Подшипники для скважинного инструмента, скважинный инструмент с такими подшипниками и способы их охлаждения - RU2580540C2

Чертежи

Показать все 45 чертежа(ей)

Описание

Притязания на приоритет

Настоящая заявка претендует на приоритет предварительной заявки US 61/388988, поданной 1 октября 2010 г. на "Подшипники для скважинного инструмента, скважинный инструмент с такими подшипниками и способы охлаждения таких подшипников".

Область техники

Настоящее изобретение в целом относятся к системам подшипника для бурового инструмента и способам охлаждения таких систем подшипника и, в частности, к охлаждению компонентов скважинного инструмента с использованием непосредственного контакта с буровым раствором.

Уровень техники

В шарошечных буровых долотах для бурения земных пород обычно используются шарошки, установленные на шейках оси опорного подшипника. При вращении бурового долота, шарошки вращаются на своих шейках оси. Сформированные на шарошках зубья или вставки, помещенные в гнезда на шарошках, ударяют и дробят материал подстилающей земной породы для формирования ствола скважины. Как правило, между шарошками и шейками оси подшипника помещаются подшипники, воспринимающие нагрузку, создаваемую силами, воздействующими на шарошки при вращении бурового долота, на которое давит приложенная осевая сила, обычно называемая осевой нагрузкой на долото, при этом шарошки вращаются на своих шейках опорных подшипников. Значительные силы, развивающиеся при бурении, вызывают трение во вращающихся компонентах и выделение тепла, что может привести к износу подшипника. Износ подшипника может вызвать выход из строя долота, что потребует длительного и дорогого ремонта с извлечением долота из ствола скважины и его замены.

Подшипники трения, или скольжения, в долотах с шарошками могут представлять собой герметичные, либо открытые подшипники. Системы герметичных подшипников обычно содержат емкость для смазки для подачи смазки, обычно консистентной смазки, к поверхностям подшипника между шарошками и шейками оси. Для выравнивания давления смазки с давлением бурового раствора в стволе скважины может использоваться компенсатор давления. В системах открытых подшипников, напротив, герметизация и консистентная смазка отсутствуют. В системах открытых подшипников, как для охлаждения, так и для смазки подшипников, может использоваться буровой раствор, например, промывочная жидкость.

Раскрытие изобретения

Предлагаемый подшипник для скважинного инструмента включает первый элемент подшипника, имеющий наружную контактную поверхность, определяющую наружный диаметр. Второй элемент подшипника имеет внутреннюю контактную поверхность, определяющую внутренний диаметр, при этом внутренний диаметр второго элемента подшипника больше наружного диаметра первого элемента подшипника, и внутренняя контактная поверхность второго элемента подшипника имеет скользящий контакт с наружной контактной поверхностью первого элемента подшипника по границе контакта. По меньшей мере первый или второй элементы подшипника имеют по меньшей мере один канал, сформированный в части по меньшей мере первого или второго элементов подшипника.

В другом варианте выполнения, подшипник для скважинного инструмента включает первый элемент подшипника, имеющий нижнюю контактную поверхность. Второй элемент подшипника имеет верхнюю контактную поверхность, при этом первый элемент подшипника упирается во второй элемент подшипника по границе контакта между нижней контактной поверхностью и верхней контактной поверхностью, а первый и второй элементы подшипника выполнены с возможностью скользящего вращения друг относительно друга. По меньшей мере первый или второй элементы подшипника имеют по меньшей мере один канал, проходящий по по меньшей мере первому или второму элементам подшипника и выполненный с возможностью образования пути прохождения рабочей жидкости.

В других вариантах выполнения, подшипник для скважинного инструмента включает первый элемент подшипника, содержащий в целом цилиндрическую часть и в целом кольцевую часть, соединенную с в целом цилиндрической частью и проходящую по радиусу наружу на конце цилиндрической части. В целом цилиндрическая часть имеет наружную контактную поверхность, определяющую промежуточный наружный диаметр первого элемента подшипника, и в целом кольцевая часть имеет в целом кольцевую нижнюю контактную поверхность, при этом нижняя контактная поверхность пересекает наружную контактную поверхность, а нижняя и наружная контактные поверхности формируют по существу непрерывную поверхность. Второй элемент подшипника включает в целом цилиндрическую часть и в целом кольцевую часть, соединенную с в целом цилиндрической частью и проходящую по радиусу наружу на конце цилиндрической части. В целом цилиндрическая часть имеет внутреннюю контактную поверхность, определяющую внутренний диаметр второго элемента подшипника, а в целом кольцевая часть имеет в целом кольцевую верхнюю контактную поверхность, при этом верхняя контактная поверхность пересекает внутреннюю контактную поверхность, и верхняя и внутренняя контактные поверхности формируют по существу непрерывную поверхность, упирающуюся в по существу непрерывную поверхность, сформированную нижней и наружной контактными поверхностями первого элемента подшипника. В первом элементе подшипника или втором элементе подшипника сформирован по меньшей мере один канал.

Предлагается также способ охлаждения подшипников скважинного инструмента, включающий пропускание рабочей жидкости в канале, сформированном в по меньшей мере одном элементе подшипника. Тепло передается от по меньшей мере одного элемента подшипника рабочей жидкости. Рабочая жидкость отводится от по меньшей мере одного элемента подшипника.

Краткое описание чертежей

В то время как описание заканчивается формулой, в которой конкретно указывается и определенно заявляется, что считается вариантами выполнения настоящего изобретения, различные признаки и преимущества этого изобретения могут быть легко установлены из приведенного далее описания частных вариантов осуществления изобретения, рассмотренного вместе с приложенными чертежами, на которых:

на фиг.1 представлен в перспективе вид шарошечного долота, включающего систему подшипника;

на фиг.2 представлен в частичном разрезе в перспективе вид другого шарошечного долота, аналогичного шарошечному долоту, показанному на фиг.1, иллюстрирующий вариант выполнения системы подшипника;

на фиг.3А представлен увеличенный вид сечения системы подшипника, показанной на фиг.2;

на фиг.3Б представлен увеличенный вид сечения другого варианта выполнения системы подшипника;

на фиг.4А-4С представлены виды в перспективе вариантов выполнения элементов скольжения подшипника;

на фиг.5А-5И представлены в перспективе виды вариантов выполнения элементов шарошки подшипника;

на фиг.6А-6З представлены в перспективе виды вариантов выполнения элементов упорного подшипника;

на фиг.7А и 7Б представлены в перспективе виды вариантов выполнения элементов гибридного радиально-упорного подшипника; и

на фиг.8 представлен вид сечения другого варианта выполнения системы подшипника, используемой в скважинном двигателе; и

на фиг.9А-9Г представлены виды сечения и вид в плане каналов, которые могут быть сформированы в элементах подшипника.

Подробное описание осуществления изобретения

Приведенные здесь чертежи не являются реальными изображениями какого-либо конкретного материала или устройства, а иллюстрируют идеализированные представления, используемые для описания раскрытых вариантов выполнения. При этом чертежи не обязательно выполнены в масштабе, и относительные размеры могут быть преувеличены для ясности пояснений. Кроме того, одни и те же элементы на разных чертежах могут иметь одинаковые или аналогичные цифровые обозначения.

Варианты выполнения настоящего изобретения включают системы подшипников с сформированными в них каналами для обеспечения прохождения текучих сред. В некоторых вариантах выполнения, шарошечное долото может включать системы подшипников с сформированными в них каналами. В других вариантах выполнения, способы охлаждения систем подшипников включают прокачку текучей среды сквозь элемент подшипника с использованием каналов элемента подшипника.

Хотя некоторые варианты выполнения настоящего изобретения описаны в отношении использования и применения в шарошечных долотах, специалистам должно быть понятно, что настоящее изобретение может быть применено в любом буровом инструменте, где желательно использование подшипника. Соответственно, используемые здесь термины "шарошечное долото", "долото для бурения земных пород" и "буровой инструмент" означают и включают долото или инструмент любого типа, использующий компонент, вращающийся относительно другого компонента, к которому первый компонент прикреплен, и применяемый для бурения при формировании или расширении ствола скважины в подземных породах, и который включает, например, шарошечные долота, колонковые долота, эксцентричные долота, долота со смещенным центром, разбуриватели, фрезы, гибридные долота с фиксированными и вращающимися режущими структурами, и другие известные буровые долота с вращающимися компонентами.

Более того, варианты выполнения настоящего изобретения могут использоваться в скважинном инструменте, который сам не захватывает подстилающую земную породу, не скалывает, не срезает и не дробит ее, но включает компонент, вращающийся относительно другого компонента, к которому прикреплен. Поэтому термин "скважинный инструмент", используемый в настоящем описании, включает скважинный инструмент любого типа, использующий компонент, вращающийся относительно другого компонента, к которому прикреплен, вне зависимости от того, захватывает, скалывает, срезает или дробит скважинный инструмент подстилающую земную породу или нет, например, забойные турбинные двигатели Муано, турбинные двигатели, погружные насосы, шарошечные долота, колонковые долота, эксцентричные долота, долота со смещенным центром, разбуриватели, фрезы, гибридные долота с фиксированными и вращающимися режущими структурами, и другие известные буровые долота и инструмент с вращающимися компонентами.

Термин "буровой раствор" в настоящем описании означает и включает текучую среду любого типа, используемую для смыва обломков земной породы в процессе бурения. Например, буровым раствором может быть газ, жидкость или комбинация газовой и жидкой фаз, например, сжатый воздух, вода или полимер. Буровые растворы, в частности, включают, помимо прочего, жидкости с твердой фазой, включающие промывочную жидкость на водяной основе, промывочную жидкость на нефтяной основе, промывочную жидкость на синтетической основе. Любая комбинация вышеупомянутого также охватывается термином "буровой раствор".

Термин "рабочая жидкость" означает и включает любую текучую среду, находящуюся на границе контакта между двумя элементами подшипника, которая может служить для смазки и охлаждения элементов подшипника при вращении одного или обоих элементов подшипника относительно друг друга. Рабочие жидкости включают, помимо прочего, обычную смазку, используемую в герметичной системе подшипника, а также промывочную жидкость и другие скважинные текучие среды, которые могут попасть на границу контакта открытой системы подшипника.

На фиг.1 представлен в перспективе вид долота 100 для роторного бурения земных пород, включающего систему 128 подшипника (см. фиг.2 и 3) в соответствии с изобретением. Буровое долото 100, представленное в виде шарошечного долота, включает корпус 102 долота, имеющий три лапы 104, отходящие от корпуса 102. Шарошка 106 установлена с возможностью вращения на шейке 116 оси опорного подшипника (см. фиг.2 и 3) на каждой лапе 104,. На каждой шарошке 106 может быть несколько зубьев 108, которые, как показано, могут быть сформированы на шарошках при их изготовлении. Такие долота обычно называются долотами с фрезерованными зубьями. Буровое долото 100 включает резьбовую часть на его верхнем конце для присоединения к буровой колонне (не показана).

На фиг.2 представлен в перспективе вид частичного разреза долота 100′ для роторного бурения земных пород, аналогичного буровому долоту 100 на фиг.1. Буровое долото 100′ имеет внутреннюю камеру 112, проходящую сквозь корпус 102 долота, и проходы 114 для бурового раствора, проходящие от камеры 112 к системе 128 подшипника. Система 128 подшипника включает основной подшипник 121 и вторичные подшипники 127. В процессе бурения, буровой раствор может нагнетаться вниз по центру буровой колонны, через камеру 112 и проходы 114 для бурового раствора и далее к системе 128 подшипника. Буровое долото 100′ также включает лапы 104, отходящие от корпуса 102. Шарошки 106 установлены с возможностью вращения на шейках 116 оси опорного подшипника, но для ясности одна шейка 116 оси подшипника изображена без установленной на нее шарошки 106. Шейка 116 оси опорного подшипника включает систему 128 подшипника, более подробно описанную ниже. Как показано на фиг.2, в буровом долоте 100′ используются предварительно изготовленные вставки 108′, формуемые из цементированного карбида вольфрама, которые могут иметь покрытие из поликристаллического суперабразивного материала на своем дистальном конце, либо могут включать суперабразивные частицы, вкрапленные между частицами карбида вольфрама и металлической матрицы, так называемые импрегнированные вставки.

На фиг.3А приведен увеличенный вид сечения системы 128 подшипника, показанной на фиг.2. Система 128 подшипника включает шарикоподшипники 118, палец или замок 120 шарикоподшипника, основной подшипник 121, включающий элемент 122 шарошки основного подшипника и элемент 124 скольжения основного подшипника, и вторичные подшипники 127, включающие элементы 123 шарошки вторичного подшипника и элементы 125 скольжения вторичного подшипника. Основной подшипник 121 выполнен с возможностью воспринимать радиальные нагрузки, в то время как вторичные подшипники 127 выполнены с возможностью воспринимать радиальные и осевые нагрузки, соответственно.

В процессе сборки системы подшипника, шарошку 106, включающую элемент 122 шарошки основного подшипника и элементы 123 шарошки вторичного подшипника, надевают на шейку 116 оси опорного подшипника, включающую элемент 124 скольжения основного подшипника и элементы 125 скольжения вторичного подшипника так, что шейка 11 6 оси оказывается вставленной в шарошку 106. Элемент 122 шарошки основного подшипника надевается на элемент 124 скольжения основного подшипника и по меньшей мере в целом охватывает его так, что внутренняя контактная поверхность элемента 122 шарошки основного подшипника упирается в наружную контактную поверхность элемента 124 скольжения основного подшипника по первой границе 126 контакта. Другими словами, элемент 124 скольжения основного подшипника концентрически вложен внутрь элемента 122 шарошки основного подшипника так, что наружная контактная поверхность элемента 124 скольжения основного подшипника находится в непосредственной близости с внутренней контактной поверхностью элемента 122 шарошки основного подшипника. Элемент 122 шарошки основного подшипника и элемент 124 скольжения основного подшипника выполнены с возможностью скользящего вращения друг относительно друга, когда шарошка 106 вращается вокруг шейки 116 оси опорного подшипника.

Элементы 123 шарошки вторичного подшипника упираются в элементы 125 скольжения вторичного подшипника по вторым границам 129 контакта. Также как и в основных подшипниках 121, один из элементов шарошки вторичного подшипника надевается на элементы 125 скольжения вторичного подшипника, наружная контактная поверхность элемента 125 скольжения вторичного подшипника упирается во внутреннюю контактную поверхность элемента шарошки вторичного подшипника. При этом один из вторичных подшипников 127 может быть выполнен с возможностью воспринимать радиальные нагрузки по аналогии с основным подшипником 121. Другой из вторичных подшипников 127 может включать другой элемент 123 шарошки вторичного подшипника, верхняя контактная поверхность которого упирается в нижнюю контактную поверхность другого элемента 125 скольжения вторичного подшипника. При этом другой из вторичных подшипников 127 может быть выполнен с возможностью воспринимать осевые нагрузки. Элементы 123 шарошки вторичных подшипников выполнены с возможностью вращаться со скольжением относительно элементов 125 скольжения вторичных подшипников, когда шарошка 106 вращается вокруг шейки 116 оси опорного подшипника.

На фиг.3Б представлено увеличенное изображение сечения другого варианта выполнения системы 128′ подшипника. Система 128′ подшипника может включать единый вторичный подшипник 127′ вместо отдельных вторичных подшипников 127, показанных на фиг.3А, выполненный с возможностью воспринимать как радиальную, так и аксиальную нагрузки.

Возвращаясь к фиг.3А, можно заметить, что шарикоподшипники 118 вставлены в приемную дорожку для шариков, а палец 120 шарикоподшипника вставлен для удерживания шарикоподшипников 118 в дорожке для шариков. Палец шарикоподшипника может фиксироваться с использованием, например, сварки или пайки тугоплавким припоем. При вращении бурового долота 100′ (см. фиг.2), шарошки 106 вращаются вокруг шейки 116 оси подшипника, и вставки 108′, показанные на фиг.3А как отдельные режущие элементы, вставленные в гнезда в поверхности шарошки 106, ударяют в подстилающую земную породу и дробят ее.

Силы, действующие на систему 128 подшипника, когда шарошка 106 ударяет в подстилающую земную породу, приводят к выделению тепла и разогреву, что может привести к разрушению системы 128 подшипника и прихват шарошки 106, что в конечном итоге вызовет повреждение бурового долота 100′. При вращении бурового долота, буровой раствор нагнетается по центру буровой колонны через проходы 114 для бурового раствора к системе 128 подшипника для смазки и охлаждения системы 128 подшипника при прохождении бурового раствора через систему подшипника. Для обеспечения смазки на поверхностях 126 и 129, соответственно, между элементами 122 и 123 шарошки основного и вторичного подшипников и элементами 124 и 125 скольжения основного и вторичного подшипников, и для улучшения отведения тепла, в элементе 122 шарошки основного подшипника, элементах 123 шарошки вторичного подшипника, элементе 124 скольжения основного подшипника, элементах 125 скольжения вторичного подшипника, или любой их комбинации, может быть выполнен по меньшей мере один канал.

На фиг.4А-4С представлены различные варианты выполнения элементов 124 скольжения основного подшипника. Например, на фиг.4 представлен вариант выполнения элемента 124 скольжения основного подшипника. Элемент 124 скольжения основного подшипника может включать первую торцевую поверхность 130 и вторую торцевую поверхность 132, противоположную первой торцевой поверхности 130. Хотя первая и вторая противоположные торцевые поверхности 130 и 132 показаны по существу параллельными и плоскими, они могут иметь любую форму или конфигурацию, например, могут быть непараллельными и плоскими, выгнутыми или имеющими другую форму. Противоположные торцевые поверхности 130 и 132 определяют, по меньшей мере по существу кольцевое поперечное сечение элемента 124 скольжения основного подшипника. Наружная контактная поверхность 134 определяет наружный диаметр 138 элемента 124 скольжения основного подшипника, а внутренняя поверхность 136 определяет внутренний диаметр 140 элемента 124 скольжения основного подшипника. Наружная контактная поверхность 134 и внутренняя поверхность 136 пересекаются с противоположными торцевыми поверхностями 130 и 132 и по меньшей мере в основном перпендикулярны им так, что элемент 124 скольжения основного подшипника имеет в целом цилиндрическую форму, как показано на чертеже.

В наружной контактной поверхности 134 элемента 124 скольжения основного подшипника, в некоторых вариантах выполнения, могут быть сформированы каналы 142 для создания проходов для бурового раствора между противоположными торцевыми поверхностями 130 и 132 элемента 124 скольжения основного подшипника. Каналы 1542 могут включать линейные желоба, проходящие по меньшей мере в целом параллельно центральной оси элемента 124 скольжения основного подшипника, и могут образовывать в целом однородный круговой узор вокруг наружной контактной поверхности 134. При нагнетании бурового раствора через систему 128 подшипника, каналы 142 могут способствовать улучшенному охлаждению элемента 124 скольжения основного подшипника и других компонентов вблизи него, и могут обеспечивать дополнительную смазку наружной поверхности 134 элемента 124 скольжения основного подшипника путем образования проходов для протекания бурового раствора от одной противоположной торцевой поверхности 130 к другой противоположной торцевой поверхности 132.

Как показано на фиг.4Б, каналы 142, сформированные в элементе 124 скольжения основного подшипника, могут образовывать вокруг наружной контактной поверхности 134 неоднородный круговой узор. Например, угловое расстояние между нижними двумя каналами 142 элемента 124 скольжения основного подшипника, показанными на фиг.4Б, больше углового расстояния между любыми другими соседними каналами 142. При увеличении углового расстояния между соседними каналами 142, также увеличивается и площадь контакта между поверхностями элемента 124 скольжения основного подшипника и элемента 122 шарошки основного подшипника (см. фиг.3А и 3Б). Кроме того, общее количество каналов 142, показанных на фиг.4А, уменьшено по сравнению с количеством каналов 142, показанных на фиг.4А, поскольку угловое расстояние между соседними каналами выросло. Соответственно, для специалиста должно быть понятно, что на наружной контактной поверхности 134 элемента 124 скольжения основного подшипника может быть расположено любое количество каналов, и что расположение этих каналов 142 может образовывать как однородный, так и неоднородный узор вокруг элемента 124 скольжения основного подшипника.

Как показано на фиг.4В, каналы 142, сформированные в элементе 124 скольжения основного подшипника, могут включать желоба, проходящие не параллельно центральной оси элемента 124 скольжения основного подшипника. Например, каналы 142, сформированные в элементе 124 скольжения основного подшипника, показанном на фиг.4В, включают желоба, проходящие по спирали на наружной контактной поверхности 134 элемента 124 скольжения основного подшипника. Площадь контакта между элементом 122 шарошки основного подшипника (см. фиг.3А и 3Б) и элементом 124 скольжения основного подшипника, когда каналы 142 включают желоба, проходящие по спирали, может быть меньше площади контакта между элементом 122 шарошки основного подшипника (см. фиг.3А и 3Б) и элементом 124 скольжения основного подшипника, когда каналы 142 включают желоба, проходящие параллельно центральной оси элемента 124 скольжения основного подшипника. При скользящем вращении элемента 122 шарошки основного подшипника (см. фиг.3А и 3Б) вокруг элемента 124 скольжения основного подшипника, площадь контакта между ними может, однако, оставаться постоянной или непрерывной, когда каналы 142 включают спирально проходящие желоба, благодаря круговому перекрытию противолежащих каналов 142 в вариантах выполнения, где каналы 142, включающие проходящие по спирали желоба, сформированы как в элементе 124 скольжения основного подшипника, так и в элементе 122 шарошки основного подшипника (см. фиг.5В и 5Г). Напротив, площадь контакта между элементом 122 шарошки основного подшипника (см. фиг.3А и 3Б) и элементом 124 скольжения основного подшипника при вращении элемента 122 шарошки основного подшипника (см. фиг.3А и 3Б) вокруг элемента 124 скольжения основного подшипника может скачками меняться, когда каналы 142, включающие желоба, проходящие параллельно центральной оси элемента 124 скольжения основного подшипника, из-за периодического перекрытия противолежащих каналов 142 в вариантах выполнения, где каналы 142 включают проходящие по спирали желоба, сформированы как в элементе 124 скольжения основного подшипника, так и в элементе 122 шарошки основного подшипника (см. фиг.5А). Кроме того, каналы 142, включающие проходящие по спирали желоба, могут способствовать увеличению времени прохождения рабочей жидкости между противоположными боковыми поверхностями 130 и 132 элемента 124 скольжения основного подшипника, по сравнению с каналами 142, включающими желоба, проходящие в направлении, параллельном центральной оси, что дает возможность каналам 142, включающим проходящие по спирали желоба, более эффективно отводить тепло.

Как показано на фиг.4Г, угол наклона спирали каналов 142, включающих желоба, проходящие по спирали в наружной контактной поверхности 134 элемента 124 скольжения основного подшипника, может быть увеличен по сравнению с углом наклона спирали каналов 142, показанных на фиг.4В. Кроме того, на наружной контактной поверхности 134 элемента 124 скольжения основного подшипника может быть сформировано любое количество каналов 142. По мере увеличения угла наклона спирали каналов 142, непрерывная площадь контакта между элементом 124 скольжения основного подшипника и элементом 122 шарошки основного подшипника (см. фиг.3А и 3Б) может увеличиваться, и эффективность отведения тепла от основного подшипника 121 рабочей жидкостью также может нарастать. Соответственно, специалисту должно быть понятно, что любое количество каналов 142 может быть сформировано в элементе 124 скольжения основного подшипника, и что угол спирали проходящих по спирали каналов 142 может быть любым.

На фиг.4Д представлен другой вариант выполнения элемента 124 скольжения основного подшипника. Сформированные в элементе 124 скольжения основного подшипника каналы 142 могут и не обеспечивать, в некоторых вариантах выполнения, прохождение бурового раствора между противоположными торцевыми поверхностями 130 и 132 элемента 124 скольжения основного подшипника. Каналы 142 в таких вариантах выполнения, могут включать, например, проходящие по кругу желоба, которые могут формировать в наружной контактной поверхности 134 элемента 124 скольжения основного подшипника замкнутый проход для движения потока. В частном примере, не ограничивающем изобретения, каналы 142 могут включать кольцевые желоба, образующие круговой проход для потока по окружности элемента 124 скольжения основного подшипника, выступающий по радиусу внутрь от наружной контактной поверхности 134 элемента 124 скольжения основного подшипника, как это показано на фиг.4Д.

В другом частном примере, не ограничивающем изобретение, каналы 142 могут образовывать не кольцевые (например, зигзагообразные, синусоидальные или иные криволинейные) замкнутые проходы для потока по наружной окружности элемента 124 скольжения основного подшипника, выступающие по радиусу внутрь от наружной контактной поверхности 134 элемента 124 скольжения основного подшипника. В некоторых вариантах выполнения, один канал 142 может проходить по окружности вокруг наружной контактной поверхности 134 для формирования замкнутого прохода для потока. В других вариантах выполнения, несколько каналов 142 могут проходить по окружности вокруг наружной контактной поверхности 134 для формирования замкнутого прохода для потока. Например, два канала 142 могут проходить параллельно друг другу по окружности наружной контактной поверхности 134 элемента 124 скольжения основного подшипника, как показано на фиг.4Д. В других вариантах выполнения, по окружности наружной контактной поверхности 134 элемента 124 скольжения основного подшипника может проходить более двух каналов 142 (например, три, четыре, пять и т.д.), как это показано на фиг.4Д. В вариантах выполнения, где по меньшей мере один канал 142 образует замкнутый проход для потока вокруг наружной контактной поверхности 134 элемента 124 скольжения основного подшипника, канал или каналы 142 могут улучшать смазку на первой границе 126 контакта основного подшипника 121 (см. фиг.3А и 3Б), действуя как локальное хранилище, в котором может собираться рабочая жидкость и из которого рабочая жидкость может вытекать на границу 126 контакта между элементом 124 скольжения основного подшипника и элементом 122 шарошки основного подшипника (см. фиг.3А и 3Б).

Кроме того, каналы 142, образующие замкнутые проходы для потока вокруг наружной контактной поверхности 134 элемента 124 скольжения основного подшипника, могут быть особенно пригодны для создания зазора, через который рабочая жидкость может протекать между элементом 124 скольжения основного подшипника и элементом 122 шарошки основного подшипника (см. фиг.3А и 3Б), вызывая планирование или всплывание элемента 122 шарошки основного подшипника (см. фиг.3А и 3Б) вокруг элемента 124 скольжения основного подшипника. Например, расстояние между элементом 124 скольжения основного подшипника и элементом 122 шарошки основного подшипника может составлять примерно от 0,01 до 0,4 мм. В частности, расстояние между элементом 124 скольжения основного подшипника и элементом 122 шарошки основного подшипника при вращении элемента 122 шарошки основного подшипника вокруг элемента 124 скольжения основного подшипника может составлять примерно от 0,15 до 0,25 мм. Естественно, расстояние между элементами 122 шарошки и 124 скольжения основного подшипника может не быть постоянным из-за взаимного перемещения между элементами 122 шарошки и 124 скольжения основного подшипника, например, под действием изменений давления рабочей жидкости, наличия абразивных частиц, которые должны удаляться рабочей жидкостью, воздействующих на элементы 122 шарошки и 124 скольжения основного подшипника сил, и иных факторов, которые могут вызвать столкновения или иные взаимные перемещения элементов 122 шарошки и 124 скольжения основного подшипника.

На фиг.4Е показан другой вариант выполнения элемента 124 скольжения основного подшипника. Сформированные в элементе 124 скольжения основного подшипника каналы 142 могут включать желоба, проходящие в разных направлениях, непараллельных центральной оси элемента 124 скольжения основного подшипника. Например, каналы 142, сформированные в элементе 124 скольжения основного подшипника, показанном на фиг.4Е, включают первую группу каналов 142′, содержащую спиральные желоба, проходящие в первом направлении по наружной контактной поверхности 134 элемента 124 скольжения основного подшипника, и вторую группу каналов 142″, содержащую спиральные желоба, проходящие во втором, поперечном направлении, по наружной контактной поверхности 134 элемента 124 скольжения основного подшипника. При этом каналы 142 могут формировать сетчатый узор в наружной контактной поверхности 134 элемента 124 скольжения основного подшипника.

Как показано на фиг.4Ж, в наружной контактной поверхности 134 элемента 124 скольжения основного подшипника может быть сформирован канал 142, содержащий единственную выемку, которая может представлять собой лыску. Если канал 142 включает единственную выемку, то, в зависимости от ее круговой протяженности, площадь контакта между элементом 124 скольжения основного подшипника и элементом 122 шарошки основного подшипника может быть больше, чем при других формах каналов. Кроме того, относительно большой размер канала 142, содержащего выемку, может обеспечить более свободное прохождение по каналу 142 твердых частиц и обломков породы, присутствующих в буровом растворе, что может снизить возможность закупоривания потока бурового раствора. Соответственно, для специалиста должно быть понятно, что каналы 142 могут включать любое количество каналов 142 и могут содержать выемки большего размера или желоба меньшего размера, любого требуемого размера, глубины или формы поперечного сечения.

Как показано на фиг.43, каналы 142 могут и не быть сформированы в наружной контактной поверхности 134 элемента 124 скольжения основного подшипника, а могут быть расположены внутри стенки элемента 124 скольжения основного подшипника между наружной контактной поверхностью 134 и внутренней поверхностью 136, проходя между противоположными торцевыми поверхностями 130 и 132 к отверстиям в этих поверхностях. Хотя проходящие внутри каналы 142 могут и не обеспечивать дополнительной смазки наружной контактной поверхности 134, они, тем не менее, могут охлаждать систему 128 подшипника (см. фиг.3А и 3Б). Соответственно, для специалиста должно быть понятно, что каналы 142 могут быть сформированы в наружной контактной поверхности 134 элемента 124 скольжения основного подшипника, либо могут быть сформированы в стенке элемента 124 скольжения основного подшипника.

На фиг.4И представлен в перспективе вид другого варианта выполнения элемента 124 скольжения основного подшипника. Элемент 124 скольжения основного подшипника может включать один канал 142, сформированный в наружной контактной поверхности 134 элемента 124 скольжения основного подшипника. Канал 142 может содержать желоб, образующий синусоидальный проход по окружности наружной контактной поверхности 134 элемента 124 скольжения основного подшипника. Такая форма может способствовать улучшению охлаждения подшипника по сравнению с кольцевым каналом 142 (см. фиг.4Д), поскольку за счет увеличенной длины прохода для потока вокруг элемента 124 скольжения основного подшипника может формироваться резервуар большего размера для рабочей жидкости, охлаждающей подшипник.

На фиг.4К представлен в перспективе вид другого варианта выполнения элемента 124 скольжения основного подшипника. Элемент 124 скольжения основного подшипника может включать несколько каналов 142, по существу непараллельных оси вращения элемента 122 шарошки основного подшипника (см. фиг.3А и 3Б). Например, каналы 142 могут образовывать криволинейные проходы, например, S-образной формы, либо криволинейные проходы, по меньшей мере напоминающие форму кубической функции. Такие криволинейные каналы 142 могут обеспечивать улучшенное охлаждение по сравнению с проходящими вдоль оси каналами 142 (см. фиг.4А), благодаря большей длине прохода для потока рабочей жидкости, что может увеличить время, в течение которого тепло от подшипника может быть передано рабочей жидкости. Соседние каналы 142 могут иметь кривизну в противоположных направлениях так, что по меньшей мере некоторые соседние каналы 142 пересекают по меньшей мере некоторые другие соседние каналы 142 в точках на наружной поверхности 134 между противоположными торцевыми поверхностями 130 и 132, например, образуя Х-образную форму, показанную на фиг.4К.

На фиг.4Л представлен в перспективе вид другого варианта выполнения элемента 124 скольжения основного подшипника. Элемент 124 скольжения основного подшипника может включать несколько каналов 142, по существу непараллельных оси вращения элемента 122 шарошки основного подшипника (см. фиг.3А и 3Б) и проходящих между противоположными торцевыми поверхностями 130 и 132. Например, каналы 142 могут образовывать криволинейные проходы, например, проходы S-образной формы, либо криволинейные проходы, по меньшей мере напоминающие форму кубической функции. Соседние каналы 142 могут быть искривлены в противоположных направлениях и могут быть разнесены так, что соседние каналы пересекаются в точках на наружной контактной поверхности 134 между противоположными торцевыми поверхностями 130 и 132, и в точках на наружной контактной поверхности 134, прилегающих к противоположным торцевым поверхностям 130 и 132. Другими словами, каналы 142 могут образовывать непрерывный проход для потока как между противоположными торцевыми поверхностями 130 и 132, так и по окружности наружной контактной поверхности 134 элемента 124 скольжения основного подшипника.

На фиг.4М представлен в перспективе вид другого варианта выполнения элемента 124 скольжения основного подшипника. Элемент 124 скольжения основного подшипника может включать несколько каналов 142, сгруппированных в пределах области наружной контактной поверхности 134, вместо равномерного распределения по всей окружности наружной контактной поверхности 134. Например, каналы 142 могут быть расположены в пределах области, смещенной от области, на которую с большей вероятностью будет воздействовать нагрузка. В частности, каналы 142 могут быть расположены со смещением по меньшей мере на 10° от области наружной поверхности 134, которая, вероятнее всего, будет воспринимать приложенную нагрузку. При этом воспринимающая нагрузку площадь наружной контактной поверхности 134 может быть увеличена по сравнению с некоторыми вариантами выполнения, где каналы равномерно распределены по окружности элемента 124 скольжения основного подшипника (см., например, фиг.4А-4Г), и область наружной контактной поверхности 134, воспринимающая нагрузки, может быть свободна от каналов 142, сформированных в наружной контактной поверхности 134. Кроме того, каналы 142 могут иметь непостоянную ширину. Например, ширина каналов 142 может увеличиваться от первой торцевой поверхности 130 ко второй торцевой поверхности 132. При этом может быть создан перепад давления между противоположными торцевыми сторонами 130 и 132 элемента 124 скольжения основного подшипника.

На фиг.4Н представлен в перспективе вид другого варианта выполнения элемента 124 скольжения основного подшипника. Элемент 124 скольжения основного подшипника может включать канал 142, образующий между противоположными торцевыми поверхностями 130 и 132 элемента 124 скольжения основного подшипника непрерывный извилистый проход для потока. Например, канал 142 может сначала проходить вдоль оси от первой торцевой стороны 130 ко второй торцевой стороне 132, может повернуть для прохождения, выступая по радиусу, вокруг наружной контактной поверхности 134 на расстояние менее полной окружности, снова может повернуть для прохождения вдоль оси ко второй торцевой поверхности 132, потом снова повернуть для радиального прохождения вокруг наружной поверхности 134 на расстояние менее полной окружности, и, наконец, поворачивать для прохождения вдоль оси ко второй торцевой поверхности 132. Увеличенная длина прохода для потока между противоположными торцевыми поверхностями 130 и 132 может способствовать улучшению охлаждения подшипника, которое обеспечивает рабочая жидкость, благодаря более длительному контакту рабочей жидкости с подшипником.

На фиг.4О и 4П представлены в перспективе виды спереди и сзади другого варианта выполнения элемента 124 скольжения основного подшипника. Элемент 124 скольжения основного подшипника может включать канал 142, образующий непрерывный извилистый проход между противоположными торцевыми поверхностями 130 и 132 элемента 124 скольжения основного подшипника и по окружности наружной контактной поверхности 134 элемента 124 скольжения основного подшипника. Например, канал 142 может сначала проходить вдоль оси от первой торцевой поверхности 130 ко второй торцевой поверхности 132, как показано на фиг.4O. Затем канал 142 может повернуть для прохождения, выступая по радиусу, по наружной контактной поверхности 134 вдоль всей окружности, как показано на фиг.4O и 4П. Далее канал 142 может повернуть снова для прохождения вдоль оси в направлении второй торцевой стороны 132, как показано на фиг.4П. Далее канал 142 может повернуть еще раз для прохождения, выступая по радиусу, вокруг наружной контактной поверхности 134 вдоль всей окружности, как показано на фиг.4O и 4П. Наконец канал 142 может повернуть для прохождения вдоль оси ко второй торцевой стороне 132, как показано на фиг.4O. Увеличенная длина прохода для потока между противоположными торцевыми поверхностями 130 и 132 может способствовать улучшению охлаждения подшипника, которое обеспечивает рабочая жидкость, благодаря более длительному контакту рабочей жидкости с подшипником.

На фиг.4Р представлен в перспективе вид другого варианта выполнения элемента 124 скольжения основного подшипника. Элемент 124 скольжения основного подшипника может включать несколько каналов 142, проходящих по окружности по наружной контактной поверхности 134. Каналы могут быть направлены так, что их центральные оси расположены под углом к центральной оси элемента 124 скольжения основного подшипника. Например, каналы могут проходить по окружности наружной контактной поверхности 134 и могут пересекаться друг с другом с противоположных сторон элемента скольжения 124 подшипника, как показано на фиг.4Р.

На фиг.4С представлен в перспективе вид другого варианта выполнения элемента 124 скольжения основного подшипника. В дополнение к каналам 142, сформированным в наружной контактной поверхности 134, каналы 142 могут быть сформированы во внутренней поверхности 136. Например, каналы 142, проходящие параллельно центральной оси элемента 124 скольжения основного подшипника, могут на внутренней поверхности 136 проходить между противоположными торцевыми поверхностями 130 и 132 элемента 124 скольжения основного подшипника, как показано на фиг.4С. В других вариантах выполнения, каналы 142 могут быть выполнены во внутренней поверхности 136 в любой из конфигураций, описанных выше в связи с фиг.4А-4Р. В других вариантах выполнения, каналы 142 могут быть сформированы во внутренней поверхности 136 элемента 124 скольжения основного подшипника, но на наружной контактной поверхности 134 каналы 142 могут отсутствовать. В других вариантах выполнения, каналы 142 могут быть сформированы в шейке 116 оси подшипника (см. фиг.3А и 3Б), к которой может быть прикреплен элемент 124 скольжения основного подшипника. Каналы 142, сформированные во внутренней поверхности 136 элемента 124 скольжения основного подшипника или в шейке 116 оси подшипника (фиг.3А и 3Б), могут существенно улучшать охлаждение подшипника и других компонентов бурового долота вблизи подшипника.

На фиг.5А-5И показаны различные варианты выполнения элементов 122 шарошки основного подшипника, в соответствии с настоящим изобретением. На фиг.5А показан элемент 122 шарошки основного подшипника, каналы 142 которого включают линейные желоба, сформированные во внутренней контактной поверхности 144 элемента 122 шарошки основного подшипника. Элемент 122 шарошки основного подшипника имеет в целом цилиндрическую форму, определяемую наружной поверхностью 150, и включает внутреннюю контактную поверхности 144, определяющую внутренний диаметр элемента 122 шарошки основного подшипника. Каналы 142 проходят в направлении, по меньшей мере в целом параллельном центральной оси элемента 122 шарошки основного подшипника, по аналогии с каналами 142, показанными на фиг.4А и 4Б. На внутренней контактной поверхности 144 элемента 122 шарошки основного подшипника может быть расположено любое количество каналов 142, и расположение каналов 142 по внутренней контактной поверхности 144 элемента 122 шарошки основного подшипника может носить как однородный, так и неоднородный характер.

Как показано на фиг.5b, каналы 142 могут не формироваться на внутренней контактной поверхности 144 элемента 122 шарошки основного подшипника, а могут быть расположены внутри стенки элемента 122 шарошки основного подшипника между внутренней контактной поверхностью 134 и наружной поверхностью 150, и проходить между отверстиями в противоположных торцевых поверхностях 146 и 148 элемента 122 шарошки основного подшипника, по аналогии с каналами 142, показанными на фиг.43.

Как показано на фиг.5В и 5Г, каналы 142, сформированные во внутренней контактной поверхности 144 элемента 122 шарошки основного подшипника, могут проходить в направлении, не параллельном центральной оси элемента 122 шарошки основного подшипника, по аналогии с каналами 142, показанными на фиг.4В и 4Г. Во внутренней контактной поверхности 144 элемента 122 шарошки основного подшипника может быть сформировано любое количество каналов 142, и каналы 142 могут проходить по спирали под любым желаемым углом наклона спирали. Более того, каналы 142, имеющие спиральную форму, могут быть выполнены с возможностью действия в качестве насоса для облегчения прохождения потока бурового раствора через систему 128 подшипника (см. фиг.3А и 3Б).

На фиг.5Д показан другой вариант выполнения элемента 122 шарошки основного подшипника. В некоторых вариантах выполнения, каналы 142, сформированные в элементе 122 шарошки основного подшипника, могут не иметь связи для прохождения бурового раствора между противоположными торцевыми поверхностями 146 и 148 элемента 122 шарошки основного подшипника. В таких вариантах выполнения, каналы 142 могут содержать, например, проходящие по окружности желоба, которые могут образовывать замкнутые проходы для потока во внутренней контактной поверхности 144 элемента 122 шарошки основного подшипника, по аналогии с каналами, показанными на фиг.4Д. В частном примере, не ограничивающем изобретение, каналы 142 могут содержать кольцевые желоба, образующие круговые проходы для потока по окружности элемента 122 шарошки основного подшипника и выступающие по радиусу наружу от внутренней контактной поверхности 144 элемента 122 шарошки основного подшипника, как показано на фиг.5Д. В другом частном примере, не ограничивающем изобретения, каналы 142 могут образовывать не кольцевые (например, зигзагообразные, синусоидальные или иные криволинейные) замкнутые проходы для потока по наружной окружности элемента 122 шарошки основного подшипника, выступающие по радиусу наружу от внутренней контактной поверхности 144 элемента 122 шарошки основного подшипника. В некоторых вариантах выполнения, один канал 142 может проходить по окружности вокруг внутренней контактной поверхности 144 для формирования замкнутого прохода для потока. В других вариантах выполнения, несколько каналов 142 могут проходить по окружности вокруг внутренней контактной поверхности 144 для формирования замкнутого прохода для потока. В вариантах, где по меньшей мере один канал 142 определяет замкнутый проход для потока вокруг внутренней контактной поверхности 144 элемента 122 шарошки основного подшипника, канал или каналы 142 могут улучшить смазку на первой границе 126 контакта основного подшипника 121 (см. фиг.3А и 3Б), действуя как локальное хранилище, в котором может собираться рабочая жидкость и из которого рабочая жидкость может вытекать на границу 126 контакта между элементом 124 скольжения основного подшипника (см. фиг.3А и 3Б) и элементом 122 шарошки основного подшипника.

Кроме того, каналы 142, образующие замкнутые проходы для потока вокруг внутренней контактной поверхности 144 элемента 122 шарошки основного подшипника, могут особенно подходить для создания зазора, через который рабочая жидкость может протекать между элементом 124 скольжения основного подшипника (см. фиг.3А и 3Б) и элементом 122 шарошки основного подшипника, вызывая планирование или всплывание элемента 122 шарошки основного подшипника вокруг элемента 124 скольжения основного подшипника. Например, расстояние между элементом 124 скольжения основного подшипника (см. фиг.3А и 3Б) и элементом 122 шарошки основного подшипника может составлять примерно от 0,01 до 0,40 мм. В частности, расстояние между элементом 124 скольжения основного подшипника (см. фиг.3А и 3Б) и элементом 122 шарошки основного подшипника при вращении элемента 122 шарошки основного подшипника вокруг элемента 124 скольжения основного подшипника может составлять примерно от 0,15 до 0,25 мм. Естественно, расстояние между элементами 122 шарошки и 124 скольжения основного подшипника может не быть постоянным из-за взаимного перемещения между элементами 122 шарошки и 124 скольжения основного подшипника, например, под действием изменений давления рабочей жидкости, наличия абразивных частиц, которые должны удаляться рабочей жидкостью, воздействующих на элементы 122 шарошки и 124 скольжения основного подшипника сил, и иных факторов, которые могут вызвать столкновения или иные взаимные перемещения элементов 122 шарошки и 124 скольжения основного подшипника.

На фиг.5Е показан другой вариант выполнения элемента 122 шарошки основного подшипника. Сформированные в элементе 122 шарошки основного подшипника каналы 142 могут включать желоба, проходящие в разных направлениях, непараллельных центральной оси элемента 122 шарошки основного подшипника. Например, каналы 142, сформированные в элементе 122 шарошки основного подшипника, показанном на фиг.5Е, включают первую группу каналов 142′, содержащую спиральные желоба, проходящие в первом направлении на внутренней контактной поверхности 144 элемента 122 шарошки основного подшипника, и вторую группу каналов 142″, содержащую спиральные желоба, проходящие во втором, поперечном направлении, на внутренней контактной поверхности 144 элемента 122 шарошки основного подшипника, по аналогии с каналами, показанными на фиг.4Е. При этом каналы 142 могут формировать сетчатый узор во внутренней контактной поверхности 144 элемента 122 скольжения основного подшипника.

На фиг.5Ж представлен другой вариант выполнения элемента 122 шарошки основного подшипника. В дополнение к каналам 142, сформированным во внутренней контактной поверхности 144, каналы 142 могут быть сформированы в наружной поверхности 150. Например, каналы 142, проходящие параллельно центральной оси элемента 122 шарошки основного подшипника, могут на наружной поверхности 150 проходить между противоположными торцевыми поверхностями 146 и 148 элемента 122 шарошки основного подшипника, как показано на фиг.5Ж. В других вариантах выполнения, каналы 142 могут быть выполнены во внутренней поверхности 150 в любой из конструкций, описанных выше в связи с фиг.4А-4С. В других вариантах выполнения, каналы 142 могут быть сформированы в наружной поверхности 150 элемента 122 шарошки основного подшипника, но на внутренней контактной поверхности 144 каналы 142 могут отсутствовать. В других вариантах выполнения, каналы 142 могут быть сформированы в корпусе шарошки 106 (см. фиг.3А и 3Б), либо в корпусе вкладыша (не показан), к которым может быть прикреплен элемент 122 шарошки основного подшипника. Каналы 142, сформированные в наружной поверхности 150 элемента 122 шарошки основного подшипника, в шарошке 106 (фиг.3А и 3Б), или во вкладыше (не показан) могут существенно улучшать охлаждение подшипника и других компонентов бурового долота вблизи подшипника.

На фиг.5З представлен другой вариант выполнения элемента 122 шарошки основного подшипника. Элементы 122 шарошки основного подшипника могут быть выполнены с возможностью создания давления, препятствующего потоку рабочей жидкости сквозь каналы 142, сформированные во внутренней контактной поверхности 144 элемента 122 шарошки основного подшипника. Например, элемент 122 шарошки основного подшипника может быть выполнен с возможностью вращения против часовой стрелки вокруг элемента 124 скольжения основного подшипника (см. фиг.4А-4С), как показано стрелкой, окружающей элемент 122 шарошки основного подшипника. При таком направлении вращения, первая торцевая поверхность 146 может быть обращена к корпусу 102 долота (см. фиг.1 и 2), а вторая торцевая поверхность 148 может быть обращена к подстилающей земной породе (не показана). Вращение элемента 122 шарошки основного подшипника против часовой стрелки может затягивать рабочую жидкость в спирально проходящие каналы 142 со второй торцевой поверхности 148, благодаря наклонной ориентации каналов 142.

Когда дополнительная рабочая жидкость втягивается в каналы 142 со второй торцевой поверхности 148, рабочая жидкость может создать давление, приложенное через каналы 142 к первой торцевой поверхности 146, как показано стрелкой, проходящей вдоль одного из каналов 142 на фиг.53. Этот эффект может противодействовать естественному потоку рабочей жидкости, которая может быть направлена вниз от первой торцевой поверхности 146 ко второй торцевой поверхности 148. При этом направление вращения элемента 122 шарошки основного подшипника и ориентация спирали каналов 142 может вызывать противодействие потоку рабочей жидкости через каналы 142.

На фиг.5И представлен другой вариант выполнения элемента 122 шарошки основного подшипника. Элемент 122 шарошки основного подшипника может быть выполнен с возможностью увеличивать давление потока рабочей жидкости через каналы 142, сформированные во внутренней контактной поверхности 144 элемента 122 шарошки основного подшипника. Например, элемент 122 шарошки основного подшипника может быть выполнен с возможностью вращения вокруг элемента 124 скольжения основного подшипника (см. фиг.3А и 3Б) по часовой стрелке, как показано стрелкой, окружающей элемент 122 шарошки основного подшипника. При такой ориентации, первая торцевая поверхность 148 может быть обращена к подстилающей земной породе (не показана). Вращение элемента 122 шарошки основного подшипника против часовой стрелки может способствовать втягиванию рабочей жидкости с первой торцевой поверхности 146 в проходящие по спирали каналы 142 благодаря наклонной ориентации каналов 142. Когда дополнительная рабочая жидкость втягивается в каналы 142 с первой торцевой поверхности 146, рабочая жидкость может создать давление, приложенное через каналы 142 ко второй торцевой поверхности 148, как показано стрелкой, проходящей вдоль одного из каналов 142 на фиг.5И. Благодаря такому эффекту элемент 122 шарошки основного подшипника может действовать как насос, качающий в направлении естественного потока рабочей жидкости, направленного вниз от первой торцевой стороны 146 ко второй торцевой стороне 148. При этом направление вращения элемента 122 шарошки основного подшипника и ориентация спирали каналов 142 могут способствовать движению потока рабочей жидкости через каналы 142.

В других вариантах выполнения, элементы 122 шарошки основного подшипника могут иметь каналы 142, имеющие любую форму и расположение, описанные ранее применительно к элементам 124 скольжения основного подшипника, показанным на фиг.4И-4С. Другими словами, форма и расположение каналов 142, показанные на фиг.4И-4С, могут быть распространены с наружной контактной поверхности 134 элементов 124 скольжения основного подшипника на внутреннюю контактную поверхности 144 элементов 122 шарошки основного подшипника. Хотя элементы 122 шарошки основного подшипника могут иметь каналы 142 такой конфигурации, нет никакой необходимости, чтобы эти элементы 122 шарошки основного подшипника использовались вместе с элементами 124 скольжения основного подшипника, имеющими такую же конфигурацию канала 142.

В составе системы подшипника, элемент 124 скольжения основного подшипника, элемент 122 шарошки основного подшипника, или оба могут иметь по меньшей мере один канал 142. Кроме того, может использоваться любая комбинация форм и расположений каналов 142. Например, элемент 124 скольжения основного подшипника может иметь канал 142 в виде одной выемки в наружной контактной поверхности 134 элемента 124 скольжения основного подшипника, а элемент 122 шарошки основного подшипника может иметь несколько каналов 142, сформированных внутри элемента 122 шарошки основного подшипника и проходящих между отверстиями в противоположных торцевых поверхностях 146 и 148 элемента 122 шарошки основного подшипника в направлении, в целом параллельном центральной оси элемента 122 шарошки основного подшипника. Может быть использована любая комбинация форм и расположений каналов 142 так, что по меньшей мере один элемент 122, 124 или 122 и 124 основного подшипника содержат по меньшей мере один канал 142. Более того, каналы 142 могут быть выполнены с возможностью сведения к минимуму напряжений внутри элемента 124 скольжения основного подшипника и элемента 122 шарошки основного подшипника по мере достижения максимальной эффективности отвода тепла.

Рабочая жидкость под давлением, протекающая через систему 128 подшипника (см. фиг.3А и 3Б), может формировать и заполнять по меньшей мере по существу однородный зазор между элементом 124 скольжения основного подшипника и элементом 122 шарошки основного подшипника (см. фиг.3А и 3Б), вызывая планирование или всплывание элемента 122 шарошки основного подшипника (см. фиг.3А и 3Б) вокруг элемента 124 скольжения основного подшипника. Например, расстояние между элементом 124 скольжения основного подшипника и элементом 122 шарошки основного подшипника может составлять примерно от 0,01 до 0,40 мм. В частности, расстояние между элементом 124 скольжения основного подшипника и элементом 122 шарошки основного подшипника при вращении элемента 122 шарошки основного подшипника вокруг элемента 124 скольжения может составлять примерно от 0,15 до 0,25 мм. При протекании рабочей жидкости между противоположными торцевыми поверхностями 130 и 132, рабочая жидкость может удалять абразивные частицы, которые, в противном случае, могли остаться между элементом 124 скольжения основного подшипника и элементом 122 шарошки основного подшипника (см. фиг.3А и 3Б), вызывая эрозию, повреждение или даже разрушение элемента 124 скольжения основного подшипника, элемента 122 шарошки основного подшипника (см. фиг.3А и 3Б), или обоих элементов 124 скольжения и 122 шарошки основного подшипника (см. фиг.3А и 3Б). Таким образом, каналы 142 могут снизить скорость износа основного подшипника 121 по сравнению с основными подшипниками без каналов.

Так же, как и элементы 124 скольжения основного подшипника и элементы 122 шарошки основного подшипника, описанные со ссылками на фиг.4А-5Д, элементы 125 скольжения вторичного подшипника и элементы 123 шарошки вторичного подшипника могут содержать кольцевые элементы, имеющие наружную и внутреннюю контактные поверхности, соответственно, и могут быть выполнены с возможностью воспринимать радиальные нагрузки, действующие на систему 128 подшипника в сборе (см. фиг.3А и 3Б). Элемент 125 скольжения вторичного подшипника, элемент 123 шарошки вторичного подшипника, или оба элемента 125 скольжения и 123 шарошки вторичного подшипника могут иметь по меньшей мере один сформированный в них канал 142, например, с конфигурацией любого канала 142, описанного со ссылкой на фиг.4А-5Д. При этом вторичные подшипники 127, выполненные с возможностью воспринимать радиальные нагрузки, могут иметь конструкцию, аналогичную основным подшипникам 121, выполненным с возможностью воспринимать радиальные нагрузки. Если система 128 подшипника включает по меньшей мере один основной подшипник 121 и по меньшей мере один вторичный подшипник 127, выполненные с возможностью воспринимать радиальные нагрузки, конфигурация канала 142 основных подшипников в некоторых вариантах выполнения может быть такой же, что и у вторичных подшипников. В других вариантах выполнения, конфигурация канала 142 основных подшипников 121 и вторичных подшипников 127 может отличаться.

Также как и основные подшипники 121 и вторичные подшипники 127, выполненные с возможностью воспринимать радиальные нагрузки, вторичные подшипники 127, выполненные с возможностью воспринимать осевые нагрузки, иногда называемые упорными подшипниками, могут иметь по меньшей мере один канал 142. Например, по меньшей мере один элемент 123 шарошки вторичного подшипника или элемент 125 скольжения вторичного подшипника могут иметь по меньшей мере один сформированный в них канал 142. Например, фиг.6А изображает элемент 123 шарошки вторичного подшипника, выполненный с возможностью использования в упорном подшипнике. Элемент 123 шарошки вторичного подшипника может содержать в основном кольцевой элемент, имеющий кольцевую верхнюю поверхность 152, в основном кольцевую нижнюю контактную поверхность 154, параллельную кольцевой верхней поверхности 152, боковую поверхность 156, проходящую поперек верхней поверхности 152 и нижней контактной поверхности 154 и пересекающую их, определяющую наружный диаметр элемента 123 шарошки вторичного подшипника, и внутреннюю поверхность 157, проходящую поперек верхней поверхности 152 и нижней контактной поверхности 154 и пересекающую их, которая, в некоторых вариантах выполнения, определяет внутренний диаметр элемента 123 шарошки вторичного подшипника. В других вариантах, элемент 123 шарошки вторичного подшипника может включать в целом дискообразный элемент, имеющий круглую верхнюю поверхность 152 и в целом круглую нижнюю контактную поверхность 154, параллельную верхней поверхности 152. Каналы 142 могут быть сформированы в нижней контактной поверхности 154 элемента 123 шарошки вторичного подшипника и иметь отверстия в боковой поверхности 156 и внутренней поверхности 157 элемента 123 шарошки вторичного подшипника. Хотя каналы 142 включают четыре прямых линейных канала, каналы 142 могут включать любое число каналов 142, проходящих в любом направлении и имеющих поперечное сечение любой формы. Например, каналы 142 могут включать два дугообразных канала 142, несколько каналов 142, отходящих по радиусу от центральной оси элемента 123 шарошки вторичного подшипника, или единственный линейный канал 142. Каналы 142 дают возможность протекать рабочей жидкости по нижней контактной поверхности 154 элемента 123 шарошки вторичного подшипника для обеспечения смазки на второй границе 129 контакта между элементом 123 шарошки вторичного подшипника и элементом 125 скольжения вторичного подшипника, для охлаждения осевого подшипника 127 и других компонентов вблизи него, и для удаления абразивных частиц, которые могут сократить срок службы вторичного подшипника 127.

Как показано на фиг.6Б, каналы 142 могут формироваться не в нижней контактной поверхности 154 элемента 123 шарошки вторичного подшипника, а внутри элемента 123 шарошки вторичного подшипника, и иметь выходные отверстия на боковой поверхности 156 и внутренней поверхности 157 элемента 123 шарошки вторичного подшипника. Каналы 142 позволяют рабочей жидкости протекать через элемент 123 шарошки вторичного подшипника и охлаждать осевой подшипник 127 и другие компоненты поблизости него, однако обычно не добавляют смазки на вторую границу 129 контакта между элементом 123 шарошки вторичного подшипника и элементом 125 скольжения осевого подшипника или не удаляют абразивные частицы со второй границы 129 контакта между элементом 123 шарошки вторичного подшипника и элементом 125 скольжения вторичного подшипника.

Как показано на фиг.6B и 6Г, элемент 125 скольжения вторичного подшипника может иметь в основном кольцевую форму и включать верхнюю контактную поверхность 158, имеющую в целом кольцевую форму, нижнюю поверхность 160, параллельную верхней контактной поверхности 158 и имеющую кольцевую форму, боковую поверхность 162, проходящую поперек верхней контактной поверхности 158 и нижней поверхности 160 и пересекающую их, которая определяет наружный диаметр элемента 125 скольжения вторичного подшипника, и внутреннюю поверхность 163, проходящую поперек верхней контактной поверхности 158 и нижней поверхности 160 и пересекающую их, которая определяет, в некоторых вариантах выполнения, внутренний диаметр элемента 125 скольжения вторичного подшипника. В других вариантах выполнения, элемент 123 шарошки вторичного подшипника может включать в целом дискообразный элемент, имеющий круглую верхнюю контактную поверхность 158 и круглую нижнюю поверхность 160, параллельную верхней контактной поверхности 158. Каналы 142 сформированы в верхней контактной поверхности 158 элемента 123 шарошки вторичного подшипника и имеют отверстия в боковой поверхности 156 и внутренней поверхности 163 элемента 123 шарошки вторичного подшипника. Каналы 142 позволяют рабочей жидкости протекать через верхнюю контактную поверхность 158 элемента 125 скольжения вторичного подшипника для смазки второй границы 129 контакта между элементом 123 шарошки вторичного подшипника и элементом 125 скольжения вторичного подшипника, и для охлаждения вторичного подшипника 127 и других компонентов вблизи него, и для удаления абразивных частиц, которые могут сократить срок службы вторичного подшипника 127. Каналы 142 могут включать любое количество каналов 142, проходящих в любом направлении и имеющих поперечное сечение любой формы. Как показано на фиг.6Г, каналы 142 могут также быть сформированы внутри элемента 125 скольжения вторичного подшипника и иметь выходные отверстия на его боковой поверхности 162 и внутренней поверхности 157.

На фиг.6Д представлен другой вариант элемента 123 шарошки вторичного подшипника, выполненного с возможностью воспринимать осевые нагрузки. Элемент 123 шарошки вторичного подшипника может включать несколько каналов 142, проходящих, как спицы, по радиусу наружу в нижней контактной поверхности 154 элемента 123 шарошки вторичного подшипника. Например, элемент 123 шарошки вторичного подшипника может включать четыре канала 142, равномерно расположенные (т.е., через 90°) и проходящие по радиусу между внутренней поверхностью 157 и боковой поверхностью 156 элемента 123 шарошки вторичного подшипника.

На фиг.6Е представлен другой вариант элемента 123 шарошки вторичного подшипника, выполненного с возможностью воспринимать осевые нагрузки. Элемент 123 шарошки вторичного подшипника может включать несколько каналов 142, проходящих, как спицы, по радиусу наружу в нижней контактной поверхности 154 элемента 123 шарошки вторичного подшипника. Например, элемент 123 шарошки вторичного подшипника может включать восемь каналов 142, равномерно расположенных по окружности (т.е., через 45°) и проходящих по радиусу между внутренней поверхностью 157 и боковой поверхностью 156 элемента 123 шарошки вторичного подшипника.

На фиг.6Ж представлен другой вариант элемента 123 шарошки вторичного подшипника, выполненного с возможностью воспринимать осевые нагрузки. Элемент 123 шарошки вторичного подшипника может включать несколько каналов 142, приходящих от одной стороны боковой поверхности 156 к противоположной стороне боковой поверхности 156 и пересекающих внутреннюю поверхность 157 между противоположными сторонами боковой поверхности 156. Вместо полукруглого поперечного сечения каналов 142, показанного в других вариантах выполнения (см., например, фиг.6Д и 6Е), каналы 142 могут иметь поперечное сечение прямоугольной формы.

На фиг.6З представлен другой вариант элемента 123 шарошки вторичного подшипника, выполненного с возможностью воспринимать осевые нагрузки. Элемент 123 шарошки вторичного подшипника может включать группы каналов 142, проходящих по радиусу наружу, как спицы, в нижней контактной поверхности 154 элемента 123 шарошки вторичного подшипника. Например, элемент 123 шарошки вторичного подшипника может включать четыре группы по четыре канала 142, проходящие между внутренней поверхностью 157 и боковой поверхностью 156 элемента 123 шарошки вторичного подшипника поперек верхней контактной поверхности 154. По меньшей мере один из каналов 142 из одной из групп из четырех каналов 142 может пересекаться с по меньшей мере другим каналом 142 из другой группы из четырех каналов 142, в результате чего может быть увеличен поток бурового раствора и улучшено удаление частиц, благодаря увеличенному количеству каналов 142 и большим промежуткам, образующимся при пересечении каналов 142.

В других вариантах выполнения, элементы 125 скольжения вторичного подшипника могут включать каналы 142 в любой из описанных выше конфигураций, применительно к элементам 123 шарошки вторичного подшипника, показанным на фиг.6Д-6З. Другими словами, описанные на фиг.6Д-6З конфигурации канала 142, могут быть распространены с нижней контактной поверхности 154 элементов 123 шарошки вторичного подшипника на верхнюю контактную поверхность 158 элементов 125 скольжения вторичного подшипника. Хотя элементы 125 скольжения вторичного подшипника могут иметь каналы 142 такой конфигурации, нет никакой необходимости, чтобы эти элементы 125 скольжения вторичного подшипника использовались вместе с элементами 123 шарошки вторичного подшипника, имеющими такую же конфигурацию канала 142.

На фиг.7А представлен элемент 123′ скольжения вторичного подшипника, который может быть использован во вторичном подшипнике 127′ (см. фиг.3Б). Такой элемент 123′ скольжения вторичного подшипника может быть использован во вторичном подшипнике 127′, выполненном с возможностью воспринимать как осевую, так и радиальную нагрузки. В целом, элемент 123′ скольжения вторичного подшипника может представлять собой комбинацию элементов 123 скольжения вторичного подшипника, имеющих конфигурацию элементов скольжения основного подшипника, показанных на фиг.4А-4З, и элементов 123 скольжения вторичного подшипника, показанных на фиг.6А и 6Б. При этом элемент 123′ скольжения вторичного подшипника может содержать в целом цилиндрическую часть 161, имеющую торцевую поверхность 130′ и по меньшей мере по существу кольцевое поперечное сечение, наружную контактную поверхность 134′, определяющую промежуточный наружный диаметр 138′ элемента 123′ скольжения вторичного подшипника, внутреннюю поверхность 136′, определяющую внутренний диаметр 140′ элемента 123′ скольжения вторичного подшипника. Элемент 123′ скольжения вторичного подшипника может также содержать в целом кольцевую часть 165, соединенную с в целом цилиндрической частью 161 и проходящую по радиусу наружу сверху цилиндрической части 161. В целом кольцевая часть 165 может иметь кольцевую верхнюю поверхность 152′, в целом кольцевую нижнюю контактную поверхность 154′, параллельную кольцевой верхней поверхности 152′, боковую поверхность 156′, проходящую поперек верхней поверхности 152′ и нижней контактной поверхности 154′ и пересекающую их, которая определяет наружный диаметр 141, величина которого больше промежуточного наружного диаметра 138′ элемента 123′ скольжения вторичного подшипника, при этом внутренняя поверхность 136′ в некоторых вариантах выполнения проходит поперек верхней поверхности 152′ и пересекает ее. При этом нижняя контактная поверхность 154′ может пересекать наружную контактную поверхность 134′, и нижняя и наружная контактные поверхности 154′ и 134′ могут образовывать по существу непрерывную поверхность, которая может упираться в элемент 125′ шарошки вторичного подшипника по второй границе 129 контакта (см. фиг.3Б). Переход между нижней контактной поверхностью 154′ и наружной контактной поверхностью 134′ может выполняться галтелью или плавным округлением.

На элементе 123′ скольжения вторичного подшипника может быть сформирован по меньшей мере один канал 142. Например, несколько каналов 142 могут формировать линейные желоба, проходящие вдоль оси в наружной контактной поверхности 134′ в целом цилиндрической части 161 и расходящиеся по радиусу наружу по нижней контактной поверхности 154′ в целом кольцевой части 165. При этом каналы 142 могут формировать непрерывный проход для потока между торцевой поверхностью 130′ и боковой поверхностью 156′ элемента 123′ скольжения вторичного подшипника, как показано на фиг.7А. Кроме того, когда говорится, что нижняя контактная поверхность 154′ и наружная контактная поверхность 134′ могут образовывать по существу непрерывную поверхность, это означает, что непрерывная в иных отношениях поверхность может прерываться каналами 142, проходящими в нижней и наружной контактных поверхностях 154′ и 134′. В других вариантах выполнения, каналы 142 могут быть сформированы внутри корпуса элемента 123′ скольжения вторичного подшипника и имеют отверстия на торцевой поверхности 130′ и боковой поверхности 156′ элемента 123′ скольжения вторичного подшипника, могут включать нелинейные желоба, могут иметь любое количество желобов, могут иметь поперечное сечение любой формы, могут быть любой глубины и могут в остальном иметь конфигурацию канала 142, рассмотренную применительно к фиг.4А-6Г.

На фиг.7Б показан элемент 125′ шарошки вторичного подшипника, который может быть использован во вторичном подшипнике 127′ (см. фиг.3Б). Такой элемент 125′ шарошки вторичного подшипника может быть использован во вторичном подшипнике 127′, выполненном с возможностью воспринимать как осевые, так и радиальные нагрузки. Элемент 125′ шарошки вторичного подшипника в целом может представлять собой комбинацию элементов 125 шарошки вторичного подшипника, в целом имеющих конфигурацию элементов шарошки основного подшипника, показанных на фиг.5А-5Е, и элементов 125 шарошки вторичного подшипника, показанных на фиг.6B и 6Г. При этом элемент 125′ шарошки вторичного подшипника может иметь в целом цилиндрическую часть 161′, торцевая поверхность 146′ которой определяет по меньшей мере в целом кольцевое поперечное сечение, и внутреннюю контактную поверхность 144′, определяющую внутренний диаметр элемента 125′ шарошки вторичного подшипника. Элемент 125′ шарошки вторичного подшипника может также иметь в целом кольцевую часть 165′, соединенную с в целом цилиндрической частью 161′ и проходящую по радиусу наружу сверху цилиндрической части 161′. В целом цилиндрическая часть 165′ может иметь в целом кольцевую верхнюю контактную поверхность 158′, кольцевую нижнюю поверхность 160′, параллельную верхней контактной поверхности 158′, боковую поверхность 162′ проходящую поперек верхней контактной поверхности 158′ и пересекающую ее, которая определяет наружный диаметр элемента 125′ шарошки вторичного подшипника, величина которого больше промежуточного наружного диаметра, при этом внутренняя контактная поверхность 144′ в некоторых вариантах выполнения проходит поперек верхней контактной поверхности 158′ и пересекает ее. Таким образом, верхняя контактная поверхность 158′ может пересекать внутреннюю контактную поверхность 144′, и верхняя и внутренняя контактные поверхности 158′ и 144′ могут образовывать в целом непрерывную поверхность, которая может упираться в элемент 123′ скольжения вторичного подшипника по второй границе 129 контакта (см. фиг.3Б). Переход между верхней контактной поверхностью 158′ и внутренней контактной поверхностью 144′ может выполняться фаской или плавным округлением.

В элементе 125′ шарошки вторичного подшипника может быть сформирован по меньшей мере один канал 142. Например, несколько каналов 142 могут формировать линейные желоба, проходящие вдоль оси во внутренней контактной поверхности 144′ в целом цилиндрической части 161′ и по радиусу наружу в верхней контактной поверхности 158′ в целом кольцевой части 165′. При этом каналы 142 могут формировать непрерывный проход для потока между боковой поверхностью 160′ и торцевой поверхностью 146′ элемента 123′ скольжения вторичного подшипника, как показано на фиг.7А. Кроме того, когда говорится, что верхняя контактная поверхность 158′ и внутренняя контактная поверхность 144′ могут образовывать по существу непрерывную поверхность, это означает, что непрерывная в иных отношениях поверхность может прерываться каналами 142, проходящими в нижней и наружной контактных поверхностях 158′ и 144′. В других вариантах выполнения, каналы 142 могут быть сформированы внутри корпуса элемента 123′ скольжения вторичного подшипника и имеют отверстия в боковой поверхности 140′ и торцевой поверхности 146′ элемента 123′ скольжения вторичного подшипника, могут включать нелинейные желоба, могут иметь любое количество желобов, могут иметь поперечное сечение любой формы, могут быть любой глубины и могут в остальном иметь конфигурацию канала 142, рассмотренную применительно к фиг.4А-6Г.

Основные подшипники 121 и вторичные подшипники 127 могут содержать любой подходящий материал. Например, элементы 122-125 скольжения и шарошки подшипников могут содержать керамические материалы, например, карбиды, нитриды, оксиды, и бориды, металлические материалы, например, кобальт, алюминий, медь, магний, титан, железо, сталь и никель и их сплавы, сверхтвердые материалы, например, крошку синтетического алмаза, природную алмазную крошку, алмазную пленку или кубический нитрид бора, либо любую комбинацию упомянутых материалов. В частном примере, не ограничивающем изобретения, основные подшипники 121 и вторичные подшипники 127 могут содержать металлокерамический композитный материал (например, кермет), содержащий частицы карбида вольфрама в металлической матрице.

Несмотря на то, что рассмотренные выше элементы 123-125 подшипника были описаны применительно к использованию в долоте роторного бурения земных пород, для специалиста должно быть понятно, что подшипники в соответствии с вариантами выполнения изобретения могут быть использованы в другом скважинном инструменте. Например, система 128′ подшипника в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения может быть использована в скважинном двигателе, как показано на фиг.8. Скважинный двигатель 164 может включать, например, забойный гидравлический двигатель Муано или турбинный двигатель. Компоненты, расположенные выше и ниже реальной системы 128′, не показаны. Скважинный двигатель 164 включает центральный трубчатый ведущий вал 166 скважинного двигателя, расположенный с возможностью вращения внутри трубчатого кожуха 167 подшипника, в котором расположена система 128′ подшипника скважинного двигателя, обеспечивающая взаимное вращение между ведущим валом 166 и кожухом 167. Для специалистов должно быть понятно, что ведущий вал 166 вращается под действием скважинного двигателя 164 и передает вращение буровому инструменту, например, буровым долотам 100 и 100′, показанным на фиг.1 и 2. Кожух 167 остается неподвижным, не вращаясь при работе двигателя.

Система 128′ подшипника включает по меньшей мере один осевой подшипник 169. Осевые подшипники 169 могут содержать несколько сложенных стопой вдоль оси кольцевых элементов 168, имеющих верхние и нижние прилегающие контактные поверхности 170 и 172, соответственно. Например, осевые подшипники 169 могут включать расположенные друг против друга ПКА подшипники, например, описанные в US 4764036, выданном 16 августа 1988 г. (McPherson). В верхних и нижних контактных поверхностях 170 и 172 могут быть сформированы каналы 142 по аналогии с элементами 123 и 125 подшипника, описанными выше со ссылкой на фиг.6А-6З.

Система 128′ подшипника также включает по меньшей мере один радиальный подшипник 171. В варианте выполнения, показанном на фиг.8, система 128′ подшипника включает два радиальных подшипника 171, верхний радиальный подшипник 171A и нижний радиальный подшипник 171B. Каждый радиальный подшипник 171 включает внутренний элемент 178 подшипника, имеющий скользящий контакт, по границе 180 контакта подшипника, с наружным элементом 177 подшипника. Внутренний элемент 178 подшипника концентрически вложен в наружный элемент 177 подшипника. Другими словами, находящаяся радиально снаружи поверхность внутреннего элемента 178 подшипника имеет скользящий контакт с радиально внутренней поверхностью наружного элемента 177 подшипника.

Также как и элементы 122 и 124 скольжения и шарошки основного подшипника, описанные ранее применительно к фиг.4А-5Е, внутренний и наружный элементы 178 и 177 радиального подшипника могут включать каналы 142, сформированные во внутреннем и наружном элементах 178 и 177 радиального подшипника для формирования прохода для потока между расположенными с противоположных сторон по оси концами 188 и 190 элемента 178 радиального подшипника, иди для создания локального хранилища рабочей жидкости по границе контакта между внутренним и наружным элементами 178 и 177 подшипника. По аналогии с каналами 142, описанными ранее со ссылкой на фиг.4А-5Е, каналы могут обеспечивать протекание потока рабочей жидкости через каждый радиальный подшипник 171, благодаря чему может улучшиться охлаждение каждого радиального подшипника 171 и расположенных рядом с ним компонентов, может подаваться дополнительная смазка на границу контакта между внутренним и наружным элементами 178 и 177 радиального подшипника, и могут удаляться абразивные частицы, которые, в противном случае, могли бы сократить срок службы радиального подшипника 127.

На фиг.9А представлен вид поперечного сечения канала 142. Канал 142 может иметь поперечное сечение полукруглой формы. В других вариантах выполнения, канал 142 может иметь криволинейную форму, образующую более половины круга, менее половины круга, часть овала, часть эллипса или иной криволинейной фигуры. На фиг.9Б представлен вид поперечного сечения для другого варианта выполнения канала 142. Канал может иметь поперечное сечение V-образной формы. Например, канал 142 может включать желоб, образованный двумя плоскостями под углом примерно 90° друг к другу и примерно 225° к контактной поверхности 134, 134′, 144, 144′, 154, 154′, 158 и 158′, в которой он сформирован. На фиг.9B представлен вид поперечного сечения для другого варианта выполнения канала 142. Канал 142 может иметь поперечное сечение прямоугольной формы. В некоторых вариантах выполнения, на углах прямоугольных каналов 142 могут быть сделаны галтели, фаски или округления для создания перехода между поверхностями каналов 142 и между каналами 142 и контактными поверхностями 134, 134′, 144, 144′, 154, 154′, 158 и 158′, в которых они сформированы. Ширина w канала любой из описанных выше конфигураций в самой широкой части каналов 142 может составлять примерно от 0,5 мм до 6,0 мм. В частности, ширина w может составлять примерно от 2,0 до 5,0 мм. Аналогично, глубина d в любой из приведенных выше конфигураций каналов может составлять примерно от 0,5 до 4 мм. В частности, глубина d каналов 142 может составлять примерно от 1,0 до 3,0 мм. На фиг.9Г представлен вид в плане канала 142. Канал 142 может иметь неоднородную форму поперечного сечения, площадь поперечного сечения или одновременно и форму и площадь вместе. Например, канал 142 может иметь сужение между открытыми концами канала 142. В таких вариантах выполнения, неоднородность поперечного сечения канала 142 и соответствующее изменение площади поперечного сечения может создать градиент давления вдоль канала 142, что может привести к нагнетанию рабочей жидкости в требуемом направлении, усиливая поток и удаление частиц. Каналы 142 с любой из описанных выше конфигураций могут быть использованы в комбинации с любой из систем 128 или 128′ подшипника и их описанными ранее компонентами.

На практике, рабочая жидкость, например промывочная жидкость, может нагнетаться в систему 128 или 128′ подшипника и может протекать в каналах 142, сформированных в одном или всех подшипниках 121, 127, 127′, 169 и 171. При протекании рабочей жидкости через систему 128 или 128′ подшипника и, в частности, в каналах 142, тепло может передаваться от относительно более горячих подшипников 121, 127, 127′, 169 и 171 к относительно более холодной рабочей жидкости. Благодаря оттоку нагретой рабочей жидкости от систем 128 или 128′ подшипника, а значит, от одного или всех подшипников 121, 127, 127′, 169 и 171, может осуществляться охлаждение системы 128 или 128′ подшипника.

В любом из рассмотренных выше вариантов выполнения, контактные поверхности 134, 134′, 144, 144′, 154, 154′, 158 и 158′ могут содержать сверхтвердый материал, например, материал на основе поликристаллического алмаза, алмазную пленку или материал на основе кубического нитрида бора. Такой сверхтвердый материал может быть прикреплен к подложке из кермета, например, цементированного карбида вольфрама.

В то время как настоящее изобретение было представлено здесь конкретными вариантами выполнения, для специалистов должно быть понятно и очевидно, что только этими вариантами изобретение не ограничено. Напротив, в пределах области притязаний изобретения, определенной приложенной формулой, включая ее законные эквиваленты, могут быть сделаны многочисленные добавления, изъятия и модификации описанных здесь вариантов выполнения. Кроме того, признаки одного варианта выполнения могут быть скомбинированы с признаками другого варианта, оставаясь в пределах области притязаний изобретения, предусмотренной его автором.

Реферат

Группа изобретений относится к подшипникам для скважинного инструмента и к способам их охлаждения. Технический результат заключается в эффективном охлаждении подшипника и удалении частиц. Подшипник для скважинного инструмента включает первый элемент подшипника, содержащий наружную контактную поверхность, определяющую наружный диаметр, и второй элемент подшипника, содержащий внутреннюю контактную поверхность, определяющую внутренний диаметр, причем внутренний диаметр второго элемента подшипника больше наружного диаметра первого элемента подшипника, и внутренняя контактная поверхность второго элемента подшипника имеет скользящий контакт с наружной контактной поверхностью первого элемента подшипника на границе контакта. Первый элемент подшипника имеет канал, сформированный в наружной контактной поверхности первого элемента подшипника и содержащий выемку, образующую плоскую поверхность, нарушающую в остальном круговую форму поперечного сечения наружной контактной поверхности. Второй элемент подшипника имеет по меньшей мере другой канал, сформированный во внутренней контактной поверхности второго элемента подшипника. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 9 ил.

Формула