具有改進的軸頸軸承的鉆頭的制作方法
【專利摘要】所公開的示例性實施方案包括用于在地下地層中形成井筒的鉆頭。所述鉆頭包括用于耦接至鉆柱的下端的鉆頭體。所述鉆頭體包括具有向內延伸軸頸的至少一個支撐臂，其中軸頸軸承具有至少部分繞包括所述軸頸軸承的負載側的所述軸頸軸承周向延伸的至少一個徑向減小凹腔。至少一個旋轉切削組件可旋轉地安裝至所述軸頸。多個切削元件安置在所述至少一個旋轉切削組件上。至少兩個獨立硬質合金墊定位在所述至少一個徑向減小凹腔內，使得所述硬質合金墊之間設置有間隙。
【專利說明】
具有改進的軸頸軸承的鉆頭
技術領域
[0001]本公開大致涉及與針對地下井執行的操作結合起來使用的設備，且具體涉及具有包括獨立硬質合金焊墊的改進軸頸軸承的鉆頭。
【背景技術】
[0002]通常鉆井來從地下地層回收油氣，諸如油和氣。鉆井通常需旋轉定位在包括端對端連接的多個鉆管段的鉆柱末端上的鉆頭。在鉆井筒時，從地面添加額外鉆管段以到達期望鉆井深度。多種鉆頭在本領域中已知，各具有可在選擇用于特定應用的鉆頭時考慮的不同屬性。
[0003]—種一般類型的鉆頭是旋轉錐形鉆頭或牙輪鉆頭。旋轉錐形鉆頭大致包括至少一個支撐臂且最常包括三個支撐臂。每個支撐臂具有可旋轉地安裝在軸頸上的相應的旋轉切削組件。每個旋轉切削組件通常包括腔，所述腔具有被確定大小來在其中接收相關軸頸的外部分的構造和內部尺寸。任意多種軸承、軸承組件或其它支撐結構可安置在每個旋轉切削組件的內部分與相關軸頸(包括軸頸軸承)的外部分之間。表面涂層(諸如銀)可被設計至軸承表面上以保護表面。此外，潤滑脂可用于填充旋轉切削組件內的腔以提供移動部件之間需要的潤滑。流體阻隔器，諸如密封件和隔膜可用于防止鉆井泥漿進入旋轉切削組件中。這些流體阻隔器可由彈性體(諸如氫化丁腈橡膠(HNBR))形成。
[0004]在用旋轉錐形鉆頭鉆井期間，在使鉆頭旋轉的同時，抵著鉆孔的底部推動旋轉切削組件的切削表面，其導致旋轉切削組件繞其各自的軸頸旋轉。鉆頭內的組件(諸如軸頸軸承)經受嚴苛的操作條件，包括高單位負載、重復沖擊負載和高收縮壓力，其可導致軸承表面的磨損或其它劣化。
【附圖說明】
[0005]為了更全面理解本公開的特征和優點，現參考詳細描述以及其中不同圖中的相應數字指代相應部件的附圖，且其中:
[0006]圖1是使用根據本公開的實施方案的具有包括獨立硬質合金焊墊的改進軸頸軸承的鉆頭的鉆井操作期間的井系統的示意圖；
[0007]圖2是根據本公開的實施方案的具有包括獨立硬質合金焊墊的改進軸頸軸承的鉆頭的一部分的截面圖；
[0008]圖3A至圖3C是根據本公開的實施方案的在將獨立硬質合金焊墊添加至其上之前的軸頸軸承的各種視圖；
[0009]圖4A至圖4C是根據本公開的實施方案的包括獨立硬質合金焊墊的軸頸軸承的各種視圖；
[0010]圖5A至圖5C是根據本公開的實施方案的包括獨立硬質合金焊墊的軸頸軸承的各種視圖；
[0011]圖6是根據本公開的實施方案的包括獨立硬質合金焊墊的軸頸軸承的側視圖；
[0012]圖7是根據本公開的實施方案的包括獨立硬質合金焊墊的軸頸軸承的側視圖；
[0013]圖8是根據本公開的實施方案的包括獨立硬質合金焊墊的軸頸軸承的側視圖；
[0014]圖9是根據本公開的實施方案的包括獨立硬質合金焊墊的軸頸軸承的側視圖；
[0015]圖10是根據本公開的實施方案的包括獨立硬質合金焊墊的軸頸軸承的側視圖；
[0016]圖11是根據本公開的實施方案的包括獨立硬質合金焊墊的軸頸軸承的側視圖；
[0017]圖12是根據本公開的實施方案的包括獨立硬質合金焊墊的軸頸軸承的側視圖；和
[0018]圖13是根據本公開的實施方案的包括獨立硬質合金焊墊的軸頸軸承的側視圖。
【具體實施方式】
[0019]雖然下文詳細討論各種系統、方法和其它實施方案，但是應了解本公開提供許多適用的發明概念，其可具體體現在多種具體背景中。本文中討論的具體實施方案僅是說明性的，且不限定本公開的范圍。
[0020]在第一方面中，本公開涉及一種包括用于耦接至鉆柱的下端的鉆頭體的鉆頭。所述鉆頭體包括具有向內延伸軸頸的至少一個支撐臂，其中軸頸軸承具有至少部分繞包括所述軸頸軸承的負載側的所述軸頸軸承周向延伸的至少一個徑向減小凹腔。至少一個旋轉切削組件可旋轉地安裝至所述軸頸。多個切削元件安置在所述至少一個旋轉切削組件上。至少兩個獨立硬質合金墊定位在所述至少一個徑向減小凹腔內，使得所述硬質合金墊之間設置有間隙。
[0021 ]在特定實施方案中，硬質合金墊可為硬質合金焊墊。在一個實施方案中，間隙可為軸頸軸承的基礎金屬段。在本實施方案中，旋轉切削組件的內表面可包括鄰近基礎金屬間隙定位的周向延伸槽，用以防止基礎金屬間隙與旋轉切削組件的內表面之間的接觸。在另一個實施方案中，間隙可為安置在硬質合金墊之間的徑向減小槽。徑向減小槽可為周向延伸徑向減小槽，其延伸徑向減小凹腔的周向長度或周向延伸超出徑向減小凹腔。在一些實施方案中，徑向減小槽可與軸頸軸承的潤滑脂儲器流體連通。在特定實施方案中，至少一個徑向減小凹腔和硬質合金墊可繞軸頸軸承周向延伸360度。在特定實施方案中，至少三個硬質合金墊可獨立定位在至少一個徑向減小凹腔內。
[0022]在第二方面中，本公開涉及一種包括用于耦接至鉆柱的下端的鉆頭體的鉆頭。鉆頭體包括具有向內延伸軸頸的至少一個支撐臂，其中軸頸軸承具有潤滑脂儲器和至少一個徑向減小凹腔，該至少一個徑向減小凹腔至少部分繞包括軸頸軸承的負載側的軸頸軸承周向延伸。至少一個旋轉切削組件可旋轉地安裝至所述軸頸。多個切削元件安置在所述至少一個旋轉切削組件上。至少兩個獨立硬質合金焊墊定位在至少一個徑向減小凹腔內。硬質合金焊墊具有安置其間的周向延伸徑向減小槽，其與潤滑脂儲器流體連通。
[0023]在第三方面中，本公開涉及生產用于鉆頭的軸頸軸承的方法。所述方法包括形成至少部分繞包括軸頸軸承的負載側的軸頸軸承周向延伸的至少一個徑向減小凹腔，和通過具有設置在硬質合金墊之間的間隙而將至少兩個獨立硬質合金墊定位在至少一個徑向減小凹腔內。
[0024]所述方法也可包括將第一硬質合金墊施放在至少一個徑向減小凹腔內和將第二硬質合金墊施放在至少一個徑向減小凹腔內，同時在第一硬質合金墊與第二硬質合金墊之間維持軸頸軸承的基礎金屬段;在至少兩個硬質合金墊之間形成徑向減小槽;在至少兩個硬質合金墊之間形成周向延伸徑向減小槽;使周向延伸徑向減小槽周向延伸超出徑向減小凹腔和/或在徑向減小槽與軸頸軸承的潤滑脂儲器之間形成流體連通路徑。
[0025]首先參考圖1，其示意性圖示出鉆井操作期間的井系統10。鉆井平臺12配備井架14和卷揚機16，所述卷揚機16支撐連接在一起以形成鉆柱18的多個鉆管。卷揚機16懸掛頂部驅動器20，其用于使鉆柱18旋轉且穿過井口 22將鉆柱18下放。鉆頭24可固定地耦接至鉆柱
18的下端。在圖示的實施方案中，鉆頭24包括三個支撐臂(僅兩個可見)，這些支撐臂各自具有可旋轉地安裝在從每個支撐臂的內表面向內延伸的軸頸上的旋轉切削組件。每個軸頸包括具有至少兩個獨立硬質合金焊墊的軸頸軸承。在操作中，通過使鉆頭24隨同鉆柱18旋轉以形成井筒26而完成鉆井。通過泥漿再循環設備28將鉆井流體栗送穿過供應管30至頂部驅動器20并且向下穿過鉆柱18。鉆井流體穿過鉆頭24中的噴嘴離開鉆柱18，冷卻鉆頭24且接著經由鉆柱18的外部與井筒26之間的環空32將鉆井巖肩攜帶至地面。鉆井流體接著返回至泥漿池34進行再循環。
[0026]雖然圖1是以豎直井筒來示出本系統的，但是本領域技術人員應了解本系統同樣非常適用于具有其它定向的井筒，包括水平井筒、偏斜井筒、傾斜井筒或類似井筒。因此，本領域技術人員應了解諸如上方、下方、上、下、向上、向下、井口、井下和類似術語的方向術語的使用是參考說明性實施方案而使用的，如它們在圖中所示，向上方向是朝向相應圖的頂部，且向下方向是朝向相應圖的底部，井口方向是朝向井的地面，井下方向是朝向井的底部。此外，即使圖1示出陸地操作，但是本領域技術人員仍應了解本發明同樣非常適用于海上操作。
[0027]圖2是旋轉錐形鉆頭50的部分的截面圖。鉆頭50具有支持臂52和旋轉切削組件54，各僅一個在圖2中可見。在圖示的實施方案中，鉆頭50的每個旋轉切削組件54安裝在從各自支持臂52向內突出的軸頸56上。此外，軸承系統用于將旋轉切削組件54可旋轉地安裝在各自支持臂52上。更具體地，每個旋轉切削組件54包括大致圓柱形腔58，其已被確定大小來將軸頸56接收在其中。每個旋轉切削組件54和它的各自軸頸56具有共同軸60，其也表示旋轉切削組件54相對于軸頸56的旋轉軸。每個旋轉切削組件54通過多個滾珠軸承62保持在它的各自軸頸56上。滾珠軸承62穿過開口 64和滾珠保持通道66插入。滾珠座圈68、70分別形成在旋轉切削組件54的腔58的內部和軸頸52的外部中。
[0028]滾珠保持通道66與滾珠座圈68、70連接，使得滾珠軸承62可穿過其中插入以在滾珠座圈68、70內形成環形陣列以防止旋轉切削組件54從軸頸52脫離。通過將滾珠插塞保持器(未圖示)插入其中而插塞滾珠保持通道66。滾珠插塞焊件(未圖示)可形成在每個開口 64內以在滾珠保持通道66與每個支持臂52的外部之間提供流體阻隔件以防止污染和潤滑劑從相關密封潤滑系統損失。
[0029]每個支持臂52優選地包括潤滑劑腔或潤滑劑儲器72，其具有大致圓柱形構造。潤滑劑蓋(未圖示)安置在潤滑劑腔72的一端內以防止潤滑劑腔72與支持臂52的外部之間的非期望流體連通。潤滑劑蓋可包括柔性、彈性隔膜(未圖示)，其界定潤滑劑腔72的上部分并且可操作以膨脹以提供壓力補償至密封的潤滑系統。潤滑劑通道74延伸穿過支持臂52，使得潤滑劑腔72與滾珠保持通道66流體連通。滾珠保持通道66提供與旋轉切削組件54的內腔58和安置在軸頸56外部與腔58的內部之間的軸承系統之間的流體連通。在組裝鉆頭50時，潤滑劑通道74、潤滑劑腔72和滾珠保持通道66中的可用空間和腔58的內表面與軸頸56的外表面之間的任何可用空間穿過每個支撐臂52中的開口(未圖示)填充潤滑劑。在潤滑劑填充后隨后當封開口。
[0030]鉆頭50外的外部流體的壓力可通過隔膜傳輸至潤滑劑腔72中所含的潤滑劑。隔膜的撓曲使潤滑劑維持大致等于鉆頭50外的外部流體的壓力的壓力。這種壓力被傳輸穿過潤滑劑通道74、滾珠保持通道66和內腔58以使密封元件76的向內面暴露于大致等于外部流體的壓力的壓力。更具體地，密封元件76定位在腔58內的密封件保持槽78內以建立腔58與軸頸56之間的流體阻隔件。密封元件76可為ο形環密封件、d形密封件、t形密封件、V形密封件、扁平密封件、唇形密封件或類似密封件和其等效物，其適于在腔58與軸頸56之間建立所需流體阻隔件。如圖示，旋轉切削組件54包括多個切削元件80。
[0031]在鉆井操作期間，鉆頭50和其組成部件經受嚴苛的操作條件，包括高單位負載、重復沖擊負載和高收縮壓力，其可導致接觸表面的磨損或其它劣化。為了防止軸頸56尤其在軸頸軸承82的負載側上的這種磨損，兩個獨立硬質合金墊84、86繞軸頸軸承82的一部分，包括繞軸頸軸承82的負載側周向延伸。硬質合金焊墊84、86之間設置有間隙，該間隙被示出為徑向減小槽88 ο此外，在本公開的鉆頭的特定實施方案中，旋轉切削組件54包括腔58內的周向延伸槽90，其定位為鄰近間隙88且可操作以建立非接觸表面。
[0032]圖3A至圖3C是在將獨立硬質合金焊墊添加至其上之前的本公開的鉆頭中使用的軸頸軸承100的各種視圖。軸頸軸承100包括徑向減小凹腔102，其定位在軸頸軸承100的負載側上，如圖3C中最佳所見。在圖示的實施方案中，徑向減小凹腔102繞軸頸軸承100的負載側周向延伸達大約120度。此外，如圖示，徑向減小凹腔102具有弧形表面。定位在軸頸軸承100的非負載部分上的徑向減小凹腔102上方的是一個或更多個潤滑劑儲器104，僅一個在圖3C中可見。潤滑劑儲器104經由潤滑劑通道108與滾珠保持通道106流體連通，僅其末端在圖3B和圖3C中可見。
[0033]額外參考圖4A至圖4C，其間設置有間隙114的兩個獨立硬質合金焊墊110、112已被定位在軸頸軸承100的徑向減小凹腔102中。軸頸軸承100的基礎材料可為鋼，諸如包括4715鋼的低合金碳鋼。同樣地，相關旋轉切削組件(見圖2)的基礎材料可為鋼，諸如低合金碳鋼，包括4715鋼，其具有在其腔的內部上的銀表面涂層。在鉆井操作期間，由于高單位負載、重復沖擊負載和高收縮壓力，軸頸軸承100和旋轉切削組件的接觸表面的磨損或其它劣化可能發生。為了防止這種磨損，其間設置有間隙114的兩個獨立硬質合金焊墊110、112已被定位在軸頸軸承100的徑向減小凹腔102中。硬質合金焊墊110、112可由針對耐磨性設計的鋼合金形成，諸如鈷合金、鉻合金、鎳合金或其組合以及包括諸如鐵、鋁、硼、碳、錳、鉬、磷、硫、硅、鈦或其組合的其它合金元素的這類鋼合金，包括被稱作司太萊合金的一類鋼合金，諸如司太萊190。硬質合金墊110、112可使用堆焊金屬加工工藝施放至徑向減小凹腔102中，其中使用弧焊工藝(包括例如氣體金屬弧焊(GMAW)工藝，諸如氣體鎢弧焊(GTAW)工藝或鎢惰性氣體(TIG)焊接工藝)將硬質合金墊110、112施放至軸頸軸承100的基礎金屬。
[0034]通過例如首先將硬質合金墊110施放至徑向減小凹腔102中，且其次將硬質合金墊112施放至徑向減小凹腔102中，而將硬質合金墊110、112獨立于彼此施放至徑向減小凹腔102中。在這個工藝中，通過控制焊接工藝在硬質合金墊110與112之間自然形成間隙114。這種方法具有減小軸頸軸承100的基礎金屬上以及先前施放的硬質合金上的熱效應，因為每個焊段的長度相對較短，前提是焊接在軸頸軸承100的軸向方向上應用。在硬質合金墊110、112已被施放至徑向減小凹腔102中后，可例如使用銑削工藝加工硬質合金墊110、112的鄰近間隙114的邊緣，以清理間隙114及在硬質合金焊墊110、112上形成弧形邊角。這個清理過程也可包括形成徑向減小槽116，其延伸至軸頸軸承100的基礎金屬中。
[0035]替代地，可將硬質合金墊110、112—起施放至徑向減小凹腔102中，其中單一焊接工藝用于施放形成硬質合金墊110和硬質合金墊112的硬質合金。在這個工藝中，隨后使用例如銑削工藝形成間隙114，其也可用于形成徑向減小槽116至軸頸軸承100的基礎金屬中。在已銑削出間隙114后，硬質合金焊墊110和硬質合金焊墊112獨立于彼此。不管所選擇的制造技術，使其間設置有間隙114的獨立硬質合金焊墊110、112能夠防止后續熱處理工藝和在鉆井操作中使用期間的熱相關開裂或其它劣化。一旦硬質合金墊110、112已被施放至徑向減小凹腔102中，軸頸軸承100的外表面，包括硬質合金焊墊110、112可使用例如車削工藝加工以形成光滑外表面。
[0036]圖5A至圖5C是軸頸軸承150的各種視圖。軸頸軸承150包括定位在軸頸軸承150的負載側上的徑向減小凹腔152，如圖5C中最佳所見。在圖示的實施方案中，徑向減小凹腔152繞軸頸軸承150的負載側周向延伸達大約120度。定位在軸頸軸承150的非負載部分上的徑向減小凹腔152上方的是一個或更多個潤滑劑儲器154，僅一個在圖5C中可見。潤滑劑儲器154經由潤滑劑通道158與滾珠保持通道156流體連通，僅其末端在圖5B和圖5C中可見。其間設置有間隙164的兩個獨立硬質合金焊墊160、162已被定位在軸頸軸承150的徑向減小凹腔152中。硬質合金焊墊160、162可按上文描述的方式或其它適當方式施放至徑向減小凹腔152。在圖示的實施方案中，一旦硬質合金焊墊160、162已被施放至徑向減小凹腔152，就可加工徑向減小槽166至軸頸軸承150中，其周向延伸超出徑向減小凹腔152，且在這種情況下，繞軸頸軸承150延伸360度。如圖示，徑向減小槽166與潤滑劑儲器154相交，由此變為潤滑劑通道以協助將潤滑劑分配至硬質合金焊墊160、162的接觸表面。
[0037]即使圖3至圖5已示出并且描述具有單個徑向減小凹腔的軸頸軸承，本領域技術人員仍應了解具有大于I的其它數量的凹腔的軸頸軸承是可能的并且被視為在本公開的范圍內。例如，如在圖6中最佳所見，軸頸軸承200包括定位在軸頸軸承200的負載側上的兩個徑向減小凹腔202、204。在圖示的實施方案中，徑向減小凹腔202、204各繞軸頸軸承200的負載側周向延伸達大約120度。硬質合金焊墊206定位在軸頸軸承200的徑向減小凹腔202中且硬質合金焊墊208定位在軸頸軸承200的徑向減小凹腔204中。硬質合金焊墊206、208可按上文描述的方式或其它適當方式施放至徑向減小凹腔202、204。在圖示的實施方案中，硬質合金焊墊206、208之間設置有間隙210，其由軸頸軸承200的基礎材料形成。以此方式，兩個獨立徑向減小凹腔202、204用于形成兩個獨立硬質合金焊墊206、208。在本實施方案中，形成間隙210的軸頸軸承200的基礎材料可與硬質合金焊墊206、208共用相同外直徑。為了確保形成間隙210的軸頸軸承200的基礎材料是非接觸表面，軸頸軸承200應結合具有鄰近間隙210的周向延伸槽的旋轉切削組件一起使用，諸如上文參考圖2中的旋轉切削組件54和周向延伸槽90描述。替代地或此外，形成間隙210的軸頸軸承200的基礎材料應被加工來形成足以與相關旋轉切削組件建立非接觸的徑向縮減，諸如大約0.005英寸與大約0.050英寸之間的徑向縮減。
[0038]即使圖3至圖6已示出并且描述具有兩個獨立硬質合金焊墊的軸頸軸承，本領域技術人員仍應了解具有大于2的其它數量的獨立硬質合金焊墊的軸頸軸承是可能的并且被視為在本公開的范圍內。例如，如在圖7中最佳所見，軸頸軸承250包括定位在軸頸軸承250的負載側上的徑向減小凹腔252。在圖示的實施方案中，徑向減小凹腔252繞軸頸軸承200的負載側周向延伸達大約120度。三個獨立硬質合金墊254、256、258定位在軸頸軸承250的徑向減小凹腔252中。硬質合金焊墊254、256、258可按上文描述的方式或其它適當方式施放至徑向減小凹腔252。在圖示的實施方案中，硬質合金焊墊254、256之間設置有間隙260，且硬質合金焊墊256、258之間設置有間隙262。
[0039]即使圖3至圖7已示出并且描述具有相鄰硬質合金焊墊之間的周向延伸間隙的軸頸軸承，本領域技術人員仍應了解帶具有其它構造的相鄰硬質合金焊墊之間的間隙的軸頸軸承是可能的并且被視為在本公開的范圍內。例如，如在圖8中最佳所見，軸頸軸承300包括定位在軸頸軸承300的負載側上的徑向減小凹腔302。在圖示的實施方案中，徑向減小凹腔302繞軸頸軸承300的負載側周向延伸達大約120度。四個獨立硬質合金焊墊304、306、308、310定位在軸頸軸承300的徑向減小凹腔302中。硬質合金焊墊304、306、308、310可按上文描述的方式或其它適當方式施放至徑向減小凹腔302。在圖示的實施方案中，硬質合金焊墊304、306之間設置有垂直間隙312，硬質合金焊墊306、308之間設置有垂直間隙314，且硬質合金焊墊308、310之間設置有垂直間隙316。
[0040]作為另一個實例，如在圖9中最佳所見，軸頸軸承350包括定位在軸頸軸承350的負載側上的徑向減小凹腔352。在圖示的實施方案中，徑向減小凹腔352繞軸頸軸承350的負載側周向延伸達大約120度。五個獨立硬質合金焊墊354、356、358、360、362定位在軸頸軸承350的徑向減小凹腔352中。硬質合金焊墊354、356、358、360、362可按上文描述的方式或其它適當方式施放至徑向減小凹腔352。在圖示的實施方案中，硬質合金焊墊354、356之間設置有對角線間隙364，硬質合金焊墊356、358之間設置有對角線間隙366，硬質合金焊墊358、360之間設置有對角線間隙368，且硬質合金焊墊360、362之間設置有對角線間隙370。
[0041]即使圖3至圖8已示出并且描述具有均勻大小的獨立硬質合金焊墊的軸頸軸承，本領域技術人員仍應了解具有不同大小的獨立硬質合金焊墊的軸頸軸承是可能的并且被視為在本公開的范圍內。例如，如在圖10中最佳所見，軸頸軸承400包括定位在軸頸軸承400的負載側上的徑向減小凹腔402。在圖示的實施方案中，徑向減小凹腔402繞軸頸軸承400的負載側周向延伸達大約120度。兩個獨立硬質合金焊墊404、406定位在軸頸軸承400的徑向減小凹腔402中。硬質合金焊墊404、406可按上文描述的方式或其它適當方式施放至徑向減小凹腔402。在圖示的實施方案中，硬質合金焊墊404、406之間設置有間隙408。如圖示，硬質合金焊墊404比標準焊墊406大。
[0042]即使圖3至圖10已示出并且描述具有帶特定周向長度的徑向減小凹腔的軸頸軸承，本領域技術人員仍應了解具有大于和小于120度的其它周向長度的徑向減小凹腔的軸頸軸承是可行的并且被視為在本公開的范圍內。例如，如在圖11中最佳所見，軸頸軸承450包括繞軸頸軸承450的周向延伸360度的徑向減小區域452。兩個獨立硬質合金焊墊454、456定位在軸頸軸承450的徑向減區域452中。硬質合金焊墊454、456可按上文描述的方式或其它適當方式施放至徑向減小區域452。在圖示的實施方案中，硬質合金焊墊454、456之間設置有間隙458，其繞軸頸軸承450的周向延伸360度。
[0043]參考圖12，軸頸軸承500包括定位在軸頸軸承500的負載側上的徑向減小凹腔502。在圖示的實施方案中，徑向減小凹腔502繞軸頸軸承500的負載側周向延伸達大約120度。兩個獨立硬質合金焊墊504、506定位在軸頸軸承500的徑向減小凹腔502中。硬質合金焊墊504、506可按上文描述的方式或其它適當方式施放至徑向減小凹腔502。在圖示的實施方案中，硬質合金焊墊504、506之間設置有間隙508。在圖示的實施方案中，一旦硬質合金焊墊504、506已被施放至徑向減小凹腔502，可加工徑向減小槽510至軸頸軸承500中，其周向延伸超出徑向減小凹腔502，且在這種情況下，繞軸頸軸承500延伸360度，使得徑向減小槽510與潤滑劑儲器相交，由此變為潤滑劑通道來協助將潤滑劑分配至硬質合金焊墊504、506的接觸表面。為了進一步協助將潤滑劑分配至硬質合金焊墊504、506的接觸表面，潤滑劑分配網絡512已被加工至硬質合金焊墊504、506的表面中。如圖示，潤滑劑分配網絡512由多個通道形成，所述通道從徑向減小槽510軸向延伸，但僅徑向延伸穿過硬質合金焊墊504、506的厚度的一部分。本領域技術人員將了解具有其它構造和徑向深度的潤滑劑分配網絡是可能的并且被視為在本公開的范圍內。
[0044]即使圖5和圖12已示出并且描述具有與具有特定周向長度的潤滑劑儲器相交的徑向減小槽的軸頸軸承，本領域技術人員仍應了解具有與具有其它周向長度的潤滑劑儲器相交的徑向減小槽的軸頸軸承是可能的并且被視為在本公開的范圍內。例如，如在圖13中最佳所見，軸頸軸承550包括定位在軸頸軸承550的負載側上的徑向減小凹腔552。在圖示的實施方案中，徑向減小凹腔552繞軸頸軸承550的負載側周向延伸達大約120度。兩個獨立硬質合金焊墊554、556定位在軸頸軸承550的徑向減小凹腔552中。硬質合金焊墊554、556可按上文描述的方式或其它適當方式施放至徑向減小凹腔552。在圖示的實施方案中，硬質合金焊墊554、556之間設置有間隙558。徑向減小槽560可被加工至軸頸軸承550中，其從徑向減小凹腔552的單個邊緣周向延伸至潤滑劑儲器(不可見)，由此提供潤滑劑通道來協助將潤滑劑分配至硬質合金焊墊554、556的接觸表面。
[0045]本領域技術人員應了解本文中描述的說明性實施方案不旨在以限制意義解釋。本領域技術人員在參考本公開時將了解說明性實施方案的各種修改和組合以及其它實施方案。因此，隨附權利要求旨在涵蓋任意這些修改或實施方案。
【主權項】
1.一種鉆頭，其包括: 鉆頭體，其用于耦接至鉆柱的下端，所述鉆頭體包括具有向內延伸的軸頸的至少一個支撐臂，所述軸頸軸承具有至少一個徑向減小凹腔，所述至少一個徑向減小凹腔至少部分繞包括所述軸頸軸承的負載側的所述軸頸軸承周向延伸； 至少一個旋轉切削組件，其可旋轉地安裝至所述軸頸； 多個切削元件，其安置在所述至少一個旋轉切削組件上;和 至少兩個獨立硬質合金墊，其定位在所述至少一個徑向減小凹腔內，所述硬質合金墊之間設置有間隙。2.根據權利要求1所述的鉆頭，其中所述硬質合金墊進一步包括硬質合金焊墊。3.根據權利要求1所述的鉆頭，其中所述間隙進一步包括所述軸頸軸承的基礎金屬段。4.根據權利要求3所述的鉆頭，其中所述旋轉切削組件的內表面進一步包括鄰近所述基礎金屬間隙定位的周向延伸槽，用以防止所述基礎金屬間隙與所述旋轉切削組件的所述內表面之間的接觸。5.根據權利要求1所述的鉆頭，其中所述間隙進一步包括安置在所述硬質合金墊之間的徑向減小槽。6.根據權利要求5所述的鉆頭，其中所述徑向減小槽進一步包括周向延伸徑向減小槽。7.根據權利要求6所述的鉆頭，其中所述周向延伸徑向減小槽周向延伸超出所述徑向減小凹腔。8.根據權利要求5所述的鉆頭，其中所述軸頸軸承進一步包括潤滑脂儲器，且其中所述徑向減小槽與所述潤滑脂儲器流體連通。9.根據權利要求1所述的鉆頭，其中所述至少一個徑向減小凹腔和所述硬質合金墊繞所述軸頸軸承周向延伸360度。10.根據權利要求1所述的鉆頭，其進一步包括定位在所述至少一個徑向減小凹腔內的至少三個獨立硬質合金墊。11.一種鉆頭，其包括: 鉆頭體，其用于耦接至鉆柱的下端，所述鉆頭體包括具有向內延伸軸頸的至少一個支撐臂，其中軸頸軸承具有潤滑脂儲器和至少部分繞包括所述軸頸軸承的負載側的所述軸頸軸承周向延伸的至少一個徑向減小凹腔； 至少一個旋轉切削組件，其可旋轉地安裝至所述軸頸； 多個切削元件，其安置在所述至少一個旋轉切削組件上;和 至少兩個獨立硬質合金焊墊，其定位在所述至少一個徑向減小凹腔內，所述硬質合金焊墊具有安置其間且與所述潤滑脂儲器流體連通的周向延伸徑向減小槽。12.根據權利要求11所述的鉆頭，其中所述周向延伸徑向減小槽周向延伸超出所述徑向減小凹腔。13.根據權利要求11所述的鉆頭，其中所述至少一個徑向減小凹腔和所述硬質合金焊墊繞所述軸頸軸承周向延伸360度。14.根據權利要求11所述的鉆頭，其進一步包括定位在所述至少一個徑向減小凹腔內的至少三個獨立硬質合金焊墊。15.—種生產用于鉆頭的軸頸軸承的方法，其包括: 形成至少一個徑向減小凹腔，其至少部分繞包括所述軸頸軸承的負載側的所述軸頸軸承周向延伸;和 將至少兩個獨立硬質合金墊定位在所述至少一個徑向減小凹腔內，使所述至少兩個獨立硬質合金墊之間設置有間隙。16.根據權利要求15所述的方法，其中將至少兩個獨立硬質合金墊定位在所述至少一個徑向減小凹腔內，使所述至少兩個獨立硬質合金墊之間設置有間隙進一步包括將第一硬質合金墊施放在所述至少一個徑向減小凹腔內和將第二硬質合金墊施放在所述至少一個徑向減小凹腔內，同時將所述軸頸軸承的基礎金屬段維持在所述第一硬質合金墊與所述第二硬質合金墊之間。17.根據權利要求15所述的方法，其中將至少兩個獨立硬質合金墊定位在所述至少一個徑向減小凹腔內，使所述至少兩個獨立硬質合金墊之間設置有間隙進一步包括在所述至少兩個硬質合金墊之間形成徑向減小槽。18.根據權利要求17所述的方法，其中在所述至少兩個硬質合金墊之間形成所述徑向減小槽進一步包括在所述至少兩個硬質合金墊之間形成周向延伸徑向減小槽。19.根據權利要求18所述的方法，其中在所述至少兩個硬質合金墊之間形成所述周向延伸徑向減小槽包括使所述周向延伸徑向減小槽周向延伸超出所述徑向減小凹腔。20.根據權利要求17所述的方法，其進一步包括在所述徑向減小槽與所述軸頸軸承的潤滑脂儲器之間形成流體連通路徑。
【文檔編號】E21B10/22GK105849353SQ201380080928
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2013年12月13日
【發明人】M·E·威廉姆斯, M·B·克勞福德, J·S·伯德, Y·H·李
【申請人】哈利伯頓能源服務公司