DE2730602A1 - DEEP DRILLING CHISEL - Google Patents
DEEP DRILLING CHISELInfo
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Classifications
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- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B10/00—Drill bits
- E21B10/46—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
- E21B10/56—Button-type inserts
- E21B10/567—Button-type inserts with preformed cutting elements mounted on a distinct support, e.g. polycrystalline inserts
Description
Die Erfindung betrifft einen Tiefbohrmeißel mit einem eine rohrförmige Bohrung aufweisenden metallenen Meißelschaft, dessen eines Ende mit einem fest mit diesem verbundenen, eine Schneidfläche des Meißels bildenden Hartstoffbelag versehen ist.The invention relates to a deep drilling bit with a metal bit shank having a tubular bore, one end of which is provided with a hard material coating that is firmly connected to it and forms a cutting surface of the chisel is.
Bekannte Tiefbohrmeißel dieser Art verwenden in der Regel natürliche oder synthetische Diamanten, die in der Schneidfläche des Meißels angeordnet sind und mit diesem in einer Matrix eines Sekundärschleif- bzw. Schneidmaterials, z.B. Wolframkarbid, durcn eine Metallbindung verbunden sind.Known deep drilling bits of this type usually use natural ones or synthetic diamonds located in the cutting face of the chisel and in a matrix therewith a secondary grinding or cutting material, e.g. tungsten carbide, are connected by a metal bond.
Hierbei sind zwei grundsätzliche Ausführungsarten beKannt, wonach einmal die Diamanten von gewöhnlich sehr kleinen Abmessungen willkürlich in der Matrix verteilt sind una bei der anderen. Ausführungsform die diamanten von gewöhnlich größeren Abmessungen in der Oberfläche des Bohrmeißelschaftes in einem vorbestimmten Muster als sogenannter Oberflächenoesatz ange-Two basic types of execution are known here, according to which the diamonds, usually of very small dimensions, are randomly distributed in the matrix, among other things others. Embodiment the diamonds of usually larger ones Dimensions in the surface of the drill bit shank in a predetermined pattern as a so-called surface replacement.
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ordnet sind. (vgl. US-PSen 3 709 308, 3 »25 0ö3, 3 Ö71 O1IO, 3 7bY ö7ö und 3 Yt>7 Ö7y).are arranged. (see US Pat. Nos 3,709,308, 3 »25 0ö3, 3 Ö71 O 1 IO, 3 7by ö7ö and 3 Y t> 7 Ö7y).
Die Bonrmeißel der angegebenen Art erfahren bei ihrem Einsatz zum Tiefbohren Beschädigungen. Solcne Beschädigungen resultieren aus einer örtlichen Zerstörung der Diamant-Matrix-Verbindung. In diesem Fall ist die Lebens dauer des Bohrmeißels beendet, und es sind umfängliche Reparaturen oder eine Verschrottung des Bohrmeißels erforderlich, wobei die Diamanten und das Wolframkarbid vom Stahlschaft abgetrennt werden.The boning chisels of the specified type learn from theirs Use for deep drilling damage. Such damage results from local destruction of the Diamond matrix compound. In this case it is life End of the life of the drill bit, and there are extensive repairs or scrapping of the drill bit required, with the diamonds and tungsten carbide being separated from the steel shaft.
Anstatt einzelne Diamantpartikel zu verwenden, die entweder willkürlich verteilt in der Matrix des Sekundärscnleifmaterials, z.B. woiframkarbid mit einem metallischen Bindemittel, oder als Oberflächenbesatz angeordnet sind, sind nach der Erfindung vorgeformte Schneidelement« vorgesenen. Das vorgeformte Schneidelement kann in der in der US-PS 3 745 6ii3 beschriebenen Weise oder durcn Formung von Gemischen von üiamantpartikeln, Sekunaärschleifmaterialpartikeln und Partikeln eines metalliscner ßinaemitteis unter Anwendung der Herstellungstechniken nacn den obigen US-Patentscnriften in in geeigneter Weist ausgestalteten Formen z.B. nacn dem in den US-PSen 3 öH.l Ö52 und 3 »71 «40 beschriebenen Warmpreßverfanren hergestellt werden. Vorgezogen wird ein vorgeformtes Scnleifelement, das nacn den Anweisungen der US-PSInstead of using individual diamond particles that are either randomly distributed in the matrix of the secondary abrasive material, e.g. woifram carbide with a metallic Binding agents, or are arranged as surface trimmings, are, according to the invention, preformed cutting elements « pre-sent. The preformed cutting element may be in the manner described in US Pat. No. 3,745,613 Forming mixtures of diamond particles, secondary abrasive particles and particles of a metallic ßinaemitteis using the manufacturing techniques in appropriately designed forms according to the above U.S. patents, e.g. 3 ÖH.l Ö52 and 3 "71" 40 described hot pressing processes getting produced. Preference is given to a preformed abrasive element made according to the instructions in US Pat
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$ 7^5 6^3 gebildet ist. Bei der erfindunpsgemäfien Ausgestaltung sind die vorgeformten Scnneideiemente, wie oben beschrieben, im Grundkörper des Bohrmeißels mit Abständen vom an die Mittelachse des Bohrmeißels angrenzenden Bereicn bis nahe an dessen Kalibrierbereich angeordnet. Die Anordnung der vorgeformten Schneidelemente im Bohrmeißel ist hierbei derart getroffen, daß bei einer Umdrenung des Bohrmeißels um seine Achse im wesentlicnen die gesamte vom Bohrmeißel bei seinem Umlauf überquerte Formationsoberflache von den Schneidelementen erfaßt wird. $ 7 ^ 5 6 ^ 3 is formed. In the embodiment according to the invention, the preformed cutting elements, as described above, are arranged in the base body of the drill bit at a distance from the area adjoining the central axis of the drill bit to close to its calibration area. The arrangement of the preformed cutting elements in the drill bit is such that when the drill bit is turned around its axis, essentially the entire formation surface crossed by the drill bit during its rotation is covered by the cutting elements.
Zur Vermeidung überhöhter Spannungen an den vorgeformten Scnneidelementen sind diese mit einem negativen Freiwinkel angeordnet und von einem angrenzenden Berich des Bohrmeißels rückseitig abgestützt, so daß die beim Bohren auf die Scnneideiemente wirkenden Druckkräfte aufgenommen werden. Biegespannungen sind hierdurch in den Scnneidelementen praktisch ausgeschlossen.To avoid excessive stresses on the preformed cutting elements, they have a negative clearance angle arranged and from an adjacent area of the Drill bit supported on the back, so that the pressure forces acting on the cutting elements during drilling be included. This practically eliminates bending stresses in the cutting elements.
Es sind ferner Vorkehrungen zum Abführen des Bonrkleins von den Scnneidelementen getroffen. Das Spülmedium wird üblicherweise durcn eine zentrale Bonrung zur Herbeiführung der Spülwirkung hindurchgeführt. Hierzu sind mit der zentralen Bohrung in Verbindung stehende Kanäle vor den Schneidelementen vorgesehen. Die Spülmitteikanälc erstrecken sich über die Senneidfläche des BohrmeißelsThere are also provisions for removing the small pieces of paper from the cutting elements. The flushing medium is Usually passed through a central bore to bring about the flushing effect. These are channels communicating with the central bore are provided in front of the cutting elements. The Spülmitteikanälc extend over the sill surface of the drill bit
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von der zentralen Bohrung bis zum Kalibrierbereich des Meißels. Zwar können in einigen Anwendungsfällen diese Spülmittelkanäle fortgelassen werden, jedoch tragen sie normalerweise zur Säuberung der Bohrmeißelfläche wesentlich Dei. Die Schneidelemente können mit einem Freiwmkej von Null, vorzugsweise jedoch mit einem negativen seitlichen Freiwinkel angeordnet werden, wodurch ein Scnneepflugeffekt beim Abführen des Bohrkleins zum Kalibrierbereich des Meißels herbeigeführt wird. Vorzugsweise sind die Spülmittelkanäle in einer Anordnung vorgesehen, die sich vor den Schneideiementen erstreckt. Durch die Ausrichtung des Freiwinkels und des Spülmediums durch die Kanäle wird das Bohrklein in den Ringraum zwischen dem Bohrmeißel und dem Bohrloch und durch diesen nach oben an die Oberfläche geführt. Die vorgeformten Schneidelemente sind in Buchsen bzw. Ausnehmungen im Grundkörper des Bohrmeißels, vorzugsweise eines mit einem Belag aus z.B. metallgebundenem Sekundärschleifmaterial mit geringerer Härte als der von Diamanten versehenen Bohrmeißels gehalten. Die Beschichtung bzw. das Aufbringen solcher Hartstoffbeläge auf Bohrmeißel ist zwar üblich, jedoch ist hierbei eine andere Diamantanordnung vorgesehen, wie sie in den oben angeführten US-Patentschriften beschrieben ist. Vorzugsweise sind Buchsen bzw. Ausnehmungen ,im Bohrmeißel in einer solchen Ausrichtung und mit derart in den Buchsen ausgerichtetenfrom the central hole to the calibration area of the Chisel. In some use cases, these Flushing fluid channels are omitted, but they usually contribute significantly to clearing the bit face Dei. The cutting elements can with a Freiwmkej of zero, but preferably with a negative lateral clearance angle, creating a snowplough effect is brought about when removing the cuttings to the calibration area of the chisel. Preferably the detergent channels are provided in an arrangement, which extends in front of the cutting elements. By aligning the clearance angle and the flushing medium the channels will move the cuttings into and through the annulus between the drill bit and the borehole up to the surface. The preformed cutting elements are in sockets or recesses in the base body of the drill bit, preferably one with a coating of e.g. metal-bonded secondary abrasive material held with a lower hardness than that of diamond-tipped drill bits. The coating or application Such hard material coatings on drill bits are common, however, a different diamond arrangement is provided here, as in those mentioned above US patents is described. Bushings or recesses are preferably in the drill bit in such a way Alignment and with such aligned in the sockets
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Schneidelementen vorgesehen, daß das oben erwähnte Muster erreicht wird.Cutting elements provided that the above-mentioned pattern is achieved.
Die Schneidelemente können nach der Erfindung in Buchsen bzw. Ausnehmungen angebracht werden, die derart in dem mit einem Matrixbelag versehenen Bohrmeißel geformt sind, daß die Schneidelemente, die durch Einsetzen in die Buchsen montiert werden, das oben beschriebene Muster und die Freiwinkel aufweisen Statt dessen können die Schneidelemente in Aufnahmen montiert werden, die an Stiften angeordnet sind, welche in in dem mit einem Matrixbelag versehenen Bohrmeißel"gebildeten Buchsen bzw. Ausnehmungen eingesetzt werden. Die Stife und die Ausnehmungen sind hierbei derart geformt, daß beim Einsetzen der Stifte in die Aufnahmen die Schneidäemente in dem oben beschriebenen Muster mit den angeführten Freiwinkeln ausgerichtet sind.According to the invention, the cutting elements can be in sockets or recesses are provided, which are shaped in this way in the drill bit provided with a matrix coating are that the cutting elements, which are assembled by inserting into the sockets, follow the pattern described above and the clearance angles. Instead, the cutting elements can be mounted in receptacles that are attached to Pins are arranged, which are formed in the drill bit provided with a matrix coating "sockets or Recesses are used. The pins and the recesses are here shaped such that when Insertion of the pins into the receptacles of the cutting elements are aligned in the pattern described above with the clearance angles listed.
Die mit solchen Stiften versehenen Bohrmeißel werden vorzugsweise in verhältnismäßig weichen Formationen verwendet, während die direkt in den Ausnehmungen montierten Schneidelemente bei Bohrmeißeln für härtere bzw. harte Formationen verwendet werden.The bits provided with such pins are preferably used in relatively soft formations used, while the cutting elements mounted directly in the recesses in drill bits for harder resp. hard formations are used.
Sowohl die Anordnung, bei der die vorgeformten Schneidelemente an den in den Ausnehmungen angebrachten StiftenBoth the arrangement in which the preformed cutting elements on the pins mounted in the recesses
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montiert sind, als auch diejenige, bei der die vorgeformten Schneidelemente direkt in den in der Schneidfläch des Bohrmeißels gebildeten Ausnehmungen montiert sind, hat den Vorteil, daß die Schneidelemente rückseitig abgestützt sind, so daß sie auf Druck und nicht auf Biegung beansprucht sind.are mounted, as well as the one in which the preformed cutting elements are directly in the in the cutting surface of the drill bit formed recesses are mounted, has the advantage that the cutting elements at the rear are supported so that they are subjected to pressure and not to bending.
Bei der Anordnung der Schneidelemente in einem Muster und der Anordnung der Spülmediumkanäle vor den Schneidelementen erfolgt eine Spülmediumströmung über die Schneidfläche des Meißels in unmittelbarer Nähe der Schneidelemente, was wesentlich zn einem Portspülen des Bohrkleins von den Schneidelementen beiträgt.With the arrangement of the cutting elements in a pattern and the arrangement of the flushing medium channels in front of the cutting elements, a flushing medium flow occurs over the cutting surface of the chisel in the immediate vicinity of the cutting elements, which contributes significantly to flushing the cuttings away from the cutting elements.
Einer der Vorteile der erfindungsgemäß angebrachten vorge formten Schneidelemente bestent darin, daß bei einer Zerstörung oder Beschädigung des Schneiddements das beschädigte Schneidelement entfernt und ersetzt werden kann, ohne daß hierzu der gesamte Bohrmeißel überholt werden muß.One of the advantages of the present invention attached pre-shaped cutting elements is that at a Destruction or damage to the cutting element the damaged cutting element can be removed and replaced can without the entire drill bit having to be overhauled for this purpose.
Die oben beschriebene Konstruktion des erfindungsgemäßen Tiefbohrmeißels ist insbesondere bei Verwendung synthetischer Diamanten zweckmäßig, wie sie z.B. bei den Schneidelementen nacn der US-PS 3 715 623 verwendet werden. Solcne Diamanten werden bei den normalerweise beiThe above-described construction of the deep drilling bit according to the invention is particularly when synthetic is used Diamonds are useful, such as those used in the cutting elements according to US Pat. No. 3,715,623. Such diamonds are usually at the
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der Hersteilung von Bohrmeißeln nach Verfahren» wie sie z.B. in den US-PSen 3 709 30», 3 821 OÖ3 und 3 757 Ö79 beschrieben sind, verwendeten Temperaturen in einem weit größeren Ausmaß gescnwächt als natürliche Diamanten. Bei diesen Herstellungsverfahren werden die Diamanten Temperaturen ausgesetzt, die bei dem Einsickerverfahren oder Warmpreßverfahren nach den genannten Patentschriften angewandt werden. Die in diesen Verfahren verwendeten Temperaturen liegen in einem Bereich oberhalb 10900C, z.B. bei 1177°C Während solche Temperaturen für natürliche Diamanten geeignet sind, sind sie für synthetische Diamanten zu hoch und schwächen sie übermäßig.In the manufacture of drill bits by methods such as those described, for example, in US Patents 3,709,303, 3,821,03 and 3,757,079, temperatures are used to a far greater extent than natural diamonds. In these manufacturing processes, the diamonds are exposed to temperatures that are used in the infiltration process or hot pressing process according to the patent specifications mentioned. The temperatures used in these processes are in a range above 1 090 0 C, for example, are suitable at 1177 ° C for natural diamonds While such temperatures, they are of synthetic diamond too high and they weaken excessively.
Die Konstruktion des Bohrmeißels nach der Erfindung ermöglicht die Verwendung sowohl von natürlichen als auch von synthetischen Diamanten, da die natürliche oder synthetische Diamanten verwendenden vorgeformten Schneidelemente bei Temperaturen gebildet werden können, die für synthetische Diamanten geeignet sind (vgl. US-PS 3 7*»5 623).The construction of the drill bit according to the invention enables the use of both natural and Also of synthetic diamonds, since the natural or synthetic diamonds using preformed ones Cutting elements can be formed at temperatures suitable for synthetic diamonds (cf. U.S. Pat. No. 3,7 * »5,623).
Auf diese Weise sind nach der Erfindung die Herstellung des Bohrmeißelgrundkörpers bei hohen Temperaturen und die Herstellung der vorgeformten Schneidelemente bei Verwendung natürlicher Diamanten nach den oben erwähnten, mit hohen Temperaturen arbeitenden Verfahren oder beiIn this way, according to the invention, the production of the drill bit base body at high temperatures and the production of the preformed cutting elements using natural diamonds according to the above-mentioned, with high temperature processes or with
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Verwendung synthetischer Diamanten unter Anwendung geringerer Temperaturen, wie es z.B. in der US-PS 3 7^5 623 beschrieben ist, möglich. Somit können die vorgeformten Schneidelemente, wenn sie z.B. natürliche Diamanten verwenden, nach dem in der US-PS 3 87I Ö4O angeführten Warmpreßverfahren unter Verwendung entsprechend gestalteter Formen zur Herstellung des vorgeformten Schneidelements in der gewünschten geometrischen Gestalt gebildet werden.Use of synthetic diamonds using lower temperatures, such as in U.S. Patent 3 7 ^ 5 623 is possible. Thus, the preformed cutting elements, for example if they use natural diamonds, according to the method described in US Pat. No. 3,878,140 cited hot pressing process using appropriately designed molds to produce the preformed Cutting elements are formed in the desired geometric shape.
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der Fig. 10 in größerem Maßstab, Fig. 12 einen Schnitt nach der Linie 12-12 der10 on a larger scale, FIG. 12 shows a section along the line 12-12 of
Fig. 11, und
Fig. 13 einen Schnitt nach der Linie 13-13 derFig. 11, and
13 is a section along the line 13-13 of
Fig. 12.Fig. 12.
Gemäß der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 7 ist ein Bohrmeißelschaft 1 herkömmlicher Form mit einer Schwerstange 2 verbunden und innen und außen mit einem Hartstoff belag 3, z.B. metallgebundenem V/olframkarbid, zur Ausbildung der Fläche 4 des Schneidbereichs und des Stabilisierbereichs 5 versehen, wie es auch bei bekannten Diamantbohrmeißeln der Fall ist. Der Hartstoffbelag 3 des Bohrmeißels erstreckt sich um die Mittelachse des Meißels zwischen- dem Kalibrierbereich 6 des Meißels und über dessen Stirnfläche. Der Hartstoffbelag bei 5 bildet den Kalibrierbereich 6.According to the embodiment of FIGS. 1 to 7 is a Drill bit shank 1 of conventional shape connected to a drill collar 2 and inside and outside with a hard material facing 3, e.g. metal-bonded tungsten carbide, to form the surface 4 of the cutting area and the stabilizing area 5, as is also the case with known ones Diamond drill bits is the case. The hard material coating 3 of the drill bit extends around the central axis of the bit between the calibration area 6 of the chisel and over its end face. The hard material coating at 5 forms the Calibration range 6.
In dem Hartstoffbelag 3 sind Buchsen bzw. Ausnehmungen 7 mit Abständen in der Fläche 4 entsprechend einem Muster ar geordnet. Die Schneidelemente 8 sind in Aufnahmen 9 von s förmigen Einsätzen 14 angebracht, die in den Buchsen 7 an geordnet sind. Vorzugsweise ist bei dieser Ausgestaltung Bohrmeißelfläche in Stufen 26 ausgeführt, die sich umlaufejnd über die Bohrmeißelflache erstrecken. Wie die Fig. 1,2 7 und 8 zeigen, verlaufen die Stufen als Spirale von einenIn the hard material covering 3, sockets or recesses 7 are arranged at intervals in the surface 4 according to a pattern ar. The cutting elements 8 are mounted in receptacles 9 of s-shaped inserts 14 which are arranged in the sockets 7 to. In this embodiment, the drill bit surface is preferably designed in steps 26 which extend circumferentially over the drill bit surface. As FIGS. 1, 2, 7 and 8 show, the steps run as a spiral of one
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mittleren Bereich 10 des Bohrmeißels 1 zu dem an den Kalibrierbereich 6 angrenzenden Bereich der Meißelfläche Die Buchsen sind hierbei, wie die Fig. 1 bis 7 zeigen, in dem Winkel zwischen dem Steg 31 einer Stufe und dercentral area 10 of the drill bit 1 to the Calibration area 6 adjacent area of the chisel surface The sockets are here, as shown in FIGS. 1 to 7, in the angle between the web 31 of a step and the
30
Steigungsfläche/der benachbarten Stufe gebildet.30th
Inclined surface / of the adjacent step formed.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 7 ist jedes Schneidelement in einer Aufnahme von Einsätzen angeordnet. Die Einsätze 14 sind hierbei mit einer Aufnahme 9 ausgebildet, deren Achse 16 in einem stumpfen Winkel zur Mittelachse des Einsatzes 14 verläuft. Der Einsatz 14 besteht aus Stahl oder einem Werkstoff mit vergleichbaren Eigenschaften und ist mit einer Hartstoff-Oberflächenschicht 18 versehen, die z.B. aus dem gleichen Material wie dem des Hartstoffbelages 3 bestehen kann. Der Einsatz 14 ist in der Buchse 7 durch Festsitz oder durch Löten oder eine andere Befestigung sicher gehalten.In the embodiment according to FIGS. 1 to 7, each cutting element is in a receptacle of inserts arranged. The inserts 14 are formed here with a receptacle 9, the axis 16 of which is blunt Angle to the central axis of the insert 14 runs. Of the Insert 14 consists of steel or a material with comparable properties and has a hard material surface layer 18, which for example consist of the same material as that of the hard material covering 3 can. The insert 14 is in the socket 7 by interference fit or by soldering or other fastening kept safe.
In den Aufnahmen 9 sind z.B. durch Löten SchneidelementeIn the receptacles 9 there are cutting elements, e.g. by soldering
8 befestigt, die jede gewünschte, sich in die Aufnahme8 attached any desired to fit into the intake
9 einfügende Gestalt aufweisen können. Zweckmäßig werden zylindrische Platten verwendet, deren axiale Abmessung nur einen Bruchteil des Plattendurchnessers beträgt. Der spitze Winkel 20 bildet hierbei einen negativen senkrechten Schneidwinkel.9 may have inserting shape. Cylindrical plates are expediently used, their axial dimensions is only a fraction of the plate diameter. The acute angle 20 here forms a negative perpendicular one Cutting angle.
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Die Einsätze Ί4 sind mit Anzeigen,·z.B. ebenen Abschnitten 21 (Fig. 4) für ihre Ausrichtung versehen. In den Buchsen 7 sind Einrichtungen, z.B. die ebenen Abschnitte 22 (Fig. 4),vorgesehen, die mit den Anzeigen der Einsätze 14 zusammenwirken. Die Anzeigen sind so angeordnet, daß die Einsätze 14 in einer langgestreckten Reihenanordnung verlaufen, die sich vom Kalibrierbereich 6 über die Meißelfläche 4 zur Meißelachse erstreckt.The inserts Ί4 are provided with displays, e.g. flat sections 21 (Fig. 4) provided for their alignment. In the sockets 7 are facilities, e.g. the flat ones Sections 22 (Fig. 4), provided with the displays of the inserts 14 cooperate. The displays are arranged so that the inserts 14 in an elongated A row arrangement extends from the calibration area 6 over the chisel surface 4 to the chisel axis.
Die langgestreckte Reihenanordnung verläuft in Unifangsrichtung um den Bohrmeißel mit Abständen zwischen den einzelnen Reihen, wie es die Fig. 1 und 2 veranschaulichen. Die Reihen sind durch Mediumkanäle 23 voneinander getrennt, die sich vom mittleren Bereich 10 des Bohrmeißels zu dessen Kalibrierbereich 6 im Stabilisierabschnitt 5 erstrecken, wo sie in Nuten 24 einmünden. Die Einsätze I1J sind in jeder Reihe mit gegenseitigem Abstand angeordnet. Die Schneidelernente 8 sind in jeder Längsreihe derart angeordnet, daß sie in bezug auf die Schneidelemente in einer benachbarten Reihe versetzt sind. Die Schneidelemente bilden somit eine gegenseitige Überlappung in der Weise, daß der Formationsbereich, der von einem Schneidelement, einer Reihe nicht überquert wurde, von einem Schneidelement in der folgenden Reihe bei der Drehung des Bohrmeißels überquert wird.The elongated row arrangement runs in the circumferential direction around the drill bit with spacings between the individual rows, as illustrated in FIGS. 1 and 2. The rows are separated from one another by medium channels 23 which extend from the central region 10 of the drill bit to its calibration region 6 in the stabilizing section 5, where they open into grooves 24. The inserts I 1 J are arranged in each row with a mutual distance. The cutting elements 8 are arranged in each longitudinal row in such a way that they are offset with respect to the cutting elements in an adjacent row. The cutting elements thus form a mutual overlap in such a way that the formation area which has not been traversed by a cutting element in one row is traversed by a cutting element in the following row when the drill bit rotates.
Die ebenen Anzeigestellen in den Buchsen 7 und den Ein-The level display points in sockets 7 and the input
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sätzen 14 sind'so ausgerichtet, daß die Schneidflächen der Schneidelemente 8 in jeder Reihe die gleiche Winkelausrichtung wie die beabsichtigte Drehrichtung des Bohrmeißels besitzen. Der Bohrmeißel ist in üblicher Weise für eine Drehung durch eine Drehung im Uhrzeigersinn des mit der Schwerstange 2 verbundenen Bohrstrangs ausgebildet. sets 14 are aligned so that the cutting surfaces of the cutting elements 8 in each row have the same angular orientation as the intended direction of rotation of the drill bit own. The drill bit is conventionally designed to be rotated by a clockwise rotation of the drill string connected to the drill collar 2.
Eine solche Anordnung gewährleistet, daß alle Bereiche der von dem Bohrmeißel zu bearbeitenden Oberfläche von einer Anzahl von Schneidelementen bei jeder Umdrehung des Bohrmeißels überquert werden.Such an arrangement ensures that all areas of the surface to be machined by the drill bit of a number of cutting elements are traversed with each revolution of the drill bit.
Eine zweckmäßige Anordnung besteht darin, die Buchsen und Einsätze in einem im wesentlichen spiralförmigen Verlauf von der Mitte des Bohrmeißels zum Kalibrierbereich anzuordnen. Die Buchsen zur Aufnahme der Einsätze können in der Bohrmeißelfläche in jeder beliebigen geometrischen Form, z.B. der in den Fig. 8 bis 12 gezeigten, oder in irgendeiner anderen bekannten Form gebildet sein.A convenient arrangement is the sockets and Inserts in a substantially helical course from the center of the drill bit to the calibration area to arrange. The sockets for receiving the inserts can be in any geometric shape in the bit face Shape such as that shown in Figures 8-12 or any other known shape.
Vorgezogen wird eine Anordnung, wie sie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist. Die Bohrmeißelfläche bildet hierbei einen mittleren Bereich 10 mit einem im wesentlichen kreisförmigen Umfang 25. Der sich vom Umfang 25 zum Kalibrierbereich 6 des Bohrmeißels erstreckende Bereich deAn arrangement as shown in FIGS. 1 and 2 is preferred. The drill bit surface forms here a central region 10 with a substantially circular circumference 25. The from the circumference 25 to Calibration area 6 of the drill bit extending area de
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Bohrmeißelfläche ist mit Stufen 26 in spiralförmiger Anordnung versehen. Wie die Piß. 2 zeigt, beginnt die Spirale 27 an der Tangente 29 am Stufenteil 30 und überquert die Fläche 4 spiralförmig unter Ausbildung der Stege 31.Bit face is spiral with steps 26 Arrangement provided. Like the piss. 2 shows, the spiral 27 begins at the tangent 29 on the step part 30 and traverses the surface 4 spirally with the formation of the webs 31.
Die Buchsen bzw. Ausnehmungen 7 sind in der Bohrmeißelfläche so gebildet, daß ihre Achsen den Scheitelpunkt des Winkels zwischen der Steigungs- bzw. Vorderseite und dem Steg der Stufen schneiden. Aufgrund dieser Anordnung bildet der Bohrmeißel eine Schablone, die gewährleistet, daß die Buchsen spiralförmig angeordnet sind.The sockets or recesses 7 are in the drill bit face formed so that their axes are the apex of the angle between the slope and front and cut the bridge of the steps. Due to this arrangement, the drill bit forms a template that ensures that the sockets are arranged in a spiral.
Die Anordnung der Einsätze in dem Winkel zwischen der Vorder- bzw. Steigungsseite und dem Steg der Stufen trägt zum Schutz der vorgegebenen Form bei,. Schlagbeanspruchungen werden von den Stegen und Steigungsseiten der Stufen im Bereich der Einsätze absorbiert.The arrangement of the inserts in the angle between the front or slope side and the web of the steps is beneficial to protect the given shape. Impact loads are exerted on the webs and incline sides of the steps absorbed in the area of the inserts.
Als Ergebnis dieser Anordnung folgen bei einer Drehung des Bohrmeißels die vorgeformten Schneidelemente einander in der Weise, daß die Räume bearbeitet werden, die von den SchneideIe-enten einer voraufgegangenen Reihe ausgelassen wurden. Auf diese Weise werden sär.tliehe Bereiche der Formation bei jeder Umdrehung von einer Anzahl von Schneidelementen überquert.As a result of this arrangement, as the drill bit rotates, the preformed cutting elements follow one another in such a way that the spaces left out by the editors of a previous row are processed became. In this way, secular areas are created of the formation is traversed by a number of cutting elements with each revolution.
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Zur Erleichterung der Säuberung des· Bohrmeißels und zur Verhinderung von Verstopfungen zwischen den Schneidelementen sind die oben erwähnten Mediumkanäle 23 vorgesehen, die in die Nuten 24 im Stabilisierbereich einmünden. Die Mediumkanäle 23 sind in Form von Nuten vorgesehen, die zwischen benachbarten Längsreihen der Schneidelemente angeordnet sind und sich neben der Fläche der Schneidelemente in der Reihe erstrecken. Ausströmöffnungen bzw. Düsen 34 (vgl. Fig. 1,2 und 7) sind im Grundkörper der Bohrmeißelfläche in Verbindung mit jedem Kanal angeordnet. Die Düsen sind durch Bohrungen 35 mit der mittleren rohrförmigen Bohrung des Bohrmeißelschaf-tes 1 verbunden und mit verschiedenen radialen Abständen von der Mitte im wesentlichen spiralförmig im Bohrmeißel angeordnet.To facilitate the cleaning of the drill bit and for To prevent blockages between the cutting elements, the above-mentioned medium channels 23 are provided, which open into the grooves 24 in the stabilizing area. The medium channels 23 are provided in the form of grooves, which are arranged between adjacent longitudinal rows of the cutting elements and are adjacent to the surface of the cutting elements in the row extend. Outflow openings or nozzles 34 (see. Fig. 1, 2 and 7) are in the Base body of the bit face placed in communication with each channel. The nozzles are through holes 35 connected to the central tubular bore of the Bohrmeißelschaf-tes 1 and with different radial Spaced substantially spirally in the drill bit.
Die Spülwirkung des Spülmediums in den Kanälen 23 kann für eine Säuberung der Schneidelemente ausreichen und ein Verstopfen verhindern. In einem derartigen Fall kann die Schneidelementfläche auf einem Freiwinkel von Null, d.h. senkrecht zur Drehrichtung gestellt oder mit dem unten beschriebenen negativen Seitenfreiwinkel angeordnet v/erden. Die üblicherweise beim Bohren Anwendung findende Spülflüssigkeit wird von den Düsen 34 in die Kanäle 23 zum Abspülen des Bohrkleins abgegeben und strömt nach einem Durchtritt durch die Nuten 24 des Stabilisierbereiches 5 durch den Ringraum zwischen dem Bohrstrang undThe flushing action of the flushing medium in the channels 23 can be sufficient to clean the cutting elements prevent clogging. In such a case, the cutting element surface can be set to a clearance angle of zero, i.e. placed perpendicular to the direction of rotation or arranged with the negative side clearance angle described below v / earth. The flushing liquid, which is usually used during drilling, is fed from the nozzles 34 into the channels 23 for rinsing off the cuttings and flows through the grooves 24 of the stabilization area after a passage 5 through the annulus between the drill string and
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der. Bohrlochwand zur Oberfläche.the. Borehole wall to the surface.
Zur Erleichterung der Abführung des Bohrkleins können die Schneidelernente zusätzlich zu dem in Fig. 3 gezeigter vertikalen negativen Freiwinkel mit einem horizontalen Freiwinkel angeordnet sein, wie es in Fig. 6 gezeigt ist. Zur Verbesserung der Bewegung des Bohrkleins zum Kalibrierbereich 6 des Bohrmeißels sind die Schneidelemente vorzugsweise in der Weise ausgerichtet, daß die Schneidoberflächen der vorgeformten Schneidelemente 8 um eine senkrechte Achse entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht angeordnet sind, um einen negativen seitlichen Freiwinkel 36 (Fig. 6) herbeizuführen.To facilitate the removal of the drill cuttings, the cutting elements can in addition to the one shown in FIG vertical negative clearance angle may be arranged with a horizontal clearance angle, as shown in FIG. 6 is. The cutting elements are used to improve the movement of the cuttings to the calibration area 6 of the drill bit preferably oriented so that the cutting surfaces of the preformed cutting elements 8 are arranged rotated about a vertical axis counterclockwise, about a negative lateral Bring about clearance angle 36 (Fig. 6).
Der negative horizontale Freiwinkel 36 kann z.B. etwa 1 bis 10 , vorzugsweise etwa 2°, betragen. Durch den seitlichen negativen Freiwinkel wird ein Schneepflugeffek in der Bewegung dos Bohrkleins zum Kalibrierbereich des Bohrmeißels herbeigeführt, wo dieses von dem zirkulierenden Spülmedium aufgenommen und durch die Nuten 21 des Stabilisierbereichs 5 nach oben abgeführt wird. Der vertikale negative Freiwinkel 20 kann etwa 4° bis 20° betragen.For example, the negative horizontal clearance angle 36 can be about 1 to 10, preferably about 2 degrees. Through the lateral negative clearance angle becomes a snow plow effect in the movement of the drill cuttings to the calibration area of the Drill bit, where it is taken up by the circulating flushing medium and passed through the grooves 21 of the stabilization area 5 is discharged upwards. The vertical negative clearance angle 20 can be about 4 ° to 20 °.
Wie ersichtlich ist, ist aufgrund des von den Buchsen und den vorgeformten Schneidelenenten eingenommenen Raumes die Anordnung einer großen Anzahl von vorgeformtenAs can be seen, this is due to the sockets and the preformed cutting elements of the space occupied by the arrangement of a large number of preformed ones
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Schneidelementen in der Mitte des Bohrmeißels nicht möglich. Dieser Bereich kann daher einen Kern erzeugen, insbesondere wenn eines der vorgeformten Schneidelemente aus dem mittleren Bereich in Folge einer Beschädigung im Betrieb ausfällt.Cutting elements in the center of the drill bit not possible. This area can therefore generate a core, especially if one of the preformed cutting elements from the central area is damaged as a result fails during operation.
Die Schneidwirkung des Bohrmeißels im mittleren Bereich wird daher vorzugsweise durch Diamanten 37 ergänzt, die entweder in einem Muster oder in einer willkürlichen Verteilung angeordnet sind. Ferner sind Diamanten im Kalibrierbereich angeordnet, in dem während des Bohrens große Seitenschläge auftreten können, wobei herkömmliche Verfahren zum Einsetzen der Diamanten verwendet werden können.The cutting action of the drill bit in the middle range is therefore preferably complemented by diamonds 37, either in a pattern or in an arbitrary Distribution are arranged. Furthermore, diamonds are arranged in the calibration area, in which during drilling large side strikes can occur using conventional diamond setting techniques can.
Aus praktischen Gründen wird dieser Bereich des Bohrmeißels gebildet, bevor die vorgeformten Schneidelemente eingesetzt werden.As a practical matter, this area of the drill bit is formed before the preformed cutting elements can be used.
Eines der Merkmal der obigen Konstruktion besteht darin, daß, wenn eines oder mehrere der vorgeformten Schneidelemente zerstört oder die Einsätze beschädigt werden, diese entfernt werden können und ein neuer Einsatz mit vorgeformtem Schneidelement, eingesetzt werden kann.One of the features of the above construction is that when one or more of the preformed cutting elements destroyed or the inserts are damaged, these can be removed and a new insert with preformed cutting element, can be used.
Nach der derzeit bevorzugten Ausführungsform, insbesondere für eine Verwendung in harten Formationen, werdenAccording to the currently preferred embodiment, in particular for use in hard formations
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vorgeformte Sc'hneidelemente verwendet, die direkt auf der Bohrmeißelfläche angeordnet sind.uses pre-formed cutting edge elements which are arranged directly on the drill bit face.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 9 und 10 ist der Bohrmeißel von einem Schaft 101 gebildet, der wie im Falle der Ausführungsform nach Fig. 1 mit einer Hartstoffbeschichtung 102 versehen ist. Die Stirnfläche des Bohrmeißels hat eine konische Grundform, die in die mittlere öffnung 104 ausläuft. Wie Fig. 10 zeigt, kann die mittlere öffnung die Form eines dreifachen Verteilers mit drei Wegen 104 aufweisen. Die Wege stehen mit Kanäler 105 in Verbindung, die sich zum Kalibrierbereich 106 erstrecken und mit Nuten 107 im Stabilisierbereich verbunden sind.In the embodiment of FIGS. 9 and 10 is the Drill bit formed by a shank 101 which, as in the case of the embodiment according to FIG. 1, has a hard material coating 102 is provided. The face of the drill bit has a conical basic shape, which is in the middle opening 104 runs out. As Fig. 10 shows, can the central opening have the shape of a triple manifold with three paths 104. The paths are with canals 105 in connection, which extend to the calibration area 106 and with grooves 107 in the stabilization area are connected.
Die Bohrmeißelfläche ist mit Höckern 109 versehen, die mit Abständen in Längsreihen auf der Bohrmeißelfläche angeordnet sind. Jeder Hocker trägt einen Ansatz 110 und eine Buchse 111, in der ein vorgeformtes Schneidelement 112 derbbigen Zusammensetzung angebracht ist. Wie die Fig. 11,12 und 13 zeigen, sind die Schneidelement in Buchsen 111 an den Ansätzen 110 angeordnet, die auf der BohrmeiSeIflache gebildet sind und als Aufnahmen wirken. Die gesamte Rückseite des vorgeformten Schneidelementes ist von der Buchse und dem Ansatz 110 abgestützt, der als Fassung zur Aufnahme des vorgeformtenThe bit face is provided with bumps 109 spaced in longitudinal rows on the bit face are arranged. Each stool carries a lug 110 and a socket 111 in which a preformed cutting element 112 coarse composition is attached. As FIGS. 11, 12 and 13 show, the cutting elements are arranged in sockets 111 on the lugs 110, which are formed on the BohrmeiSeIflache and as receptacles works. The entire rear of the preformed cutting element is supported by the socket and the boss 110, as a version for receiving the preformed
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Schneidelementes dient.The cutting element is used.
Wie im Falle der Schneidelemente nach den Pig. I bis 7 stützen die Aufnahmen bzw. Fassungen die Schneidelemente sowohl mit vertikalem als auch mit horizontalem Freiwinkel ab, wie es für die Schneidelemente nach den Fig. 1 bis 7 beschrieben wurde. Wie Fig. 12 zeigt, ist das vorgeformte Schneidelement mit einen; negativen vertikalen Freiwinkel 120 und, wie in Fig. 11 gezeigt ist, mit einem negativen horizontalen Freiwinkel I36 angeordnet. Die Freiwinkel können wie im Falle der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 8 ausgeführt sein.As in the case of the cutting elements according to the Pig. I to 7, the receptacles or sockets support the cutting elements with both a vertical and a horizontal clearance angle, as is the case for the cutting elements according to the Figs. 1 to 7 has been described. As FIG. 12 shows, the preformed cutting element is provided with a; negative vertical clearance angle 120 and, as shown in Fig. 11, with a negative horizontal clearance angle I36 arranged. The clearance angles can be designed as in the case of the embodiment according to FIGS.
Die Hocker sind in mit Abstand voneinander angeordneten Längsreihen entlang den Kanälen 105 auf der Bohrmeißelfläche ausgebildet. Die Hocker und die in ihnen enthaltenen Aufnahmen sind in den Reihen mit Abstand voneinander angeordnet, wie es für die Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 8 beschrieben wurde. Die in den Aufnahmen in den Höckern angeordneten Schneidelemente sind somit in einer abgestuften, überlappenden Anordnung in bezug auf die Schneidelemente in den Höckern in benachbarten Längsreihen ähnlich der Anordnung der von Einsätzen bzw. Stiften abgestützten Schneidelemente verteilt. Die Schneidfläche der Schneidelemente hat eine Ausrichtung in der gleichen Winkelrichtung '.vie die Drehrichtung desThe stools are spaced apart Longitudinal rows formed along the channels 105 on the bit face. The stools and those contained in them Recordings are arranged in the rows at a distance from one another, as is the case for the embodiment according to Figs. 1 to 8 has been described. The cutting elements arranged in the receptacles in the humps are thus in a stepped, overlapping arrangement with respect to the cutting elements in the humps in adjacent ones Distributed longitudinal rows similar to the arrangement of the cutting elements supported by inserts or pins. the The cutting surface of the cutting elements has an orientation in the same angular direction '.vie the direction of rotation of the
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Bohrmeißels. Die Spülrr.ediumkanäle 105 sind vor der Reihe von Schneidelementen angeordnet. Das Spülmedium, welches durch die zentrale Bohrung des rohrförmigen Bohrmeißelschaftes 101 zugeführt wird, strömt in den Verteiler und damit durch die Kanäle 105 zum Ausspülen des Bohrkleins, da3 in Richtung sum Kalibrierbereich bewegt und nach oben in den Ringraum zwischen Bohrstrang und Bohrlochwand abgeführt wird.Drill bit. The rinsing medium channels 105 are in front of the row arranged by cutting elements. The flushing medium flowing through the central bore of the tubular drill bit shaft 101 is supplied, flows into the distributor and thus through the channels 105 for flushing out the cuttings, da3 moved in the direction of the total calibration range and is discharged upwards into the annular space between the drill string and the borehole wall.
In beiden Ausfuhrungsformen sind die Schneidelemente vorgeformte Teile, die bei Beschädigung oder Verlust ersetzt werden können. Sie können in in der Hartstoffbeschichtung des Diamantbohrmeißels gebildete Aufnahmen bzw. Fassungen in einem vorbestimmten Muster zur Erzielung 'einer ganzflächigen Schneidwirkung angeordnet werden. Für die vorgeformten Schneidelemente können feine primäre Schleifmaterialien wie Diamanten oder gleichwertige Hartstoffteilchen verwendet werden, wobei die vorgeformten Schneidelemente in einer vorbestimmten Anordnung am Bohrmeißel angeordnet sind. Die Verwendung solcher vorgeformter Schneidelemente in einem Muster, welches im wesentlichen die gesamte zu bearbeitende Formationsoberfläche bedeckt und einen Austausch einzelnei beschädigter Schneidelemente ermöglicht, hat den Vorteil, daß ein abgenutzter Bohrmeißel auf einfache Weise in Stanc gesetzt werden kann und nicht verschrottet werden muß.In both embodiments, the cutting elements are preformed Parts that can be replaced if damaged or lost. You can in the hard coating the diamond drill bit formed recordings or sockets in a predetermined pattern to achieve 'A full-surface cutting effect can be arranged. For the preformed cutting elements fine primary abrasive materials such as diamonds or equivalent hard material particles are used, the preformed cutting elements are arranged in a predetermined arrangement on the drill bit. The usage such preformed cutting elements in a pattern that is substantially the entire to be machined Covers the formation surface and enables individual replacement of damaged cutting elements, has the advantage of that a worn drill bit can be easily put in stanc and does not have to be scrapped.
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Zum Anbringen der vorgeformten Schneidelemente, die dazu neigen, in einem Bohrmeißel, in dem sie Schlagkräften ausgesetzt sind, brüchig oder spröde zu werden, ist eine Abstützung vorgesehen, die die Schneidelemente wirksam vor einer vorzeitigen Zerstörung schützt.For mounting the preformed cutting elements, which tend to be in a drill bit, in which they have impact forces are exposed to becoming brittle or brittle, a support is provided for the cutting elements effectively protects against premature destruction.
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| DE2730602B2 (en) | 1981-02-05 |
| JPS5614832B2 (en) | 1981-04-07 |
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| FR2358537A1 (en) | 1978-02-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| OD | Request for examination | ||
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |