相互壓蓋式潤滑脂的制作方法
【技術領域】
[0001] 本公開涉及一種被配制用于在牙輪鉆頭的相互壓蓋式（intergland)系統中使用 的潤滑脂，并且涉及一種包含這種潤滑脂的牙輪鉆頭。
【背景技術】
[0002] 牙輪鉆頭被用來在地下地層中形成井眼。此類鉆頭一般包括至少一個支撐臂并且 通常包括三個支撐臂。相應的牙輪組件能夠可旋轉地安裝在每個支撐臂的內側部分上。
[0003] 每個牙輪組件通常包括具有形成于其中的腔體或開口的底座。每個錐形腔體可被 設定尺寸以接收相關聯的軸頸或主軸的外側部分，從而允許牙輪組件在鉆探井眼時相對于 相關聯的軸頸或主軸旋轉。各種各樣的軸承、軸承組件、軸承表面、密封件和/或其他支撐結 構可設置在每個牙輪組件的內側部分與相關聯的軸頸或主軸的外側部分之間。
[0004] 牙輪鉆頭通常包括潤滑劑系統以將潤滑劑供應給軸頸、軸承、軸承組件、軸承表 面、密封件和/或與安裝在相應支撐臂上的每個牙輪組件的旋轉相關聯的其他支撐結構。多 種潤滑劑可用于牙輪鉆頭，以便適應每個牙輪組件相對于相應主軸的旋轉。各種各樣的密 封件和密封組件可被用來阻止井下井內流體和與每個牙輪組件的旋轉相關聯的潤滑劑之 間的連通。已使用各種類型的系統來維持潤滑劑系統壓力，以便最小化對軸承、軸承組件、 密封件、軸頸以及與牙輪組件相對于相關聯的支撐臂的旋轉相關聯的其他支撐結構造成的 潛在損壞。
[0005] 當潤滑劑系統包括相互壓蓋式系統和單獨的軸承潤滑系統時，雖然軸承潤滑脂通 常含有多種添加劑，但相互壓蓋式潤滑脂通常不含添加劑。
【附圖說明】
[0006] 結合附圖參考以下描述可以獲得對本發明的實施方案和其優點的更完整和更充 分的理解，在附圖中相同的附圖標記表示相同的特征，并且其中：
[0007] 圖1示出根據本發明的實施方案的牙輪鉆頭的一個實例的等距視圖的示意圖；
[0008] 圖2圖示以截面示出的部分被剖開的示意圖，所述示意圖示出根據本公開的實施 方案的牙輪鉆頭的各個部件以及結合有漂珠和相互壓蓋式潤滑脂的相關聯的相互壓蓋式 潤滑系統；
[0009] 圖3圖示圖2的牙輪鉆頭的相互壓蓋式系統的一部分的放大視圖的示意圖；
[0010] 圖4圖示以截面示出的部分被剖開的示意圖，所述示意圖示出根據本公開的實施 方案的牙輪鉆頭的各個部件和結合有漂珠的相關聯的潤滑系統；
[0011] 圖5示出根據本公開的實施方案的鉆頭的部分被剖開的等距視圖的示意圖，所述 等距視圖示出結合有漂珠的相關聯的潤滑系統；
[0012] 圖6示出根據本公開的實施方案的鉆頭的部分被剖開的等距視圖的示意圖，所述 等距視圖示出交叉部分的展開圖；
[0013] 圖7圖示以截面示出的部分被剖開的示意圖，所述示意圖示出根據本公開的實施 方案的牙輪鉆頭的各個部件和結合有止回閥的相關聯的潤滑系統；
[0014] 圖8圖示以截面示出的部分被剖開的示意圖，所述示意圖示出根據本公開的實施 方案的牙輪鉆頭的各個部件和結合有長孔的相關聯的潤滑系統；
[0015] 圖9圖示以截面示出的部分被剖開的示意圖，所述示意圖示出根據本公開的一些 實施方案的牙輪鉆頭的各個部件和結合有兩個潤滑劑貯存器的相關聯的潤滑系統；
[0016] 圖10呈現針對多種潤滑脂旋轉密封測試儀中的平均徑向密封直徑損失;并且
[0017] 圖11呈現針對多種潤滑脂旋轉密封測試儀中的到密封失效的平均時間。
【具體實施方式】
[0018] 本公開涉及一種用于在牙輪鉆頭的相互壓蓋式系統中使用的相互壓蓋式潤滑脂， 并且涉及一種包含這種潤滑脂的鉆頭。所述相互壓蓋式系統可用于雙密封鉆頭中以便提供 壓力補償并且潤滑密封金屬界面。由于其在鉆頭內的位置，相互壓蓋式潤滑脂可能不需要 或者不會受益于在軸承潤滑脂中發現的那種類型的極壓添加劑，并且因此可不包含所述極 壓添加劑。例如，相互壓蓋式潤滑脂可能不含可磨蝕密封件的二硫化鉬或常見于軸承潤滑 脂中的其他添加劑。
[0019] 相互壓蓋式潤滑脂可含有輔助潤滑密封金屬界面的一種或多種添加劑。添加劑也 可與用于形成密封件的材料兼容并且可不導致這種密封材料的膨脹或硬化。另外，這些添 加劑可與用于同一個鉆頭中的軸承潤滑脂兼容，以使得如果相互壓蓋式潤滑脂和軸承潤滑 脂混合在一起，這兩種潤滑脂中的一種或兩種仍可充分進行潤滑以避免在繼續操作期間對 鉆頭造成損壞。
[0020] 相互壓蓋式潤滑脂添加劑可包括聚四氟乙烯(PTFEhPTFE可通過粉末的形式，諸 如通過純粉末的形式來提供。粉末可包含顆粒，所述顆粒可具有經選擇以使潤滑最佳化的 尺寸。
[0021] 相互壓蓋式潤滑脂添加劑還可包括或作為替代可包括潤滑液體聚合物，諸如聚丁 烯(具體地高分子量且高粘度聚丁烯）、聚異丁烯或含硅氧烷的材料。這些聚合物可具有與 在軸承潤滑脂中使用的類似聚合物相同或不同的分子量。在一個實施方案中，相互壓蓋式 潤滑脂可包含介于5wt%與15wt%之間的添加劑，諸如10wt%的添加劑或更少的添加劑或 介于5wt %與15wt %之間的添加劑。可選擇添加劑以便例如通過簡單的機械混合容易地與 基潤滑脂共混。
[0022]添加劑在基潤滑脂中混合，以形成相互壓蓋式潤滑脂，基潤滑脂可包含與密封材 料兼容的任何基潤滑脂。在一個實施方案中，基潤滑脂可包括金屬皂基潤滑脂，或作為替代 包括金屬復合基潤滑脂。基潤滑脂還可包括或作為替代可包括磺酸鈣潤滑脂，諸如高堿性 磺酸鈣潤滑脂。基潤滑脂另外或作為替代可包括全部或部分合成潤滑脂，諸如由稠化油形 成的潤滑脂。
[0023]雖然在本文中描述了特定的相互壓蓋式潤滑脂，但是由如上所述的基潤滑脂和添 加劑形成的其他合適的相互壓蓋式潤滑脂可通過以下方式進行識別：將受關注的潤滑脂放 置在旋轉密封測試儀中并且利用受關注的潤滑脂和由相同基潤滑脂形成但不含相互壓蓋 式潤滑脂添加劑的潤滑脂來測試到密封失效之前的平均時間或平均密封件磨損特性。如果 受關注的潤滑脂導致密封件磨損減少或到密封失效之前的平均時間增加，那么所述潤滑脂 是根據本公開的合適的相互壓蓋式潤滑脂。
[0024] 通過參考圖1-圖9可以理解本公開的一些實施方案和相關聯的優點，各圖中相似 的附圖標記指代相同和相似的部分。
[0025] 本公開的各種特征可相對于牙輪鉆頭、支撐臂、牙輪組件、壓力釋放機構、潤滑系 統和/或相關聯的部件進行描述。一些實例在圖1-圖9中示出。然而，本公開的教義可與各種 各樣的牙輪鉆頭和相關聯的潤滑劑系統(包括相互壓蓋式系統)一起使用，并且不限于如圖 1-圖9所示的實施方案。
[0026] 圖1示出根據本發明的實施方案的牙輪鉆頭10的一個實例的等距視圖的示意圖。 如圖1所示的鉆頭10可被稱為"牙輪鉆頭"、"旋轉錐形鉆頭"、"旋轉鑿巖鉆頭"或"鑿巖鉆 頭"。鉆頭10可包括各種類型的此類鉆頭。牙輪鉆頭可具有其上可旋轉地設置有相應牙輪組 件的至少一個支撐臂。
[0027] 鉆柱(未明確示出）可附接到鉆頭10并且使所述鉆頭10相對于鉆頭旋轉軸線12旋 轉。鉆頭10可如箭頭13所指示的那樣旋轉。當一般指示在40處的牙輪組件響應于鉆頭10的 旋轉而接合鉆孔或井眼(未示出）的底部或井孔下行末端并且繞其滾動時，可發生與在井下 地層中形成井眼相關聯的切削動作。
[0028] 每個牙輪組件40可與相關聯的主軸或軸頸28的外側部分附接并且相對于所述外 側部分旋轉，如圖2所示。牙輪組件40可被稱為"牙輪"、"旋轉牙輪切刀"、"牙輪切刀"、"旋轉 切刀組件"以及"切刀牙輪組件"。這些牙輪組件40中的每一個可包括多個切削元件或嵌件 42,所述切削元件或嵌件42響應于鉆頭10的旋轉而穿透并刮削井下地層的相鄰部分。參考 圖1和圖2,牙輪組件40還可包括設置在每個牙輪組件40的相應保徑面46上的多個壓塊 (compact )44。切削元件42可包括適合于與牙輪鉆頭一起使用的各種類型的壓塊、嵌件、銑 削齒以及焊接壓塊。牙輪組件40還可包括大體圓形的基座部分45。