支承作用，用于锥形牙轮和牙轮轴颈的密封件位于套筒后面。在另一个实施例中，套筒延伸到牙轮轴颈后端，外部密封件位于套筒外径和锥形牙轮之间。在该实施例中，内部密封件位于牙轮轴颈和套筒内径之间。

附图说明

图1包括根据本发明构造的钻地钻头的局部竖向剖视图。

图2是图1所示钻头一部分的放大剖视图。

图3是根据本发明构造的钻头的可选实施例的剖视图。

图4是图3所示钻头一部分的放大剖视图。

具体实施方式

参考图1，钻头具有主体11，所述主体具有三个悬垂牙掌，但只显示了一个。钻头体11的每个牙掌具有牙轮轴颈13，所述牙轮轴颈朝向钻头的旋转轴线向下、向内延伸。牙轮轴颈13具有牙轮轴颈轴线14。围绕牙轮轴颈13与钻头体11接合处的环形表面15(有时候称作″最后加工面″)通常为平坦的并且处于与牙轮轴颈轴线14垂直的平面内。牙轮轴颈13具有选定长度的用于承载的中心表面17，所述中心承载表面从与牙轮轴颈轴线14同心的最后加工面15伸出。牙轮轴颈13具有鼻状构造19，其典型地为直径小于所述中心表面17的圆柱形构件。平坦的环形止推支承面21位于鼻状构造19与中心表面17的接合处。

锥形牙轮23安装在牙轮轴颈13上并相对于其旋转。锥形牙轮23具有多个切削元件25，切削元件25在这个实施例中显示为压配合到锥形牙轮23上的配合孔中的碳化钨镶齿。可选地，切削元件25可以包括在锥形牙轮23外部上整体机加工出的齿。锥形牙轮23具有中央腔室，所述中央腔室具有长度与牙轮轴颈中心表面17大体上相同的圆柱形部分27。环形槽或压盖29形成在腔室圆柱形部分27的口部处或附近而用于接收密封件31。密封件31可以为各种类型。在这个实施例中，密封件31包括弹性环。牙轮轴颈13和锥形牙轮23的内部具有用于接收锁定元件33的配合凹槽以将锥形牙轮23保持在牙轮轴颈13上，但仍然允许旋转。在这个实施例中，锁定元件33包括多个滚珠，但是它可以可选地包括卡环。

套筒35位于牙轮轴颈中心表面17和锥形牙轮腔室圆柱形部分27之间。套筒35被固定以防止相对于牙轮轴颈13的旋转，但是可以沿轴向略微浮动，以及相对于牙轮轴颈轴线14略微倾斜。防转构件防止套筒35相对于牙轮轴颈13旋转。在这个实施例中，防转构件包括固定在牙轮轴颈中心表面17上的孔中的销37，但是其它装置也是可行的，例如花键。销37延伸到直径大于销37的孔39内，并且定位在套筒35中大致位于套筒35的前端和后端中间的位置。在图2所示实施例中，套筒35的后端紧邻密封件31但位于其前面。套筒35的前端紧邻锁定元件33但位于其后面。