CN103221628A - 井下工具的轴承、结合有这种轴承的井下工具以及冷却这种轴承的方法 - Google Patents

Abstract

用于井下工具的轴承，包括第一轴承构件和第二轴承构件，第一和第二轴承构件中的至少一个具有形成其中的通道。冷却井下工具的轴承的方法包括使流体在形成于至少一个轴承构件中的通道内流动。使热量从至少一个轴承构件传递到所述流体。使流体流动离开所述至少一个轴承构件。

Description

井下工具的轴承、结合有这种轴承的井下工具以及冷却这种轴承的方法

优先权

本申请要求于2010年10月1日申请的名称是“BEARINGS FORDOWNHOLE TOOLS,DOWNHOLE TOOLS INCORPORATINGSUCH BEARINGS,AND METHODS OF COOLING SUCHBEARINGS”的美国临时申请序列号61/388,998的申请日的优先权。

技术领域

本发明的实施方式总体上涉及钻地工具的轴承系统以及冷却这种轴承系统的方法，更具体地涉及使用与钻井液直接接触来进行的井下工具元件的冷却。

背景技术

用于钻进地层的牙轮钻头通常具有安装在轴承销上的牙轮。当钻头转动时，这些牙轮在它们相应的轴承销上转动。形成在牙轮上的齿或者布置在牙轮上的凹槽中的插入件冲击并压碎地下地层材料以形成井孔。通常，轴承设置在牙轮与轴承销之间以承载在施加的轴向力（通常称作钻压）下使钻头转动时牙轮承受的力，同时使牙轮在轴承销上转动。在钻进期间存在的高的力在转动元件中形成摩擦并且产生热量，这可以导致轴承退化。轴承退化可以造成钻头故障，导致从井孔移除并更换钻头既耗时又昂贵。

用在牙轮钻头中的摩擦或轴颈轴承可以是密封的轴承或者敞开的轴承。密封的轴承系统通常包括用于将诸如轴承油脂之类的润滑剂供应到牙轮与轴承销之间的轴承表面的润滑剂贮存器。可以使用压力补偿器来使润滑剂压力与井孔内的流体压力平衡。相反敞开的轴承系统没有密封件或者轴承油脂。敞开的轴承系统可以使用诸如钻进泥浆之类的钻井液来冷却并润滑轴承。

发明内容

在一些实施方式中，用于井下工具的轴承包括第一轴承构件，该第一轴承构件包括限定外径的外接触表面。第二轴承构件包括限定内径的内接触表面，第二轴承构件的内径大于第一轴承构件的外径，第二轴承构件的内接触表面与第一轴承构件的外接触表面在一交界部滑动接触。第一和第二轴承构件的至少其中一个包括形成在第一和第二轴承构件的所述至少其中一个的一部分中的至少一个通道。

在另外的实施方式中，用于井下工具的轴承包括第一轴承构件，该第一轴承构件包括下接触表面。第二轴承构件包括上接触表面，其中第一轴承构件在下接触表面与上接触表面之间的交界部抵靠第二轴承构件，第一和第二轴承构件构造成相对于彼此可滑动地转动。第一和第二轴承构件的至少其中一个包括横跨第一和第二轴承构件的至少其中一个延伸并构造成提供流体通路的至少一个通道。

在另外的实施方式中，用于井下工具的轴承包括第一轴承构件，该第一轴承构件包括基本圆柱形部分和连接到所述基本圆柱形部分并且在该圆柱形部分的端部处径向向外延伸的基本环形部分。所述基本圆柱形部分包括限定第一轴承构件的中间外径的外接触表面，所述基本环形部分包括基本是环形的下接触表面，该下接触表面与外接触表面相交，并且下接触表面和外接触表面形成基本连续的表面。第二轴承构件包括基本圆柱形部分和连接到所述基本圆柱形部分并且在该圆柱形部分的端部处径向向外延伸的基本环形部分。该基本圆柱形部分包括限定第二轴承构件的内径的内接触表面，所述基本环形部分包括基本是环形的上接触表面，该上接触表面与内接触表面相交，并且上接触表面与内接触表面形成基本连续的表面，该基本连续的表面抵靠由第一轴承构件的下接触表面和外接触表面形成的基本连续的表面。在第一轴承构件或第二轴承构件中形成至少一个通道。

在另外的实施方式中，冷却井下工具的轴承的方法包括使流体在形成于至少一个轴承构件中的通道内流动。将热量从所述至少一个轴承构件传递到所述流体。使该流体流动远离所述至少一个轴承构件。

附图说明

虽然本说明书是利用与本发明的实施方式相关的特别指出并明确声明的权利要求总结的，但是当结合附图阅读如下的描述时可以从中更容易地确定所披露的实施方式的各种特征和优点，其中：

图1是包括轴承系统的牙轮钻头的透视图；

图2是示出了轴承系统的一个实施方式的类似于图1的牙轮钻头的另一个牙轮钻头的局部切掉透视图；

图3A是图2的轴承系统的放大横截面视图；

图3B是轴承系统的另一个实施方式的放大横截面视图；

图4A到4Q是轴颈轴承构件的实施方式的透视图；

图5A到5I是锥形轴承构件的实施方式的透视图；

图6A到6H是推力轴承构件的实施方式的透视图；

图7A和7B是混合式推力和径向轴承构件的实施方式的透视图；

图8是井下马达中使用的轴承系统的另一个实施方式的横截面视图；以及

图9A到9D是可以形成在轴承构件中的通道的横截面和平面视图。

具体实施方式

这里呈现的图示并不意味着是任何具体材料或装置的实际视图，而仅是用于描述所披露的实施方式的理想化表示。因此，这些图不必要是按比例的并且为了清楚相关的尺寸可能已经被夸大。此外，图之间共有的元件可以保留相同或相似的附图标记。

本发明的实施方式包括轴承系统，该轴承系统具有形成其中的通道以提供流体通路。在一些实施方式中，牙轮钻头可以包括轴承系统，该轴承系统具有形成其中的通道。在另外的实施方式中，冷却轴承系统的方法包括使用轴承构件的通道使流体流过轴承构件。

尽管本发明的一些实施方式是正如在牙轮钻头中使用并利用的情形图示的，但是本领域普通技术人员将会理解的是本发明可以用在任何需要使用轴承的钻地工具中。因此，正如这里使用的术语“牙轮钻头”、“钻地钻头”和“钻地工具”意思是指并包括使用相对于另一个元件可转动的元件（其中所述元件安装到所述另一个元件）的任何种类的钻头或工具，并且在地下地层中形成或扩大井孔期间用于钻进，其包括例如正如本领域中公知的牙轮钻头、取心钻头、偏心钻头、双心钻头、扩孔器、研磨器、利用固定和可转动切削结构的混合式钻头以及利用可转动元件的其他钻头和工具。

此外，本发明的实施方式可以用在不直接接合、剪切、切割或压碎地下地层的井下工具中，但是仍然包括相对于另一个元件可转动的元件，其中该元件安装到所述另一个元件。因此，正如这里使用的术语“井下工具”意思是包括利用相对于另一元件可转动的元件的任何类型的井下工具，其中所述元件安装到所述另一个元件，而与井下工具是否直接接合、剪切、切割或压碎地下地层无关，例如正如本领域中公知的Moinean式“泥浆”马达、涡轮马达、水下泵、牙轮钻头、取心钻头、偏心钻头、双心钻头、扩孔器、研磨器、利用固定和可转动切削结构的混合式钻头以及利用可转动元件的其他钻头和工具。

正如这里使用的术语“钻井液”意思是指并包括用于在钻进期间清除地层切屑的任何类型的流体。例如，钻井液可以是气体、液体或者气相和液相的组合，比如压缩空气、水或聚合物。钻井液尤其非限制性地包括载满固体的液体，包括水基泥浆、油基泥浆和合成物基泥浆。术语“钻井液”还包括上面所述的任意组合。

正如这里使用的术语“工作流体”意思是指并包括位于两个轴承构件之间的交界部的任何流体，其可以用于在一个或两个轴承构件相对于另一个轴承构件转动期间润滑和冷却轴承构件。工作流体非限制性地包括用在密封的轴承系统中的传统的润滑剂以及钻进泥浆和可以进入敞开的轴承系统的交界部的其他井孔流体。

图1是包括根据一个实施方式的轴承系统128（见图2和3）的钻地旋转钻头100的透视图。作为牙轮钻头示出的该钻头100包括钻头本体102，钻头本体102具有自该本体102悬垂的三个巴掌104。牙轮106可转动地安装到每个巴掌104上的轴承销116（见图2和3）。每个牙轮106可以包括多个齿108，其如图所示可以在其制造期间形成在牙轮106上，并且通常称做“研磨齿”钻头。该钻头100在其上端处包括用于连接钻柱（未示出）的螺纹部分110。

图2是与图1的钻头100类似的钻地旋转钻头100′的部分切掉透视图。该钻头100′具有穿过钻头本体102延伸的内部压力室112和从所述压力室112延伸到轴承系统128的流体通路114。所述轴承系统128包括主轴承121和副轴承127。在钻进期间，可以将钻井液沿着钻柱的中心泵送，通过压力室112和流体通路114，到达轴承系统128。钻头100′还包括自本体102悬垂的巴掌104。牙轮105可转动地安装到轴承销116上，尽管为了清楚起见示出了一个没有牙轮106的轴承销116。轴承销116包括所述轴承系统128，其在下文中将更全面地描述。正如在图2中示出的，钻头100′利用预成型插入件108′，该预成型插入件108′通常由碳化钨硬质合金构成并且在其远端上可以具有聚晶超硬磨料涂层（未示出）或者可以包括设置在碳化钨颗粒之间的超硬磨料颗粒以及金属基体——在本领域中公知为孕镶插入件。

图3A是图2的轴承系统128的放大横截面视图。该轴承系统128包括滚珠118、球塞或保持器120、包括主锥形轴承构件122和主轴颈轴承构件124的主轴承121以及包括副锥形轴承构件123和副轴颈轴承构件125的副轴承127。该主轴承121构造成承载径向载荷，而该副轴承127构造成分别承载径向载荷和轴向载荷。

在轴承系统组装期间，使包括主锥形轴承构件122和副锥形轴承构件123的牙轮106与包括主轴颈轴承构件124和副轴颈轴承构件125的轴承销116相邻并且布置在其上方，使得轴承销116插入牙轮106中。主锥形轴承构件122布置在主轴颈轴承构件124上并且至少基本将其围绕，使得主锥形轴承122的内接触表面在第一交界部126处抵靠主轴颈轴承构件124的外接触表面。换言之，主轴颈轴承构件124同心地嵌套在主锥形轴承构件122内，使得主轴颈轴承构件124的外接触表面邻接主锥形轴承构件122的内接触表面。主锥形轴承构件122和主轴颈轴承构件124构造成当牙轮106围绕轴承销116转动时相对于彼此可滑动地转动。

副锥形轴承构件123在第二交界部129处抵靠副轴颈轴承构件125。与主轴承121类似，其中一个副锥形轴承构件123被容纳在其中一个副轴颈轴承构件125上，副轴颈轴承构件125的外接触表面抵靠副锥形轴承构件的内接触表面。因此，其中一个副轴承127可以构造成以与主轴承121相似的方式承载径向载荷。另一个副轴承127可以包括另一个副锥形轴承构件123，该另一个副锥形轴承构件123具有抵靠另一个副轴颈轴承构件125的下接触表面的上接触表面。因此，另一个副轴承127可以构造成承载轴向载荷。副锥形轴承构件123构造成当牙轮106围绕轴承销116转动时抵靠着副轴颈轴承构件125可滑动地转动。

参见图3B，示出了轴承系统128′的另一个实施方式的放大横截面视图。该轴承系统128′可以包括构造成承载径向和轴向载荷的单个副轴承127′，而不是图3A中示出的分开的副轴承127。

回到图3A，滚珠118插入容纳滚珠座圈中并且插入球塞120以将滚珠118保持在滚珠座圈中。所述球塞可以使用例如熔接或硬钎焊紧固就位。当钻头100′（见图2）转动时，牙轮106围绕轴承销116转动，在图3A中作为容纳在牙轮106表面凹槽中的分散切削元件示出的插入件108′冲击并压碎下面的地层。

当牙轮106冲击下面的地层时作用在轴承系统128上的力产生热量且热量累积，这可以使轴承系统128退化并且造成牙轮106的咬粘，最终造成钻头100′故障。当钻头转动时，沿着钻柱的中心通过流体通路114泵送钻井液到达轴承系统128，以在钻井液流过轴承系统时润滑并冷却该轴承系统128。为了便于分别在主锥形轴承构件122和副锥形轴承构件123与主轴颈轴承构件124和副轴颈轴承构件125之间的交界部126和129处的润滑，并且辅助热量移除，在主锥形轴承构件122、副锥形轴承构件123、主轴颈轴承构件124、副轴颈轴承构件125或者这些的任意组合中可以设置至少一个通道。

图4A到4Q示出了主轴颈轴承构件124的各个实施方式。例如，图4示出了主轴颈轴承构件124的一个实施方式。该主轴颈轴承构件124可以包括第一侧表面130和与第一侧表面130相对的第二侧表面132。尽管第一侧表面130和相对的第二侧表面132作为基本是平行的平面示出，但是相对的侧表面130和132可以具有任何形状或结构，比如非平行和平面的、弧形的或者其他结构。相对的侧表面130和132限定了主轴颈轴承构件124的至少基本环形的横截面。外接触表面134限定了主轴颈轴承构件124的外径138，内表面136限定了主轴颈轴承构件124的内径140。外接触表面134和内表面136与相对的侧表面130和132相交并且至少基本垂直于相对的侧表面130和132，使得主轴颈轴承构件124具有如图所示的基本圆柱形的形状。

在一些实施方式中，通道142可以形成在主轴颈轴承构件124的外接触表面134中，以在主轴颈轴承构件124的相对的侧表面130和132之间提供流体路径。通道142可以包括直线形凹槽，直线形凹槽至少基本平行于主轴颈轴承构件124的中心轴线延伸并且可以以基本均匀的圆周样式分布在外接触表面134周围。当泵送钻井液通过轴承系统128时，通道142可以实现主轴颈轴承构件124以及与其邻接的其他元件的改进的冷却，并且可以通过提供钻井液从一个相对侧表面130流到另一个相对侧表面132的通路而可以对主轴颈轴承构件124的外接触表面134提供额外的润滑。

如图4B中所示，形成在主轴颈轴承构件124中的通道142可以以非均匀的圆周样式分布在外接触表面134周围。例如，图4B中示出的主轴颈轴承构件124上的底部两个通道142之间的角距离大于任何其他两个相邻通道之间的角距离。通过增加相邻通道142之间的角距离，主轴颈轴承构件124和主锥形轴承构件122（见图3A和3B）的表面之间的接触面积也增加。此外，图4B中示出的通道142的总数相对于图4A中示出的通道142的数量减少了，这是因为相邻通道之间的角距离增加了。因此，本领域普通技术人员将会理解的是可以在主轴颈轴承构件124的外接触表面134上定位任何数量的通道142，并且那些通道142可以以均匀或非均匀的样式围绕主轴颈轴承构件124间隔开。

如图4C中所示，形成在主轴颈轴承构件124中的通道142可以包括在不平行于主轴颈轴承构件124的中心轴线的方向上延伸的凹槽。例如，图4C中示出的形成在主轴颈轴承构件142中的通道142包括在主轴颈轴承构件124的外接触表面134上螺旋延伸的凹槽。当所述通道142包括螺旋延伸的凹槽时，主锥形轴承构件122（见图3A和3B）与主轴颈轴承构件124之间的接触面积可能不像当所述通道142包括在平行于主轴颈轴承构件124的中心轴线的方向上延伸的凹槽时主锥形轴承构件122（见图3A和3B）与主轴颈轴承构件124之间的接触面积那样大。然而，在所述通道142包括螺旋延伸的凹槽的情况下，当主锥形轴承构件122（见图3A和3B）围绕主轴颈轴承构件124可滑动地转动时，二者之间的接触面积可以保持至少基本恒定或者连续，这是由于在其中包括螺旋延伸的凹槽的通道142形成在主轴颈轴承构件124和主锥形轴承构件122的每个中（见图5C和5D）的实施方式中，相对通道142的圆周方向上的重叠而导致的。相反，在所述通道142包括在平行于主轴颈轴承构件124的中心轴线的方向上延伸的凹槽的情况下，当主锥形轴承构件122（见图3A和3B）围绕主轴颈轴承构件124转动时，主锥形轴承构件122（见图3A和3B）与主轴颈轴承构件124之间的接触面积可以间歇地变化，这是由于在其中包括螺旋延伸的凹槽的通道142形成在主轴颈轴承构件124和主锥形轴承构件122中的每个中（见图5A）的实施方式中，相对通道142的间歇重叠而导致的。此外，相比于包括在平行于中心轴线的方向上延伸的凹槽的通道142，包括螺旋延伸的凹槽的通道142可以使工作流体花更长的时间在主轴颈轴承构件124的相对的侧表面130与132之间行进，能够使包括螺旋延伸的凹槽的通道142更有效地散热。

如图4D中所示，在主轴颈轴承构件124的外接触表面134中包括螺旋延伸的凹槽的通道142的螺旋角可以相对于图4C中示出的通道142的螺旋角增大。此外，可以在主轴颈轴承构件124的外接触表面134中形成任何数量的通道142。当通道142的螺旋角增大时，主轴颈轴承构件124与主锥形轴承构件122（见图3A和3B）之间的连续的接触面积可以增大，还可以增加工作流体从主轴承121散热的效力。因此，本领域普通技术人员将会理解的是，可以在主轴颈轴承构件124中形成任何数量的通道142，并且螺旋延伸的通道142的螺旋角可以包括任意螺旋角。

参见图4E，示出了主轴颈轴承构件124的另一个实施方式。在一些实施方式中，形成在主轴颈轴承构件124中的通道142可以在主轴颈轴承构件124的相对的侧表面130与132之间不提供流体连通。这些实施方式中的通道142例如可以包括在圆周方向延伸的凹槽，其可以在主轴颈轴承构件124的外接触表面中形成封闭的流动路径。作为一个具体的非限制性的示例，所述通道142可以包括环形凹槽，该环形凹槽围绕主轴颈轴承构件124的圆周限定了圆形流动路径并且自主轴颈轴承构件124的外接触表面134径向向内延伸，如图4E中所示。作为另一个具体的非限制性示例，所述通道142可以在主轴颈轴承构件124的外圆周周围限定非环形的（例如曲折的、正弦的或者其他曲线）封闭流动路径并且自主轴颈轴承构件124的外接触表面134径向向内延伸。在一些实施方式中，单个通道142可以围绕外接触表面134在圆周方向上延伸以限定封闭的流动路径。在其他实施方式中，多个通道142可以围绕外接触表面134在圆周方向上延伸以限定封闭的流动路径。例如，两个通道142可以围绕主轴颈轴承构件124的外接触表面134的圆周彼此平行地延伸，如图4E中所示。在其他实施方式中，多于两个的通道142（例如三个、四个、五个等等）可以在主轴颈轴承构件124的外接触表面134的圆周周围延伸，如图4E中所示。在其中至少一个通道142在主轴颈轴承构件124的外接触表面134周围限定封闭的流动路径的实施方式中，所述通道或者这些通道142通过起到局部贮存器的作用而可以增加主轴承121（见图3A和图3B）的第一交界部126处的润滑，工作流体可以收集在所述局部贮存器中，并且工作流体可以从所述局部贮存器流入主轴颈轴承构件124与主锥形轴承构件122（见图3A和3B）之间的交界部126中。

此外，在主轴颈轴承构件124的外接触表面134周围限定封闭流动路径的通道142尤其可能形成间隙，工作流体可以通过该间隙在主轴颈轴承构件124与主锥形轴承构件122（见图3A和3B）之间流动，使主锥形轴承构件122（见图3A和3B）在主轴颈轴承构件124周围晃动或浮动。例如，主轴颈轴承构件124与主锥形轴承构件122之间的距离可以在大约0.01mm与大约0.40mm之间。更具体地，当主锥形轴承构件122围绕主轴颈轴承构件124转动时，主轴颈轴承构件124与主锥形轴承构件122之间的距离可以在大约0.15mm与0.25mm之间。本质上，主锥形与轴颈轴承构件122与124之间的距离可能不是恒定的，这是因为主锥形与轴颈轴承构件122与124之间的相对运动而导致的——例如响应于工作流体压力的改变、要由工作流体移除的研磨颗粒的存在、作用在主锥形和轴颈轴承构件122和124上的力以及可以造成主锥形和轴颈轴承构件122和124推挤或者以其他方式相对于彼此运动的其他因素。

参见图4F，示出了主轴颈轴承构件124的另一个实施方式。形成在主轴颈轴承构件124中的通道142可以包括在不平行于主轴颈轴承构件124的中心轴线的不同方向上延伸的凹槽。例如，图4F中示出的形成在主轴颈轴承构件124中的通道142包括第一多个通道142′和第二多个通道142″，所述第一多个通道142′包括在第一方向上在主轴颈轴承构件124的外接触表面134上延伸的螺旋凹槽，所述第二多个通道142″包括在第二、交叉方向上在主轴颈轴承构件124的外接触表面上134延伸的螺旋凹槽。因此，这些通道142可以在主轴颈轴承构件124的外接触表面134中形成交叉阴影线图样。

如图4G中所示，通道142可以形成在主轴颈轴承构件124的外接触表面134中，其包括单个凹口，其还可以具有平坦的特征。当通道142包括单个凹口时，根据凹口的圆周方向上的长度，主轴颈轴承构件124与主锥形轴承构件122之间的接触面积相对于其他通道结构可能增加。此外，包括凹口的通道142的相对大的尺寸可以使钻井液中存在的固体和岩屑能够更容易地通过该通道142，这可以减小流体流滞流的可能性。因此，本领域普通技术人员将会意识到的是所述通道142可以包括任何数量的通道142并且可以包括具有任何所需尺寸、深度或横截面形状的更大的凹口或更小的凹槽。

如图4H中所示，通道142可以不形成在主轴颈轴承构件124的外接触表面134中，而是可以位于主轴颈轴承构件124的外接触表面134与内表面136之间的壁内并且在相对的侧表面130与132之间延伸且延伸到侧表面上的开口处。尽管内部延伸的通道142不能对外接触表面134提供额外的润滑，但是它们仍然可以对轴承系统128（见图3A和3B）提供有益的冷却。因此，本领域普通技术人员将会理解的是通道142可以形成在主轴颈轴承构件124的外接触表面134中或者可以形成在主轴颈轴承构件124的壁中。

参见图4I，示出了主轴颈轴承构件124的另一个实施方式的透视图。主轴颈轴承构件124可以包括形成在主轴颈轴承构件124的外接触表面134中的单个通道142。该通道142可以包括在主轴颈轴承构件124的外接触表面134的圆周周围限定正弦路径的凹槽。当与环形通道142（见图4E）相比时这种结构可以增加轴承的冷却，因为主轴颈轴承构件124周围流动路径的增加的长度可以提供更大的工作流体贮存器以冷却轴承。

参见图4J，示出了主轴颈轴承构件124的另一个实施方式的透视图。主轴颈轴承构件124可以包括多个通道142，它们与主锥形轴承构件122（见图3A和3B）的转动轴线基本不对准并且在相对的侧表面130与132之间延伸。例如，所述通道142可以限定弯曲路径，比如“S”形路径或者至少基本类似于三次函数图形的弯曲路径。该弯曲的通道142相对于轴向对准的通道142（图4A）可以提供增加的冷却，这是由于工作流体更长的流动路径而导致的，这可以增加来自于轴承的热量可以传递给工作流体的时间。相邻的通道142可以在相反的方向上弯曲使得至少一些相邻的通道142与至少一些其他相邻的通道142在相对侧表面130与132之间的外接触表面134上的点处相交，比如限定图4J中示出的“X”形的结构。

参见图4K，示出了主轴颈轴承构件124的另一个实施方式的透视图。主轴颈轴承构件124可以包括多个通道142，它们与主锥形轴承构件122（见图3A和3B）的转动轴线基本不对准并且在相对的侧表面130与132之间延伸。例如，所述通道142可以限定弯曲路径，比如“S”形路径或者至少基本类似于三次函数图形的弯曲路径。相邻的通道142可以在相反的方向上弯曲并且可以间隔，使得相邻的通道在相对的侧表面130与132之间的外接触表面134上的点和临近相对的侧表面130和132的外接触表面134上的点处相交。换言之，这些通道142可以在相对的侧表面130与132之间且围绕主轴颈轴承构件124的外接触表面134的圆周限定连续的流动路径。

参见图4L，示出了主轴颈轴承构件124的另一个实施方式的透视图。主轴颈轴承构件124可以包括多个通道142，它们聚集在外接触表面134的一个区域内而不是围绕外接触表面134的整个圆周均匀地分布。例如，这些通道142可以定位在与最可能承受载荷的区域偏离的区域内。更具体地，这些通道可以远离外接触表面134的最可能被施加并承受载荷的区域至少10°定位。因此，相对于其中通道均匀地分布在主轴颈轴承构件124的圆周周围的一些实施方式（例如见图4A到4D），可以增加外接触表面134的载荷承载面积，外接触表面134的最可能承受载荷的区域可以没有形成在外接触表面134中的通道。此外，这些通道142可以具有非恒定的宽度。例如，通道142的宽度可以从第一侧表面130到第二侧表面132增加。这样，可以在主轴颈轴承构件124的相对的侧表面130与132之间形成压力梯度。

参见图4M，示出了主轴颈轴承构件124的另一个实施方式的透视图。主轴颈轴承构件124可以包括在主轴颈轴承构件124的相对的侧表面130与132之间提供连续的曲折的流动路径的通道142。例如，通道142可以开始从第一侧表面130向第二侧表面132轴向延伸，可以转向以围绕外接触表面134小于整个圆周径向延伸，然后可以再次转向以朝向第二侧表面132轴向延伸，然后再转向以围绕外接触表面134小于整个圆周径向延伸，最后转向以轴向延伸到第二侧表面132。在相对的侧表面130与132之间增加的流动路径的长度可以增加工作流体可以向轴承提供的冷却，这是由于工作流体更长时间地接触轴承而导致的。

参见图4N和4O，示出了主轴颈轴承构件124的另一个实施方式的前面和后面的透视图。主轴颈轴承构件124可以包括在主轴颈轴承构件124的相对的侧表面130与132之间以及主轴颈轴承构件124的外接触表面134的圆周周围提供连续的曲折的流动路径的通道142。例如，该通道142开始可以从第一侧表面130向第二侧表面132轴向延伸，如图4N中所示。该通道142可以转向以围绕外接触表面134整个圆周径向延伸，如图4N和4O中所示。该通道142可以再次转向以朝向第二侧表面132轴向延伸，如图4O中所示。该通道142可以再次转向以围绕外接触表面134整个圆周径向延伸，如图4N和4O中所示。该通道142最后可以转向以轴向延伸到第二侧表面132，如图4N中所示。相对的侧表面130与132之间增加的流动路径的长度可以增加工作流体可以向轴承提供的冷却，这是由于工作流体更长时间地接触轴承而导致的。

参见图4P，示出了主轴颈轴承构件124的另一个实施方式的透视图。主轴颈轴承构件124可以包括多个通道142，它们围绕外接触表面134在圆周方向上延伸。这些通道142可以在使得通道142的中心轴线相对于主轴颈轴承构件124的中心轴线倾斜的方向上延伸。例如，这些通道可以围绕外接触表面134的圆周延伸并且可以在主轴颈轴承构件124的相对侧上彼此相交，如图4P中所示。

参见图4Q，示出了主轴颈轴承构件124的另一个实施方式的透视图。除了形成在外接触表面134中的通道142之外，通道142可以形成在内表面136中。例如，在平行于主轴颈轴承构件124的中心轴线的方向上延伸的通道142可以在主轴颈轴承构件124的相对的侧表面130与132之间、在内表面136上延伸，如图4Q中所示。在其他实施方式中，呈之前结合图4A到4P描述的构造中的任何构造的通道142可以形成在内表面136中。在其他实施方式中，通道142可以形成在主轴颈轴承构件124的内表面136中，但是外接触表面134可以没有通道142。在其他实施方式中，通道142可以形成在可以连接主轴颈轴承构件124的轴承销116（见图3A和3B）的轴中。形成在主轴颈轴承构件124的内表面136中或者轴承销116（见图3A和3B）中的通道142可以对轴承和临近轴承的钻头的其他元件提供有益的冷却。

图5A到5I示出了根据本发明的主锥形轴承构件122的各个实施方式。图10示出了具有通道142的主锥形轴承构件122，所述通道142包括形成在主锥形轴承构件122的内接触表面144中的直线形凹槽。主锥形轴承构件122包括由外表面150限定的基本是圆柱形的形状，并且包括限定主锥形轴承构件122内径的内接触表面144。所述通道142在至少基本平行于主锥形轴承构件122的中心轴线的方向上延伸，与图4A和4N中示出的通道142类似。可以在主锥形轴承构件122的内接触表面144上定位任何数量的通道142，并且这些通道142可以以均匀或非均匀的样式围绕主锥形轴承构件122的内接触表面144间隔开。

如图5B中所示，通道142可以不形成在主锥形轴承构件122的内接触表面144中，而是可以位于主锥形轴承构件122的内接触表面144与外表面150之间的壁内并且在主锥形轴承构件122的相对侧146和148上的开口之间延伸，与图4H中示出的通道142类似。

如图5C和5D中所示，形成在主锥形轴承构件122的内接触表面144中的通道142可以在不平行于主锥形轴承构件122的中心轴线的方向上延伸，与图4C和4D中示出的通道142类似。可以在径向锥形轴承构件142的内接触表面144中形成任何数量的通道142，并且这些通道142可以以所需的螺旋角螺旋地延伸。此外，包括螺旋形状的通道142可以构造成起到泵的作用以便于流体流过轴承系统128（见图3A和3B）。

参见图5E，示出了主锥形轴承构件122的另一个实施方式。在一些实施方式中，形成在主锥形轴承构件122中的通道142可以不提供主锥形轴承构件122的相对的侧表面146与148之间的流体连通。这些实施方式中的通道142例如可以包括在圆周方向上延伸的凹槽，其可以在主锥形轴承构件122的内接触表面144中形成封闭的流动路径，与图4E中示出的通道类似。作为具体的非限制性的示例，通道142可以包括环形凹槽，该环形凹槽在主锥形轴承构件122的圆周周围限定了圆形流动路径并且自主锥形轴承构件122的内接触表面144径向向外延伸，如图5E中所示。作为另一个具体的非限制性示例，所述通道142可以围绕主锥形轴承构件122的内圆周限定非环形的（例如曲折的、正弦的或者其他曲线状的）封闭流动路径并且自主锥形轴承构件122的内接触表面144径向向外延伸。在一些实施方式中，单个通道142可以在圆周方向上围绕内接触表面144延伸以限定封闭的流动路径。在其他实施方式中，多个通道142可以在圆周方向上围绕外内接触表面144延伸以限定封闭的流动路径。在其中至少一个通道142围绕主锥形轴承构件122的内接触表面144限定封闭的流动路径的实施方式中，所述通道或者这些通道142通过起到局部贮存器的作用可以增加主轴承121（见图3A和图3B）的第一交界部126处的润滑，工作流体可以收集在所述局部贮存器中，并且工作流体可以从所述局部贮存器流入主轴颈轴承构件124（见图3A和3B）与主锥形轴承构件122之间的交界部126中。

此外，在主锥形轴承构件122的内接触表面144周围限定封闭流动路径的通道142尤其可能形成间隙，工作流体可以通过该间隙在主轴颈轴承构件124（见图3A和3B）与主锥形轴承构件122之间流动，使主锥形轴承构件122在主轴颈轴承构件124周围晃动或浮动。例如，主轴颈轴承构件124（见图3A和3B）与主锥形轴承构件122之间的距离可以在大约0.01mm与大约0.40mm之间。更具体地，当主锥形轴承构件122围绕主轴颈轴承构件124转动时，主轴颈轴承构件124（见图3A和3B）与主锥形轴承构件122之间的距离可以在大约0.15mm与0.25mm之间。从本质上讲，主锥形与轴颈轴承构件122与124之间的距离可能不是恒定的，这是因为主锥形与轴颈轴承构件122与124之间的相对运动而导致的——例如响应于工作流体压力的改变、要由工作流体移除的研磨颗粒的存在、作用在主锥形和轴颈轴承构件122和124上的力以及可以造成主锥形和轴颈轴承构件122和124推挤或者以其他方式相对于彼此运动的其他因素。

参见图5F，示出了主锥形轴承构件122的另一个实施方式。形成在主锥形轴承构件122中的通道142可以包括在不平行于主锥形轴承构件122的中心轴线的不同方向上延伸的凹槽。例如，图5F中示出的形成在主锥形轴承构件122中的通道142包括第一多个通道142′和第二多个通道142″，所述第一多个通道142′包括在第一方向上在主锥形轴承构件122的内接触表面144上延伸的螺旋凹槽，所述第二多个通道142″包括在第二、交叉方向上在主锥形轴承构件122的内接触表面144上延伸的螺旋凹槽，类似于图4F中示出的通道。因此，这些通道142可以在主锥形轴承构件122的内接触表面144中形成交叉阴影线图样。

如图5G中所示，示出了主锥形轴承构件122的另一个实施方式。除了形成在内接触表面144中的通道142之外，通道142可以形成在外表面150中。例如，在平行于主锥形轴承构件122的中心轴线的方向上延伸的通道142可以在主锥形轴承构件122的相对的侧表面146与148之间、在外表面150上延伸，如图5G中所示。在其他实施方式中，之前结合图4A到4Q描述的任意构造的通道142可以形成在外表面150中。在其他实施方式中，通道142可以形成在主锥形轴承构件122的外表面150中，但是内接触表面144可以没有通道142。在其他实施方式中，通道142可以形成在牙轮106本体中（见图3A和3B）或者可以形成在连接主锥形轴承构件122的衬套（未示出）的本体中。形成在主锥形轴承构件122的外表面150中、牙轮106中（见图3A和3B）或者衬套（未示出）中的通道142可以对轴承和临近轴承的钻头的其他元件提供有益的冷却。

参见图5H，示出了主锥形轴承构件122的另一个实施方式。主锥形轴承构件122可以构造成形成对抗通过形成在主锥形轴承构件122的内接触表面144中的通道142的工作流体流动的压力。例如，主锥形轴承构件122可以构造成在逆时针方向上围绕主轴颈轴承构件124（见图4A到4Q）转动，正如由围绕主锥形轴承构件122的箭头标示出的。在这种取向上，第一侧表面146可以面向钻头本体102（见图1和2），第二侧表面148可以面对下面的地层（未示出）。主锥形轴承构件122的逆时针转动可以将工作流体从第二侧表面148抽入螺旋延伸的通道142中，这是由于通道142的倾斜取向而导致的。当将额外的流体从第二侧表面148抽入通道142中时，工作流体可以形成通过通道142被导向至第一侧表面146的压力，正如由沿着图5H中的其中一个通道142延伸的箭头标示出的。这种效应可以抵抗工作流体的可以从第一侧表面146向下被引导到第二侧表面148的自然流动。因此，主锥形轴承构件122的转动方向以及通道142的螺旋取向可以抵抗工作流体通过通道142的流动。

参见图5I，示出了主锥形轴承构件122的另一个实施方式。主锥形轴承构件122可以构造成形成有助于工作流体通过形成在主锥形轴承构件122的内接触表面144中的通道142流动的压力。例如，主锥形轴承构件122可以构造成在顺时针方向上围绕主轴颈轴承构件（见图3A和3B）转动，正如由围绕主锥形轴承构件122的箭头标示出的。在这种取向上，第一侧表面146可以面向钻头本体102（见图1和2），第二侧表面148可以面对下面的地层（未示出）。主锥形轴承构件122的逆时针转动可以将工作流体从第一侧表面146抽入螺旋延伸的通道142中，这是由于通道142的倾斜取向而导致的。当将额外的流体从第一侧表面146抽入通道142中时，工作流体可以形成通过通道142被导向至第二侧表面148的压力，正如由沿着图5I中的其中一个通道142延伸的箭头标示出的。这种效应可以使锥形轴承构件122在工作流体的可以从第一侧表面146向下被导向至第二侧表面148的自然流动方向上起到泵的作用。因此，主锥形轴承构件122的转动方向以及通道142的螺旋取向可以有助于工作流体通过通道142的流动。

在其他实施方式中，主锥形轴承构件122可以包括之前结合图4I到4Q中示出的主轴颈轴承构件124描述的任意构造的通道142。换言之，图4I到4Q中描述的通道142结构可以从主轴颈轴承构件124的外接触表面134伸到主锥形轴承构件122的内接触表面144上。尽管主锥形轴承构件122可以包括呈这些结构的通道142，但是并不需要那些主锥形轴承构件122与具有类似通道142结构的主轴颈轴承构件124一起使用。

当结合到轴承系统中时，主轴颈轴承构件124、主锥形轴承构件122或者它们二者可以包括至少一个通道142。此外，可以使用通道142结构的任意组合。例如，主轴颈轴承构件124可以包括形成为在主轴颈轴承构件124的外接触表面134中的单个凹口的通道142，主锥形轴承构件122可以包括形成在主锥形轴承构件122内部中的多个通道142，它们在主锥形轴承构件122的相对的侧表面146和148处的开口之间延伸，且在基本平行于主锥形轴承构件122的中心轴线的方向上延伸。可以使用通道142结构的任意组合，使得至少一个主轴承构件122，124或者122和124包括至少一个通道142。此外，通道142可以构造成将主轴颈轴承构件124和主锥形轴承构件122内的应力减到最小，同时使热移除效率最大化。

流过轴承系统128（见图3A和3B）的加压工作流体可以形成并填充主轴颈轴承构件124与主锥形轴承构件122（见图3A和3B）之间的至少基本均匀的间隙，使主锥形轴承构件122（见图3A和3B）在主轴颈轴承构件124周围晃动或浮动。例如，主轴颈轴承构件124与主锥形轴承构件122之间的距离可以在大约0.01mm与大约0.40mm之间。更具体地，当主锥形轴承构件122围绕主轴颈轴承构件124转动时，主轴颈轴承构件124与主锥形轴承构件122之间的距离可以在大约0.15mm与0.25mm之间。当工作流体在相对的侧表面130与132之间流动时，工作流体可以移除研磨颗粒，否则这些研磨颗粒可能保留在主轴颈轴承构件124与主锥形轴承构件122（见图3A和3B）之间，其可以侵蚀、破坏或者甚至造成主轴颈轴承构件124、主锥形轴承构件122（见图3A和3B）或者主轴颈轴承构件124和主锥形轴承构件122（见图3A和3B）二者的故障。因此，相比于没有通道的主轴承，通道142可以减小主轴承121的磨损速率。

类似于参照图4A到5E描述的主轴颈轴承构件124和主锥形轴承构件122，副轴颈轴承构件125和副锥形轴承构件123可以包括分别具有外接触表面和内接触表面的环形构件，并且可以构造成承载作用在组装好的轴承系统128（见图3A和3B）上的径向载荷。副轴颈轴承构件125、副锥形轴承构件123、或者副轴颈轴承构件125和副锥形轴承构件123二者可以包括形成其中的至少一个通道142，例如结合图4A到5E描述的任意通道142结构。因此，构造成承载径向载荷的副轴承127可以以与承载径向载荷的主轴承121类似的方式构造。在轴承系统128包括构造成承载径向载荷的至少一个主轴承121和至少一个副轴承127的情况下，在一些实施方式中主轴承121可以具有与副轴承127相同的通道142结构。在其他实施方式中，主轴承121可以具有与副轴承127不同的通道142结构。

类似于构造成承载径向载荷的主轴承121和副轴承127，构造成承载轴向载荷的副轴承127（有时称作推力轴承）可以包括至少一个通道142。例如，副锥形轴承构件123和副轴颈轴承构件125中的至少一个可以包括形成其中的至少一个通道142。例如，图6A示出了构造成用在推力轴承中的副锥形轴承构件123。在一些实施方式中，副锥形轴承构件123可以包括具有环形顶表面152的基本环形构件、平行于环形顶表面152的基本环形下接触表面154、横向于顶表面152和下接触表面154并与它们相交且限定副锥形轴承构件123外径的侧表面156、以及横向于顶表面152和下接触表面154并与它们相交且限定副锥形轴承构件123内径的内表面157。在其他实施方式中，副锥形轴承构件123可以包括具有圆形顶表面152的基本盘形构件和平行于顶表面152的基本圆形下接触表面154。通道142可以形成在副锥形轴承构件123的下接触表面154中并且在副锥形轴承构件123的侧表面156和内表面157中具有开口。尽管图14中示出的通道142包括四个笔直通道，这些通道142可以包括在任意方向上延伸并且具有任何横截面形状的任何数量的通道142。例如，通道142可以包括两个弧形通道142、自副锥形轴承构件123的中心轴线径向延伸的多个通道142或者单个直线形通道142。通道142能够使工作流体横跨副锥形轴承构件123的下接触表面154流动，以在副锥形轴承构件123与副轴颈轴承构件125之间的第二交界部129处提供润滑，以冷却轴向轴承127和其附近的其他元件，并且移除可能缩短副轴承127的使用寿命的研磨颗粒。

如图6B中所示，通道142可以不形成在副锥形轴承构件123的下接触表面154中，但是可以形成在副锥形轴承构件123内部并且在副锥形轴承构件123的侧表面156和内表面157处具有出口。所述通道142能够使工作流体横跨副锥形轴承构件123流动并且冷却轴向轴承127及其附近的其他元件，但是基本不在副锥形轴承构件123与轴向轴颈轴承构件125之间的第二交界部129处提供额外的润滑或者从副锥形轴承构件123与副轴颈轴承构件125之间的第二交界部129移除研磨颗粒。

如图6C和6D中所示，在一些实施方式中，副轴颈轴承构件125可以具有基本环形的形状，包括具有基本环形形状的上接触表面158、平行于上接触表面158并且具有环形形状的底表面160、横向于上接触表面158和底表面160并与它们相交且限定副轴颈轴承构件125外径的侧表面162、以及横向于上接触表面158和底表面160并与它们相交且限定副轴颈轴承构件125内径的内表面163。在其他实施方式中，副锥形轴承构件123可以包括具有基本圆形上接触表面158的基本盘形构件和平行于上接触表面158的圆形底表面160。通道142可以形成在副锥形轴承构件123的上接触表面158中并且在副锥形轴承构件123的侧表面156和内表面163中具有开口。通道142能够使工作流体横跨副轴颈轴承构件125的上接触表面158流动，以在副锥形轴承构件123与副轴颈轴承构件125之间的第二交界部129处提供润滑，以冷却副轴承127和其附近的其他元件，并且移除可以缩短副轴承127的使用寿命的研磨颗粒。通道142可以包括在任何方向上延伸的并且具有任意横截面形状的任何数量的通道142。如图6D中所示，通道142还可以形成在副轴颈轴承构件125内部并且在其侧表面162和内表面157上具有出口。

参见图6E，示出了构造成承载轴向载荷的副锥形轴承构件123的另一个实施方式。副锥形轴承构件123可以包括象轮辐一样在副锥形轴承构件123的下接触表面154中径向向外延伸的多个通道142。例如，副锥形轴承构件123可以包括在圆周方向上彼此均匀间隔开（即90°）、并且在副锥形轴承构件123的内表面157与侧表面156之间径向延伸的四个通道142。

参见图6F，示出了构造成承载轴向载荷的副锥形轴承构件123的另一个实施方式。副锥形轴承构件123可以包括象轮辐一样在副锥形轴承构件123的下接触表面154中径向向外延伸的多个通道142。例如，副锥形轴承构件123可以包括在圆周方向上彼此均匀间隔开（即45°）、并且在副锥形轴承构件123的内表面157与侧表面156之间径向延伸的八个通道142。

参见图6G，示出了构造成承载轴向载荷的副锥形轴承构件123的另一个实施方式。副锥形轴承构件123可以包括从侧表面156的一侧延伸到侧表面156的相对侧并且在侧表面156的相对侧之间与内表面157相交的多个直线形通道124。这些通道142可以具有矩形横截面形状，而非其他实施方式中示出的通道142的半圆形横截面形状（例如见图6E和6F）。

参见图6H，示出了构造成承载轴向载荷的副锥形轴承构件123的另一个实施方式。副锥形轴承构件123可以包括象轮辐一样在副锥形轴承构件123的下接触表面154中径向向外延伸的通道组142。例如，副锥形轴承构件123可以包括横跨上接触表面154在副锥形轴承构件123的内表面157与侧表面156之间延伸的四组四个通道142。四个通道142一组的至少其中一个通道142可以与另一组四个通道142的至少另一个通道142相交，这可以增加流体流动和颗粒移除，这是由于增加的通道142的数量和由相交的通道142形成的更大的空间而导致的。

在其他实施方式中，副轴颈轴承构件125可以包括之前结合图6E到6H中示出的副锥形轴承构件123描述的任何结构的通道142。换言之，图6E到6H中描述的通道142结构可以从副锥形轴承构件123的下接触表面154伸到副轴颈轴承构件125的上接触表面158上。尽管副轴颈轴承构件125可以包括呈这些结构的通道142，但是并不需要那些副轴颈轴承构件125与具有类似通道142结构的副锥形轴承构件123一起使用。

参见图7A，示出了可以用在副轴承127′（见图3B）中的副轴颈轴承构件123′。这种副轴颈轴承构件123′可以用在构造成承载轴向和径向载荷的副轴承127′中。副轴颈轴承构件123′一般可以构造为基本象图4A到4H中示出的主轴颈轴承构件与图6A和6B中示出的副轴颈轴承构件123构造的副轴颈轴承构件123的组合。因此，副轴颈轴承构件123′可以包括基本圆柱形部分161，该部分161具有限定至少基本环形横截面的侧表面130′、限定副轴颈轴承构件123′的中间外径138′的外接触表面134′、限定副轴颈轴承构件123′的内径140′的内表面136′。副轴颈轴承构件123′还可以包括基本环形部分165，该部分165连接到所述基本圆柱形部分161并且在圆柱形部分161的顶部处径向向外延伸。在一些实施方式中，基本环形部分165可以具有环形顶表面152′、平行于环形顶表面152′的基本环形下接触表面154′、横向于所述顶表面152′和下接触表面154′并与它们相交且限定副轴颈轴承构件123′的大于中间外径138′的外径141的侧表面156′、横向于顶表面152′并与其相交的内表面136′。因此，所述下接触表面154′可以与外接触表面134′相交，且下接触表面154′和外接触表面134′可以形成构造成在第二交界部129（见图3B）处抵靠副锥形轴承构件125′的基本连续表面。斜切面或者平滑曲面可以提供下接触表面154′与外接触表面134′之间的过渡。

至少一个通道142可以形成在副轴颈轴承构件123′中。例如，多个通道142可以形成在所述基本圆柱形部分161中的外接触表面134′中轴向延伸、并且在所述基本环形部分165中的下接触表面154′中径向向外延伸的直线形凹槽。因此，这些通道142可以在副轴颈轴承123′的侧表面130′与156′之间形成连续的流动路径，如图7A中所示。此外，当提及下接触表面154′和外接触表面134′可以形成基本连续的表面时，其意味着连续表面可以由延伸到下接触表面和外接触表面154′和134′中的通道142中断。在其他实施方式中，通道142可以形成在副轴颈轴承构件123′的本体内并且在副轴颈轴承构件123′的侧表面130′和156′处具有开口，并且可以包括非直线形凹槽，可以包括任何数量的凹槽，可以具有任何横截面形状，可以具有任意深度，并且可以包括之前结合图4A到6D讨论的通道142结构。

参见图7B，示出了可以用在副轴承127′（见图3B）中的副锥形轴承构件125′。这种副锥形轴承构件125′可以用在构造成承载轴向和径向载荷的副轴承127′中。副锥形轴承构件125′一般可以构造为基本象图5A到5F中示出的主锥形轴承构件与图6C和6D中示出的副锥形轴承构件125的副锥形轴承构件125的组合。因此，副锥形轴承构件125′可以包括基本圆柱形部分161′，该部分161′具有限定至少基本环形横截面的侧表面146′，以及限定副锥形轴承构件125′的内径的内接触表面144′。副锥形轴承构件125′还可以包括基本环形部分165′，该部分165′连接到所述基本圆柱形部分161′并且在圆柱形部分161′的顶部处径向向外延伸。在一些实施方式中，基本环形部分165′可以具有环形上接触表面158′、平行于环形上接触表面158′的环形底表面160′、横向于所述上接触表面158′和并与上接触表面158′相交且限定副锥形轴承构件125′的大于中间外径的外径的侧表面162′、横向于上接触表面158′并与其相交的内接触表面144′。因此，所述上接触表面158′可以与内接触表面144′相交，上接触表面158′和内接触表面144′可以形成构造成在第二交界部129（见图3B）处抵靠副轴颈轴承构件123′的基本连续表面。斜切面或者平滑曲面可以提供上接触表面158′与内接触表面144′之间的过渡。

至少一个通道142可以形成在副锥形轴承构件125′中。例如，多个通道142可以形成在所述基本圆柱形部分161′中的内接触表面144′中轴向延伸并且在所述基本环形部分165′中的上接触表面158′中径向向外延伸的直线形凹槽。因此，这些通道142可以在副轴颈轴承123′的侧表面160′与146′之间形成连续的流动路径，如图7A中所示。此外，当提到上接触表面158′和内接触表面144′可以形成基本连续的表面时，其意味着连续表面可以由延伸到下接触表面和外接触表面158′和144′中的通道142中断。在其他实施方式中，通道142可以形成在副轴颈轴承构件123′的本体内并且在副轴颈轴承构件123′的侧表面140′和146′处具有开口，可以包括非直线形凹槽，可以包括任何数量的凹槽，可以具有任何横截面形状，可以具有任意深度，并且可以包括之前结合图4A到6D讨论的通道142结构。

主轴承121和副轴承127可以包括任意合适的材料。例如，轴颈和锥形轴承构件122到125可以包括诸如碳化物、氮化物、氧化物和硼化物之类的陶瓷材料、诸如钴、铝、铜、镁、钛、铁、钢和镍以及它们的合金之类的金属材料、诸如合成金刚石、天然金刚石、金刚石薄膜或者立方氮化硼之类的超硬材料，或者之前所述材料的结合。作为具体的非限制性示例，主轴承121和副轴承127可以包括陶瓷-金属复合材料（即陶瓷金属），其包括在金属基体中的多个碳化钨颗粒。

尽管之前所述的轴承构件123到125是作为用在钻地旋转钻头中进行描述的，但是本领域普通技术人员将会理解的是根据发明的实施方式的轴承可以用在其他井下工具中。例如，根据本发明的实施方式的轴承系统128′可以用在井下马达164中，如图8中所示。该井下马达164例如可以包括Moinean式“泥浆”马达或者涡轮马达。没有图示出实际轴承系统128′上方和下方的元件。该井下马达164包括可转动地定位在管状轴承壳体167内的中心管状井下马达驱动轴166，其中设置有井下马达轴承系统128′并且在驱动轴166与壳体167之间提供相对转动。本领域技术人员将会意识到的是，通过井下马达164的动作使驱动轴166转动，驱动轴166向钻地工具（比如图1和2中示出的钻地钻头100和100′）提供转动驱动力。壳体167在马达操作期间保持不转。

所述轴承系统128′包括至少一个轴向轴承169。该轴向轴承169可以包括多个轴向堆叠的环形构件168，该环形构件168分别具有抵靠的上下接触表面170和172。例如，轴向轴承169可以包括相对的PCD轴承，比如在1988年8月16日授权给McPherson的美国专利号4,764,036中披露的那些。通道142可以以与之前结合图6A到6H描述的轴承构件123和125类似的方式形成在上、下接触表面170和172中。

所述轴承系统128′还包括至少一个径向轴承171。在图8中示出的实施方式中，轴承系统128′包括两个径向轴承171——上径向轴承171A和下径向轴承171B。每个径向轴承171包括在轴承交界部180处与外轴承构件177滑动接触的内轴承构件178。内轴承构件178同心地嵌套在外轴承构件177内。换言之，内轴承构件178的径向外表面与外轴承构件177的径向内表面滑动接触。

象之前结合图4A到5F描述的主轴颈和锥形轴承构件122和124一样，内、外径向轴承构件178和177可以包括形成在内、外径向轴承构件178和177中的通道142，以在径向轴承构件178的轴向相对端部188与190之间提供流体通路或者在内、外轴承构件178与177之间的交界部提供工作流体的局部贮存器。象之前结合图4A到5F描述的通道142一样，这些通道便于工作流体流过每个径向轴承，这能够增加对每个径向轴承171及其附近的元件的冷却，对内、外径向轴承构件178与177之间的交界部提供额外的润滑，并且可以移除可能缩短径向轴承127使用寿命的研磨颗粒。

参见图9A，示出了通道142的横截面视图。所述通道142可以具有半圆形横截面形状。在其他实施方式中，通道142可以具有限定超过半个圆、不足半个圆、部分卵形、部分椭圆形的弯曲形状或者其他弯曲形状。参见图9B，示出了通道142的另一个实施方式的横截面视图。通道可以具有“V”形横截面形状。例如，通道142可以包括由两个彼此呈大约90°并且与其中形成通道的接触表面134，134′，144，144′，154，154′或158′呈大约225°的平面限定的凹槽。参见图9C，示出了通道142的另一个实施方式的横截面视图。通道142可以具有矩形横截面形状。在一些实施方式中，矩形通道142的角部可以被斜切或者倒圆，以在通道142的表面之间以及通道142与其中形成通道的接触表面134，134′，144，144′，154，154′或158′之间提供过渡。任意之前所述通道结构在通道142的最宽部分处的宽度w可以在大约0.5mm和大约6.0mm之间。更具体地，通道142的宽度w可以在大约2.0mm与大约5.0mm之间。同样，任意之前所述通道结构的深度d可以在大约0.5mm和大约4mm之间。更具体地，通道142的深度d可以在大约1.0mm和大约3.0mm之间。参见图9D，示出了通道142的平面视图。通道142可以具有非均匀的横截面形状、横截面积或者非均匀的形状和面积。例如，通道142可以在通道142的开口端部之间呈现出锥形。在这些实施方式中，通道142的非均匀的横截面以及因此导致的横截面积的变化可以横跨通道142形成压力梯度，这可以在所需方向上泵送工作流体，增加流体流量和颗粒移除。任意之前所述的通道142结构可以与之前描述的任意轴承系统128和128′以及它们相应的元件一起组合使用。

实际上，例如可以将诸如钻进泥浆之类的工作流体泵送到轴承系统128或128′，并且可以在形成于一个或所有轴承121，127，127′，169和171中的通道142内流动。当工作流体流过轴承系统128或128′时，具体地在通道142内流动时，可以使热量从相对较热的轴承121，127，127′，169和171传递到相对较冷的工作流体。通过使加热后的工作流体流动离开轴承系统128或128′，从而流动离开一个或所有轴承121，127，127′，169和171，可以冷却轴承系统128或128′。

在之前所述的任意实施方式中，接触表面134，134′，144，144′，154，154′，158和158′可以包括超硬材料，比如聚晶金刚石材料、金刚石薄膜或者立方氮化硼材料。可以将这种超硬材料紧固到诸如硬质合金之类的陶瓷材料的基体上。

虽然这里已经相对于某些实施方式描述了本发明，但是本领域普通技术人员将会意识并体会到其并不局限于此。而是在不脱离正如下文中要求保护的本发明的范围（包括合法的等价方式）的前提下可以对这里描述的实施方式做出许多添加、删除和修改。此外，来自于一个实施方式的特征可以与另一个实施方式的特征相组合，而仍然包括在正如由本发明人构想的本发明的范围内。

Claims (20)

1.一种用于井下工具的轴承，包括：

第一轴承构件，其包括限定外径的外接触表面；以及

第二轴承构件，其包括限定内径的内接触表面，第二轴承构件的内径大于第一轴承构件的外径，第二轴承构件的内接触表面与第一轴承构件的外接触表面在交界部滑动接触；

其中，第一和第二轴承构件中的至少一个包括形成在所述第一和第二轴承构件中的所述至少一个的一部分中的至少一个通道。

2.根据权利要求1所述的用于井下工具的轴承，其中，所述至少一个通道包括多个通道。

3.根据权利要求2所述的用于井下工具的轴承，其中，所述多个通道中的一些在第一方向上螺旋延伸，所述多个通道的另外一些在第二交叉方向上螺旋延伸以限定交叉阴影线图样。

4.根据权利要求1所述的用于井下工具的轴承，其中，所述第一轴承构件和第二轴承构件具有基本圆柱形的结构，每个具有横向于相应的相对侧表面的中心轴线，所述至少一个通道包括至少一个至少基本是直线的、轴向取向的凹槽，所述凹槽延伸到第一轴承构件的外接触表面和第二轴承构件的内接触表面中的至少一个中。

5.根据权利要求1所述的用于井下工具的轴承，其中，所述至少一个通道包括在所述第一轴承构件的外接触表面和第二轴承构件的内接触表面中的至少一个中的至少一个至少基本是螺旋形的凹槽。

6.根据权利要求1所述的用于井下工具的轴承，其中，所述至少一个通道定位在第一和第二轴承构件中的所述至少一个的内壁中并且在该轴承构件的相对的侧表面处敞开。

7.根据权利要求1所述的用于井下工具的轴承，其中，所述至少一个通道包括在第一轴承构件的外接触表面或第二轴承构件的内接触表面中的至少一个凹口。

8.根据权利要求1所述的用于井下工具的轴承，其中，所述至少一个通道包括限定了在第一轴承构件的外接触表面和第二轴承构件的内接触表面中的至少一个的周围延伸的封闭的流动路径的凹槽。

9.一种用于井下工具的轴承，包括：

第一轴承构件，其包括下接触表面；以及

第二轴承构件，其包括上接触表面，其中，第一轴承构件在所述下接触表面与上接触表面之间的交界部抵靠第二轴承构件，第一和第二轴承构件构造成相对于彼此可滑动地转动，

第一和第二轴承构件中的至少一个包括至少一个通道，所述通道横跨第一和第二轴承构件中的至少一个延伸并构造成提供横跨第一和第二轴承构件中的至少一个的流体通路。

10.根据权利要求9所述的用于井下工具的轴承，其中，所述至少一个通道包括多个通道。

11.根据权利要求9所述的用于井下工具的轴承，其中，所述至少一个通道穿过第一和第二轴承构件中的所述至少一个的内部延伸并且在该轴承构件的侧表面处具有开口。

12.根据权利要求9所述的用于井下工具的轴承，其中，所述至少一个通道形成在第一轴承构件的下接触表面和第二轴承构件的上接触表面中的一个中，并且在第一轴承构件和第二轴承构件中的一个的侧表面和内表面中具有开口。

13.一种用于井下工具的轴承，包括：

第一轴承构件，其包括基本圆柱形部分和基本环形部分，所述基本环形部分连接到所述基本圆柱形部分并且在所述基本圆柱形部分的端部处径向向外延伸，其中，所述基本圆柱形部分包括限定第一轴承构件的中间外径的外接触表面，并且所述基本环形部分包括基本环形的下接触表面，该下接触表面与外接触表面相交，并且下接触表面和外接触表面形成基本连续的表面；

第二轴承构件，其包括基本圆柱形部分和基本环形部分，所述基本环形部分连接到所述基本圆柱形部分并且在所述基本圆柱形部分的端部处径向向外延伸，其中，所述基本圆柱形部分包括限定第二轴承构件的内径的内接触表面，并且，所述基本环形部分包括基本环形的上接触表面，该上接触表面与内接触表面相交，并且上接触表面和内接触表面形成基本连续的表面，该基本连续的表面抵靠由第一轴承构件的下接触表面和外接触表面形成的所述基本连续的表面；以及

形成在第一轴承构件和第二轴承构件中的一个中的至少一个通道。

14.根据权利要求13所述的用于井下工具的轴承，其中，所述下接触表面横向于所述外接触表面，所述上接触表面横向于所述内接触表面。

15.根据权利要求14所述的用于井下工具的轴承，其中，斜切面或平滑曲面提供下接触表面与外接触表面之间、以及上接触表面与内接触表面之间的过渡。

16.根据权利要求13所述的用于井下工具的轴承，其中，所述至少一个通道包括形成在由内接触表面和上接触表面形成的基本连续表面和由外接触表面和下接触表面形成的基本连续表面中的至少一个中的至少一个凹槽。

17.一种冷却井下工具的轴承的方法，包括：

使流体在形成于至少一个轴承构件中的通道内流动；

使热量从至少所述至少一个轴承构件传递到所述流体；以及

使所述流体流动离开所述至少一个轴承构件。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，使流体在形成于所述至少一个轴承构件中的通道内流动包括使流体沿着所述至少一个轴承构件与至少另一个轴承构件之间的交界部流动。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括从所述至少一个轴承构件与所述至少另一个轴承构件之间的交界部移除至少一个研磨颗粒。

20.根据权利要求18所述的方法，其中，使流体在通道内流动包括使流体在限定了位于所述至少一个轴承构件的表面中的封闭流动路径的凹槽内流动。

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