用于牙轮钻头的润滑压力释放的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及牙轮钻头，并且更具体地涉及用于牙轮钻头的润滑压力释放的方法和系统。
【背景技术】
[0002]牙轮钻头已被用于并且当前正被用于在地下地层中形成井孔。此类牙轮钻头一般包括至少一个支承臂且通常是三个支承臂。相应牙轮组件可旋转地安装在每个支承臂的内部部分上。
[0003]每个牙轮组件通常包括带有形成在其中的腔体或开口的基部。每个牙轮腔体的尺寸可设为接收相关联的轴颈或心轴的外部部分，以便允许牙轮组件在钻挖井孔时相对于相关联的轴颈或心轴旋转。各种各样的轴承、轴承组件、轴承表面、密封件和/或其它支承结构可设置在每个牙轮组件的内部部分与相关联的轴颈或心轴的外部部分之间。
[0004]牙轮钻头通常包括润滑系统以将润滑剂供应给轴颈、轴承、轴承组件、轴承表面、密封件和/或与安装在相应支承臂上的每个牙轮组件的旋转相关联的其它支承结构。可将各种各样的润滑剂用于牙轮钻头，以便适应每个牙轮组件相对于相应心轴的旋转。各种各样的密封件以及密封组件可被用于阻挡在井下井内流体与关联每个牙轮组件的旋转的润滑剂之间的连通。已经使用各种类型的系统来维持润滑系统压力，以便最小化对轴承、轴承组件、密封件、轴颈以及与牙轮组件相对于相关联的支承臂的旋转相关联的其它支承结构所造成的损坏。
【发明内容】
[0005]根据一个实施例，本发明涉及一种牙轮钻头，所述牙轮钻头包括:钻头体，所述钻头体具有从其延伸出的至少一个支承臂；牙轮组件，所述牙轮组件包含轴承或保持球并且可旋转地安装在从每个支承臂延伸出的轴颈上；润滑剂贮存器，所述润滑剂贮存器设置在每个支承臂中；润滑剂室，所述润滑剂室设置在每个支承臂中并且流体耦接至所述轴承或保持球；钻孔，所述钻孔设置在每个支承臂中以便使润滑剂在所述润滑剂贮存器与所述润滑剂室之间连通；以及压力释放机构，所述压力释放机构设置在所述钻孔内。所述压力释放机构在所述润滑剂贮存器内的润滑剂的压力超过所述润滑剂室中的润滑剂的压力时可进行操作以将润滑剂从所述润滑剂贮存器释放至所述润滑剂室中。在更具体实施例中，所述压力释放机构可包括漂珠或止回阀。附加，在更具体实施例中，所述钻孔可包含了开口，以便允许使润滑剂在所述润滑剂贮存器与所述润滑剂室之间连通。
[0006]根据另一实施例，本发明涉及一种用于润滑剂压力释放的方法，所述方法包括每当润滑剂贮存器中的压力超过润滑剂室中的压力时便通过打开压力释放机构来将润滑剂从所述润滑剂贮存器释放至所述润滑剂室中。所述压力释放机构可设置在牙轮钻头中，如上所述。在特定的实施例中，所述方法可包括移动漂球或打开止回阀以便允许释放润滑剂。
【附图说明】
[0007]结合附图参考以下描述即可获得对本实施例及其优点的更完整和更充分的理解，附图中相同的参考标号指示相同的特征，并且其中:
[0008]图1图示示出根据本发明的实施例的牙轮钻头的一个实例的等距视图的示意图；
[0009]图2图示以截面示出的部分被剖开的示意图，该图示出根据本发明的实施例的牙轮钻头的各个部件和结合有漂珠的相关联的润滑系统；
[0010]图3图示示出根据本发明的实施例的钻头的部分被剖开的等距视图的示意图，该视图示出结合有漂珠的相关联的润滑系统；
[0011]图4图示示出根据本发明的实施例的钻头的部分被剖开的等距视图的示意图，该视图示出交叉部分的展开图；
[0012]图5图示以截面示出的部分被剖开的示意图，该图示出根据本发明的实施例的牙轮钻头的各个部件和结合有止回阀的相关联的润滑系统；
[0013]图6图示以截面示出的部分被剖开的示意图，该图示出根据本发明的实施例的牙轮钻头的各个部件和结合有长孔的相关联的润滑系统；
[0014]图7图示以截面示出的部分被剖开的示意图，该图示出根据本发明的一些实施例的牙轮钻头的各个部件和结合有两个润滑剂贮存器的相关联的润滑系统；以及
[0015]图8A-C图示根据本发明的一些实施例的可在相关联的润滑系统中使用的不同的漂珠的示例横截面图。
【具体实施方式】
[0016]本发明涉及用于牙轮钻头中的压力释放的系统和方法。具体地说，本发明涉及其中来自主要压力补偿系统的润滑油替代地转移到相互压盖式(intergland)润滑系统的系统和方法，其中该润滑油本来应将从钻头中排出。这些系统和方法的使用可以通过增加其间钻头具有充足的润滑剂的时间量或通过降低钻头以非常少的润滑剂操作的机会来延长钻头寿命或增加维修和维护之间的时间长度。
[0017]本发明的一些实施例和相关联的优点可以参考图1-8进行理解，其中相似数字指不相同和相似的部分。
[0018]本发明的各种特征可相对于牙轮钻头、支承臂、牙轮组件、压力释放机构、润滑系统和/或相关联的部件进行描述。一些实例在图1-8中示出。然而，本发明的教导可与各种各样的牙轮钻头和相关联的润滑系统一起使用，并且不限于如图1-8所示的实施例。
[0019]图1图示示出根据本发明的实施例的牙轮钻头10的一个实例的等距视图的示意图。如图1所示钻头10可被称为“牙轮钻头”、“旋转牙轮钻头”、“旋转凿岩钻头”、或“凿岩钻头”。钻头10可以包括各种类型的这样的钻头。牙轮钻头可以具有其上可旋转地设置相应牙轮组件的至少一个支承臂。
[0020]钻柱(未明确示出)可附接至钻头10并相对于钻头旋转轴线12旋转所述钻头。钻头10可如箭头13所指示的那样旋转。与井下地层中形成井孔相关联的切割动作可在牙轮组件(一般指示为40)响应于钻头10的旋转接合钻孔或井孔(未示出)的底部或井下部分并且绕其滚动时发生。
[0021]每个牙轮组件40可与相关联的心轴或轴颈28的外部部分附接或相对于所述外部部分旋转，如图2所示。牙轮组件40可被称为“牙轮”、“旋转牙轮割刀”、“牙轮割刀”、“旋转割刀组件”以及“割刀牙轮组件”。牙轮组件40中的每个都可包括多个切割元件或嵌件42，所述切割元件或嵌件响应于钻头10的旋转穿透井下地层的相邻部分或刮擦所述相邻部分。参考图1和图2，牙轮组件40还可包括多个硬质合金齿(compact)44，所述硬质合金齿设置在每个牙轮组件40的相应保径面46上。切割元件42可包括适合于与牙轮钻头一起使用的各种类型的硬质合金齿、嵌件、铣削齿和焊接硬质合金齿。牙轮组件40还可包括大致圆形的基部部分45。
[0022]对于本发明的一些实施例，钻头10可包括具有从中延伸出的三个支承臂18的钻头体16。图1仅可看到两个支承臂18，但是本发明的教导可被用于带有各种数目的支承臂18的钻头。钻头10的井上部分或销端20可包括大致锥形的外部螺纹22。螺纹22可用于将钻头10与相关联的钻柱或井底组件(未明确示出)的井下末端可释放地接合。
[0023]可通过使钻井流体流出喷嘴30来将地层物质和在切割元件或嵌件42与井下地层的相邻部分碰撞期间所形成的其它井下碎片运出相关联的井孔的底部或末端。此类钻井流体可由附接至螺纹22的钻柱(未明确示出)来供应到钻头10。带有地层切肩和其它井下碎片的钻井流体可绕钻头10的外部部分来向上流动并穿过在钻头10的外部部分和所附接的钻柱的外部部分与井孔的内径或侧壁之间形成的环带(未明确示出)，到达相关联井表面(未明确不出)。
[0024]每个支承臂18可包括相应润滑系统60。润滑剂可指适于润滑轴颈轴承、止推轴承、轴承表面、轴承组件和/或与使得一个或多个牙轮组件可旋转地安装在牙轮钻头上相关联的其它支承结构的任何流体、润滑油、复合润滑油、或流体和固体的混合物。润滑系统60可包括与相关联的支承臂18的外部部分24相邻的外端或开口 62。
[0025]图2图示以截面示出的部分被剖开的示意图，该图示出根据本发明的实施例的牙轮钻头10的各个部件和结合有漂珠74的相关联的润滑系统。每个牙轮组件40能够以基本类似的方式可旋转地安装在相关联的心轴或轴颈28上。因此，将仅详细描述一个支承臂18、轴颈28以及牙轮组件40。牙轮组件40可包括大致圆形的基部部分45，其中腔体48从其向内延伸。腔体48 (有时称为“牙轮腔体”)可以具有大致圆柱形的构造，所述大致圆柱形的构造的尺寸可设为其中接收相关联的心轴或轴颈28的