CN105723049B - 相互压盖式润滑脂 - Google Patents

Abstract

本发明公开涉及一种由基润滑脂和润滑性相互压盖式润滑脂添加剂形成的相互压盖式润滑脂，所述添加剂诸如PTFE或润滑液体聚合物诸如聚丁烯。本发明还涉及一种包括这种相互压盖式润滑脂的牙轮钻头。

Description

相互压盖式润滑脂

技术领域

本公开涉及一种被配制用于在牙轮钻头的相互压盖式(intergland)系统中使用的润滑脂，并且涉及一种包含这种润滑脂的牙轮钻头。

背景技术

牙轮钻头被用来在地下地层中形成井眼。此类钻头一般包括至少一个支撑臂并且通常包括三个支撑臂。相应的牙轮组件能够可旋转地安装在每个支撑臂的内侧部分上。

每个牙轮组件通常包括具有形成于其中的腔体或开口的底座。每个锥形腔体可被设定尺寸以接收相关联的轴颈或主轴的外侧部分，从而允许牙轮组件在钻探井眼时相对于相关联的轴颈或主轴旋转。各种各样的轴承、轴承组件、轴承表面、密封件和/或其他支撑结构可设置在每个牙轮组件的内侧部分与相关联的轴颈或主轴的外侧部分之间。

牙轮钻头通常包括润滑剂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/或与安装在相应支撑臂上的每个牙轮组件的旋转相关联的其他支撑结构。多种润滑剂可用于牙轮钻头，以便适应每个牙轮组件相对于相应主轴的旋转。各种各样的密封件和密封组件可被用来阻止井下井内流体和与每个牙轮组件的旋转相关联的润滑剂之间的连通。已使用各种类型的系统来维持润滑剂系统压力，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撑臂的旋转相关联的其他支撑结构造成的潜在损坏。

当润滑剂系统包括相互压盖式系统和单独的轴承润滑系统时，虽然轴承润滑脂通常含有多种添加剂，但相互压盖式润滑脂通常不含添加剂。

附图说明

结合附图参考以下描述可以获得对本发明的实施方案和其优点的更完整和更充分的理解，在附图中相同的附图标记表示相同的特征，并且其中：

图1示出根据本发明的实施方案的牙轮钻头的一个实例的等距视图的示意图；

图2图示以截面示出的部分被剖开的示意图，所述示意图示出根据本公开的实施方案的牙轮钻头的各个部件以及结合有漂珠和相互压盖式润滑脂的相关联的相互压盖式润滑系统；

图3图示图2的牙轮钻头的相互压盖式系统的一部分的放大视图的示意图；

图4图示以截面示出的部分被剖开的示意图，所述示意图示出根据本公开的实施方案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；

图5示出根据本公开的实施方案的钻头的部分被剖开的等距视图的示意图，所述等距视图示出结合有漂珠的相关联的润滑系统；

图6示出根据本公开的实施方案的钻头的部分被剖开的等距视图的示意图，所述等距视图示出交叉部分的展开图；

图7图示以截面示出的部分被剖开的示意图，所述示意图示出根据本公开的实施方案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；

图8图示以截面示出的部分被剖开的示意图，所述示意图示出根据本公开的实施方案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；

图9图示以截面示出的部分被剖开的示意图，所述示意图示出根据本公开的一些实施方案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；

图10呈现针对多种润滑脂旋转密封测试仪中的平均径向密封直径损失；并且

图11呈现针对多种润滑脂旋转密封测试仪中的到密封失效的平均时间。

具体实施方式

本公开涉及一种用于在牙轮钻头的相互压盖式系统中使用的相互压盖式润滑脂，并且涉及一种包含这种润滑脂的钻头。所述相互压盖式系统可用于双密封钻头中以便提供压力补偿并且润滑密封金属界面。由于其在钻头内的位置，相互压盖式润滑脂可能不需要或者不会受益于在轴承润滑脂中发现的那种类型的极压添加剂，并且因此可不包含所述极压添加剂。例如，相互压盖式润滑脂可能不含可磨蚀密封件的二硫化钼或常见于轴承润滑脂中的其他添加剂。

相互压盖式润滑脂可含有辅助润滑密封金属界面的一种或多种添加剂。添加剂也可与用于形成密封件的材料兼容并且可不导致这种密封材料的膨胀或硬化。另外，这些添加剂可与用于同一个钻头中的轴承润滑脂兼容，以使得如果相互压盖式润滑脂和轴承润滑脂混合在一起，这两种润滑脂中的一种或两种仍可充分进行润滑以避免在继续操作期间对钻头造成损坏。

相互压盖式润滑脂添加剂可包括聚四氟乙烯(PTFE)。PTFE可通过粉末的形式，诸如通过纯粉末的形式来提供。粉末可包含颗粒，所述颗粒可具有经选择以使润滑最佳化的尺寸。

相互压盖式润滑脂添加剂还可包括或作为替代可包括润滑液体聚合物，诸如聚丁烯(具体地高分子量且高粘度聚丁烯)、聚异丁烯或含硅氧烷的材料。这些聚合物可具有与在轴承润滑脂中使用的类似聚合物相同或不同的分子量。在一个实施方案中，相互压盖式润滑脂可包含介于5wt％与15wt％之间的添加剂，诸如10wt％的添加剂或更少的添加剂或介于5wt％与15wt％之间的添加剂。可选择添加剂以便例如通过简单的机械混合容易地与基润滑脂共混。

添加剂在基润滑脂中混合，以形成相互压盖式润滑脂，基润滑脂可包含与密封材料兼容的任何基润滑脂。在一个实施方案中，基润滑脂可包括金属皂基润滑脂，或作为替代包括金属复合基润滑脂。基润滑脂还可包括或作为替代可包括磺酸钙润滑脂，诸如高碱性磺酸钙润滑脂。基润滑脂另外或作为替代可包括全部或部分合成润滑脂，诸如由稠化油形成的润滑脂。

虽然在本文中描述了特定的相互压盖式润滑脂，但是由如上所述的基润滑脂和添加剂形成的其他合适的相互压盖式润滑脂可通过以下方式进行识别：将受关注的润滑脂放置在旋转密封测试仪中并且利用受关注的润滑脂和由相同基润滑脂形成但不含相互压盖式润滑脂添加剂的润滑脂来测试到密封失效之前的平均时间或平均密封件磨损特性。如果受关注的润滑脂导致密封件磨损减少或到密封失效之前的平均时间增加，那么所述润滑脂是根据本公开的合适的相互压盖式润滑脂。

通过参考图1-图9可以理解本公开的一些实施方案和相关联的优点，各图中相似的附图标记指代相同和相似的部分。

本公开的各种特征可相对于牙轮钻头、支撑臂、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-图9中示出。然而，本公开的教义可与各种各样的牙轮钻头和相关联的润滑剂系统(包括相互压盖式系统)一起使用，并且不限于如图1-图9所示的实施方案。

图1示出根据本发明的实施方案的牙轮钻头10的一个实例的等距视图的示意图。如图1所示的钻头10可被称为“牙轮钻头”、“旋转锥形钻头”、“旋转凿岩钻头”或“凿岩钻头”。钻头10可包括各种类型的此类钻头。牙轮钻头可具有其上可旋转地设置有相应牙轮组件的至少一个支撑臂。

钻柱(未明确示出)可附接到钻头10并且使所述钻头10相对于钻头旋转轴线12旋转。钻头10可如箭头13所指示的那样旋转。当一般指示在40处的牙轮组件响应于钻头10的旋转而接合钻孔或井眼(未示出)的底部或井孔下行末端并且绕其滚动时，可发生与在井下地层中形成井眼相关联的切削动作。

每个牙轮组件40可与相关联的主轴或轴颈28的外侧部分附接并且相对于所述外侧部分旋转，如图2所示。牙轮组件40可被称为“牙轮”、“旋转牙轮切刀”、“牙轮切刀”、“旋转切刀组件”以及“切刀牙轮组件”。这些牙轮组件40中的每一个可包括多个切削元件或嵌件42，所述切削元件或嵌件42响应于钻头10的旋转而穿透并刮削井下地层的相邻部分。参考图1和图2，牙轮组件40还可包括设置在每个牙轮组件40的相应保径面46上的多个压块(compact)44。切削元件42可包括适合于与牙轮钻头一起使用的各种类型的压块、嵌件、铣削齿以及焊接压块。牙轮组件40还可包括大体圆形的基座部分45。

对于本公开的一些实施方案，钻头10可包括钻头体16，钻头体16具有从其延伸出的三个支撑臂18。在图1中仅可看到两个支撑臂18，但是本公开的教义可被用于具有各种数量的支撑臂18的钻头中。钻头10的井孔上行部分或铰接端20可包括大体锥形的外螺纹22。螺纹22可用于使钻头10与相关联的钻柱或井底钻具组件(未明确示出)的井孔下行末端可释放地接合。

可通过从喷嘴30流出的钻井流体，来将切削元件或嵌件42与井下地层的相邻部分之间在撞击时形成的地层材料和其他井下碎片运离相关联的井眼的底部或末端。这种钻井流体可由附接到螺纹22的钻柱(未明确示出)供应给钻头10。带有地层切屑和其他井下碎片的钻井流体可围绕钻头10的外侧部分向上流动并且穿过形成于钻头10的外侧部分和所附接的钻柱的外侧部分与井眼的内径或侧壁之间的环空(未明确示出)到达相关联的井表面(未明确示出)。

每个支撑臂18可包括相应的润滑剂系统60。润滑剂可以指适于润滑轴颈轴承、推力轴承、轴承表面、轴承组件、和/或与将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他支撑结构的任何流体、润滑脂、复合润滑脂、或流体和固体的混合物。润滑剂系统60可包括与相关联的支撑臂18的外侧部分24相邻的外侧末端或开口62。润滑剂系统60还可包括相互压盖式系统50。

图2图示以截面示出的部分被剖开的示意图，其示出根据本公开的实施方案的牙轮钻头10的各个部件和结合有漂珠74的相关联的相互压盖式系统。每个牙轮组件40可按照基本上类似的方式可旋转地安装在相关联的主轴或轴颈28上。因此，将仅详细描述一个支撑臂18、轴颈28和牙轮组件40。牙轮组件40可包括具有从其向内延伸的腔体48的大体圆形的基座部分45。腔体48(有时称为“牙轮腔体”)可具有大体圆柱形的构型，所述大体圆柱形的构型被设定尺寸以便将相关联的主轴或轴颈28的外侧部分接收在其中。相关联的保径面46可相对于相应的基座部分45径向向外延伸并且渐缩。

每个支撑臂18可包括相应的外侧表面54和内侧表面64，在形成井眼时外侧表面54和内侧表面64通常暴露于井下井内流体。每个支撑臂18可包括形成为其整体部件的相应轴颈28。相应的牙轮组件40能够可旋转地安装在每个主轴或轴颈28上。每个主轴或轴颈28可相对于相关联的支撑臂18的钻头旋转轴线12向下且向内成角度，由此在钻头10旋转期间，所附接的牙轮组件40可接合井眼(未明确示出)的底部或末端。对于一些应用，主轴或轴颈28还可在由图1所示的箭头13示出的钻头10的旋转方向上以零至三或四度的角度倾斜。

各种各样的支撑结构和/或轴承表面可用于将每个牙轮组件40可旋转地安装在相关联的主轴或轴颈28上。例如，可将轴承或保持球32用于牙轮组件40与主轴或轴颈28之间，以便将牙轮组件40固定在支撑臂18上。对于一些应用，轴承或保持球32可被描述为轴颈轴承。轴承或保持球32有时可被描述为推力轴承。对于一些应用，与将牙轮组件可旋转地安装在主轴或轴颈上相关联的轴承表面可形成为整体部件(未明确示出)，其设置在相关联轴颈的外侧部分、且形成于相关联的牙轮组件内的腔体的内侧部分上。如图2所示，保持球32可设置在相关联的滚珠座圈88和形成于牙轮组件40的腔体48的相邻内侧部分中的滚珠座圈92内的环形阵列(未明确示出)中。一旦插入，滚珠轴承32就可防止牙轮组件40与轴颈28脱离接合。

参考图2和图3，密封件66a和66b可被用来防止碎片和井内流体进入径向形成于牙轮组件40与轴颈28之间的环形间隙58。密封件66a和66b可容纳在形成于牙轮组件40中的压盖或凹槽52中。密封件66a和66b可定位在腔体48中、邻近牙轮组件40的基座部分45中的开口。密封件66a和66b可以是弹性体密封件，并且可在腔体48的相邻内侧部分与轴颈28的相邻外侧部分之间形成流体密封或流体屏障。密封件66a和66b可被操作来防止井下井内流体、地层切屑和/或井下碎片进入腔体48并且损坏相关联的轴承表面和支撑结构。虽然在附图中示出了两个密封件66a和66b，但是在与本公开的范围保持一致的情况下，可以使用大于二的任何数量的密封件。术语“密封件”或“流体密封件”可用于指代各种各样的密封件或密封组件，包括但不限于o形环密封件、t形密封件、v形密封件、平坦密封件、唇形密封件以及可操作来在相邻的部件或密封表面之间建立流体屏障的任何其他密封件或密封组件。

当牙轮组件40围绕轴颈28旋转时，密封件66a和66b可与牙轮组件40一起旋转并且抵靠轴颈28的外侧表面进行密封。然而，在本公开的其他实施方案中，密封件66a和66b可在轴颈28上保持静止(例如，密封件设置在形成于轴颈上的凹槽中)，其中牙轮组件40相对于轴颈28和密封件66a和66b旋转。

如果轴颈、主轴、轴承、轴承组件、轴承表面、密封件和/或与牙轮或牙轮组件相对于相关联的支撑臂和/或保护此类部件的润滑系统的旋转相关联的其他支撑结构发生损坏，可将相关联的牙轮钻头和所附接的钻柱大体从井眼移除以便替换损坏部件和/或替换牙轮钻头。

根据本公开的教义用相互压盖式润滑脂填充相互压盖式润滑系统并维持期望润滑可增加牙轮钻头的井下钻探寿命，其方式为维持与密封件、轴承、轴颈、轴承表面、轴承组件和/或与牙轮组件相对于相关联支撑臂的旋转相关联的其他支撑结构有关的期望润滑。

在相互压盖式系统中，可从流体联接的润滑剂量室70将相互压盖式润滑脂供应到轴承或保持球32。漂珠74可确保当钻头10正被用来通过在通道72内移动而钻探井眼时，润滑剂与钻头10的外部54处的井下环境处于基本上相同的压力下。漂珠74还可允许相互压盖式润滑脂流到密封件66a与66b之间的环形间隙58。

图4-图9图示包括包含漂珠158的润滑系统的另外的牙轮钻头。如本文所述的相互压盖式润滑脂可用于这些钻头的相互压盖式润滑系统中。

图4图示以截面示出的部分被剖开的示意图，所述示意图示出牙轮钻头110的各个部件和结合有漂珠174的相关联的润滑系统。每个牙轮组件140可按照基本上类似的方式可旋转地安装在相关联的主轴或轴颈128上。因此，将仅详细描述一个支撑臂118、轴颈128和牙轮组件140。牙轮组件140可包括具有从其向内延伸的腔体148的大体圆形的基座部分145。腔体148(有时称为“牙轮腔体”)可具有大体圆柱形的构型，所述大体圆柱形的构型被设定尺寸以便将相关联的主轴或轴颈128的外侧部分接收在其中。相关联的保径面146可相对于相应的基座部分145径向向外延伸并且渐缩。

每个支撑臂118可包括相应的外侧表面154和内侧表面164，在形成井眼时所述外侧表面154和内侧表面164通常暴露于井下井内流体。每个支撑臂118可包括形成为其整体部件的相应轴颈128。相应的牙轮组件140可被可旋转地安装在每个主轴或轴颈128上。每个主轴或轴颈128可相对于相关联的支撑臂118的钻头旋转轴线112向下且向内成角度，以使得在钻头110的旋转期间，所附接的牙轮组件140可接合井眼(未明确示出)的底部或末端。对于一些应用，主轴或轴颈128还可在钻头110的旋转方向上以零至三或四度的角度倾斜。

各种各样的支撑结构或轴承表面可用于将每个牙轮组件140可旋转地安装在相关联的主轴或轴颈128上。例如，可以在牙轮组件140与主轴或轴颈128之间使用轴承或保持球132，以便将牙轮组件140固定在支撑臂118上。对于一些应用，轴承或保持球132可被描述为轴颈轴承。轴承或保持球132有时可被描述为推力轴承。对于一些应用，与将牙轮组件可旋转地安装在主轴或轴颈上相关联的轴承表面可形成为整体部件(未明确示出)，其设置在相关联轴颈的外侧部分和形成于相关联牙轮组件内的腔体的内侧部分上。如图4所示，保持球132可设置在形成于球塞126中的相关联的滚珠座圈188和形成于牙轮组件140的腔体148的相邻内侧部分中的滚珠座圈192内的环形阵列(未明确示出)中。一旦插入，滚珠轴承132就可阻止牙轮组件140与轴颈128脱离接合。

参考图4，密封件166a和166b可被用来防止碎片和井内流体进入径向形成于牙轮组件140与轴颈128之间的环形间隙156。密封件166a和166b可接收在形成于牙轮组件140中的压盖或凹槽152中。密封件166a和166b可定位在腔体148中、邻近牙轮组件140的基座部分145中的开口。密封件166a和166b可以是弹性体密封件，并且可在腔体148的相邻内侧部分与轴颈128的相邻外侧部分之间形成流体密封或流体屏障。密封件166a和166b可被操作来防止井下井内流体、地层切屑和/或井下碎片进入腔体148并且损坏相关联的轴承表面和支撑结构。虽然在附图中示出了两个密封件166a和166b，但是在与本公开的范围保持一致的情况下，可以使用任何数量的密封件(包括一个)。术语“密封件”或“流体密封件”可用于指代各种各样的密封件或密封组件，包括但不限于o形环密封件、t形密封件、v形密封件、平坦密封件、唇形密封件以及可操作来在相邻的部件或密封表面之间建立流体屏障的任何其他密封件或密封组件。

当牙轮组件140围绕轴颈128旋转时，密封件166a和166b可与牙轮组件140一起旋转并且抵靠轴颈128的外侧表面进行密封。然而，在本公开的其他实施方案中，密封件166a和166b可在轴颈128上保持静止(例如，密封件设置在形成于轴颈上的凹槽中)，其中牙轮组件140相对于轴颈128和密封件166a和166b旋转。

如果轴颈、主轴、轴承、轴承组件、轴承表面、密封件或与牙轮或牙轮组件相对于相关联的支撑臂或保护此类部件的润滑系统的旋转相关联的其他支撑结构发生损坏，可将相关联的牙轮钻头和所附接的钻柱大体从井眼移除以便替换损坏部件和/或替换牙轮钻头。

根据本公开的教义用相互压盖式润滑脂填充润滑系统并维持期望润滑可增加牙轮钻头的井下钻探寿命，其方式为维持与密封件、轴承、轴颈、轴承表面、轴承组件和/或与牙轮组件相对于相关联支撑臂的旋转相关联的其他支撑结构有关的期望润滑。

在润滑系统中，可从流体联接的润滑剂室150将相互压盖式润滑脂供应到轴承或保持球132。润滑剂室150可通过球塞126进行密封。保持器/过滤器136可防止漂珠158从钻孔134被排出，并且可过滤进入钻孔134的井内流体。漂珠158可确保当钻头110正被用来钻探井眼时相互压盖式润滑脂与钻头110的外部154处的井下环境处于基本上相同的压力下。

漂珠158可以是球形的(例如，完整球体)，以使得它能够在不用在钻孔134内粘结的情况下旋转，同时维持与钻孔的密封接合。然而，在其他实施方案中，接触钻孔134的圆周部分可为在一定程度上平坦的或漂珠158可具有其他形状，诸如圆柱形、桶形等。在与本公开的范围保持一致的情况下，可将任何形状用于漂珠158和174。在另一个实施方案中，漂珠158可由弹性体或其他弹性材料完全制成或至少在外部是由所述材料制成，所述材料在其密封接触钻孔134时将在一定程度上变形。

漂珠158可限定钻孔134的外侧部分134a和钻孔134的内侧部分134b。因此，部分134a和134b的精确位置可随着漂珠158在钻孔134内移动而改变。钻孔134的内侧部分134b可被包括为润滑剂室150的一部分。钻孔134的部分134a和134b可通过漂珠158与而脱离彼此流体连通。漂珠158上的压力可在部分134a与134b之间变得基本均衡。在钻孔134的部分134a与134b之间的压力基本均衡的情况下，可以了解，密封件166a和166b上的压力还可基本为零，因为密封件166a和166b可在一侧暴露于相互压盖式润滑脂并且可在相对侧暴露于钻头110的外部154。

钻头110还可包含包括润滑剂贮存器170的主要压力补偿系统。在先前的钻头中，主要压力补偿系统被布置成使得润滑剂从润滑剂贮存器170释放并将部件连接到钻头110的外部环境。因此，在主要压力补偿系统的操作过程期间，润滑剂流失到钻头。相比之下，在本公开的钻头中，释放的润滑剂替代地转移到相互压盖式润滑系统。因此，润滑剂贮存器170中的润滑剂可以是根据本公开的相互压盖式润滑脂。

在图4中，钻孔172可穿过开口178来提供润滑剂贮存器170与润滑剂室150之间的流体连通。钻孔172可包含漂珠174。漂珠174可以与漂珠158相同类型的材料和相同类型的形状制成。然而，在给定的钻头110内，漂珠158和174可由不同的材料制成并且具有不同的形状。钻孔172还可包含插塞176，所述插塞176可防止漂珠174的穿过，并且任选地还可对钻孔172的末端进行密封。

钻孔172可在不同的平面上并且以与钻孔134的变化角度进行配置。例如，如由图4中的虚线所示，钻孔172可定位在钻孔134下方或其左侧。然而，钻孔172和钻孔134可足够接近，以使得开口178在钻孔172和钻孔134的交叉部分处形成。开口178可被设定尺寸以使得漂珠158和漂珠174两者都不可以穿过开口178，从而使得每个漂珠都保持在适当钻孔中。开口178以及漂珠158和174还可被配置并构造成使得漂珠不会不可恢复地进入开口178中。

在操作中，压力可在润滑剂贮存器170中增加并且可在插塞176的方向上推动漂珠174。当漂珠174穿过开口178时，加压的相互压盖式润滑脂可进入钻孔134。漂珠174与钻孔172的壁之间的摩擦可导致钻孔172的上部部分172a与下部部分172b之间的压力的一些变化，但漂珠174可在钻孔172中移位以便释放漂珠174上的几乎所有压差。钻孔172的部分172a和172b可通过漂珠174而脱离彼此流体连通。

图5示出钻头110的部分被剖开的等距视图的示意图，所述等距视图示出结合有连接润滑剂贮存器170与润滑剂室150的开口178的相关联的润滑系统。图5图示图4的一般系统的替代实施方案，其中保持球132容纳在不同的构型中，并且示出另外的润滑特征。在图5的实施方案中，润滑剂室150被连接到通道138，所述通道138延伸到轴颈128的下端以便增加相互压盖式润滑脂到轴颈128与牙轮组件140之间的界面的供应。

图6示出根据图4和图5所示的一般实施方案的钻头110的部分被剖开的等距视图的示意图，所述等距视图示出交叉部分178的展开图。交叉部分178可以是钻孔134与钻孔172交叉的点。虽然示出为椭圆形，但交叉部分178可以是任何形状的开口，诸如正方形、矩形、圆形和/或任何其他合适的形状。交叉部分178可被设定尺寸以使得漂珠158和174可不穿过交叉部分178或不可恢复地进入(例如，以它们不会因压差而移开的方式进入)交叉部分178中。例如，漂珠158和174可比交叉部分178更大，或者漂珠158和174可成形来限制漂珠158和174经由交叉部分178进入钻孔134。

在本公开的某些实施方案中，可将交叉部分178定位成使得在插塞176与交叉部分178之间可存在间隙。在其他实施方案中，在插塞176与交叉部分178之间可不存在间隙，从而使得在接触插塞176之前漂珠174可不完全穿过交叉部分178。

图7图示以截面示出的部分被剖开的示意图，所述示意图示出牙轮钻头110的各个部件和结合有止回阀182的相关联的相互压盖式润滑系统。在本实施方案中，止回阀182可联接到钻孔172。止回阀182可允许相互压盖式润滑脂在由相互压盖式润滑脂流箭头184所示的方向上从润滑剂贮存器170流到钻孔172中。然而，止回阀182可被配置来限制相互压盖式润滑脂从钻孔172流到贮存器170中。止回阀182可定位在钻孔172中的介于润滑剂贮存器170与开口178之间的任何点处。止回阀182的使用可阻止对图4-6中示出的漂珠174的使用，或者使这种使用不再是必要的。止回阀182可以是允许钻孔172内的止回阀的完全功能的任何适当尺寸。

图8图示以截面示出的部分被剖开的示意图，所述示意图示出牙轮钻头110的各个部件和结合有长孔168的相关联的润滑系统。在本实施方案中，长孔168可以是经由开口186连接润滑剂贮存器170和润滑剂室150的钻孔。开口186可由可设置在不同平面上的钻孔172和长孔168的交叉部分形成。开口186可类似于如相对于图4-6所描述的开口178。然而，因为长孔168不与钻孔134交叉，所以可避免都两个钻孔的交叉部分的复杂情况，所述两个钻孔都包含漂珠。

根据润滑剂室170中的压力，漂珠174可在钻孔172内移动以允许或防止相互压盖式润滑脂移动穿过开口186，所述移动与图4-6所示的实施方案中的漂珠174在钻孔172内移动以允许或防止相互压盖式润滑脂移动穿过开口178的方式大致相同。

虽然示出为椭圆形，但交叉部分186可以是任何形状的开口，诸如正方形、矩形、圆形和/或任何其他合适的形状。交叉部分186可被设定尺寸以使得漂珠174可不穿过交叉部分186。例如，漂珠174可比交叉部分186更大，或者漂珠174可成形来限制漂珠174经由交叉部分186进入钻孔168。

在本公开的某些实施方案中，可将交叉部分186定位成使得在润滑剂贮存器170与交叉部分186之间可存在间隙。在其他实施方案中，在润滑剂贮存器170与交叉部分186之间可不存在间隙，从而使得在接触润滑剂贮存器170之前漂珠172可不完全穿过交叉部分178。

图9图示以截面示出的部分被剖开的示意图，所述示意图示出根据本公开的一些实施方案的牙轮钻头110的各个部件和结合有两个润滑剂贮存器170和180的相关联的相互压盖式润滑脂系统。图9所示的钻头110可比图4-8所示的钻头110更大，例如，大于112.5”钻头。因此，本实施方案可包括两个润滑剂贮存器170和180。润滑剂贮存器170可经由钻孔172连接到润滑剂贮存器180。漂珠174可被配置来在钻孔172中移动，以使得润滑剂贮存器170和180中的压力保持基本上均衡。当漂珠174处于钻孔172靠近润滑剂贮存器180的末端时，相互压盖式润滑脂可从润滑剂贮存器170通到润滑剂贮存器180中。随后，它可穿过长孔190到达润滑剂室150。漂珠174可由适于允许漂珠174周围流体通到润滑剂室180中的材料构造成并制成。

实例

可通过参考以下实例更好地理解本公开，所述实例仅是说明性的并且不应被解释为涵盖本发明的整个宽度。

实例1：测试参数

旋转密封测试仪配备有正方形压盖、密封测试轴颈以及由氢化丁腈橡胶(HNBR)形成的O形环。在350rpm、30psi下测试各种润滑脂达最多150小时。

实例2：测试润滑脂

测试润滑脂在表1中呈现。

名称	基润滑脂	添加剂
			EG-1	钙络合物	MoS<sub>2</sub>
EG-2	磺酸钙*	无
			EG-3	磺酸钙*	10wt％PTFE
EG-4	磺酸钙*	10wt％聚丁烯

实例3：测试结果

在图10-图11中呈现旋转密封测试仪实验的结果。

图10呈现平均径向密封件直径损失。EG-4展示的损失与基润滑脂EG-2展示的损失相当并且与EG-2相比EG-3展示的损失得到显著改善。EG-3和EG-4两者的表现优于轴承润滑脂脂EG-1。EG-4导致比EG-1少30％的密封件直径损失。

图11呈现在密封失效之前的平均测试持续时间。单独与EG-2基润滑脂相比，EG-3和EG-4测试润滑脂将密封失效之前的时间增加约两倍。两者的表现还明显优于轴承润滑脂EG-1。与EG-1相比，EG-4导致到密封失效之前的小时数增加96％。

虽然已详细描述本公开和其优点，但应理解，可以在不脱离如由所附权利要求书限定的本公开的精神和范围的情况下，在本文中进行各种改变、替代和更改。

Claims (18)

1.一种牙轮钻头，其包括：

钻头体，所述钻头体具有从其延伸出的至少一个支撑臂；

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撑臂延伸出的轴颈上；

至少两个密封件，所述至少两个密封件设置在形成于所述牙轮组件中的凹槽中并且各自被用来防止碎片和井内流体进入径向形成于所述牙轮组件与所述轴颈之间的环形间隙；

润滑剂室，所述润滑剂室设置在每个支撑臂中，并且经由通道流体联接到至少一个密封件；

润滑剂贮存器，第一钻孔穿过开口来提供所述润滑剂贮存器与所述润滑剂室之间的流体连通，所述第一钻孔包含第一漂珠；

第二漂珠，所述第二漂珠限定第二钻孔的外侧部分和内侧部分；以及

相互压盖式润滑脂，所述相互压盖式润滑脂至少设置在所述密封件之间的所述环形间隙中，

其中所述相互压盖式润滑脂包含基润滑脂和润滑性相互压盖式润滑脂添加剂但不包含极压添加剂，

其中所述第二钻孔的内侧部分被包括为所述润滑剂室的一部分。

2.如权利要求1所述的钻头，其中所述相互压盖式润滑脂添加剂包含聚四氟乙烯(PTFE)。

3.如权利要求2所述的钻头，其中所述PTFE包含PTFE颗粒。

4.如权利要求1所述的钻头，其中所述相互压盖式润滑脂添加剂包含润滑液体聚合物。

5.如权利要求4所述的钻头，其中所述润滑液体聚合物包含聚丁烯。

6.如权利要求1所述的钻头，其中所述相互压盖式润滑脂包含10wt％或更少的相互压盖式润滑脂添加剂。

7.如权利要求1所述的钻头，其中所述相互压盖式润滑脂不包含二硫化钼。

8.如权利要求1所述的钻头，其中所述基润滑脂包含磺酸钙润滑脂。

9.如权利要求1所述的钻头，其中所述至少两个密封件中的至少一个包含氢化丁腈。

10.一种牙轮钻头，其包括：

钻头体，所述钻头体具有从其延伸出的至少一个支撑臂；

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撑臂延伸出的轴颈上；

润滑剂贮存器，所述润滑剂贮存器设置在每个支撑臂中；

润滑剂室，所述润滑剂室设置在每个支撑臂中，并且流体联接到所述轴承或保持球；

第一钻孔，所述第一钻孔包含第一漂珠，所述第一钻孔设置在每个支撑臂中以使相互压盖式润滑脂在所述润滑剂贮存器与所述润滑剂室之间连通，所述相互压盖式润滑脂包含基润滑脂和润滑性相互压盖式润滑脂添加剂但不包含极压添加剂；

至少两个密封件，所述至少两个密封件设置在形成于所述牙轮组件中的凹槽中并且与所述相互压盖式润滑脂相接触；以及

压力释放机构，所述压力释放机构设置在所述第一钻孔内，当所述润滑剂贮存器内的润滑剂压力超过所述润滑剂室中的所述相互压盖式润滑脂的压力时，所述压力释放机构能够被操作来将相互压盖式润滑脂从所述润滑剂贮存器释放到所述润滑剂室中，

第二漂珠，所述第二漂珠限定第二钻孔的外侧部分和内侧部分，

其中所述第二钻孔的内侧部分被包括为所述润滑剂室的一部分。

11.如权利要求10所述的钻头，其中所述相互压盖式润滑脂添加剂包含聚四氟乙烯(PTFE)。

12.如权利要求11所述的钻头，其中所述PTFE包含PTFE颗粒。

13.如权利要求10所述的钻头，其中所述相互压盖式润滑脂添加剂包含润滑液体聚合物。

14.如权利要求13所述的钻头，其中所述润滑液体聚合物包含聚丁烯。

15.如权利要求10所述的钻头，其中所述相互压盖式润滑脂包含10wt％或更少的相互压盖式润滑脂添加剂。

16.如权利要求10所述的钻头，其中所述相互压盖式润滑脂不包含二硫化钼。

17.如权利要求10所述的钻头，其中所述基润滑脂包含磺酸钙润滑脂。

18.如权利要求10所述的钻头，其中所述至少两个密封件中的至少一个包含氢化丁腈。