CN111971446B - 包括用于将牙轮安装到钻地工具的可分离轴承组件的此类工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于移除井眼中的地下地层材料的钻地工具，包括：工具主体，该工具主体具有限定其轴向中心的中心轴线；以及支腿，该支腿在轴向方向上从工具主体延伸。轴承组件可移除地联接到支腿，并且包括轴承轴和基座构件。该基座构件环绕该轴承轴的一部分并且紧靠该支腿的表面。牙轮可旋转地联接到轴承组件并且具有旋转轴线，当该牙轮移除井眼中的地下地层材料时，该牙轮围绕旋转轴线在该轴承组件上旋转。一种组装包括该轴承组件的可旋转切割结构组件的方法包括：通过贯穿穿过该支腿形成的孔设置机械紧固件并且进入轴承轴的腔体而将该轴承轴联接到该支腿。

Description

包括用于将牙轮安装到钻地工具的可分离轴承组件的此类 工具

优先权声明

本申请要求2018年3月8日提交的标题为“Earth-Boring Tools IncludingSeparable Bearing Assemblies for Mounting Roller Cones to Such Tools”的美国专利申请序列号15/915,178的提交日期的权益。

技术领域

本公开的实施方案整体涉及在地下地层中的钻探操作中使用的钻地工具。更特别地，本公开涉及包括可旋转切割结构及其轴承组件的钻地工具。

背景技术

钻头常用于油气勘探和回收工业中以在地下地层中钻探井筒(也称为“井眼”)。用于钻探井筒的钻头的两种常见分类是定刀具钻头或刮刀钻头和牙轮钻头。定刀具钻头通常包括：钻头体，该钻头体在一端处具有用于连接到钻柱的外螺纹连接；以及多个定刀片，该多个定刀片从钻头体的相对端延伸。刀片形成钻头的切割表面并且具有安装在其上的多个切割元件。切割元件可包括多晶金刚石复合片(PDC)切割元件或其他材料，并且用于在当定刀具钻头由电动机或其他旋转输入装置旋转时的钻探操作期间切穿地下地层。

牙轮钻头通常包括：钻头体，该钻头体在一端处具有外螺纹连接；以及多个牙轮(通常为三个)，该多个牙轮以偏置角附接到钻头的另一端。这些牙轮能够围绕轴承旋转，并且相对于钻头体单独旋转。这些牙轮可具有安装在其上的切割元件，这些切割元件用于在当牙轮钻头由电动机或其他旋转输入装置旋转时的钻探操作期间凿刨和碾碎地下地层。

本领域中称为“混合式”钻头的另一种类型的钻地钻头将定刀片和牙轮组合在钻头体上。混合式钻头被设计成克服刮刀钻头和牙轮钻头的限制现象中的一些，诸如球化、钻探效率降低、追踪和磨损问题。混合式钻头的牙轮安装到轴向延伸的钻头支腿。钻头支腿通常通过以下方式可移除地紧固到钻头体：诸如通过将支腿机械紧固到钻头体，如例如在2015年5月22日提交的标题为“Hybrid Bit with Mechanically Attached Roller ConeElements”的美国专利公布号2015/0337603中有所描述；和/或通过将支腿焊接到钻头体，如例如在2015年1月30日提交的标题为“Hybrid Drill Bit Having Increased ServiceLife”的美国专利公布号2015/0152687中有所描述，这些专利中的每一者的公开内容全文以引用方式并入本文。

发明内容

在一些实施方案中，用于移除井眼中的地下地层材料的钻地工具包括：工具主体，所述工具主体具有限定其轴向中心的中心轴线；以及支腿，所述支腿在轴向方向上从所述工具主体延伸。轴承组件可移除地联接到所述支腿，并且包括轴承轴和基座构件。所述基座构件环绕所述轴承轴的一部分并且紧靠所述支腿的表面。牙轮可旋转地联接到所述轴承组件并且具有旋转轴线，当所述牙轮移除所述井眼中的地下地层材料时，所述牙轮围绕所述旋转轴线在所述轴承组件上旋转。

在其他实施方案中，可旋转切割结构组件包括可与钻地工具的工具主体分离的轴承组件。所述轴承组件包括轴承轴和基座构件，所述基座构件可与所述轴承轴分离并且环绕所述轴承轴的一部分。牙轮可旋转地联接到所述轴承组件并且具有旋转轴线，所述牙轮围绕所述旋转轴线在所述轴承组件上并且围绕所述轴承组件旋转。

在其他实施方案中，一种在钻地工具上组装可旋转切割结构组件的方法包括使轴承组件的基座构件紧靠支腿的从工具主体延伸的平面内表面。所述基座构件包括延伸穿过其的孔。所述方法还包括将所述轴承组件的轴承轴的至少一部分设置在所述基座构件的所述孔内。所述轴承轴包括形成在其中的腔体。通过以下方式将所述轴承轴联接到所述支腿：设置机械紧固件贯穿穿过所述工具主体的所述支腿形成的、在所述支腿的外表面和所述支腿的所述内表面之间的孔并且进入所述轴承轴的所述腔体。将所述牙轮设置在所述基座构件和所述轴承轴上。

附图说明

虽然说明书最后附有特别指出并清楚地要求保护本公开的实施方案的权利要求书，但是在结合附图阅读时，从本公开的某些实施方案的下列描述中可以容易地确定本公开的实施方案的各种优点，其中：

图1示出了根据本公开的实施方案的钻地工具，其包括如本文所公开的牙轮轴承组件；

图2是图1的钻地工具的牙轮轴承组件的透视图；

图3是图2的牙轮轴承组件的轴承轴的侧视图；

图4是图2的牙轮轴承组件的轴承轴的侧视图；

图5是牙轮轴承组件和附接到其上的牙轮的剖视图；并且

图6是图1的钻地工具的局部剖视侧视图。

具体实施方式

本文所呈现的图示不是任何特定钻地工具、可旋转切割结构组件、轴承组件或其任何部件的实际视图，而仅仅是用于描述本公开的示例性实施方案的理想化表示。以下描述提供了本公开的实施方案的具体细节，以便提供对其的全面描述。然而，本领域的普通技术人员将理解，可在不使用许多此类具体细节的情况下实施本公开的实施方案。实际上，本公开的实施方案可结合本行业中采用的常规技术来实施。另外，下文提供的描述并不包括形成完整结构或组件的所有元件。下文仅详细描述对理解本公开的实施方案所必需的那些过程动作和结构。可使用附加常规动作和结构。还需注意，该申请附带的任何附图仅用于示例性目的，因此并未按比例绘制。另外，附图之间共同的元件可具有对应数字标号。

如本文所用，术语“具有”、“包括”、“包含”、“以…为特征”及其语法等同物是包含性或开放式术语，这些术语不排除附加未叙述的元素或方法步骤，而是还包括更具限制性的术语“由…组成”和“基本上由…组成”及其语法等同物。

如本文所用，相对于材料、结构、特征或方法动作而言的术语“可”指示这被设想用于实现本公开的实施方案，并且与更具限制性的术语“是”相比优先使用此术语以便避免可与之组合使用的其他兼容材料、结构、特征和方法应当或必须被排除的任何暗示。

如本文所用，术语“被构造”是指以预定方式促进至少一个结构和至少一个装置中的一者或多者的操作的、该结构和该装置中的一者或多者的尺寸、形状、材料组成和布置。

如本文所用，“一个”、“一种”和“该”后的单数形式旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。

如本文所用，术语“和/或”包括相关联的所列项目中的一者或多者的任何和所有组合。

如本文所用，空间相关的术语诸如“在…下方”、“在…之下”、“在…下部”、“底部”、“在…之上”、“在…上部”、“顶部”、“前”、“后”、“左”、“右”等可为了便于描述的目的而使用，以描述一个元件或特征与另一个元件或特征的关系，因为元件或特征在附图中示出或定向。除非另外指明，否则这些空间相对术语旨在涵盖除附图中所描绘的取向之外材料的不同取向。

如本文所用，关于给定参数、特性或条件的术语“基本上”在一定程度上意指并包括：本领域的普通技术人员将理解给定参数、特性或条件是在一定方差度的情况下(诸如在可接受的制造公差内)满足的。作为示例，根据基本上满足的特定参数、特性或条件，该参数、特性或条件可为至少90.0％满足的，至少95.0％满足的，至少99.0％满足的，或甚至至少99.9％满足的。

如本文所用，关于给定参数使用的术语“约”包含所陈述的值并且具有由上下文决定的含义(例如，其包括与给定参数的测量相关联的误差度)。

如本文所用，术语“钻地工具”意指并包括用于在井眼的形成或扩大期间进行钻削的任何类型的钻头或工具，并且包括例如旋转钻头、冲击钻头、取芯钻头、偏心钻头、双中心钻头、扩眼器、铣刀、刮刀钻头、牙轮钻头、混合式钻头以及本领域已知的其他钻头和工具。

图1是根据本公开的实施方案的在钻探操作过程中处于其正常取向的钻地工具100的透视图。钻地工具100可以是混合式钻头(例如，具有牙轮和定刀片两者的钻头)，如图1所示，或者钻地工具100可包括常规的牙轮钻头(例如，仅具有牙轮的钻头)。此外，钻地工具100可包括任何其他钻头或钻地工具，该钻头或钻地工具包括用于在地下地层中钻探和/或扩大井眼的一个或多个可旋转切割结构。

如图1所示，钻地工具100包括工具主体102，该工具主体102具有限定工具100的轴向中心的中心轴线104，工具100在钻探操作期间围绕该中心轴线104旋转。中心轴线104可在下文称为“轴向方向”的方向上延伸。工具主体102包括：柄106，该柄106被螺纹化或以其他方式被配置用于将工具100联接到钻柱(未示出)；以及冠部108，该冠部108在工具主体102的与柄106相对的一侧上。在一些实施方案中，工具主体102可由金属或金属合金(诸如钢)形成。在其他实施方案中，工具主体102可包括金属陶瓷材料(即，陶瓷-金属复合材料)，该金属陶瓷材料包括在金属基体材料内胶合的硬质材料(例如，碳化钨)的颗粒。工具主体102可设置有耐磨损和/或耐磨性涂层113，诸如碳化钨涂层。

冠部108可包括多个喷嘴端口110，该多个喷嘴端口110设置在流体通道112内，以用于将钻井液从工具主体102的内部传递到钻头面向表面。冠部108还可包括至少一个刀片116和至少一个可旋转切割结构组件118。如图1所示，冠部108包括多个刀片116和多个可旋转切割结构组件118。在一些实施方案中，至少一个刀片116可位于相邻的可旋转切割结构组件118之间。在其他实施方案中，多个刀片116可位于相邻的可旋转切割结构组件118之间。在又其他实施方案中，刀片116和可旋转切割结构组件118可以任何其他构型定位。

每个刀片116可在轴向方向和径向方向上延伸跨过钻头面向表面(例如，从中心轴线104向外)。每个刀片116可具有多个轮廓区域，包括如本领域已知的锥体区域、鼻部区域、肩部区域和保径区域。多个切割元件117可安装到轮廓区域中的一个或多个中的每个刀片116。切割元件117可包括碳化钨或其他硬质材料的支撑基底的旋转前导面上的多晶金刚石(PCD)或其他超硬磨料材料的表。PCD层或表可提供在其周边具有用于接合地下地层的切割刃的切割面。切割元件117可紧固在刀片116中的凹槽或凹口中，使得当工具100在钻探操作期间围绕中心轴线104旋转时，切割刃接合地下地层以从地下地层剪切和/或移除地层材料。

每个可旋转切割结构组件118可包括在轴向方向上从主体102延伸的支腿120。在本公开的实施方案中，刀片116和支腿120可与工具主体102一体形成。换句话讲，刀片116、支腿120和工具主体102可形成整体式主体，使得刀片116和支腿120不可通过非破坏性方式与工具主体102分离。

可旋转切割结构组件118还包括可旋转地安装在每个相应支腿120上的牙轮122。每个牙轮122可包括安装在其上的多个可旋转切割结构124。切割结构124可围绕牙轮122的外表面随机分布，或者可围绕牙轮122的外表面大体以周向行布置。在一些实施方案中，切割结构124可包括紧固在形成于牙轮122中的凹槽或凹口中的预成形插入件。此类预成形插入件可包括其上的PCD层或其他超硬磨料材料。在其他实施方案中，切割结构124可包括与牙轮122一体形成的齿。当工具100在钻探操作期间围绕中心轴线104旋转并且牙轮122围绕其轴线旋转时，切割结构124可碾碎或穿透地下地层以从地下地层舍弃并移除地层材料。

可旋转切割结构组件118包括牙轮轴承组件126，如图2-图6所示，以将每个牙轮122安装在每个相应支腿120上。图2是轴承组件126的透视图。轴承组件126包括轴承轴128和基座构件130，并且具有限定轴承组件126的轴向中心的中心轴线131。中心轴线131可在下文称为“轴向方向”的方向上延伸。图3示出了轴承轴128的侧视图，并且图4示出了基座构件130的透视图。图5是其上安装有牙轮122的轴承组件126的剖视侧视图。

继续参考图2-图5，轴承轴128包括轴颈销132、轴向(即，在轴向方向上)延伸超过轴颈销132的上表面136的导销134、以及轴向延伸超过轴颈销132的下表面140的轴向延伸部138。轴颈销132、导销134和轴向延伸部138可一体成形，使得轴承轴128为整体式主体。

轴颈销132可包括滚珠座圈142，该滚珠座圈142围绕轴颈销的大体圆柱形外侧壁133环形地延伸。滚珠座圈142的尺寸和构造可被设置成将滚珠轴承144(图5)接纳在其中以有利于牙轮122围绕轴承组件126的旋转。在其他实施方案中，滚珠座圈142的尺寸和构造可被设置成接纳渐缩的滚子轴承或其他轴承元件，以有利于牙轮122围绕轴承组件126的旋转。

轴颈销132可包括至少一个突起部146。如图3所示，轴颈销132包括围绕中心轴线131彼此周向地和以角度间隔开约180°的两个突起部146。在其他实施方案中，轴颈销132可包括围绕中心轴线131周向地和以角度间隔开相等距离(使得突起部146围绕中心轴线131规则地分布)或不等距离(使得突起部146围绕中心轴线131不规则地分布)的任何数量的突起部146。突起部146朝向基座构件130轴向延伸，并且其尺寸和构造被设置成接纳在基座构件130的相应狭槽148内。如图2最佳所示，狭槽148和突起部146具有互补(例如，互反)形状。在一些实施方案中，狭槽148和突起部146可具有等腰梯形的形状。在其他实施方案中，狭槽148和突起部146可具有被构造为防止轴承轴128和基座构件130在轴承组件126的操作期间相对旋转(例如，互锁)的任何其他形状。

轴承轴128还可包括形成在其中的腔体150(图5)。腔体150可轴向延伸穿过轴承轴128的至少一部分，诸如穿过轴向延伸部138和轴颈销132。腔体150可由轴承轴128的内侧壁152限定。腔体150的尺寸和构造被设置成在其中接纳机械紧固件，以用于将轴承组件126联接到支腿120，如参考图6更详细地解释。

轴承轴128还可包括至少一个孔154，该至少一个孔154径向延伸穿过其内侧壁152和大体圆柱形外侧壁156之间的轴向延伸部138。如图3所示，轴承轴128包括围绕中心轴线131彼此周向地和以角度地间隔开的两个孔154。孔154可被形成以在内侧壁152和外侧壁156之间提供流体流动，如下文更详细地解释。轴承轴128还可包括在内侧壁152和滚珠座圈142之间延伸的孔158。如参考图5所解释，孔158的尺寸和构造被设置成用于将滚珠轴承144安装在滚珠座圈142中。滚珠塞160可被接纳在孔158内以将滚珠轴承144保持在滚珠座圈142中。

基座构件130可包括主体部分162以及径向延伸超过主体部分162的凸缘164。主体部分162和凸缘164可一体形成，使得基座构件130为整体式主体。孔166可在其上表面168和下表面170之间轴向延伸穿过基座构件130。孔166的尺寸和构造被设置成在其中接纳轴承轴128的轴向延伸部138，以形成轴承组件126，如图5所示。孔166可由环绕轴向延伸部138的外侧壁156的内侧壁172限定。

基座构件130可包括在主体部分162的内侧壁172和大体圆柱形外侧壁176之间延伸的至少一个孔174。如图4所示，基座构件130包括围绕中心轴线131彼此周向地和以角度间隔开的两个孔174。孔174可被形成以在内侧壁172和外侧壁176之间提供流体流动，如下文更详细地解释。

基座构件130可包括至少一个狭槽148。在一些实施方案中，狭槽148可邻近上表面168形成在主体部分162的外侧壁176中。在其他实施方案中，狭槽148可邻近上表面168形成在主体部分162的内侧壁172中。如图4所示，基座构件130包括两个狭槽148，该两个狭槽148围绕中心轴线131周向地和以角度间隔开约180°。在其他实施方案中，基座构件130可包括围绕中心轴线131周向地和以角度间隔开相等距离(使得狭槽148围绕中心轴线131规则地分布)或不等距离(使得狭槽148围绕中心轴线131不规则地分布)的任何数量的狭槽148。狭槽148的数量和放置对应于要接纳在其中的突起部146的数量和放置。

基座构件130还可包括围绕外侧壁176周向地延伸的环形沟槽149。沟槽149可邻近凸缘164形成(例如，定位)。沟槽149的尺寸和构造被设置成将密封元件151(图5)接纳在其中。密封元件151可包括弹性或弹性体材料，诸如O形环、机械面密封件或任何其他密封部件。密封元件151可防止轴承组件126和牙轮122的两个部件之间的流体流动。

如图5所示，基座构件130的下表面170还可包括从其延伸的至少一个凸出部178和在其中形成的环形沟槽179。环形沟槽179的尺寸和构造被设置成在其中接纳密封元件181。密封元件181可包括弹性或弹性体材料，诸如O形环、机械面密封件或任何其他密封部件，以防止两个部件之间的流体流动。

参考图2和图5，轴承轴128、基座构件130和牙轮122可在被可移除地联接到支腿120之前组装在一起。在一些实施方案中，轴承组件126和牙轮122能够可移除地彼此联接。牙轮122可包括形成在牙轮主体175中的腔体173。腔体173的尺寸和形状可被设置成用于在其中接纳轴承轴128和基座构件130，并且有利于(例如，允许)牙轮122围绕轴承组件126并且相对于支腿120旋转。为了形成组件，轴承轴128可设置在牙轮主体175内，使得轴颈销132的外侧壁133以及导销134的外侧壁和面紧靠限定腔体173的牙轮主体175的内表面。在一些实施方案中，轴承组件126的外表面和/或牙轮主体175的内表面可设置有耐磨损涂层，诸如类金刚石碳涂层或具有低摩擦系数的任何其他涂层材料，以在牙轮122在操作中围绕轴承组件126旋转时减少对轴承组件126和牙轮主体175的磨损。在将牙轮122放置在轴承组件126上之后，可通过孔154、158将滚珠轴承144设置到滚珠座圈142中。滚珠塞160可设置在孔158中并且将滚珠轴承144保持在滚珠座圈142中。

基座构件130可设置在腔体173中以紧靠其中的轴承轴128。当安装好基座构件130时，基座构件130的上表面168紧靠轴颈销132的下表面140并且紧靠滚珠塞160的一部分，以将滚珠塞160保持在孔158中。此外，轴向延伸部138被接纳在基座构件130的孔166内，使得内侧壁172环绕并紧靠轴向延伸部138的外侧壁156，并且轴颈销132的突起部146被接纳在基座构件130的狭槽148中。另外，孔154、174可被对准以在腔体150和介于牙轮主体175的内表面和基座构件130及轴承轴128的外表面之间的界面之间提供流体流动。可围绕基座构件130提供一个或多个附加密封元件，以防止钻井液流离开喷嘴端口110并且防止钻屑在牙轮122和基座构件130之间传递。密封元件151设置在沟槽149中。在一些实施方案中，轴承组件126和牙轮122可在将组件安装到支腿120之前组装在一起。

通过与工具主体102的支腿120分离地形成轴承组件126，轴承组件126和工具主体102可由特别配制以满足其不同功能属性的不同材料制成。工具主体102的材料可被选择以提供期望韧性程度(例如，对冲击性断裂的抵抗)、耐磨损和耐磨性(例如，对来自钻井流体流的侵蚀以及对由地下地层材料的磨损的抵抗)、硬度以及用于形成或扩大井眼所必需的其他属性。如本文先前所述，工具主体102可包括钢或基体主体。轴承组件126的材料可被选择以限制由于与旋转地安装在其上的牙轮122的旋转接合而对基座构件130和轴承轴128产生的磨损和侵蚀。在一些实施方案中，轴承组件126可被选择为包括高性能轴承钢。例如，轴承组件126可被选择为包括

52100合金钢或

M-50轴承钢，其各自由Carpenter公司制造。此外，由于轴承组件126是可通过非破坏性方式从支腿120移除的可分离部件，因此轴承组件126在磨损时可易于移除和替换或翻新。因此，与替换如在支腿以及牙轮122的轴承组件的至少一部分被一体形成的常规钻头中的支腿120和轴承组件126中的每一者相比，可以更低成本替换轴承组件126。

图6示出了支腿120的局部剖视图，该支腿具有轴承组件126以及可旋转地安装(例如，附连)在该轴承组件126上的牙轮122。在一些实施方案中，轴承组件126可从支腿120悬垂，并且可朝向工具主体102的中心轴线104向下和向内延伸。当牙轮122被安装到支腿120时，牙轮122的旋转轴线177可与轴承组件126的中心轴线131同轴。牙轮122和轴承组件126可在支腿120上定向，使得旋转轴线177以锐角大体朝向工具主体102的中心轴线104延伸。在一些实施方案中，牙轮122和轴承组件126可在支腿120上定向，使得旋转轴线177与中心轴线104相交。在其他实施方案中，牙轮122和轴承组件126可在支腿120上定向，使得旋转轴线177远离中心轴线104延伸。

轴承组件126和牙轮122可被接纳在由工具主体102限定的腔体188内，该腔体188包括支腿120的平面内表面186。为了将轴承组件附连到支腿120，基座构件130的下表面170紧靠支腿120的内表面186。沟槽179中的密封元件181可紧靠内表面186，并且防止钻井液流离开喷嘴端口110并且防止钻屑在基座构件130和支腿120之间传递。

可提供机械紧固件180以将轴承组件126的轴承轴128附连到支腿120。机械紧固件180设置在穿过支腿120形成的孔182内并且进入轴承轴128的腔体150。孔182在支腿120的外表面184和内表面186之间延伸。在一些实施方案中，孔182在外表面184和内表面186之间成角度地延伸，使得孔182的中心轴线可与牙轮122的旋转轴线177同轴。孔182可包括与支腿120的内表面186相邻的沉孔，机械紧固件180的头部在安装时紧靠该沉孔。孔182还可包括形成在支腿120的主体中的环形沟槽191。环形沟槽191的尺寸和构造被设置成在其中接纳密封元件193。密封元件193可包括弹性或弹性体材料，诸如O形环或任何其他密封部件，以防止两个部件之间的流体流动。密封元件193可防止钻井液流离开喷嘴端口110(图1)并且防止钻屑在机械紧固件180和孔182之间传递并且进入轴承轴128的腔体150。

在一些实施方案中，机械紧固件180可包括螺纹紧固件。在此类实施方案中，轴承轴128的腔体150的内侧壁152的一部分可被螺纹化，如图6所示，使得螺纹紧固件接合腔体150的螺纹以将轴承轴128联接到支腿120。机械紧固件180的头部紧靠沉孔。在一些实施方案中，孔182可提供有填充材料183(图1)，诸如环氧树脂，以抑制机械紧固件180在钻探操作期间从孔182移除。在其他实施方案中，机械紧固件180还可通过适当的附接方式(包括但不限于铜焊、焊接、粘合剂等)可移除地附连在孔182内。机械紧固件180可包括(例如)镍基合金、不锈钢、铬钼合金或其他高强度钢，其强度足以承受在操作期间由于牙轮122与地下地层的接合而在其上施加的弯矩。

轴承组件126还可通过将基座构件130的凸出部178设置在支腿120的孔190内而可移除地联接到支腿120。孔190可在支腿120的外表面184和内表面186之间延伸。与孔182类似，孔190可成角度地延伸穿过支腿120并且可包括沉孔。孔190的数量和放置对应于要接纳在其中的凸出部178在基座构件130的下表面170上的数量和放置。孔190的中心轴线可平行于牙轮122的旋转轴线177延伸。在一些实施方案中，凸出部178可通过压缩配合、过盈配合、压配合等紧固在孔190中。在其他实施方案中，凸出部178可通过铜焊、焊接、粘合剂等紧固在孔190中。在一些实施方案中，孔190可设置有螺纹，该螺纹被构造为接合旨在迫使凸出部178离开孔190以移除和修理轴承组件126的工具。在其他实施方案中，凸出部178可通过钻出焊接或铜焊材料而从孔190被移除以用于替换或修理。

在其他实施方案中，轴承组件126可通过张紧螺栓和螺母可移除地联接到支腿120，该张紧螺栓和螺母如例如在2016年2月18日提交的标题为“Bearings for DownholeTools,Downhole Tools Incorporating Such Bearings,and Related Methods”的美国专利公布2017/0241208中有所描述；和/或在2017年2月10日提交的标题为“Bearings forDownhole Tools,Downhole Tools Incorporating Such Bearings,and RelatedMethods”的美国专利公布2017/0241209中有所描述，这些专利申请中的每一者的公开内容据此全文以引用方式并入。在此类实施方案中，轴承轴128可包括完全延伸穿过其中的孔，以取代如图5所示的腔体150。在操作中，轴承组件126相对于支腿120保持静止。更特别地，凸出部178与孔190的接合可固定基座构件130相对于支腿120的旋转运动，并且轴承轴128的突起部146与基座构件130的狭槽148的接合可固定轴承轴128相对于基座构件130和支腿120的旋转运动。

工具主体102还可包括每个支腿120内的压力补偿润滑系统192。润滑系统192和腔体188之间的润滑剂通道194可延伸穿过支腿120。从润滑系统192到支腿120的内表面186的另一个润滑剂通道196可延伸穿过支腿120。可通过润滑剂通道196向内表面186、向轴承轴128的腔体150中、穿过轴承轴128的孔154、穿过基座构件130的孔174、以及在限定牙轮122中的腔体173的表面和轴承组件126的外表面之间提供润滑。密封元件151可抑制来自润滑剂通道196的润滑从此流动路径被移除。润滑可通过在轴承组件126、滚珠轴承144和牙轮122的内表面之间提供润滑而有利于牙轮122围绕轴承组件126的旋转，并且可有助于移除由牙轮122围绕轴承组件126的旋转以及由滚珠轴承144生成的热量。

虽然本文已经相对于某些所示实施方案描述了本公开，但是本领域的普通技术人员将认识并了解其不受如此限制。相反，可以在不脱离受权利要求书保护的本发明(包括其合法等同物)的范围的情况下对所示实施方案作出许多添加、删除和修改。另外，来自一个实施方案的特征可与另一个实施方案的特征组合，同时仍然涵盖在本发明的范围内。此外，本公开的实施方案对于各种不同的工具类型和构型均具有实用性。

本公开范围内的附加的非限制性实施方案包括以下方面：

实施方案1：一种用于移除井眼中的地下地层材料的钻地工具，包括：工具主体，所述工具主体具有限定其轴向中心的中心轴线；支腿，所述支腿在轴向方向上从所述工具主体延伸；轴承组件，所述轴承组件可移除地联接到所述支腿；以及牙轮，所述牙轮可旋转地联接到所述轴承组件并且具有旋转轴线，当所述牙轮移除所述井眼中的地下地层材料时，所述牙轮围绕所述旋转轴线在所述轴承组件上旋转。所述轴承组件包括轴承轴和环绕所述轴承轴的一部分的基座构件，所述基座构件紧靠所述支腿的表面。

实施方案2：根据实施方案1所述的钻地工具，其中所述支腿包括延伸穿过其的孔，并且所述轴承组件通过机械紧固件可移除地联接到所述支腿。所述机械紧固件穿过所述孔并且进入形成在所述轴承轴中的腔体。

实施方案3：根据实施方案2所述的钻地工具，其中所述机械紧固件的中心轴线以及所述孔的中心轴线中的每一者与所述牙轮的所述旋转轴线同轴。

实施方案4：根据实施方案1至3中任一项所述的钻地工具，其中所述轴承轴包括轴颈销、从所述轴颈销轴向延伸的导向销、以及在所述轴颈销的与所述导向销相对的一侧上从所述轴颈销轴向延伸的轴向延伸部。

实施方案5：根据实施方案4所述的钻地工具，其中所述轴颈销包括围绕其圆周延伸的轴承滚道，所述轴承滚道被构造为在其中接纳滚珠轴承以有利于所述牙轮围绕所述轴承组件的旋转。

实施方案6：根据实施方案4或5中任一项所述的钻地工具，其中所述牙轮的主体包括形成在其中并且由所述牙轮的所述主体的内表面限定的腔体，所述牙轮的所述主体的所述内表面紧靠所述轴颈销的外表面，并且所述轴承轴的所述导向销紧靠所述主体部分的外表面和所述基座构件的凸缘。

实施方案7：根据实施方案1至6中任一项所述的钻地工具，其中所述基座构件包括主体部分以及径向延伸超过所述主体部分的外侧壁的凸缘。

实施方案8：根据实施方案1至7中任一项所述的钻地工具，其中所述轴承轴包括至少一个突起部，并且所述基座构件包括至少一个狭槽，并且其中所述至少一个突起部被接纳在所述至少一个狭槽中，以防止当所述轴承组件可移除地联接到所述至少一个支腿时所述轴承轴相对于所述基座构件的旋转运动。

实施方案9：根据实施方案1至8中任一项所述的钻地工具，其中所述轴承轴包括轴向延伸部，并且所述基座构件包括延伸穿过其的孔，并且其中所述轴向延伸部设置在所述孔中，使得当所述轴承组件可移除地联接到所述支腿时，所述基座构件的所述孔的内侧壁环绕所述轴承轴的所述轴向延伸部。

实施方案10：根据实施方案1至9中任一项所述的钻地工具，其中所述基座构件包括在其下表面上紧靠所述支腿的凸出部，并且所述支腿包括开口，并且其中所述凸出部设置在所述开口中，以防止当所述轴承组件可移除地联接到所述支腿时所述基座构件相对于所述支腿的旋转运动。

实施方案11：根据实施方案10所述的钻地工具，其中所述凸出部通过过盈配合、压缩配合和压配合中的一种紧固在所述支腿的所述开口中。

实施方案12：根据实施方案1至11中任一项所述的钻地工具，还包括与所述工具主体一体形成的定刀片。

实施方案13：根据实施方案1至12中任一项所述的钻地工具，其中所述支腿与所述工具主体一体形成。

实施方案14：一种可旋转切割结构组件，包括：轴承组件，所述轴承组件可与钻地工具的工具主体分离；以及牙轮，所述牙轮可旋转地联接到所述轴承组件并且具有旋转轴线，所述牙轮围绕所述旋转轴线在所述轴承组件上并且围绕所述轴承组件旋转。所述轴承组件包括轴承轴以及环绕所述轴承轴的一部分的基座构件，所述基座构件可与所述轴承轴分离。

实施方案15：根据实施方案14所述的可旋转切割结构组件，其中所述轴承轴包括轴颈销、从所述轴颈销轴向延伸的导销、以及轴向延伸部，所述轴向延伸部在所述轴颈销的与所述导销相对的一侧上从所述轴颈销轴向延伸；并且其中所述基座构件包括主体部分以及径向延伸超过所述主体部分的外侧壁的凸缘。

实施方案16：根据实施方案15所述的可旋转切割结构组件，其中所述轴承轴的所述轴颈销包括至少一个突起部，其中所述基座构件的所述主体部分包括至少一个狭槽，并且其中所述至少一个突起部被接纳在所述至少一个狭槽中以使所述轴承轴和所述基座构件互锁。

实施方案17：根据实施方案14至16中任一项所述的可旋转切割结构组件，其中所述基座构件包括延伸穿过其的孔，并且其中所述轴承轴的所述轴向延伸部设置在所述孔中，使得所述基座构件环绕所述轴承轴。

实施方案18：根据实施方案14至17中任一项所述的可旋转切割结构组件，其中所述轴颈销包括围绕其圆周延伸的轴承滚道，所述轴承滚道被构造为在其中接纳滚珠轴承以有利于所述牙轮围绕所述轴承组件的旋转。

实施方案19：根据实施方案14至18中任一项所述的可旋转切割结构组件，其中所述牙轮的主体包括形成在其中并且由所述牙轮的所述主体的内表面限定的腔体，所述牙轮的所述主体的所述内表面紧靠所述轴颈销外表面，并且所述轴承轴的所述导向销紧靠所述主体部分的外表面和所述基座构件的凸缘。

实施方案20：一种在钻地工具上组装可旋转切割结构组件的方法，包括使轴承组件的基座构件紧靠支腿的从工具主体延伸的平面内表面。所述基座构件包括延伸穿过其的孔。所述方法还包括将所述轴承组件的轴承轴的至少一部分设置在所述基座构件的所述孔内。所述轴承轴包括形成在其中的腔体。所述轴承轴通过以下方式联接到所述支腿：贯穿穿过所述工具主体的所述支腿形成的孔将机械紧固件设置在所述工具主体的外表面和所述工具主体的所述内表面之间并且进入所述轴承轴的所述腔体。将所述牙轮设置在所述基座构件和所述轴承轴上。

实施方案21：根据实施方案20所述的方法，还包括将形成在所述基座构件的下表面上的凸出部设置到穿过所述工具主体的所述支腿在所述工具主体的所述外表面和所述工具主体的所述内表面之间形成的至少一个其他孔中，所述基座构件的所述下表面紧靠所述支腿的所述内表面。

实施方案22：根据实施方案20或21中任一项所述的方法，还包括通过将所述轴承轴的至少一个突起部设置在所述基座构件的至少一个狭槽内而使所述轴承轴和所述基座构件互锁，所述至少一个突起部和所述至少一个狭槽具有互补形状。

Claims (15)

1.一种用于移除井眼中的地下地层材料的钻地工具，包括：

工具主体，所述工具主体具有限定其轴向中心的中心轴线；

支腿，所述支腿在轴向方向上从所述工具主体延伸；

轴承组件，所述轴承组件可移除地联接到所述支腿，所述轴承组件包括：

轴承轴；和

环绕所述轴承轴的一部分的基座构件，所述基座构件紧靠所述支腿的表面，其中所述轴承轴和所述基座构件之间的交界面构造成防止所述轴承轴和所述基座构件的相对旋转；和

牙轮，所述牙轮可旋转地联接到所述轴承组件并且具有旋转轴线，当所述牙轮移除所述井眼中的地下地层材料时，所述牙轮围绕所述旋转轴线在所述轴承组件上旋转。

2.根据权利要求1所述的钻地工具，其中：

所述支腿包括延伸穿过其的孔；并且

所述轴承组件通过机械紧固件可移除地联接到所述支腿，所述机械紧固件延伸穿过所述孔并且进入形成在所述轴承轴中的腔体。

3.根据权利要求2所述的钻地工具，其中所述机械紧固件的中心轴线以及所述孔的中心轴线中的每一者与所述牙轮的所述旋转轴线同轴。

4.根据权利要求1所述的钻地工具，其中所述轴承轴包括轴颈销、从所述轴颈销轴向延伸的导向销、以及在所述轴颈销的与所述导向销相对的一侧上从所述轴颈销轴向延伸的轴向延伸部。

5.根据权利要求4所述的钻地工具，其中所述轴颈销包括围绕其圆周延伸的轴承滚道，所述轴承滚道被构造为在其中接纳滚珠轴承以有利于所述牙轮围绕所述轴承组件的旋转。

6.根据权利要求4所述的钻地工具，其中所述牙轮的主体包括形成在其中并且由所述牙轮的所述主体的内表面限定的腔体，其中所述基座构件包括主体部分以及径向延伸超过所述主体部分的外侧壁的凸缘，所述牙轮的所述主体的所述内表面紧靠所述轴承轴的所述轴颈销和所述导向销的外表面，并且所述牙轮的所述主体的所述内表面紧靠所述基座构件的主体部分和凸缘的外表面。

7.根据权利要求1所述的钻地工具，其中所述基座构件包括主体部分以及径向延伸超过所述主体部分的外侧壁的凸缘。

8.根据权利要求1所述的钻地工具，其中所述轴承轴包括至少一个突起部，并且所述基座构件包括至少一个狭槽，并且其中所述至少一个突起部被接纳在所述至少一个狭槽中，以防止当所述轴承组件可移除地联接到至少一个支腿时所述轴承轴相对于所述基座构件的旋转运动。

9.根据权利要求1所述的钻地工具，其中所述轴承轴包括轴向延伸部，并且所述基座构件包括延伸穿过其的孔，并且其中所述轴向延伸部设置在所述孔中，使得当所述轴承组件可移除地联接到所述支腿时，所述基座构件的所述孔的内侧壁环绕所述轴承轴的所述轴向延伸部。

10.根据权利要求1所述的钻地工具，其中所述基座构件包括在所述基座构件的下表面上的凸出部，所述下表面紧靠所述支腿，并且所述支腿包括开口，并且其中所述凸出部设置在所述开口中，以防止当所述轴承组件可移除地联接到所述支腿时所述基座构件相对于所述支腿的旋转运动。

11.根据权利要求10所述的钻地工具，其中所述凸出部通过过盈配合、压缩配合和压配合中的一种紧固在所述支腿的所述开口中。

12.根据权利要求1所述的钻地工具，其中所述支腿与所述工具主体一体形成。

13.一种在钻地工具上组装可旋转切割结构组件的方法，包括：

使轴承组件的基座构件紧靠支腿的从工具主体延伸的平面的内表面，所述基座构件包括延伸穿过其的孔；

将所述轴承组件的轴承轴的至少一部分设置在所述基座构件的所述孔内，所述轴承轴包括形成在其中的腔体，其中所述轴承轴和所述基座构件之间的交界面构造成防止所述轴承轴和所述基座构件的相对旋转；

通过以下方式将所述轴承轴联接到所述支腿：设置机械紧固件贯穿穿过所述工具主体的所述支腿形成的、在所述支腿的外表面和所述内表面之间的孔并且所述机械紧固件进入所述轴承轴的所述腔体；以及

将牙轮设置在所述基座构件和所述轴承轴上。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括将形成在所述基座构件的下表面上的凸出部设置到穿过所述工具主体的所述支腿在所述支腿的所述外表面和所述支腿的所述内表面之间形成的至少一个其他孔中，所述基座构件的所述下表面紧靠所述支腿的所述内表面。

15.根据权利要求13所述的方法，还包括通过将所述轴承轴的至少一个突起部设置在所述基座构件的至少一个狭槽内而使所述轴承轴和所述基座构件互锁，所述至少一个突起部和所述至少一个狭槽具有互补形状。

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