[发明专利]一体式轴承段和方法

说明书

一体式轴承段包括部分设置在壳体内的心轴。该轴承段包括设置在心轴的外表面和壳体的内表面之间的球形构件。径向轴承部分由球形构件形成，该球形构件部分地设置在凹槽内并接合平滑轮廓的相对表面。凹槽可以在心轴的外表面、心轴套筒的外表面、壳体的内表面或外部径向轴承的内表面中。平滑轮廓的相对表面可以在外部径向轴承的内表面、壳体的内表面、心轴的外表面或心轴套筒的外表面上。推力轴承部分由部分地设置在两个相对表面中的凹槽内的球形构件形成，所述相对表面例如为：心轴的外表面或心轴套筒的外表面；以及壳体的内表面或外部推力轴承的内表面。

背景

在油井和气井的钻井过程中，井下钻井马达可以连接到钻柱(drill string)，以旋转和操纵钻头。常规的钻井马达通常包括顶部接头、动力组件、传动组件和轴承组件。旋转由动力组件来提供。传动组件将扭矩和速度从动力组件传动到设置在钻井马达的下端处的钻头。轴承组件承受钻井期间施加在钻柱和钻头上的轴向和径向载荷。

常规的轴承组件包括穿过上部径向轴承、推力轴承和下部径向轴承而定位的心轴(mandrel)。推力轴承放置在两个径向轴承之间的布置是机械工程领域中公知的轴承段的经典组成。心轴的下端被配置为接合钻头。上部径向轴承和下部径向轴承各自包括具有相对的平滑轮廓的表面(flat profile surfaces)的外部滑动构件和内部滑动构件。当外部滑动构件和内部滑动构件相对于彼此旋转时，相对的平滑轮廓沿着彼此滑动。滑动径向轴承由于摩擦力而磨损，该摩擦力导致接触表面处的磨料磨损。推力轴承包括一系列滚珠轴承，该滚珠轴承设置在由多个外部推力构件和多个内部推力构件形成的凹槽内。推力轴承的滚珠构件的直径随着它们的磨损而减小，这导致外部推力构件和内部推力构件之间的相对轴向运动。

在其他常规的轴承组件中，径向轴承由滚珠轴承或滚子轴承形成，以减少与摩擦相关联的磨料磨损。径向滚珠轴承的内部构件和外部构件各自包括凹槽，并且每个滚珠轴承被设置在内部构件的凹槽和外部构件的凹槽内。当推力轴承的滚珠轴承磨损并且其直径减小时，外部推力构件和内部推力构件之间的相对轴向运动在径向轴承的内部构件和外部构件上施加不均匀的载荷。由于滚珠轴承设置在外部构件和内部构件中的凹槽内的径向轴承布置，因此不允许外部构件和内部构件之间的相对轴向运动。因此，当推力轴承磨损时，这种径向轴承布置就会失效。

附图简述

图1是包括带有凹槽的心轴的一体式轴承段(integrated bearing section)的横截面图。

图2是包括带有凹槽的心轴的一体式轴承段的替代实施例的横截面图。

图3是在心轴的凹槽中具有较大的球形构件情况下的图2的一体式轴承段的横截面图。

图4是包括带有凹槽的心轴套筒的一体式轴承段的替代实施例的横截面图。

图5是包括带有凹槽的心轴套筒的一体式轴承段的另一替代实施例的横截面图。

图6是包括带有凹槽的心轴套筒和外部一体轴承的一体式轴承段的进一步的实施例的横截面图。

图7是包括带有凹槽的分离的心轴套筒的一体式轴承段的替代实施例的横截面图。

图8是包括带有凹槽的心轴和带有凹槽的壳体的一体式轴承段的替代实施例的横截面图。

图9是包括带有凹槽的心轴和带有凹槽的壳体的一体式轴承段的替代实施例的横截面图。

图10是包括带有凹槽的心轴和带有凹槽的壳体的一体式轴承段的替代实施例的横截面图。

图11是包括带有凹槽的壳体的一体式轴承段的替代实施例的横截面图。

优选实施方案的详细描述