[发明专利]轴承组件、使用该轴承组件的轴承设备以及相关的方法

说明书

技术领域

采用井下钻进动力钻具的地下钻进系统通常用来在地下钻孔，以用于石油和气体勘探。地下钻进系统典型地包括壳体，该壳体包围可操作地连接至输出轴的井下钻进动力钻具。一个或多个推力轴承设备还可以可操作地联接至井下钻进动力钻具以便承载在钻进操作期间产生的推力载荷。

背景技术

每个推力轴承设备可包括不旋转的静止件以及附接至输出轴并与输出轴一起旋转的转动件。静止件和转动件可分别包括多个超硬轴承元件或插入件。每个超硬轴承元件可由聚晶金刚石复合片(“PDC”)制成，该聚晶金刚石复合片提供在使用期间靠在另外的金刚石轴承表面上的金刚石轴承表面。

在传统的PDC推力轴承设备中，推力轴承组件能够包括钢支撑环，该钢支撑环可以构造成用以承载多个超硬轴承元件。该超硬轴承元件可由形成在碳化钨硬质合金基体上的聚晶金刚石(“PCD”)层制成。然后，可利用钎焊工艺将超硬轴承元件钎焊到支撑环中。

将超硬轴承元件钎焊到支撑环中伴随着高温，这可能损坏(例如，石墨化)超硬轴承元件的聚晶金刚石并且还可能导致轴承环扭曲。此外，支撑环和超硬轴承元件应非常清洁，以便在支撑环与超硬轴承元件之间获得具有足够强度的钎焊接头，以承受在钻进操作期间施加到超硬轴承元件的力。尽管尽到最大努力，但是钎焊接头在使用或测试期间还是会发生故障。

因此，轴承设备的制造者和使用者继续寻求改进的轴承设备设计以及制造技术。

发明内容

本发明的各个实施方式涉及构造成用于选择性地取下和替换超硬轴承元件的轴承组件以及利用这种轴承组件的轴承设备(例如，推力轴承 设备和径向轴承设备)。所公开的轴承组件可在多种应用中使用，例如：地下钻进系统中的井下动力钻具、定向钻进系统、牙轮钻钻头以及多种其他应用。

在一实施方式中，轴承组件包括支撑环以及与该支撑环组装一起的保持环。保持环包括多个通孔。该轴承组件还包括多个超硬轴承元件，其中每个超硬轴承元件部分地插过保持环的通孔中的相应一个通孔并从所述相应一个通孔突出。保持环和各个超硬轴承元件共同地构造成用以在远离支撑环的方向上禁止各个超硬轴承元件移位超过选定位置。

其他实施方式包括可利用任意所公开的轴承组件的轴承设备以及在可利用任意所公开的轴承设备的钻进系统中使用的井下动力钻具。

在一实施方式中，公开了整修轴承组件的方法。该方法包括提供地下钻进系统中的轴承组件。该轴承组件包括支撑环以及与该支撑环组装在一起的保持环。保持环包括多个通孔。该轴承组件还包括多个超硬轴承元件，其中每个超硬轴承元件部分地插过保持环的通孔中的相应一个通孔并从所述相应一个通孔突出。保持环和各个超硬轴承元件共同地构造成用以在远离支撑环的方向上禁止各个超硬轴承元件移位超过选定位置。该方法包括将保持环从支撑环脱开，以一个或多个替换超硬轴承元件来选择性地替换所述多个超硬轴承元件中的一个或多个，以及将保持环和支撑环与位于它们之间的一个或多个替换超硬轴承元件联接至一起。

来自任意的所公开的实施方式的特征可以在不受到限制的情况下彼此结合使用。此外，通过考虑下面的详细描述和附图，本公开的其他特征和优点对于本领域的技术人员来讲将变得显而易见。

附图说明

附图图示出本发明的多个实施方式，其中相同的附图标记指出在图中所示的不同实施方式中或不同视图中的相同元件或特征。

图1A是根据一实施方式的推力轴承组件的等轴测视图。

图1B是图1A所示的推力轴承组件沿线1B-1B截取的等轴测剖视图。

图1C是图1A所示的推力轴承组件的分解图。

图1D是图1A所示的推力轴承组件的一部分的放大横截面图。

图1E是根据另一实施方式的推力轴承组件的变体的横截面图。

图2A是根据一实施方式的径向轴承组件的等轴测视图。

图2B是图2A所示的径向轴承组件的等轴测剖视图。

图2C是图2A所示的径向轴承组件的分解图。

图2D是图2A所示的径向轴承组件的一部分的放大等轴测剖视图。

图3是根据一实施方式的可包括一个或多个所公开的推力轴承组件的推力轴承设备的等轴测视图。

图4A是根据一实施方式的可包括一个或多个所公开的径向轴承组件的径向推力设备的等轴测剖视图。

图4B是图4A所示的径向轴承设备的分解图。

图5是根据一实施方式的可包括一个或多个所公开的推力轴承设备的地下钻进组件的示意性等轴测剖视图。

具体实施方式