CN112145084A - 用于地下钻孔中钻地旋转工具的密封组件及相关方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种钻地旋转工具，包括：包括销的本体；安装在销上的牙轮；以及设置在销和牙轮之间的密封组件。密封组件包括密封环以在密封环和牙轮之间形成密封部。密封组件包括第一聚合物环，在被压缩时第一聚合物环在密封环上施加第一力，该第一力将密封环朝向牙轮偏压。密封组件包括靠近第一聚合物环的第二聚合物环。在被压缩时第二聚合物环在密封环上施加第二力以进一步朝向牙轮偏压密封环。第二力大于第一力。

Description

用于地下钻孔中钻地旋转工具的密封组件及相关方法
优先权要求
本申请要求于2019年6月27日提交的名称为“用于地下钻孔中钻地旋转工具的密封组件及相关方法”的美国专利申请序列号No.16/455,229的申请的权益。
技术领域
本公开的实施例大体上涉及与用于钻地操作中的钻地工具的切割和其他可旋转元件相关的装置和方法，并且更具体地涉及用于钻地旋转工具的密封组件中的金属面密封部，并且涉及相关方法。
背景技术
旋转钻头(例如牙轮钻头)通常用于在地层中形成钻孔或钻井。典型的牙轮钻地钻头具有三个围绕公共轴线滚动的牙轮。牙轮安装在从头部区段悬垂的支承销上。密封组件在围绕支承销的牙轮的腔体内包含润滑剂。
特别地，密封组件包括密封环，该密封环被偏压抵接牙轮的内表面以形成金属面密封部。第一聚合物环(也称为激发器)在被压缩时提供主要力(或金属面密封部上的主要面载荷)。与第一聚合物环产生的主要力相比，第二聚合物环在被压缩时提供更小的次级力(或更小的面载荷，例如总面载荷的20-40％)。换句话说，相对于向金属面密封部提供面载荷，第二聚合物环为第一聚合物环提供后备支持。因此，第二聚合物环也称为后备支持环(BUR)。
第二聚合物环的主要功能是阻止周围钻孔环境中的物质(例如，泥浆、钻屑等)进入金属面密封部部件和支承销的基部区域之间的腔体中。通常，第二聚合物环的材料具有低的肖氏A硬度，以满足密封组件的各种设计要求。结果，第二聚合物环易受损坏(例如，撕裂)。因此，作为一个整体的旋转钻头的可靠性降低。
发明内容
在另外的实施例中，本公开包括一种钻地旋转工具，其包括：包括至少一个销的本体；至少一个牙轮，所述至少一个牙轮安装在所述至少一个销上并且构造成在使用所述钻地旋转工具期间围绕所述至少一个销旋转；和至少一个密封组件，所述至少一个密封组件设置在所述至少一个销和所述至少一个牙轮之间。所述至少一个密封组件包括密封环，所述密封环构造成相对于所述至少一个牙轮的旋转保持静止。所述密封环包括靠近所述至少一个牙轮的表面的远侧表面，以便在所述密封环的远侧表面与所述至少一个牙轮的所述表面之间形成密封部。所述密封环由金属构成。所述至少一个密封组件还包括第一聚合物环，所述第一聚合物环设置在所述密封环的径向内侧。所述第一聚合物环构造成相对于所述至少一个牙轮的旋转保持静止，并且在非使用状态下被压缩时，所述第一聚合物环在所述密封环上施加第一力，所述第一力将所述密封环的所述远侧表面朝向所述至少一个牙轮的所述表面偏压。所述至少一个密封组件还包括邻近所述密封环的近侧表面的第二聚合物环。所述第二聚合物环构造成相对于所述至少一个牙轮的旋转保持静止，并且在非使用状态下被压缩时，所述第二聚合物环在所述密封环上施加第二力，所述第二力将所述密封环的所述远侧表面朝向所述至少一个牙轮的所述表面偏压。所述第二力大于所述第一力。
在一些实施例中，本公开包括一种钻地旋转工具，其包括：包括至少一个销的本体；至少一个牙轮，所述至少一个牙轮安装在所述至少一个销上并且构造成在使用所述钻地旋转工具期间围绕所述至少一个销旋转；和至少一个密封组件，所述至少一个密封组件设置在所述至少一个销和所述至少一个牙轮之间。所述至少一个密封组件包括密封环，所述密封环构造成相对于所述至少一个牙轮的旋转保持静止。所述密封环包括靠近所述至少一个牙轮的表面的远侧表面，以便在所述密封环的远侧表面与所述至少一个牙轮的所述表面之间形成密封部。所述至少一个密封组件包括第一聚合物环，所述第一聚合物环设置在所述密封环的径向内侧。所述第一聚合物环构造成相对于所述至少一个牙轮的旋转保持静止并且将所述密封环的所述远侧表面朝向所述至少一个牙轮的所述表面偏压。所述至少一个密封组件还包括靠近所述第一聚合物环的第二聚合物环。所述第二聚合物环构造成将所述密封环的所述远侧表面朝向所述至少一个牙轮的所述表面进一步偏压。所述第一聚合物环在施加偏压时具有第一横截面长度，所述第一横截面长度处于所述第一聚合物环的横截面的远侧端部和近侧端部之间，并且所述第二聚合物环在施加偏压时包括第二横截面长度，所述第二横截面长度处于所述第二聚合物环的横截面的内端部和外端部之间，并且其中所述第二横截面长度小于所述第一横截面长度。
本公开的另外的实施例包括一种用于将牙轮安装在钻地旋转工具的本体上的方法。所述方法包括：将第一聚合物环、第二聚合物环和密封环设置在钻地旋转工具的牙轮和销之间的腔体中。所述第一聚合物环设置在所述密封环的径向内侧，并且所述第二聚合物环设置为靠近所述第一聚合物环的近侧表面和所述密封环的近侧表面。所述方法还包括沿着所述销的轴线朝向所述销平移牙轮，以将所述牙轮安装在所述销上。所述方法还包括响应于所述平移，将所述第一聚合物环压靠在所述密封环上。所述第一聚合物环的压缩产生施加在所述密封环上的第一力，所述第一力将所述密封环的远侧表面朝向所述牙轮的内表面偏压，以在所述密封环的所述远侧表面与所述牙轮的所述内表面之间形成密封部。而且，响应于所述平移，将所述第二聚合物环压靠在所述密封环上。所述第二聚合物环的压缩产生施加在所述密封环上的第二力，所述第二力将所述密封环的所述远侧表面朝向所述牙轮的所述内表面偏压，以在所述密封环的所述远侧表面与所述牙轮的所述内表面之间进一步形成密封部。所述第二力大于所述第一力。
附图说明
虽然本说明书以特别指出并明确要求保护本公开的实施例的权利要求书结束，但是当结合附图阅读时，从以下对本公开的实施例的描述中可以更容易地确定本公开的实施例的优点，其中：
图1A是根据本公开的实施例的钻地钻头的等距视图；
图1B是根据本发明的实施例的具有密封组件的图1A所示的钻地钻头的一部分的局部纵向剖视图。
图2是根据本发明的实施例的处于组装状态的位于销和牙轮之间的图1B中所示的密封组件的局部放大和更详细的剖视图。
图3是根据本公开的实施例的图2中所示的密封组件的放大剖视图；
图4是根据本公开的实施例的处于未组装状态的在至少图2和3中所示的密封组件的剖视图；
图5是根据本公开的实施例的密封组件的一部分的示意性示出的剖视图，并且示出了响应于在钻头的组装期间施加力而导致的密封组件的部件的平移移动；和
图6是根据本公开的实施例的使用传统聚合物环的金属面密封部上的面载荷相对于金属面密封部的平移的关系的图。
图7是根据本公开的实施例的如图5所示的金属面密封部上的面载荷相对于金属面密封部的平移的关系的图。
具体实施方式
这里给出的图示并不意味着是任何特定的钻地工具、可旋转切割元件或其部件的实际视图，而仅仅是用于描述说明性实施例的理想化表示。附图不一定按比例绘制。
所公开的实施例大体上涉及用于钻地工具的可旋转或可移动的装置或元件(例如，可旋转的切割元件)，所述装置或元件可以移动以便改变切割元件相对于切割元件联接到其上的钻地工具的位置。例如，这种构造可以使切割元件能够由于切割元件的滚动运动而挤压和挖出岩层。本公开的实施例包括密封件或密封组件。密封件或密封组件可以构造成将润滑剂密封在牙轮和牙轮所安装到的销之间的腔体中。这种密封件或密封组件也可以用于防止碎屑进入牙轮和销之间的腔体。
如本文所用，关于给定参数的术语“基本上”表示并且包括在某种程度上包括本领域技术人员将理解的给定参数、性质或条件以小的方差(例如在可接受的制造公差)满足。例如，基本上满足的参数可以是至少约90％满足、至少约95％满足、或甚至至少约99％满足。
图1A示出了呈牙轮钻头11形式的钻地井下式旋转工具，其具有包括三个腿部的钻头本体12(例如，第一腿部13-1、第二腿部13-2和第三腿部(未示出))。在其他实施例中，钻头11可以具有更多或更少的腿部。
图1B示出了图1A所示的钻头11的一部分的局部纵向剖视图。每个钻头腿部(例如，第一腿部13-1)具有悬垂的支承销15。牙轮16可旋转地安装在每个支承销15上。密封组件19包括设置在每个牙轮16和每个支承销15之间的金属面密封部，并且将润滑剂密封在牙轮16和安装有所述牙轮的相应支承销15之间的腔体内。另外，密封组件19还禁止钻孔碎屑(例如，钻孔液、泥浆、钻屑等)进入牙轮16的围绕支承销15的腔体。补偿器17与润滑剂连通以用于使润滑剂的压力与钻头11的外部上的钻孔流体静压力相均衡。
图2和3是在牙轮16和销15之间的密封组件19的放大剖视图。图2和3描绘了安装在支承销15上的牙轮16。特别地，牙轮16的内部腔体18由牙轮16的内表面限定。销15延伸到内部腔体18中。如此，牙轮16和支承销15处于组装状态。
在将牙轮16安装(或组装)在支承销15上的过程中，牙轮16在第一轴向方向72上朝向销15上的基部被压在销15上。牙轮16沿沿第一轴向方向72移动直到牙轮16的内表面(例如，平面表面85)抵靠销15的表面(例如，平面表面90)。在组装状态下，牙轮16通过多个滚珠轴承31保持在销15上。滚珠轴承通过通道插入牙轮16和销15之间的滚道中，所述通道路然后用球塞23塞住，所述球塞将滚珠轴承31保持在牙轮16和销15之间的滚道中。当组装时，牙轮16与销15同轴并且能够围绕销15的轴线70旋转。
另外，当牙轮16安装在销15上时，密封组件19也处于组装状态。如上所述，密封组件19构造成将润滑剂保持在腔体60内，所述腔体60在牙轮16和销15之间形成密封并且阻止碎屑进入腔体。
在一个实施例中，密封组件19包括密封环49、第一聚合物环51(例如，O形环，并且在本领域中也称为激发器或激发器环)、以及第二聚合物环55(本领域中也称为备用支持环(BUR))。密封组件19还可以包括环形或圆柱形插入环29。
密封环49的远侧表面48抵靠插入环29的近侧表面28以形成金属面密封部部50。具体地，金属面密封部部50构造成将润滑剂保持在腔体60内。如本文所述的“近侧”和“远侧”是相对于销15的基部参考的，其在图2中由平面75示出，该平面75垂直于轴线70延伸穿过销15的基部。密封环49具有远侧表面48(例如，相对于平面75的远侧)和近侧表面47(例如，相对于平面75的近侧)。类似地，插入环29包括近侧表面28(例如，相对于平面75的近侧)和相对的远侧表面30(例如，相对于平面75的远侧)。
在一个实施例中，插入环29和密封环49由金属构成，并且可以具有相同或不同的化学组成。这样，密封部50是金属面密封部。在另外的实施例中，钻头11可以不包括插入环29，并且密封部50可以形成在密封环49的远侧表面48和牙轮16的内表面之间。
密封部50是动态密封部，其中插入环29与牙轮16一起旋转，而密封环49相对于销15保持静止，同时牙轮16围绕销15旋转。这样，当密封环的远侧表面48保持静止时，插入环29的近侧表面28旋转。另外，第一聚合物环51和第二聚合物环55也保持静止，而牙轮16围绕销15旋转。
如上所述，在传统的密封组件中，第一聚合物环(例如、激发器环)由第一材料(例如，HNBR)构成，第二聚合物环(例如，BUR)由不同的第二材料(例如，丁腈橡胶(NBR))构成。因此，第二聚合物环具有比第一聚合物环更低的肖氏A硬度(在洛氏硬度标度上)。第二聚合物环(例如，BUR)的低肖氏A硬度值增加了第二聚合物环对损坏(例如，撕裂)的敏感性。因此，作为一个整体的旋转钻头的可靠性降低。
与传统的密封组件相比，第一聚合物环51和第二聚合物环55由聚合物构成，并且可以具有相同或不同的化学组成。例如，第一聚合物环51和第二聚合物环55各自包括但不限于氢化丁腈橡胶(HNBR)、全氟弹性体(FFKM)或含氟弹性体(FKM)。另外，在一个实施例中，第一聚合物环51和第二聚合物环55在洛氏硬度标度上具有相同的硬度。结果，第二聚合物环55不易受损(例如，撕裂)。第一聚合物环51和第二聚合物环55可以具有50-90的范围内的肖氏A硬度。
在一个实施例中，第二聚合物环55的拉伸强度(例如，极限拉伸强度)为约1550磅/平方英寸(PSI)(10.68MPa)。第一聚合物环51和第二聚合物环55的拉伸强度可以在约1400psi(9.65MPa)至3000psi(20.68MPa)的范围内。
如图2和3所示，第一聚合物环51被压靠密封环49的内表面46(当牙轮16安装在销15上时)。这里描述的术语“内”或“向内”和“外”或“向外”是相对于轴线70参考的，所述轴线70是销15的中心轴线。例如，密封环49包括内表面46(例如，相对于轴线70向内)和外表面45(例如，相对于轴线70向外)。第一聚合物环51在密封环49的内表面46上的压缩将密封环49的远侧表面48朝向插入环29的近侧表面28偏压(或推动)(以形成密封部50)。特别地，第一聚合物环51抵靠密封环49的偏压在密封部50上产生力F1(例如，第一面载荷)。
类似地，第二聚合物环55压靠密封环49的近侧表面47(当牙轮16安装在销15上时)。第二聚合物环55在密封环49的内表面46上压缩将密封环49的远侧表面48朝向插入环29的近侧表面28偏压(或推动)(以形成密封部50)。特别地，第二聚合物环55抵靠密封环49的偏压在密封部50上产生力F2(例如，第二面载荷)。结果，密封部50上的总力(例如，总面载荷)是力F1和力F2的总和(例如，第一面荷载和第二面荷载的总和)。
如上所述，在传统的密封组件中，第一聚合物环(例如，激发器环)在金属面密封部上产生的力(或面载荷)大于由第二聚合物环(例如，BUR)产生的力(或面载荷)。例如，第一聚合物环占施加在金属面密封部上的总力(例如，总面载荷)的80-60％，而第二聚合物环占施加在金属面密封部上的总力(例如，总面载荷)的20-40％。与第一聚合物环的较高的洛氏硬度相比，由第二聚合物环产生的较小的力部分地基于第二聚合物环的较低的洛氏硬度。
与传统的密封组件相反，在一个实施例中，力F2(由第二聚合物环55产生)大于力F1(由第一聚合物环51产生)。例如，力F2(由第二聚合物环55产生)占施加在密封部50上的总力的50-70％，而力F1(由第一聚合物环51产生)占施加在密封部50上的总力的30-50％。在一个实施例中，力F2和力F1之间的比率范围约为1至3。
应当理解，当牙轮16安装在销15上时，密封组件19处于组装状态。当处于组装状态时，第一聚合物环51和第二聚合物环55被压缩，如至少在图2和图3中所示。此外，应该理解的是，密封组件19(如图2和3所示)处于非使用状态。也就是说，除其他部件之外包括牙轮16、销15和密封组件19在内的钻地钻孔工具没有处于钻孔/钻探。这样，密封部50处的面载荷由第一聚合物环51和第二聚合物环55产生，并且不包括任何其他力/载荷(例如在钻孔期间发生的载荷)。应当理解，钻孔力可能对密封面处的载荷具有可忽略的影响，因为大部分钻孔载荷将由例如平面表面85和90以及轴颈表面承载。在钻孔过程中，钻孔液柱的静水压力会影响面载荷。
在一个实施例中，当牙轮16安装在销15上时，第二聚合物环55的横截面长度L2小于第一聚合物环51的横截面长度L1。L1是第一聚合物环51的远侧端部62和近侧端部61之间的距离。长度L2是第二聚合物环55的内端部63和外端部64之间的距离。
如图2和3所示，当牙轮16安装在销15上时，第一聚合物环51的横截面包括第一区域，第二聚合物环55的横截面包括小于第一区域的第二区域。例如，第一聚合物环51的横截面积与第二聚合物环55的横截面积的比率在约1.5至1.9的范围内。在一个实施例中，第一聚合物环51的横截面积在约0.020至0.025平方英寸(13至16mm2)的范围内。
图4描绘了在将牙轮16安装在销15上之前处于未组装状态的密封组件19的剖视图。应注意，第一聚合物环51、第二聚合物环55和密封环49设置在牙轮16和销15之间的腔体60中。第一聚合物环51设置在密封环49的径向内侧(相对于轴线70，如图2所示)，和第二聚合物环55布置成靠近密封环49的近侧表面47。在未组装状态下，第一聚合物环51和第二聚合物环55不被压缩。这样，第一聚合物环51和第二聚合物环55不将密封环49朝向插入环29偏压。特别地，第一聚合物环51和第二聚合物环55不在密封部50上单独或组合地提供力。
图5是密封组件19的一部分的示意性示出的剖视图。图5还示出了在钻头11的组装期间响应于力的施加的而导致的密封部50的平移移动。为了清楚和简洁起见，图5仅示出了密封组件19的第一密封环51和密封环49。密封部50的平移是从(1)密封组件19(虚线)的未组装状态到(2)的密封组件19(实线)的组装状态，反之亦然。换句话说，图5描绘了密封组件19的密封部50从(1)当牙轮16未安装在销15上的状态(见图4)到(2)当牙轮16安装在销15上(见图1-3)的状态的平移。特别地，参考图2和5，密封部50的平移沿轴线70。另外，当牙轮16朝向销15被推压并且安装在销15上时，密封部50沿轴向方向72(从位置P0到位置P1)平移。相反，当将牙轮16从销15拉开并从销15上拆卸下来时，密封部50沿轴向方向74(从位置P1到位置P0)平移。
图6是基于使用传统的第一聚合物环(例如，传统的激发器环)和传统的第二聚合物环(例如，传统的BUR)，密封部50上的面载荷(例如，力)相对于密封部50的平移的概括图600。图600的x轴是密封部50从位置P0(例如，牙轮16未安装在销15上)到位置P1(例如，牙轮16安装在销15上)的平移。
图600的y轴是基于传统的第一聚合物环和/或传统的第二聚合物环偏压密封环49而施加在密封部50上的面载荷(或力)。特别是，面载荷F0是当牙轮16没有安装在销15上时密封部50上的载荷/力，并且面载荷F1是当牙轮16安装在销15上时密封部50上的载荷/力。
图600包括曲线80、81和82。曲线81表示密封部50从位置P0平移到位置P1时由传统的第一聚合物环在密封部50上产生的面载荷。曲线81表示为直线，然而，在各种实施例中，曲线81可以是非线性的。另外，曲线81表示由传统的第一聚合物环51在密封部50上产生的面载荷，而不考虑由传统的第二聚合物环产生的面载荷。
曲线82表示密封部50从位置P0平移到位置P1时由传统的第二聚合物环在密封部50上产生的面载荷。曲线82表示为直线，然而，在各种实施例中，曲线82可以是非线性的。另外，曲线82表示由传统的第二聚合物环在密封部50上产生的面载荷，而不考虑由传统的第一聚合物环产生的面载荷。
曲线80表示密封部50从位置P0平移到位置P1时由传统的第一聚合物环和传统的第二聚合物环的组合在密封部50上产生的面载荷。如图所示，当密封部50从位置P0平移到位置P1时，面载荷增加。特别地，如图所示，传统的第一聚合物环在传统的第二聚合物环与密封环49接触(并在密封部50上产生面载荷)之前与密封环49接触(并且在密封部50上产生额外的面载荷)。另外，如图所示，传统的第二聚合物环产生的面载荷小于传统的第一聚合物环产生的面载荷。面荷载F1是当牙轮16安装在销15上时密封部50上的总面荷载(在组装状态下由传统的第一聚合物环和传统的第二聚合物环两者产生)。
图7是描绘了密封部50上的面载荷(例如，力)相对于密封部50的平移的概括图700。图700的x轴是密封部50从位置P0(例如，牙轮16未安装在销15上)到位置P1(例如，牙轮16安装在销15上)的平移。
图700的y轴是基于第一聚合物环51和/或第二聚合物环55偏压密封环49而施加在密封部50上的面载荷(或力)。特别是，面载荷F0是当牙轮16没有安装在销15上时密封部50上的载荷/力，并且面载荷F1是当牙轮16安装在销15上时密封部50上的载荷/力。
图700包括曲线100、101和102。曲线101表示密封部50从位置P0平移到位置P1时由第一聚合物环51在密封部50上产生的面载荷。曲线101表示为直线，然而，在各种实施例中，曲线101可以是非线性的。另外，曲线101表示由第一聚合物环51在密封部50上产生的面载荷，而不考虑由第二聚合物环55产生的面载荷。
曲线102表示密封部50从位置P0平移到位置P1时由第二聚合物环55在密封部50上产生的面载荷。曲线102表示为直线，然而，在各种实施例中，曲线102可以是非线性的。另外，曲线102表示由第二聚合物环55在密封部50上产生的面载荷，而不考虑由第一聚合物环51产生的面载荷。曲线102的斜率大于曲线101的斜率。在一个实施例中，曲线102的斜率与曲线101的斜率之比的范围是大约5到15。在另一个实施例中，曲线102的斜率与曲线101的斜率之比大于4。
曲线100表示密封部50从位置P0平移到位置P1时由第一聚合物环51和第二聚合物环55的组合在密封部50上产生的面载荷。如图所示，当密封部50从位置P0平移到位置P1时，面载荷增加。特别地，如图所示，第一聚合物环51在第二聚合物环55与密封环49接触(并在密封部50上产生面载荷)之前与密封环49接触(并且在密封部50上产生额外的面载荷)。另外，如图所示，第二聚合物环55产生的面载荷大于由第一聚合物环51产生的面载荷。面载荷F1是当牙轮16安装在销15上时密封部50上的总面载荷(在组装状态下由第一聚合物环51和第二聚合物环55两者产生)。应该理解的是，图6所示的面载荷F1与图7中所示的同一面载荷F1相近。换句话说，尽管第一聚合物环51和第二聚合物环55可以具有与相应的传统第一聚合物环和第二聚合物环不同的特性/特征(例如，几何形状和硬度)，但是其施加在密封部50上的面载荷F1可以与传统的第一聚合物环和第二聚合物环产生的面载荷相似或相同。
上面描述并在附图中示出的本公开的实施例不限制本发明的范围，因为这些实施例仅是本发明的实施例的示例，本发明的范围由所附权利要求及其合法等同物限定。任何等同的实施例都在本公开的范围内。实际上，除了本文所示和所述的那些之外，本公开的各种修改(例如所描述的元素的替代有用组合)对于本领域技术人员而言可从描述中变得显而易见。这些修改和实施例也旨在落入所附权利要求及其合法等同物的范围内。

Claims (20)

1.一种钻地旋转工具，包括：
包括至少一个销的本体；
至少一个牙轮，所述至少一个牙轮安装在所述至少一个销上并且构造成在使用所述钻地旋转工具期间围绕所述至少一个销旋转；和
至少一个密封组件，所述至少一个密封组件设置在所述至少一个销和所述至少一个牙轮之间，所述至少一个密封组件包括：
密封环，所述密封环构造成相对于所述至少一个牙轮的旋转保持静止，所述密封环包括靠近所述至少一个牙轮的表面的远侧表面，以便在所述密封环的远侧表面与所述至少一个牙轮的所述表面之间形成密封部，其中所述密封环由金属构成；
第一聚合物环，所述第一聚合物环设置在所述密封环的径向内侧，所述第一聚合物环构造成相对于所述至少一个牙轮的旋转保持静止，并且在非使用状态下被压缩时，所述第一聚合物环在所述密封环上施加第一力，所述第一力将所述密封环的所述远侧表面朝向所述至少一个牙轮的所述表面偏压；和
邻近所述密封环的近侧表面的第二聚合物环，所述第二聚合物环构造成相对于所述至少一个牙轮的旋转保持静止，并且在非使用状态下被压缩时，所述第二聚合物环在所述密封环上施加第二力，所述第二力将所述密封环的所述远侧表面朝向所述至少一个牙轮的所述表面偏压，其中所述第二力大于所述第一力。
2.根据权利要求1所述的钻地旋转工具，其中所述第二力与所述第一力之间的比率范围为约1至3。
3.根据权利要求2所述的钻地旋转工具，其中所述第一力相对于密封件的平移的第一斜率与所述第二力相对于密封件的平移的第二斜率的比率范围为约5至15。
4.根据权利要求2所述的钻地旋转工具，其中所述第一力相对于密封件的平移的第一斜率与所述第二力相对于密封件的平移的第二斜率的比率大于4。
5.根据权利要求1所述的钻地旋转工具，其中所述第一聚合物环的横截面积与所述第二聚合物环的横截面积的比率范围为约1.5至1.9。
6.根据权利要求1所述的钻地旋转工具，其中所述第一聚合物环的横截面在未压缩状态下为圆形，并且所述第二聚合物环的横截面在未压缩状态下为非圆形。
7.根据权利要求1所述的钻地旋转工具，其中所述至少一个牙轮的所述表面包括构造成与所述至少一个牙轮一起旋转的插入环的表面，其中所述插入环是金属插入环。
8.根据权利要求1所述的钻地旋转工具，其中所述第一聚合物环和所述第二聚合物环包括相同的材料。
9.根据权利要求8所述的钻地旋转工具，其中所述相同的材料是氢化丁腈橡胶(HNBR)、全氟弹性体(FFKM)或含氟弹性体(FKM)中的一种。
10.一种钻地旋转工具，包括：
包括至少一个销的本体；
至少一个牙轮，所述至少一个牙轮安装在所述至少一个销上并且构造成在使用所述钻地旋转工具期间围绕所述至少一个销旋转；和
至少一个密封组件，所述至少一个密封组件设置在所述至少一个销和所述至少一个牙轮之间，所述至少一个密封组件包括：
密封环，所述密封环构造成相对于所述至少一个牙轮的旋转保持静止，所述密封环包括靠近所述至少一个牙轮的表面的远侧表面，以便在所述密封环的远侧表面与所述至少一个牙轮的所述表面之间形成密封部；
第一聚合物环，所述第一聚合物环设置在所述密封环的径向内侧，所述第一聚合物环构造成相对于所述至少一个牙轮的旋转保持静止并且将所述密封环的所述远侧表面朝向所述至少一个牙轮的所述表面偏压；和
靠近所述第一聚合物环的第二聚合物环，其中所述第二聚合物环构造成将所述密封环的所述远侧表面朝向所述至少一个牙轮的所述表面进一步偏压，
其中所述第一聚合物环在施加偏压时具有第一横截面长度，所述第一横截面长度处于所述第一聚合物环的横截面的远侧端部和近侧端部之间，并且所述第二聚合物环在施加偏压时包括第二横截面长度，所述第二横截面长度处于所述第二聚合物环的横截面的内端部和外端部之间，并且其中所述第二横截面长度小于所述第一横截面长度。
11.根据权利要求9所述的钻地旋转工具，其中所述第一聚合物环的横截面积与所述第二聚合物环的横截面积的比率范围为约1.5至1.9。
12.根据权利要求9所述的钻地旋转工具，其中所述第一聚合物环和所述第二聚合物环包括相同的材料。
13.根据权利要求11所述的钻地旋转工具，其中所述相同的材料是氢化丁腈橡胶(HNBR)、全氟弹性体(FFKM)或含氟弹性体(FKM)中的一种。
14.根据权利要求9所述的钻地旋转工具，其中所述至少一个牙轮的所述表面包括构造成与所述至少一个牙轮一起旋转的插入环的表面。
15.根据权利要求9所述的钻地旋转工具，其中所述第一聚合物环在非使用状态下被压缩时在所述密封环上提供第一力，所述第一力将所述密封环的所述远侧表面朝向所述至少一个牙轮的所述表面偏压，并且所述第二聚合物环在非使用状态下被压缩时在所述密封环上提供第二力，所述第二力将所述密封环的所述远侧表面朝向所述至少一个牙轮的所述表面偏压，其中所述第二力与所述第一力之间的比率范围为约1至3。
16.根据权利要求15所述的钻地旋转工具，其中所述第一力相对于密封件的平移的第一斜率与所述第二力相对于密封件的平移的第二斜率的比率范围为约5至15。
17.根据权利要求15所述的钻地旋转工具，其中所述第一力相对于密封件的平移的第一斜率与所述第二力相对于密封件的平移的第二斜率的比率大于4。
18.一种将牙轮安装在钻地旋转工具的本体上的方法，包括：
将第一聚合物环、第二聚合物环和密封环设置在钻地旋转工具的牙轮和销之间的腔体中，其中所述第一聚合物环设置在所述密封环的径向内侧，并且所述第二聚合物环设置为靠近所述第一聚合物环的近侧表面和所述密封环的近侧表面；
沿着所述销的轴线朝向所述销平移牙轮，以将所述牙轮安装在所述销上；以及
响应于所述平移：
将所述第一聚合物环压靠在所述密封环上，其中所述第一聚合物环的压缩产生施加在所述密封环上的第一力，所述第一力将所述密封环的远侧表面朝向所述牙轮的内表面偏压，以在所述密封环的所述远侧表面与所述牙轮的所述内表面之间形成密封部；和
将所述第二聚合物环压靠在所述密封环上，其中所述第二聚合物环的压缩产生施加在所述密封环上的第二力，所述第二力将所述密封环的所述远侧表面朝向所述牙轮的所述内表面偏压，以在所述密封环的所述远侧表面与所述牙轮的所述内表面之间进一步形成密封部，其中所述第二力大于所述第一力。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，将所述第一聚合物环压靠在所述密封环上还包括：
将所述第一聚合物环压靠在所述密封环的内表面上。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，将所述第二聚合物环压靠在所述密封环上还包括：
将所述第二聚合物环压靠在密封环的近侧表面上。
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