具有支承元件的滚动元件组件的制作方法

在油气行业中的常规的井筒钻井中，将钻头安装在钻柱的端部上，随着逐步将井钻到所要的深度，可以通过添加多段钻杆来扩展所述钻柱。在井场地面处，可以提供旋转驱动器(称为“顶部驱动器”)以使在端部处包括钻头的钻柱旋转，从而钻穿地层。替代地，可以使用井下泥浆马达来使所述钻头旋转而不必使钻柱旋转。当钻井时，将钻井流体泵送穿过所述钻柱并且从所述钻头排出以移除钻屑和岩屑。可以使用循环的钻井流体对泥浆马达(在存在于所述钻柱中的情况下)选择性地供应动力。

用于钻出井筒的一种常见类型的钻头是“固定切削齿”钻头，其中所述切削齿在固定位置紧固到钻头主体。此类型的钻头有时称为“刮刀钻头”，因为所述切削齿一方面在钻井期间是与地层刮擦接触而不是滚动接触。所述钻头主体可以由高强度材料形成，例如碳化钨、钢或复合材料/基体材料。多个切削齿(还称为切削齿元件、切削元件或嵌件)围绕所述钻头主体附接在选定位置处。所述切削齿可以包括由碳化物(例如，碳化钨)制成的基底或者支撑螺柱，以及由沉积到所述基底上或以其他方式结合到所述基底的多晶金刚石材料或多晶氮化硼材料制成的超硬切削表面层或“平台”。所述切削齿通常被称作多晶金刚石复合片(“pdc”)切削齿。

在固定切削齿钻头中，pdc切削齿例如通过被钎焊在于刀片上界定的对应的切削齿凹穴内而刚性地紧固到钻头主体，所述刀片从所述钻头主体延伸。一些pdc切削齿沿着所述刀片的前缘战略定位以在钻井期间接合地层。在使用中，尤其在前后方向上将较高的力施加到所述pdc切削齿上。随着时间的推移，连续地接触地层的每个切削齿的工作表面或切削边缘最终磨损和/或失效。

附图说明

包括以下各图来说明本公开的某些方面，并且这些图不应被视为穷举实施方案。在不脱离本公开的范围的情况下，所公开的主题能够在形式和功能方面有大量变体、变型、组合和等效形式。

图1a说明可以采用本公开的原理的旋转钻头的等距视图。

图1b说明在图1a的指示框中包含的旋转钻头的一部分的等距视图。

图1c说明在破碎了多个部分从而示出图1的钻头的情况下的截面图和正面图。

图1d说明表示图1的钻头的刀片的横截面视图的刀片轮廓。

图2是示例性滚动元件组件的分解等距视图。

图3是图2的滚动元件组件的壳体的等距视图。

图4a和图4b分别是图3的壳体的俯视图和仰视图。

图5a至图5c是描绘图2的滚动元件组件的组装和在钻头的刀片中界定的空腔内的安装的渐进式等距视图。

图6a和图6b是安装在刀片的空腔内的图2的滚动元件组件的横截面侧视图。

图7是示出示例性提取特征的图2的滚动元件组件的一部分的放大横截面侧视图。

图8是图2的滚动元件组件的替代性实施方案的等距视图。

具体实施方式

本公开涉及钻地钻头，并且更特定来说，涉及可用于钻头中的滚动类型切削深度控制元件。

本公开包括可以于在钻头上提供的对应空腔内紧固的滚动元件组件。每个滚动元件组件可以包括圆柱形滚动元件，所述圆柱形滚动元件战略性地定位并且紧固到所述钻头，使得所述滚动元件能够在钻井期间接合地层。响应于钻头旋转，并且依据滚动元件相对于钻头主体的选定定位(定向)，所述滚动元件可以与下伏地层相抵地滚动、切削所述地层或者可以与所述地层相抵地滚动并且切削所述地层两者。目前公开的滚动元件组件的滚动元件使用弓形保持器而保持在钻头主体上的对应空腔内，所述弓形保持器被接纳于在所述空腔中界定的保持器空腔内。

对每个滚动元件相对于钻头主体的定向进行选择以产生多种不同的功能和/或效果。所述选定的定向包括(例如)选定的侧斜角和/或选定的背斜角。在一些情况下，在钻井时，所述滚动元件可以被配置成滚动切削元件，所述滚动切削元件沿着地层滚动(例如，凭借选定的侧斜角范围)并且切削地层(例如，凭借选定的背斜角和/或侧斜角)。更具体地，所述滚动切削元件可以定位成使用滚动元件的定位成接合地层的一部分(例如，多晶金刚石平台)从所述地层切削、挖、刮或以其他方式移除材料。

在一些示例性实施方案中，本文描述的滚动元件组件可以被配置成滚动切削元件。所述滚动切削元件可以被配置成围绕旋转轴线自由地旋转，并且因此，所述滚动切削元件的整个外边缘可以用作切削边缘。因此，不是切削边缘的仅有限部分在钻井期间暴露于地层(在常规的固定切削齿的情况下是如此)，所述滚动切削元件的整个外边缘将在钻井期间在围绕其旋转轴线旋转时连续地暴露于地层。这导致更均匀的切削边缘磨损，与常规的切削齿相比，这可以延长滚动切削元件的操作使用期限。

在其他示例性实施方案中，本文描述的滚动元件组件可以被配置成在钻头旋转时沿着地层滚动的滚动切削深度控制(docc)元件。在滚动docc元件配置中，可以对滚动元件的定向进行选择，使得滚动元件的整个轴向跨度支承地层。与滚动切削元件一样，滚动docc元件可以展现增强的耐磨性，并且在不会不利地影响钻头上的扭矩的情况下允许额外的钻压。这可以允许井操作者使得对钻头的损坏最小化，进而减少差错和非生产时间，并且在不牺牲钻头的效率的情况下减小钻头的攻击性。本文描述的滚动docc元件还可以减小钻头与地层之间的界面处的摩擦，并且进而允许稳定的切削深度，这导致更好的工具面控制。

在其他示例性实施方案中，本文描述的滚动元件组件可以作为滚动切削元件与滚动docc元件之间的混合物而操作。这可以通过以下方式实现：将滚动元件的旋转轴线定向在不穿过钻头的纵轴线的平面上也不定向在垂直于穿过钻头的纵轴线的平面而定向的平面上。本领域技术人员将容易了解，目前公开的实施方案可以改进混合牙轮钻头，所述混合牙轮钻头通过牺牲金刚石体积而使用大的牙轮元件作为切削深度限制器。相比而言，目前公开的滚动元件组件相比之下较小，并且其实施将不会导致固定切削齿刮刀钻头上的金刚石体积的显著损失。

图1a是可以采用本公开的原理的示例性钻头100的等距视图。钻头100被描绘为固定切削齿钻头，并且本教示可以适用于任何固定切削齿钻头类别，包括多晶金刚石复合片(pdc)钻头、刮刀钻头、基体钻头，和/或钢主体钻头。虽然在图1a中将钻头100描绘为固定切削齿钻头，然而，本公开的原理同样适用于可操作以形成井筒的其他类型的钻头，包括(但不限于)牙轮钻头。

钻头100具有钻头主体102，所述钻头主体包括具有前导面106的沿径向和纵向延伸的刀片104。钻头主体102可以由钢或更硬材料(例如碳化钨)的基体制成。钻头主体102围绕纵向钻头轴线107旋转以在所施加的钻压下钻进下伏地层中。在周向邻近的刀片104之间界定对应的排屑槽112，并且可以在排屑槽112内布置多个喷嘴或端口114以便喷射钻井流体，所述钻井流体会冷却钻头100并且另外冲洗掉在钻井期间产生的钻屑和岩屑。

钻头主体102还包括多个切削齿116，其紧固在大小和形状被设计成接纳切削齿116的对应多个切削齿凹穴内。每个切削齿116在此示例中包括固定切削齿，所述固定切削齿经由钎焊、旋拧、收缩配合、压配合、扣环或其任何组合而被紧固在其对应的切削齿凹穴内。所述固定切削齿116以预定角度定向和径向位置被固持在刀片104和相应的切削齿凹穴中，以便使所述固定切削齿116相对于穿透的地层成所要的背斜角。当旋转钻柱时，通过在钻头100处经历的钻压和扭矩的组合力驱使固定切削齿116穿过岩石。在钻井期间，固定切削齿116可能会由于在钻头100旋转时与钻进的下伏地层相互作用而经历多种力，例如拖拽力、轴向力、作用力矩力等。

每个固定切削齿116可以包括由例如碳化钨等极硬材料制成的大体上圆柱形基底，以及紧固到所述基底的切削面。所述切削面可以包括超硬材料的一个或多个层，所述超硬材料例如为多晶金刚石、多晶立方氮化硼、孕镶金刚石等，所述一个或多个层大体上形成每个固定切削齿116的切削边缘和工作表面。所述工作表面通常是平坦或平面的，但还可以展现弯曲暴露表面，所述弯曲暴露表面在切割边缘处与侧表面汇合。

一般来说，可以使用碳化钨作为基底来制造每个固定切削齿116。虽然可以将圆柱形碳化钨“坯体”用作基底，所述基底充分长以充当切削面的安装螺柱，但所述基底同样可以包括在另一界面处结合到另一金属安装螺柱的中间层。为了形成所述切削面，可以将所述基底放置成邻近于超硬材料颗粒(例如，金刚石或立方氮化硼颗粒)的层，并且所述组合在超硬材料颗粒是热力稳定的压力下承受高温。这导致多晶超硬材料层(例如，多晶金刚石或多晶立方氮化硼层)直接重结晶并形成于所述基底的上表面上。当将多晶金刚石用作超硬材料时，可以将固定切削齿116称作多晶金刚石复合片切削齿或“pdc切削齿”，并且使用此类pdc固定切削齿116制成的钻头一般称为pdc钻头。

如所说明，钻头100可以还包括多个滚动元件组件118，示出为滚动元件组件118a和118b。每个滚动元件组件118a、118b的旋转轴线相对于刀片104的外表面的切线的定向可以指示特定滚动元件组件118a、118b是操作为滚动docc元件、滚动切削元件，还是以上两者的混合物。如上文提及，滚动docc元件可以在以下方面证实是有利的：允许额外的钻压(wob)来增强定向钻井应用而没有固定切削齿116的过接合。有效的docc还限制了扭矩的波动并且使粘滑最小化，所述波动和粘滑可能会导致固定切削齿116损坏。

图1b是由在图1a中示出的虚线框指示的钻头100的放大部分。如图1b中所示，每个滚动元件组件118a、118b位于刀片104中并且包括滚动元件122。以实线线型说明滚动元件122的暴露部分，而以虚线线型说明安放在滚动元件组件118a、118b的对应壳体内的滚动元件122的部分。每个滚动元件122具有旋转轴线a、垂直于刀片轮廓138(图1d)的z轴线，以及正交于所述旋转轴线和z轴线的y轴线。

举例来说，如果滚动元件122的旋转轴线a基本上平行于刀片轮廓的外表面119的切线，那么滚动元件组件118a、118b可以大体上操作为滚动docc元件。换句话说，如果滚动元件122的旋转轴线a穿过通过钻头100(图1a)的纵轴线107(图1a)的平面或者位于所述平面上，那么滚动元件组件118a、118b可以基本上操作为滚动docc元件。然而，如果滚动元件122的旋转轴线a基本上垂直于刀片104的前导面106，那么滚动元件组件118a、118b可以基本上操作为滚动切削元件。因此，如果滚动元件122的旋转轴线a垂直于与穿过钻头100(图1a)的纵轴线107(图1a)的平面垂直的平面或者位于所述平面上，那么滚动元件组件118a、118b可以基本上操作为滚动切削元件。

因此，如图1b中描绘，第一滚动元件组件118a可以定位成操作为滚动切削元件，并且第二滚动元件组件118b可以定位成操作为滚动docc元件。在其中滚动元件122的旋转轴线a位于不穿过钻头100(图1a)的纵轴线107(图1a)的平面上也不位于垂直于所述纵轴线107的平面上的实施方案中，滚动元件组件118a、118b于是可以操作为混合滚动docc和切削元件。

用于docc的传统的承载类型切削元件由于简单地沿着地层进行拖拽、滑动等而不利地影响钻头上的扭矩(tob)，而滚动docc元件，例如目前描述的滚动元件组件118b，可以减小钻进地层所需的扭矩量，这是因为所述滚动docc元件进行滚动以减小承载型docc元件典型的摩擦损耗。与传统的支承元件相比，滚动docc元件还将具有减小的磨损。然而，将了解，滚动元件组件118b中的一者或多者也可以用作滚动切削元件，这可以增加切削齿效能，因为这将使热更均匀地分布在整个切削边缘上并且使滚动切削元件上的局部磨耗的形成最小化。

图1c是在破碎了多个部分从而示出钻头100的情况下的截面图和正面图，所述钻头钻出穿过第一井下地层124并且进入下伏第二井下地层126的井筒。当与第二井下地层126相比时，可以将第一井下地层124描述成更软或不大硬。可以将接触第一井下地层和/或第二井下地层124、126的相邻部分的钻头100的外部部分描述为钻头面，并且旋转地投影到径向平面上以提供钻头面轮廓128。钻头100的钻头面轮廓128可以包括各种区域或段并且可以由于钻头面轮廓128的旋转投影而关于钻头100的纵轴线107基本上对称，使得纵轴线107的一侧上的区域或段可以基本上类似于纵轴线107的相对侧上的区域或段。

举例来说，钻头面轮廓128可以包括与第二保径区域130b相对定位的第一保径区域130a、与第二肩部区域132b相对定位的第一肩部区域132a、与第二鼻部区域134b相对定位的第一鼻部区域134a，以及与第二锥体区域136b相对定位的第一锥体区域136a。在每个区域中包括的固定切削齿116可以称为那个区域的切削元件。举例来说，在保径区域130a、130b中包括的固定切削齿116a可以称为保径切削元件，在肩部区域132a、130b中包括的固定切削齿116b可以称为肩部切削元件，在鼻部区域134a、134b中包括的固定切削齿116c可以称为鼻部切削元件，并且在锥体区域136a、136b中包括的固定切削齿116d可以称为锥体切削元件。

锥体区域136a、136b可以是大体上凹的并且可以形成于钻头100的每个刀片104(图1a)的邻近于纵轴线107并且从所述纵轴线向外延伸的外部部分上。鼻部区域134a、134b可以是大体上凸的并且可以形成于每个刀片104的邻近于每个锥体区域136并且从每个锥体区域延伸的外部部分上。肩部区域132a、132b可以形成于每个刀片104的从相应的鼻部区域134a、134b延伸的外部部分上并且可以接近相应的保径区域130a、130b而端接。钻头面轮廓128的面积可以取决于与钻头面轮廓128的区域或段相关联的横截面面积，而不是固定切削齿116的总数、刀片104的总数或每个固定切削齿116的切削面积。

图1d说明表示钻头100(图1a)的刀片104中的一者的横截面视图的刀片轮廓138。刀片轮廓138包括如上文关于图1c描述的锥体区域136、鼻部区域134、肩部区域132和保径区域130。每个区域130、132、134、135可以基于其沿着刀片104相对于纵轴线107的相应位置以及在垂直于纵轴线107的平面中的指示与纵轴线107相距的距离的水平参考线140。图1c与图1d的比较示出图1d的刀片轮廓138相对于图1c的钻头面轮廓128是倒置的。

刀片轮廓138包括内部区域142和外部区域144。内部区域142从纵轴线107向外延伸到鼻部点146，并且外部区域144从所述鼻部点146延伸到刀片104的端部。鼻部点146可以是鼻部区域134内的刀片轮廓138上的具有最大高程(通过钻头纵轴线107(垂直轴线)相对于参考线140(水平轴线)测得)的位置。图1d中的曲线图上的对应于纵轴线107的坐标可以称为轴向坐标或位置。对应于参考线140的坐标可以称为径向坐标或径向位置，所述径向坐标或径向位置指示在穿过纵轴线107的径向平面中的相对于纵轴线107正交延伸的距离。举例来说，在图1d中，纵轴线107可以沿着z轴线放置并且参考线140可以指示相对于纵轴线107正交延伸到可以被界定为z-r平面的径向平面上的点的距离(r)。

依据每个滚动元件组件118a、118b(图1b)的旋转轴线a(图1b)相对于纵轴线107如何定向，并且更具体来说，相对于穿过纵轴线107的z-r平面如何定向，滚动组件118a、118b可以操作为滚动docc元件、滚动切削元件或其混合物。如果滚动元件122的旋转轴线a位于z-r平面上，那么滚动元件组件118a、118b将一般操作为滚动docc元件，但如果滚动元件122的旋转轴线a位于垂直于z-r平面的平面上，那么所述滚动元件组件将一般操作为滚动切削元件。在其中滚动元件122的旋转轴线a位于从z-r平面偏移但不垂直于z-r平面的平面上的实施方案中，滚动元件组件118a、118b可以操作为混合型滚动docc元件与滚动切削元件。

依据滚动元件组件相对于纵轴线107如何定向，每个滚动元件组件118a、118b(图1b)可以在操作期间展现侧斜角或背斜角。可以将侧斜角界定为滚动元件122的旋转轴线a(图1b)与延伸穿过纵轴线107的z-r平面之间的角度。当旋转轴线a平行于z-r平面时，例如在图1b的第二滚动元件组件118b的情况下，侧斜角基本上为0°。然而，当旋转轴线a垂直于z-r平面时，例如在图1b的第一滚动元件组件118a的情况下，侧斜角基本上为90°。当从正z方向沿着z轴线观看(朝向负z方向观看)时，滚动元件122的逆时针旋转产生负的侧斜角，并且滚动元件122的顺时针旋转产生正的侧斜角。换句话说，当从刀片轮廓128的顶部观看时，滚动元件122的逆时针旋转产生负的侧斜角，并且滚动元件122围绕z轴线的顺时针旋转产生正的侧斜角。

可以将背斜角界定为在给定滚动元件122的z轴线与z-r平面之间对向的角度。更具体地，当给定滚动元件122的z轴线相对于z-r平面向后或向前偏移地旋转时，偏移旋转的量等效于所测得的背斜角。然而，如果给定滚动元件122的z轴线位于z-r平面上，那么那个滚动元件122的背斜角将是0°。

在一些实施方案中，滚动元件组件118a、118b中的一者或多者可以展现范围在0°与45°(或者0°与-45°)之间的侧斜角，或替代地，范围在45°与90°(或者-45°与-90°)之间的侧斜角。在其他实施方案中，滚动元件组件118a、118b中的一者或多者可以展现范围在0°与45°(或者0°与-45°)之间的背斜角。选定的侧斜角将影响滚动元件组件118a、118b所包括的滚动元件122将经历的滚动量相对于滑动量，而选定的背斜角将影响滚动元件122的切削边缘如何接合地层(例如，图1c的第一地层和第二地层124、126)以切削、刮、圆凿或以其他方式移除材料。

再次参看图1a，第二滚动元件组件118b可以置于钻头100的圆锥体区中并且另外定位成使得滚动元件组件118b遵循相邻固定切削齿116的路径；例如，它们置于在刀片104上的主要固定切削齿116行后方的辅助行中。然而，因为第二滚动元件组件118b能够滚动，所以它们可以置于除了所述锥体之外的位置而不会影响tob。

在不脱离本公开的范围的情况下，第一滚动元件组件和第二滚动元件组件118a、118b的战略放置可以进一步允许它们用作主要和/或辅助滚动切削元件以及滚动docc元件。例如，在一些实施方案中，滚动元件组件118a、118b中的一者或多者可以定位在位于相邻固定切削齿116之间的切口形成区120中。在操作期间，切口形成区120导致在钻进的下伏地层上形成切口。滚动元件组件118a、118b中的一者或多者可以定位在钻头主体102上，使得它们将在钻井操作期间接合一个或多个所形成的切口并且另外跨越所述切口而延伸。在此实施方案中，滚动元件组件118a、118b还可以充当预破裂元件，所述预破裂元件在形成于相邻固定切削齿116之间的下伏地层上的切口顶部上滚动或者另外破碎所述切口。在其他情况下，滚动元件组件118a、118b中的一者或多者可以定位在钻头主体102上，使得它们将在钻井操作期间在相邻的所形成的切口之间前进。在其他实施方案中，滚动元件组件118a、118b中的一者或多者可以定位在钻头100的顶点处或相邻处(即，在纵轴线107处或附近)。在这些实施方案中，钻头100可以更有效地破裂下伏地层。

在一些实施方案中，如所说明，滚动元件组件118a、118b可以各自定位在相应的刀片104上，使得滚动元件组件118a、118b相对于相应刀片104的外表面119(图1b)正交地延伸。然而，在其他实施方案中，滚动元件组件118a、118b中的一者或多者可以定位成与相应刀片104的外表面119的轮廓的法线偏移预定角定向(三个自由度)。因此，滚动元件组件118a、118b可以展现经过更改的或所要的背斜角、侧斜角或以上两者的组合。将了解，可以相对于主要固定切削齿116和/或在上面设置滚动元件组件118a、118b的刀片104的表面119(图1b)来调整并且另外优化所要的背斜角和侧斜角。

图2是根据一个或多个实施方案的滚动元件组件200的一个示例的分解等距视图。滚动元件组件200可以(例如)与图1a至图1b的钻头100一起使用，在那种情况下，滚动元件组件200可以是滚动元件组件118a、118b或滚动元件组件118a、118b的特定示例性实施方案中的任一者的替代物。如所说明，滚动元件组件200可以包括壳体202、滚动元件204、一对弓形支承元件206a和206b、支撑基座208和锁定元件210。如下文论述，可以将滚动元件组件200组装并紧固在钻头100的刀片104(图1a-1b)中的一者内并且操作为滚动切削元件、滚动docc元件或滚动切削元件与滚动docc元件之间的混合物中的一者。

在图2中以幻影(即，虚线线型)描绘壳体202以能够观看其内部特征，所述内部特征允许完全组装滚动元件组件200。壳体202被配置成且另外被设计成在完全组装滚动元件组件200时接纳滚动元件204、支承元件206a、206b、支撑基座208和锁定元件210中的每一者。壳体202可以由碳化钨、钢、工程金属、涂覆材料(即，使用例如化学气相沉积、等离子体气相沉积等工艺)或其他硬的或合适的耐磨材料制成。在一些实施方案中，壳体202可以由钢制成并且可以将壳体202的内部特征机械加工至所要的尺寸。在其他实施方案中，可以将壳体202和其内部特征模制或铸造成它们的所要的形状并且随后机械加工至公差。

壳体202包括大体上立方体形主体(即，正方形、矩形等)，所述主体提供顶表面212a、与顶表面212a相对的底表面212b、第一侧边214a和与第一侧边214b相对的第二侧边214b。虽然在本文将壳体202示出和描述成立方体形，但将了解，壳体202可以替代地形成为其他形状。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，壳体202可以替代地展现弯曲或圆化的外部特征。

壳体202提供且另外界定内部腔室216，所述内部腔室的大小被设计成接纳滚动元件204并且允许滚动元件204在操作期间围绕旋转轴线a旋转。当将滚动元件204安装在壳体202内时，在顶表面212a中界定的开口218允许滚动元件204的弓形部分延伸出内部腔室216。然而，开口218的大小被设定成使得壳体202环绕(围绕)滚动元件204的180°度以上但小于360°，这在操作期间将滚动元件204紧固在壳体202中。因此，在滚动元件204围绕旋转轴线a旋转时，延伸穿过开口218的弓形部分能够接合(即，切削、相抵地滚动或延伸两者)下伏地层。

底表面212b界定支撑开口220，并且支撑空腔222在壳体202内从所述支撑开口220延伸并且转变为内部腔室216。支撑开口220的大小被设定成且另外被配置成接纳滚动元件204和支撑基座208。因此，可以经由支撑开口220将滚动元件204安装在壳体202中，并且使滚动元件前移到壳体202的内部中直到被接纳在内部腔室216中为止。支撑空腔222的大小被设计成接纳并容纳支撑基座208，并且如下文所描述，可以在安装滚动元件204和支承元件206a、206b之后将支撑基座208安装在壳体202中以有助于在操作期间支撑滚动元件204。

壳体202进一步提供在第一侧边214a上界定的第一弓形狭缝224a和在第二侧边214b上界定的第二弓形狭缝224b。第一弓形狭缝和第二弓形狭缝224a、224b侧向延伸到壳体202中以与内部腔室216连通，并且大小被设定成且另外被配置成在组装滚动元件组件200期间接纳第一弓形支承元件和第二弓形支承元件206a、206b。在一些背景下，可以将所述第一第二弓形狭缝和第二弓形狭缝224a、224b表征为在第一侧边和第二侧边214a、214b之间连续延伸的连续弓形狭缝。

壳体202可以进一步提供一个或多个锁孔口226，所述一个或多个锁孔口界定于顶表面212a中并且各自延伸到壳体202中以与内部腔室216连通。锁孔口示出为第一锁孔口226a和第二锁孔口226b，并且各自的大小被设计成接纳锁定元件210，如本文描述，所述锁定元件有助于将滚动元件组件200紧固到钻头(例如，图1a的钻头100)。

滚动元件204包括大体上圆柱形或盘形主体，所述主体具有第一轴向端228a和沿着旋转轴线a与所述第一轴向端228a相对的第二轴向端228b。在第一轴向端和第二轴向端228a、228b之间的距离在本文被称作滚动元件204的轴向宽度230。

在一些实施方案中，滚动元件204包括基底232，相对的金刚石平台234a和234b分别布置在第一轴向端和第二轴向端228a、228b处，并且另外耦合到基底232的相对的轴向端。基底232可以由多种硬或超硬材料形成，包括(但不限于)钢、钢合金、碳化钨、烧结碳化物、其任何衍生物和其任何组合。合适的胶结碳化物可含有不同比例的碳化钨(tic)、碳化钽(tac)和碳化铌(nbc)。另外，可以在基底232中包括各种粘结金属，例如钴、镍、铁、金属合金，或其混合物。在基底232中，在金属粘结剂(例如，钴)内支撑金属碳化物颗粒。在其他情况下，基底232可以由烧结碳化钨复合结构或金刚石超硬材料(例如，多晶金刚石(pcd)或热稳定多晶金刚石(tsp))形成。

金刚石平台234a、234b可以由多种超硬材料制成，包括(但不限于)多晶金刚石(pcd)、热稳定多晶金刚石(tsp)、立方氮化硼、孕镶金刚石、纳米晶金刚石、超纳米晶金刚石和氧化锆。此类材料是极其耐磨的并且适合于用作如本文描述的支承表面。

滚动元件204可以包括且另外包括一个或多个圆柱形支承部分。更具体地，在此示例中，整个滚动元件204是圆柱形并且由硬的耐磨材料制成，并且因此可以在以下方面将滚动元件204的任何部分视为圆柱形支承部分：其在例如预期在钻井操作期间滚动时滑动地接合内部腔室216的支承表面或滚动元件组件200的另一组成部分。在一些实施方案中，例如，可以将金刚石平台234a、234b中的一者或两者视为滚动元件204的圆柱形支承部分。在其他实施方案中，可以从滚动元件204省略金刚石平台234a、234b中的一者或两者并且可以替代地将基底232视为圆柱形支承部分。在其他实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，整个圆柱形或盘形滚动元件204可以被视为圆柱形支承部分并且可以由本文提及的硬或超硬材料中的任一者制成。

应注意，仅出于说明的目的而示出滚动元件204的特征并且可以按比例绘制或者可以不按比例绘制。因此，不应将所描绘的滚动元件204视为限制本公开的范围。举例来说，金刚石平台234a、234b的厚度或轴向范围可以相同或者可以不相同。在至少一个实施方案中，金刚石平台234a、234b中的一者可以比另一者更厚。另外，在一些实施方案中，可以完全从滚动元件204省略金刚石平台234a、234b中的一者。在其他实施方案中，可以省略基底232并且滚动元件204可以替代地完全由金刚石平台234a、234b的材料制成。

支撑构件206a、206b可以包括彼此的镜像并且提供大体上弓形(例如，弯曲)主体，所述主体提供内部弓形表面236a和与所述内部弓形表面236a相对的外部弓形表面236b。支撑构件206a、206b可以由本文提及的硬或超硬材料中的任一者制成。更具体来说，支撑构件206a、206b可以由以下材料制成，例如(但不限于)钢、钢合金、碳化钨、烧结碳化钨复合结构、烧结碳化物、多晶金刚石(pcd)、热稳定多晶金刚石(tsp)、立方氮化硼、孕镶金刚石、纳米晶金刚石、超纳米晶金刚石、氧化锆、其任何衍生物和其任何组合。替代地，或另外，支撑构件206a、206b可以由工程金属、涂覆材料(即，使用例如化学气相沉积、等离子体气相沉积等工艺)或其他硬的或耐磨材料制成。

支撑构件206a、206b被配置成在安装期间延伸(插入)穿过第一弓形狭缝和第二弓形狭缝224a、224b。当组装在壳体202中时，支撑构件206a、206b将介于滚动元件204与支撑基座208之间，并且在操作期间，每个支撑构件206a、206b的内部弓形表面236a的一部分将接合或另外设置成邻近于滚动元件204的外部周向表面。因此，支撑构件206a、206b可以用作支撑并导引滚动元件204的支承表面，并且可以假设大多数(如果不是所有)负荷施加在滚动元件204上。

在给定滚动元件组件200的设计下，在操作期间施加在支撑构件206a、206b上的力可以在本质上主要是压缩的。使支撑构件206a、206b由硬或超硬材料制成可以有助于在滚动元件204靠着内部弓形表面236a并且与所述内部弓形表面相抵地滑动时减小滚动元件204与支撑构件206a、206b之间的摩擦量和磨损。因此，支撑构件206a、206b的硬或超硬材料可以减少或消除对支撑构件206a、206b与滚动元件204之间的润滑的需要。然而，在至少一个实施方案中，可以对支撑构件206a、206b中的一者或两者的内部弓形表面236a进行抛光以便减少相对表面之间的摩擦。可以将内部弓形表面236a抛光至约40微英寸或更好的表面光洁度。

支撑基座208可以由本文提及的硬或超硬材料中的任一者制成。另外，支撑基座208提供且另外界定上部弓形表面238a和与所述上部弓形表面238a相对的大体上平坦或平面的底表面238b。当将支撑基座208组装在壳体202中时，平面底表面238b将与壳体212的底表面212b大体上齐平，并且上部弓形表面238a将接合或另外设置成邻近于支撑构件206a、206b的外部弓形表面236b。因此，支撑基座208可以用于在操作期间将支撑构件206a、206b和滚动元件204支撑在壳体202内。

锁定元件210可以包括线状或细长结构，所述结构展现能够插入到相应形状的锁孔口226a、226b中的大体上多边形(例如，正方形、矩形等)横截面形状。锁定元件210提供第一端240a和与所述第一端240a相对的第二端240b(部分被挡在滚动元件204后方)。如所说明，第一端240a可以是锥形的，这可以证实在经由锁孔口226a、226b中的一者使锁定元件210前移到壳体202中时有利于分离支撑构件206a、206b。

锁定元件210可以由多种材料制成，包括(但不限于)低碳钢、低温金属、形状记忆金属、弹簧钢、聚合物(例如，peek)、其任何组合或任何可锻金属。在锁定元件210前移到锁孔口226a、226b中的一者中时，所述锁定元件可以可塑地(或者弹性地)变形为与内部腔室216的弓形曲率大体上匹配的大体上弓形形状。然而，在其他实施方案中，锁定元件210可以由以上针对基底232和金刚石平台234a、234b所提及的硬或超硬材料中的任一者制成。在这些实施方案中，锁定元件210可以形成为能够在安装期间延伸(旋转)到锁孔口226a、226b中的一者中的弓形主体(即，不具有相切轨迹的圆形)。

图3是根据一个或多个实施方案的图2的滚动元件组件200的壳体202的等距视图。如上文所论述，所述大体上立方体形壳体202包括顶表面和底表面212a、212b以及第一侧边和第二侧边214a、214b。在顶表面212a中界定开口218，并且内部腔室216从开口218延伸并且延伸到壳体202的内部中。另外，还在顶表面212a中界定锁孔口226，并且所述锁孔口经过塑型(大小设定)以接纳锁定元件210(图2)。还示出分别在相对的第一侧边和第二侧边214a、214b上界定第一弓形狭缝和第二弓形狭缝224a、224b。如上文指示，可以将所述第一弓形狭缝和第二弓形狭缝224a、224b替代地表征为穿过壳体202的主体而界定并且在第一侧边和第二侧边214a、224b之间连续延伸的单个弓形狭缝。最后，可以穿过第一弓形狭缝224a看到在底表面212b中界定的支撑开口220的一部分。

图4a和图4b分别是根据一个或多个实施方案的图2和图3的壳体202的俯视图和仰视图。更具体来说，图4a描绘壳体202的顶表面212a并且图4b描绘壳体202的底表面212b。如所说明，顶表面212a中的开口218和底表面212b中的支撑开口220可以各自展现大体上矩形形状。在所说明的实施方案中，开口218展现第一长度402a和第一宽度404a，并且支撑开口220展现第二长度402b和第二宽度404b。

支撑开口220的长度402b大于开口218的长度402a并且至少与滚动元件204(图2)的直径一样长，而开口218的长度402a小于滚动元件204的直径。因此，滚动元件204可以能够经由支撑开口220装配到壳体202中，但顶表面212a上的开口218将防止滚动元件204滑出壳体202。相反，当完全组装滚动元件组件200(图2)时，滚动元件204的弓形部分将延伸出开口218。另外，开口218处的内部腔室216的壁406(在图4b中最佳可见)可以被配置成环绕滚动元件204的圆周的180°以上但小于360°，使得滚动元件204的整个轴向宽度230(图2)保持暴露以用于在操作期间与地层进行外部接触。

在一些实施方案中，第一宽度和第二宽度404a、404b可以基本上类似，但可以替代地不同，其中支撑开口220的宽度404b可以大于开口218的宽度404a。第一宽度和第二宽度404a、404b各自至少与滚动元件204(图2)的轴向宽度230(图2)一样宽。这允许经由支撑开口220将滚动元件204引入到壳体202中，并且还在完全组装滚动元件组件200(图2)时使滚动元件204的弓形部分延伸出开口218。

图5a至图5c是描绘滚动元件组件200的组装和其随后安装于在图1a-1b的钻头的刀片104中界定的空腔502内的渐进式等距视图。虽然空腔502示出为在刀片104中界定，但将了解，在不脱离本公开的范围的情况下，本公开的原理同样适用于在钻头100的其他位置上界定的空腔502。壳体202和刀片104各自在图5a至图5c中以幻影(即，虚线线型)描绘，从而允许在组装和安装期间观看滚动元件组件200的组成部分。另外，在图5a至图5c中仅表示刀片104的一部分并且是以一般立方体形状描绘，而刀片104将替代地包括其他形状且大得多。

在图5a中，将空腔502界定为大体上立方结构，所述结构具有被配置成接纳滚动元件组件200且更具体地接纳壳体202的尺寸。具体来说，空腔502展现第一长度504a、第一宽度506a和第一深度508a，而壳体202展现第二长度504b、第二宽度506b和第二深度508b。为了能够在空腔502内接纳壳体202，第一长度504a和第一宽度506a可以分别大于第二长度504b和第二宽度506b。在一些实施方案中，第一深度和第二深度508a、805b可以基本上类似，使得当在空腔502内接纳壳体202时，壳体202的顶表面212a将与刀片104的外表面基本上齐平。

空腔502可以提供第一侧壁510a和与第一侧壁510a相对的第二侧壁510b。可以将弓形凹槽512界定于每个侧壁510a、510b中，并且每个弓形凹槽512被配置成接纳支撑构件206a、206b中的对应一者的轴向端，如下文所描述。因此，弓形凹槽512的曲率半径可以基本上类似于支撑构件206a、206b以及第一弓形狭缝和第二弓形狭缝224a、224b的曲率半径。

在其中钻头100(图1a至图1b)是由基体材料制成的实施方案中，可以通过将取代材料(即，压实的砂或石墨)选择性地放置在其中将要形成空腔502和弓形凹槽512的位置处来形成空腔502和弓形凹槽512。在其中钻头100包括钢主体钻头的实施方案中，可以采用常规的机械加工技术将空腔502和弓形凹槽512机械加工至所要的尺寸。

现在提供滚动元件组件200的示例性组装。可以通过以下方式来组装滚动元件组件200：首先经由支撑开口220使滚动元件204延伸(插入)到壳体202中，并且使滚动元件204前移到壳体202的内部中直到其被接纳在内部腔室216(图2、图3和图4a至图4b)内为止。随后使第一弓形支撑构件和第二弓形支撑构件206a、206b分别延伸(插入)到第一弓形狭缝和第二弓形狭缝224a、224b中，并且前移到壳体202的内部中，直到它们的相对的轴向端彼此接触为止。在支撑构件206a、206b延伸到壳体202中时，通过每个支撑构件206a、206b的内部弓形表面236a来接纳和支撑滚动元件204。因此，每个支撑构件206a、206b的内部弓形表面236a的一部分将接合滚动元件204的外部周向表面。

在一些实施方案中，作为触摸轴向侧(端部)的支撑构件206a、206b的总轴向长度将等于或小于壳体202的长度504b。因此，当支撑构件206a、206b延伸到壳体202中并且彼此接合时，支撑构件206a、206b的外部轴向端将不在任一侧上延伸出第一弓形狭缝和第二弓形狭缝224a、224b。然而，在其他实施方案中，作为触摸轴向侧的支撑构件206a、206b的总轴向长度可以大于长度504b，并且在任一侧上延伸出第一弓形狭缝和第二弓形狭缝224a、224b的支撑构件206a、206b的端部可以在插入之后机械加工去除。将了解，这将允许在支撑构件206a、206b不粘结于空腔502的壁中的任一者上的情况下将壳体202插入到空腔502中。

随后可以使支撑基座208延伸(插入)穿过支撑开口220并且延伸到支撑空腔222(图2)中。支撑基座208可以展现比支撑开口220的尺寸小的尺寸，以允许支撑基座208穿过支撑开口220并且被接纳在支撑空腔222内。当将支撑基座208恰当地接纳在支撑空腔222内时，平面底表面238b(图2)将与壳体202的底表面212b大体上齐平，并且支撑基座208的上部弓形表面238a(图2)将接合支撑构件206a、206b的外部弓形表面236b。当将滚动元件组件200接纳在空腔502内时，壳体202的平面底表面238b和底表面212b将靠在空腔502的底部514上。因此，支撑基座208可以用于在操作期间将支撑构件206a、206b和滚动元件204支撑在空腔502内。

在滚动元件204、支撑构件206a、206b和支撑基座208被恰当地接纳在壳体202内的情况下，如上文一般描述，滚动元件204的弓形部分将穿过开口218延伸出壳体202并且暴露滚动元件204的整个轴向宽度230。开口218处的壳体202环绕滚动元件204的圆周的180°以上但小于360°，使得滚动元件204的整个轴向宽度230保持暴露，以用于在操作期间与地层进行外部接触。随后可以将壳体202置于空腔502内部并且准备好紧固在空腔502内以供井下使用。

图5b示出在插入到空腔502中或者以其他方式由空腔502接纳的滚动元件组件200。如所说明，在壳体202被接纳在空腔502内的情况下，支撑构件206a、206b与在空腔502的相对的侧壁510a、510b上界定的弓形凹槽512可以基本上对准。然而，支撑构件206a、206b可以定位在壳体202的范围内并且另外不延伸到弓形凹槽512中。为了将滚动元件组件200紧固在空腔502内，支撑构件206a、206b侧向延伸到对应的弓形凹槽512中。这可以通过以下方式实现：使锁定元件210(图2)延伸(插入)到锁孔口226中的一者(在图5b中仅示出一个)中并且使锁定元件210前移到壳体202的内部中。

图5c示出锁定元件210已经延伸(插入)到第一锁孔口226a中(部分被挡在滚动元件204后方)并且前移到壳体202的内部中，直到到达或接近第二锁孔口226b的开口。锁定元件210的锥形的第一端240a可以证实在锁定元件210前移到壳体202中时有利于允许锁定元件210分离支撑构件206a、206b并且将所述支撑构件侧向推进到相对的弓形凹槽512中。在一些实施方案中，支撑构件206a、206b的边缘可以成倒角或者成角度，以有助于促进锥形的第一端240a更容易地在支撑构件206a、206b之间延伸并且分离所述支撑构件。

在一些实施方案中，可以在压力或机械力(例如，使用锤子等撞击锁定元件210)下迫使锁定元件210进入壳体202。锁定元件210(例如)可以展现在被迫进入弓形凹槽512中时在相对的支撑构件206a、206b之间产生过盈配合的几何形状。然而，在其他实施方案中，锁定元件210可以经由热收缩配合而紧固在壳体内。

在一些实施方案中，如所说明，可以使锁定元件210朝向相对的锁孔口226(即，第二锁孔口226b)前移但不延伸出锁孔口226。在其他实施方案中，锁定元件210的端部中的一者或两者可以延伸出锁孔口226a、226b，并且随后可以在锁定元件210恰当地延伸到壳体202中时机械加工去除。由于壳体202、支撑构件206a、206b与弓形凹槽512之间的大体上u形接合，所以产生较强的庞大的锁定接合，这在壳体202或空腔502不会出故障的情况下允许壳体202维持较大的加载力。

锁定元件210与每个支撑构件206a、206b的内部弓形表面236a(图2)可以展现匹配的弓形轮廓。换句话说，支撑构件206a、206b和锁定元件210的几何形状被设计成使得内部弓形表面236a的曲率将平滑地转变为锁定元件210的曲率，从而使得滚动元件204能够在操作期间在空腔502内以所有角度位置靠在连续(均匀)的弯曲表面上。因此，锁定元件210可以不仅用于锁定目的，而且在接合滚动元件204的外部圆周时用作轴承支撑件。如果在使用期间由于滚动元件204的振动而在锁定元件210的相对的弓形表面上存在任何变形，那么此类变形可以增强由锁定元件210提供的过盈配合。因此，在滚动元件204上的增加的加载的情况下，锁定元件210在使用期间与壳体202的无意脱离是不大可能的。

在钻井操作期间，滚动元件204能够在壳体202(即，图2的内部腔室216)内围绕滚动元件204的旋转轴线a旋转。在滚动元件204围绕旋转轴线a旋转时，滚动元件204的弓形部分延伸出壳体202并且穿过开口218以接合(即，切削、相抵地滚动或以上两者)下伏地层。这允许在滚动元件204在使用期间旋转时逐步使用跨越整个外部周向表面的滚动元件204的整个轴向宽度230。

图6a和图6b是滚动元件组件200在安装于在刀片104中界定的空腔502内期间的横截面侧视图。在图6a中，壳体202被接纳在空腔502内并且包括被恰当地接纳在其中的滚动元件204、支撑构件206a、206b和支撑基座208，如上文一般描述。如所说明，滚动元件204的弓形部分602延伸穿过开口218并且延伸出壳体202，并且进而暴露滚动元件204的整个轴向宽度230。另外，在图6a中，支撑构件206a、206b定位在壳体202的范围内并且另外不延伸到在空腔502的相对的侧壁510a、510b上提供的弓形凹槽512中。

在图6b中，示出锁定元件210延伸到壳体202中以将滚动元件组件200紧固在空腔502内，如上文一般描述。在锁定元件210前移到壳体202中时，所述锁定元件分离支撑构件206a、206b并且侧向推进所述支撑构件以接纳在相对的弓形凹槽512内。在一些实施方案中，每个弓形凹槽512的深度可以是锁定元件210的宽度604的一半或者略小，以实现锁定元件210与支撑构件206a、206b之间的过盈配合。通过侧向延伸到弓形凹槽512中的支撑构件206a、206b来防止滚动元件组件200在空腔502内的潜在的水平移动。

再次参看图5c，在一段时间之后，可能想要从空腔502移除滚动元件组件200以便进行复原或更换。可以通过首先移除锁定元件210而从空腔502移除滚动元件组件200。这可以通过以下方式完成：通过经由锁孔口226中的一者驱动(迫动)锁定元件210而使锁定元件210倒退出锁孔口226。一旦暴露锁定元件210的一部分，便可以使用一对钳子等抓握锁定元件210并且完全倒退出并移除。

一旦移除了锁定元件210，将必须使支撑构件206a、206b侧向收缩并且另外从弓形凹槽512清除，以使得能够从空腔502移除壳体202。可以经由多种方法或手段来完成从弓形凹槽512清除支撑构件206a、206b。例如，在一些实施方案中支撑构件206a、206b可以各自界定或另外提供提取特征510，一旦移除了锁定元件210，所述提取特征可以用于有助于侧向移动支撑构件206a、206b以脱离与弓形凹槽512的接合。

图7是根据一个或多个实施方案的示出提取特征510的一个示例的滚动元件组件200的一部分的放大横截面侧视图。提取特征510可以包括支撑构件206a、206b的几何形状的任何负的或正的更改，所述更改提供可以抓握或另外接合支撑构件206a、206b的位置，以将支撑构件206a、206b侧向移动出弓形凹槽512(图5c)并且移回到壳体202的范围中。负更改(例如)包括从支撑构件206a、206b移除材料，而正更改包括向支撑构件206a、206b添加材料。在所说明的实施方案中，提取特征510包括呈在每个支撑构件206a、206b的端部上界定的狭缝、凹槽或沟道的形式的负更改。

在想要从弓形凹槽512(图5c)移除支撑构件206a、206b并且回到壳体202的范围中时，用户可以使用刚性装置(例如，钳子、锄、螺丝刀、刚性杆等)接近并接合提取特征510并且使支撑构件206a、206b朝向彼此侧向移动，如箭头所指示。在至少一个实施方案中，如所说明，锁孔口226可以是锥形的并且另外带有延伸到壳体202中的沟槽，以使得用户能够接近提取特征510并且进而充分利用支撑构件206a、206b以使它们侧向移动。

图8是提供在需要时移除滚动元件组件200的替代性手段的滚动元件组件200的替代性实施方案的等距视图。更具体来说，在一些实施方案中，滚动元件组件200可以还包括用于朝向壳体202的内部推进(偏置)支撑构件206a、206b的第一偏置装置802a和第二偏置装置802b。在一些实施方案中，如所说明，偏置装置802a、802b可以包括压缩弹簧。然而，在其他实施方案中，偏置装置802a、802b可以包括一连串碟形弹簧垫圈等。

可以在刀片104中界定装置空腔804，并且每个装置空腔804可以被配置成接纳偏置装置802a、802b中的对应一者以作用在支撑构件206a、206b上。如所说明，装置空腔804与弓形凹槽512侧向对准并且延伸到所述弓形凹槽中。因此，装置空腔804可以能够使偏置装置802a、802b与支撑构件206a、206b对准。在锁定元件210延伸到壳体202中并且进而分离支撑构件206a、206b并且将所述支撑构件侧向推进到相对的弓形凹槽512中时，支撑构件206a、206b将侧向接合并压缩相对的第一偏置装置和第二偏置装置802a、802b，这在每个偏置装置802a、802b中建立弹簧力。在随后移除锁定元件210以从空腔502提取滚动元件组件200时，偏置装置802a、802b的弹簧力将作用在支撑构件206a、206b上并且迫使支撑构件206a、206b回到壳体202的范围中并且另外离开弓形凹槽512。在从弓形凹槽512移除了支撑构件206a、206b的情况下，可以从空腔502提取壳体202和其内部部件。

本文公开的实施方案包括：

a.一种钻头，所述钻头包括：钻头主体，所述钻头主体包括从其延伸的一个或多个刀片；多个切削齿，所述多个切削齿紧固到所述一个或多个刀片；以及滚动元件组件，所述滚动元件组件定位于在所述钻头主体上界定的空腔内，所述滚动元件组件包括：壳体；滚动元件，所述滚动元件可以在所述壳体内围绕旋转轴线旋转；以及一个或多个支承元件，所述一个或多个支承元件可以延伸到在所述空腔中界定的对应的一个或多个弓形凹槽中以将所述壳体紧固在所述空腔内，其中所述壳体环绕所述滚动元件的圆周的180°以上但小于360°，同时暴露所述滚动元件的整个轴向宽度。

b.一种滚动元件组件，所述滚动元件组件包括：壳体，所述壳体可以接纳于在钻头的钻头主体中界定的空腔内，所述壳体提供在所述壳体的顶表面中界定的开口；滚动元件，所述滚动元件可以围绕旋转轴线旋转并且具有在定位于所述壳体内时延伸出所述开口的弓形部分，其中所述壳体环绕所述滚动元件的圆周的180°以上但小于360°，同时暴露所述滚动元件的整个轴向宽度；以及一个或多个支承元件，所述一个或多个支承元件可以定位在所述壳体内以支撑所述滚动元件并且可以延伸到在所述空腔中界定的对应的一个或多个弓形凹槽中。

实施方案a和b中的每一者可以具有以下额外要素中的一者或多者的任何组合：要素1：其中所述一个或多个支承元件包括选自由以下各者组成的组的材料：钢、钢合金、碳化钨、烧结碳化钨复合材料、烧结碳化物、多晶金刚石、热稳定多晶金刚石、立方氮化硼、孕镶金刚石、纳米晶金刚石、超纳米晶金刚石、氧化锆、其任何衍生物和其任何组合。要素2：其中所述一个或多个支承元件包括第一支承元件和第二支承元件，并且所述壳体还包括：内部腔室，所述内部腔室界定于所述壳体内并且大小被设计成接纳所述滚动元件；开口，所述开口界定于所述壳体的顶表面中，所述滚动元件的弓形部分延伸穿过所述开口；支撑开口，所述支撑开口界定于所述壳体的底表面中；第一弓形狭缝，所述第一弓形狭缝界定于所述壳体的第一侧边上；以及第二弓形狭缝，所述第二弓形狭缝界定于所述壳体的第二侧边上，其中所述第一支承元件和所述第二支承元件可以分别经由所述第一弓形狭缝和所述第二弓形狭缝在所述壳体内延伸。要素3：其中所述滚动元件组件还包括：支撑基座，所述支撑基座可以经由所述支撑开口在所述壳体内延伸；以及锁定元件，所述锁定元件可以经由在所述顶表面中界定的锁孔口在所述壳体内延伸，其中所述锁定元件分离所述第一支撑构件和所述第二支撑构件并且将所述第一支撑构件和所述第二支撑构件移动到所述弓形凹槽中以将所述壳体紧固在所述空腔内。要素4：其中所述第一支撑构件和所述第二支撑构件各自包括具有内部弓形表面和与所述内部弓形表面相对的外部弓形表面的弓形主体，并且其中所述第一支撑构件和所述第二支撑构件在安装于所述壳体中时介于所述滚动元件与所述支撑基座之间，使得每个支撑构件的所述内部弓形表面的一部分接合所述滚动元件的外部周向表面，并且每个支撑构件的所述外部弓形表面的一部分接合所述支撑基座的上部弓形表面。要素5：其中所述支撑开口的长度大于所述滚动元件的直径并且所述开口的长度小于所述滚动元件的所述直径。要素6：还包括提取特征，所述提取特征设置在所述支撑构件中的一者或两者上并且可以经由在所述壳体的顶表面中界定的锁孔口接近。要素7：其中分别在所述空腔的相对的第一侧壁和第二侧壁中界定所述第一弓形凹槽和所述第二弓形凹槽，所述钻头还包括：第一装置空腔，所述第一装置空腔界定于所述钻头主体中并且延伸到所述第一弓形凹槽中；第二装置空腔，所述第二装置空腔界定于所述钻头主体中并且延伸到所述第二弓形凹槽中；第一偏置装置，所述第一偏置装置布置在所述第一装置空腔内并且可以与所述第一支撑构件接合；以及第二偏置装置，所述第二偏置装置布置在所述第二装置空腔内并且可以与所述第二支撑构件接合。要素8：其中所述空腔界定于所述一个或多个刀片上。要素9：其中所述滚动元件的所述旋转轴线位于穿过所述钻头主体的纵轴线的平面上。要素10：其中所述滚动元件的所述旋转轴线位于垂直于所述钻头主体的纵轴线的平面上。要素11：其中所述滚动元件的所述旋转轴线位于既不垂直于所述钻头主体的纵轴线也不穿过所述纵轴线的平面上。

要素12：其中所述一个或多个支承元件包括第一支承元件和第二支承元件，并且所述壳体还包括：内部腔室，所述内部腔室界定于所述壳体内以接纳所述滚动元件；第一弓形狭缝，所述第一弓形狭缝界定于所述壳体的第一侧边上；以及第二弓形狭缝，所述第二弓形狭缝界定于所述壳体的第二侧边上，其中所述第一支承元件和所述第二支承元件可以分别经由所述第一弓形狭缝和所述第二弓形狭缝在所述壳体内延伸。要素13：还包括：支撑基座，所述支撑基座可以经由所述支撑开口在所述壳体内延伸；以及锁定元件，所述锁定元件可以经由在所述顶表面中界定的锁孔口在所述壳体内延伸，其中所述锁定元件分离所述第一支撑构件和所述第二支撑构件并且将所述第一支撑构件和所述第二支撑构件移动到所述弓形凹槽中以将所述壳体紧固在所述空腔内。要素14：其中所述第一支撑构件和所述第二支撑构件各自包括具有内部弓形表面和与所述内部弓形表面相对的外部弓形表面的弓形主体，并且其中所述第一支撑构件和所述第二支撑构件在安装于所述壳体中时介于所述滚动元件与所述支撑基座之间，使得每个支撑构件的所述内部弓形表面的一部分接合所述滚动元件的外部周向表面，并且每个支撑构件的所述外部弓形表面的一部分接合所述支撑基座的上部弓形表面。要素15：其中所述第一支撑构件和所述第二支撑构件和所述锁定元件在旋转期间合作地支撑所述滚动元件。要素16：其中所述支撑开口的长度大于所述滚动元件的直径并且所述开口的长度小于所述滚动元件的所述直径。要素17：还包括提取特征，所述提取特征设置在所述支撑构件中的一者或两者上并且可以经由在所述壳体的顶表面中界定的锁孔口接近。要素18：其中分别在所述空腔的相对的第一侧壁和第二侧壁中界定所述第一弓形凹槽和所述第二弓形凹槽，所述钻头还包括：第一装置空腔，所述第一装置空腔界定于所述钻头主体中并且延伸到所述第一弓形凹槽中；第二装置空腔，所述第二装置空腔界定于所述钻头主体中并且延伸到所述第二弓形凹槽中；第一偏置装置，所述第一偏置装置布置在所述第一装置空腔内并且可以与所述第一支撑构件接合；以及第二偏置装置，所述第二偏置装置布置在所述第二装置空腔内并且可以与所述第二支撑构件接合。

通过非限制性示例，适用于a和b的示例性组合包括：要素2与要素3；要素3与要素4；要素2与要素5；要素12与要素13；要素12与要素14；要素14与要素15；以及要素13与要素16。

因此，所公开的系统和方法非常适于得到所提及的目标和优点以及其中固有的目标和优点。上文公开的特定实施方案仅是说明性的，因为本公开的教导可以按受益于本文教导的益处的本领域技术人员显而易见的不同但等效的方式加以修改和实践。此外，除了所附权利要求书中所描述的内容之外，不希望对本文示出的构造或设计的细节进行限制。因此显然的是，可更改、组合或修改上文所公开的特定说明性实施方案，并且所有此类变化都被视为在本公开的范围内。可以在不存在本文具体公开的任何要素和/或本文公开的任何任选要素的情况下合适地实践本文说明性公开的系统和方法。虽然依据“包括”、“含有”或“包括”各种部件或步骤来描述组合物和方法，但所述组合物和方法还可以由各种部件和步骤“实质上组成”或“组成”。上文公开的所有数字和范围可改变某一量。每当公开具有下限和上限的数字范围时，具体地公开属于所述范围内的任何数字和任何所包括的范围。具体来说，本文公开的值的每个范围(形式为“从大约a到大约b”，或等效地“从约a到b”，或等效地“从约a-b”)将被理解为陈述在值的更广范围内包括的每个数字和范围。而且，权利要求书中的术语具有它们普通平常的含义，除非专利权所有人另外明确且清楚地界定。另外，在本文界定在权利要求书中使用的不定冠词“一”以指所述不定冠词所引入的要素中的一者或一者以上。如果在本说明书以及以引用的方式并入本文的一个或多个专利或其他文献中在词或术语的使用方面存在任何冲突，那么应采用与此说明书一致的定义。

如本文所使用，在一连串项目之前的短语“中的至少一者”(其中使用术语“和”或“或”分开所述项目中的任一者)会整体地修饰列表，而不是所述列表的每个成员(即，每个项目)。短语“中的至少一者”允许以下含义：包括项目中的任一者中的至少一者，和/或项目的任何组合中的至少一者，和/或项目中的每一者中的至少一者。举例来说，短语“a、b和c中的至少一者”或“a、b或c中的至少一者”各自是指仅有a、仅有b或仅有c；a、b和c的任何组合；和/或a、b和c中的每一者中的至少一者。