BRPI0710530A2 - brocas de perfuração de solo cortadoras fixas modulares, corpos de broca de perfuração de solo cortadora fixa modular e métodos relacionados - Google Patents
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Abstract
BROCAS DE PERFURAçãO DE SOLO CORTADORAS FIXAS MODULARES, CORPOS DE BROCA DE PERFURAçãO DE SOLO CORTADORA FIXA MODULAR E MéTODOS RELACIONADOS. Trata-se de um corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixa modular incluindo uma peça de suporte de lâmina e pelo menos uma peça de lâmina presa à peça de suporte de lâmina. São também descritos uma broca de perfuração de solo cortadora fixa modular e métodos de fabricação de corpos de broca de perfuração de solo cortadora fixa modular e de brocas.
Description
"BROCAS DE PERFURAÇÃO DE SOLO CORTADORAS FIXAS MODULARES,CORPOS DE BROCA DE PERFURAÇÃO DE SOLO CORTADORA FIXA MODULAR EMÉTODOS RELACIONADOS"
REFERÊNCIA CRUZADA A MÉTODOS RELACIONADOS
A presente aplicação reivindica prioridade sob 35 U.S.C. § 119(e) ao pedido depatente provisório U.S. de Série No. 60/795.290, depositado em 27 de abril de 2006.
CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO
A presente invenção se refere, em parte, a aperfeiçoamentos em brocas deperfuração de solo e métodos de produção de brocas de furação de solo. A presenteinvenção se refere adicionalmente a corpos de broca modular de perfuração de solo emétodos de formação de corpos de broca de perfuração modular.
ANTECEDENTES DA TÉCNICA
As brocas de perfuração de solo podem ser dotadas de elementos de corte fixos ougiratórios. As brocas de perfuração de solo com elementos de corte fixos incluemtipicamente um corpo de broca usinado de aço ou fabricado pela infiltração de uma base departículas sólidas, como, por exemplo, de carboneto fundido (WC+W2C), carbonetotungstênio padrão (WC) ou macrocristalino, e/ou carboneto cementado sinterizado com umaglomerante de liga com base de cobre. As brocas de perfuração de solo de elemento decorte fixo convencional compreendem um corpo de broca de uma peça com vários insertosde corte em bolsos de inserção situados no corpo de broca de uma maneira projetada paraaperfeiçoar o corte. É importante manter os insertos em locais precisos para aperfeiçoar aeficiência da perfuração, evitar vibrações e minimizar as tensões no corpo de broca a fim demaximizar a vida da broca de perfuração de solo. Os insertos de corte são freqüentementebaseados em materiais altamente resistentes ao desgaste como, por exemplo, diamante.Por exemplo, os insertos de corte podem consistir de uma camada de diamante sintéticocolocado em um substrato de carboneto cementado, e tais insertos são freqüentementereferidos como diamante policristalino compacto (PDC). O corpo de broca pode ser presoem uma haste de aço que tipicamente inclui uma conexão de pino rosqueado pelo qual abroca é presa a um eixo de acionamento de um motor de furo para baixo ou um colar desondagem na extremidade distai de um cabo de tubo. Além disso, um fluido ou lama deperfuração pode ser bombeado para baixo do cabo de tubo oco e embocaduras externosformados no corpo de broca. O fluido ou lama de perfuração esfria e Iubrifica a broca àmedida que a mesma gira e também transporta material cortado pela broca para asuperfície.
Os corpos de broca de perfuração de solo convencional foram tipicamente feitos emuma das seguintes maneiras, por exemplo, usinados a partir de aço em bruto ou fabricadospela infiltração de uma base d partículas de carboneto sólidas colocadas dentro de ummolda com uma liga aglomerante com case de cobre. As brocas de corpo de aço sãotipicamente usinadas de material roliço para um formato desejado, com característicastopográficas e internas. Após a usinagem do corpo de broca, a superfície pode serfortemente revestida para aplicar materiais resistentes a desgaste ao revestimento do corpode broca e outras áreas críticas da superfície do corpo de broca.
No método convencional para fabricar um corpo de broca a partir de partículas rijase de um aglomerante, um molde é laminado ou usinado para definir as características dasuperfície externa do corpo de broca. Pode também ser requerida Iaminagem manual outrabalho de barro adicional para criar ou refinar as características topográficas do corpo debroca.
Uma vez que o molde tenha sido concluído, pode ser disposta na cavidade domolde uma broca em bruto pré-formada de aço para reforçar internamente a matriz do corpode broca na fabricação. Outros insertos baseados em metal de transição ou refratário, como,por exemplo, aqueles que definem os cursos de fluido, bolsos para elementos de corte,ressaltos, estrias, deslocamento de bocal, fendas de sucata, ou outras característicasinternas ou topográficas do corpo de broca, podem também ser inseridas na cavidade domolde. Quaisquer insertos usados devem ser colocados em locais precisos para asseguraro posicionamento apropriado dos elementos de cortes, embocaduras, fendas de sucata,etc., na broca final.
As partículas sólidas desejadas podem então ser colocadas no molde e adensadaspara a densidade desejada. As partículas sólidas são então infiltradas no aglomerante demolde, que congela para formar um corpo de broca sólido incluindo uma fase descontínuade partículas sólidas em uma fase contínua de aglomerante.
O corpo de broca pode então ser montado com outros componente de broca deperfuração. Por exemplo, uma haste rosqueada pode ser soldada ou presa de outro modoao corpo de broca, e os elementos de corte ou insertos (tipicamente diamante ou compactode diamante policristalino sintético ("PDC")) são presos nos bolsos de inserto de corte,como, por exemplo, soldadura, consolidação adesiva, ou afixação mecânica.Alternativamente, os insertos de corte podem ser consolidados no revestimento do corpo debroca durante fuminação e infiltração se forem empregados PDCs ("TSP") termicamenteestáveis.
O corpo de broca e outros elementos de brocas de furação de solo são sujeitados amuitas formas de desgaste porque os mesmos operam no ambiente do interior do poçorigoroso. Dentre as formas mais comuns de desgaste está o desgaste abrasivo provocadopelo contato com formações rochosas abrasivas. Além disso, a lama de perfuração,carregada com cortes de rocha, causa a erosão ou desgaste da broca.A vida útil de uma broca de perfuração de solo é uma função não apenas daspropriedades de desgaste do PDCs ou dos insertos de carboneto cementados, comotambém das propriedades de desgaste do corpo de broca (no caso de brocas cortadorasfixas) ou prendedores cônicos (no caso de brocas cônicas de rolo). Uma maneira deaumentar a vida útil da broca de perfuração de solo é empregar corpos de broca feitos demateriais com combinações de força, firmeza e resistência abrasão / erosão aperfeiçoadas.
Foi descoberto recentemente que os corpos de broca cortadoras fixas podem serfabricados a partir de carbonetos cementados empregando práticas de metalurgia deenergia padrão (consolidação de energia, seguida pela formatação ou usinagem da energiacompacta verde ou pré-aglomerada e aglomeração em alta temperatura). Tal carbonetosólido, de peça única, cementado baseados nos corpos de broca estão descritos naPublicação de Patente No. U.S. 2005/0247491.
Em geral, o carboneto cementado com base em corpos de broca proporcionavantagens adicionais sobre os corpos de broca do estado da técnica (usinados de aço ou decarbonetos infiltrados) uma vez que os carbonetos cementados oferecem combinações deforça, firmeza, bem como resistência a abrasão e a erosão amplamente superior,comparado aos aços ou carbonetos infiltrados com aglomerantes com base de cobre. AFigura 1 ilustra um corpo de broca de carboneto cementado, sólido, de peça única 10 quepode ser empregado para fabricar uma broca de perfuração de solo com base em PDC.Conforme pode ser observado, o corpo de broca 10 consiste essencialmente de uma partecentral 11 sendo dotada de furos 12 através dos quais a lama pode ser bombeada, bemcomo os braços ou lâminas 13 sendo dotadas de bolsos 14 nos quais são fixados oscortadores PCD. O corpo de broca 10 da Figura 1 foi preparado pelas tecnologias deenergia de metal. Tipicamente, para preparar tal corpo de broca, um molde é ceio commetais em pó compreendendo tanto o metal aglomerante quanto o carboneto. O molde éentão compactado para condensar o metal em pó e formar um compacto verde. Devido àforça e a dureza dos carbonetos cementados aglomerados, o corpo de broca é usualmenteusinado na forma compacta verde. O compacto verde pode ser usado para incluir quaisquercaracterísticas desejadas no corpo de broca final.
A durabilidade e o desempenho finais das brocas cortadoras fixas dependem nãoapenas da durabilidade e o desempenho dos elementos de corte, mas também dadurabilidade e do desempenho dos corpos de broca. Portanto, pode ser esperado que asbrocas de perfuração de solo com base no carboneto cementado exibam durabilidade edesempenho significativamente aumentados comparadas com as brocas fabricadas usandoaço ou corpos de broca infiltrados. Contudo, as brocas de perfuração de solo incluindocorpos de broca de carboneto cementado na verdade sofrem limitações, como as que seseguem:1. É sempre difícil controlar as posições dos cortadores PDC individuais exata eprecisamente. Após a usinagem nos bolsos de inserto, o compacto verde é aglomeradopara condensar adicionalmente o corpo de broca. Os corpos de carboneto cementados irãosofrer algum desmoronamento ou distorção durante os processos de aglomeração em altatemperatura, resultando na distorção no local dos bolsos de insertos. Os bolsos de insertoque não estão situados precisamente nas posições designadas no corpo de broca podemnão desempenhar satisfatoriamente devido ao rompimento prematuro dos cortadores e/ oulâminas, furos de perfuração out-of round, vibração excessiva, perfuração ineficiente, bemcomo outros problemas.
2. Uma vez que as formas dos corpos de carboneto cementados são sólidas, de
peça única são muito complexas (ver, por exemplo, a Figura 1), os corpos de carbonetocementados são usinados e moldados dos compactos de energia verde utilizandoferramentas de usinagem sofisticadas. Por exemplo, máquinas de laminação controladaspor computador de cinco eixos geométricos. Contudo, mesmo quando são empregadas asferramentas de usinagem mais sofisticadas, a variação das formas e dos projetos quepodem ser fabricados são limitados devido às limitações do processo e usinagem. Porexemplo, o número de lâminas de corte e as posições relativas dos cortadores PDC podemser limitados porque as diferentes características do corpo de broca poderiam interferir coma trajetória da ferramenta de corte durante o processo de modelagem.
3. O custo dos corpos de broca carboneto cementados de peça única pode serrelativamente alto uma vez que é perdida uma grande quantidade de material de carbonetocementado muito caro durante o processo de moldagem ou de usinagem.
4. É muito dispendioso produzir um corpo de broca carboneto cementado de peçaúnica com diferentes propriedades em locais diferentes. As propriedades de corpos debroca de carboneto cementado, sólido, de peça única são, portanto, tipicamentehomogêneas, isto é, são dotadas de propriedades similares em todos os locais no corpo debroca. A partir de um projeto do ponto de vista de durabilidade, pode ser vantajoso emmuitos exemplos ter propriedades diferentes em locais diferentes.
5. Todo o corpo de broca de um corpo de broca de peça única deve ser descartadose o corpo de broca rachar durante o serviço (por exemplo, o rompimento de um braço ou
de uma lâmina de corte).
6. Portanto, é necessário o aperfeiçoamento dos corpos de broca para brocas deperfuração de solo sendo dotadas de resistência a desgaste, força e firmeza aumentadasque não sofram as limitações observadas acima.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
As características e vantagens da presente invenção podem ser mais bemcompreendidas com relação às figuras que a acompanham, nas quais:A Figura 1 é uma fotografia de um corpo de broca de carboneto cementado, sólido,de peça única para brocas de perfuração de solo;
A Figura 2 é uma fotografia de uma modalidade de um corpo de broca deperfuração de solo cortadora fixa modular montada compreendendo seis peças de lâminasde carboneto cementado presas em uma peça de suporte de lâmina de carbonetocementado, onde cada peça de lâmina é dotada de nove bolsos de inserto de corte;
A Figura 3 é uma fotografia de uma vista superior do corpo de broca de perfuraçãode solo cortadora fixa modular montada da Figura 2;
A Figura 4 é uma fotografia da peça de suporte de lâmina da modalidade do corpode broca de perfuração de solo cortadora fixa modular montada da Figura 2 ilustrando asfendas de lâmina e os furos de lama da peça de suporte de lâmina;
A Figura 5 é uma fotografia de uma peça de lâmina individual da modalidade docorpo de broca de perfuração de solo cortadora fixa modular montada da Figura 2 ilustrandoos bolsos cortadores dos insertos cortadores; e
A Figura 6 é uma fotografia de outra modalidade da peça de lâminacompreendendo múltiplas peças de lâmina que podem ser presas em uma única fenda delâmina na peça de suporte de lâmina da Figura 4.
BREVE SUMÁRIO
Determinadas modalidades não Iimitativas da presente invenção estão direcionadasa um corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixa modular compreendendo umapeça de suporte de lâmina e pelo menos uma peça e lâmina de suporte presa à peça desuporte de lâmina. O corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixa modular podecompreender adicionalmente pelo menos um bolso de inserto na pelo menos uma peça delâmina. A peça de suporte de lâmina, a pelo menos uma peça de lâmina, e qualquer outrapeça ou parte do corpo de broca modular pode independentemente compreender pelomenos um material selecionado de partículas sólidas, carbonetos cementados, cerâmica,ligas metálicas e plásticos.
As modalidades não Iimitativas adicionais são direcionadas a um método deprodução de um corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixa modularcompreendendo prender pelo menos uma peça de lâmina em uma peça de suporte delâmina de um corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixa modular. O método deprodução de um corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixa modular pode incluirqualquer técnica de fixação mecânica que inclua a inserção da peça de lâmina em umafenda na peça de suporte de lâmina, soldagem, soldadura ou soldagem da peça de lâminana peça de suporte de lâmina, encaixando com força a peça de lâmina na peça de suportede lâmina, encaixando por contração a peça de lâmina na peça de suporte de lâmina,consolidação adesiva da a peça de lâmina na peça de suporte de lâmina, fixação da a peçade lâmina na peça de suporte de lâmina com um prendedor mecânico rosqueado, ouafixando mecanicamente a peça de lâmina na peça de suporte de lâmina.
DESCRIÇÃO DE DETERMINADAS MODALIDADES NÃO LlMITATIVAS DAINVENÇÃO
Um aspecto da presente invenção está relacionado a um corpo de broca deperfuração de solo cortadora fixa modular. As brocas de perfuração de solo convencionaisincluem um corpo de broca de peça única com insertos soldados nos bolsos de inserto. Oscorpos de broca convencionais para brocas de perfuração de solo são produzidos em umprojeto de peça única para maximizar a força do corpo de broca. É requerida forçasuficiente em um corpo de broca para suportar tensões estremas envolvidas na perfuraçãode poços de petróleo e de gás natural. As modalidades dos corpos de brocas de perfuraçãode solo cortadoras fixas modulares da presente invenção podem compreender uma peça desuporte de lâmina e pelo menos uma peça de lâmina presa na peça de suporte de lâmina.
A uma ou mias peças de lâmina pode também incluir bolsos pára prender insertos de corte,como, por exemplo, os insertos de corte PDC ou insetos de corte de carboneto cementado.Os corpos de brocas de perfuração de solo modulares podem compreender qualquernúmero de peças que possam ser fisicamente projetadas na broca de perfuração de solocortadora fixa. O número máximo de peças de lâmina em uma broca ou corpo de brocaespecífico irá depender do tamanho do corpo de broca de perfuração de solo, do tamanho eda largura da peça de lâmina individual, e da aplicação da broca de perfuração de solo, bemcomo de outros fatores conhecidos daqueles versados na técnica. As modalidades doscorpos de broca de perfuração de solo modular podem compreender de 1 a 12 peças delâmina, por exemplo, ou para determinadas aplicações podem ser desejadas de 4 a 8 peçasde lâmina.
As modalidades dos corpos de broca de perfuração de solo modulares sãobaseados em um projeto de peça modular ou múltipa, ao contrário de uma construçãosólida, de peça única. O uso do projeto modular supera várias das limitações dos corpos debroca sólidos de peça única.
Os corpos de broca da presente invenção incluem dois ou mais componentesindividuais que são montados e presos juntos para formar um corpo de broca adequadopara brocas de perfuração de solo. Por exemplo, os componentes individuais podem incluiruma peça de suporte de lâmina, peças de lâmina, embocaduras, aros padrões, partes defixação, hastes, bem como outros componente de corpos de broca de perfuração de solo.
As modalidades da peça de suporte de lâmina pode incluir, por exemplo, furos e/ouaro padrão. Os furos podem ser usados para permitir o fluxo de água, lama, lubrificantes,ou outros líquidos. Os líquidos ou massas semifluidas esfriam a broca de perfuração desolo e auxiliam na remoção de detrito, rocha e resíduos dos furos de sonda.As modalidades das peças de lâmina podem compreender, por exemplo, bolsoscortadores para os cortadores PDC1 e/ou as peças individuais das peças de lâminacompreendendo os bolsos de inserto.
Uma modalidade do corpo de broca de perfuração de solo modular 20 de umabroca de perfuração de solo cortadora está ilustrada na Figura 2. O corpo de broca deperfuração de solo modular 20 compreende um dispositivo de fixação 21 em uma haste 22da pela de suporte de lâmina 23. As peças de lâmina 24 são presas nas peças de suportede lâmina 23. Deve ser observado que apesar da modalidade do corpo de broca deperfuração de solo modular da Figura 2 incluir a parte de fixação 21 e a haste 22 conformeformadas na peça de suporte de lâmina, a parte de fixação 21 e a haste 22 podem tambémser feitas como peças individuais a serem presas juntas para formar a parte do corpo debroca de perfuração de solo modular 20. Ademais, a modalidade do corpo de broca deperfuração de solo modular 20 compreende peças de lâmina idênticas 24. As modalidadesadicionais dos corpos de broca de perfuração de solo modulares podem compreender peçasde lâmina que não sejam idênticas. Por exemplo, as peças de lâmina podemindependentemente compreender materiais de construção incluindo, mas não se limitandoa, partículas sólidas cementadas, ligas metálicas (incluindo, mas não se limitando a, ligascom base de ferro, ligas com base de níquel, cobre, alumínio, e/ou ligas com base detitânio), cerâmica, plásticos, ou combinações dos mesmos. As peças de lâmina podemtambém incluir projetos diferentes incluindo locais diferentes dos bolsos de inserto de corte efuros de lama ou outras características conforme desejado. Além disso, o corpo de broca deperfuração de solo inclui peças de lâmina que são paralelas ao eixo geométrico de rotaçãodo corpo de broca. Outras modalidades podem incluir peças de lâmina inclinadas em umângulo, como, por exemplo, de 5o a 45° a partir do eixo geométrico de rotação.
Ademais, a parte de fixação 21, a haste 22, a peça de suporte de lâmina 23, e aspeças de lâmina 24 podem ser independentemente feitas de qualquer material deconstrução desejado que possa ser preso junto. As peças individuais de uma modalidadedo corpo de broca de furação de solo cortadora fixa modular podem ser fixadas juntas porqualquer método como, por exemplo, mas não limitado a, soldadura, conexões rosqueadas,pinos, ranhuras de chaveta, encaixes por contração, adesivos, consolidação de difusão,encaixes de interferência, ou qualquer outra conexão mecânica. Como tal, o corpo de broca20 pode ser construído sendo dotado de várias regiões ou peças, e cada região ou peçapode compreender uma concentração, composição e tamanho de cristal diferentes daspartículas sólidas ou aglomerados, por exemplo. Isso permite o talhe das propriedades nasregiões e peças específicas do corpo de broca, conforme desejado para uma aplicaçãoespecífica. Como tal, o corpo de broca pode ser projetado de maneira que as propriedadesou composições das peças ou regiões em uma peça se alteram repentinamente ou maisgradualmente entre regiões diferentes do artigo. Por exemplo, o corpo de broca modular 20da Figura 2, compreende duas zonas distintas definidas por seis peças de lâmina 23. Emuma modalidade, a peça de suporte de lâmina 23 pode compreender uma fase sólidadescontínua de tungstênio e/ou carboneto de tungstênio e as peças de lâmina 24 podemcompreender uma fase sólida descontínua de carboneto fundido fino, carboneto tungstênio,e/ou partículas de carboneto cementado aglomerado. As peças de lâmina 24 tambémincluem bolsos cortadores 25 ao longo da borda das peças de lâmina 24 nas quais osinsertos de corte podem ser dispostos. Há nove bolsos cortadores 25 na modalidade daFigura 2. Os bolsos cortadores 25 podem, por exemplo, ser incorporados diretamente nocorpo de broca pelo molde, como, por exemplo, pela usinagem do lingote verde ou marrom,ou como peças presas em uma peça de lâmina por soldadura ou outro método de fixação.Conforme visto na Figura 3, as modalidades do corpo de broca molecular 34 podem tambémincluir cursos de fluido interno 31, ressaltos, solos, embocaduras, fendas de sucata 32, equaisquer outras características topográficas de um corpo de broca de perfuração de solo.Opcionalmente, essas características topográficas podem ser definidas por peças adicionaisque sejam presas em posições adequadas no corpo de broca modular.
A Figura 4 é uma fotografia da modalidade da peça de suporte de lâmina 23 dasFiguras 2 e 3. A peça de suporte de lâmina 23 nessa modalidade é feita de carbonetoscementados e compreende cursos de fluido interno 31 e as fendas de lâmina 41. A Figura 5é uma fotografia de uma modalidade de uma peça de lâmina 24 que pode ser inserida nafenda de lâmina 41 ou na peça de suporte de lâmina 23 da Figura 4. A peça de lâmina 24inclui nove bolsos cortadores 51. Conforme ilustrado na Figura 6, uma modalidade adicionalde uma peça de lâmina inclui uma peça de lâmina 61 compreendendo várias peçasindividuais 62, 63, 64 e 65. Essa modalidade de múltiplas peças da peça de lâmina ilustracustomização adicional da lâmina para cada fenda de lâmina e permite substituição de pelasindividuais da peça de lâmina 62 se, por exemplo, um corpo de broca deva ser renovado oumodificado.
O uso da construção modular para cada corpo de broca de perfuração de solosupera várias das limitações dos corpos de broca de peça única, por exemplo: 1) Oscomponentes individuais de um corpo de broca modular são menores e menos complexosna forma se comparados a um corpo de broca de carboneto cementado, sólido, de peçaúnica. Portanto, os componentes estarão sujeitos a menos distorção durante o processo deaglomeração e os corpos de broca modular e as peças individuais podem ser feitas comtolerâncias mais próximas. Adicionalmente, as superfícies de união chaves e outrascaracterísticas, podem ser esmerilhadas e usinas facilmente e forma barata após aaglomeração para assegurar um encaixe cuidadoso e preciso entre os componentes,assegurando, portanto, que os bolsos cortadores e os insertos de corte podem serprecisamente situados nas posições predeterminadas. Sucessivamente, isso iria asseguraroperação ótima da broca de perfuração de solo durante o serviço. 2) as formas menoscomplexas dos componentes individuais de um corpo de broca modular permitem o uso deferramentas de usinagem e operações de usinagem mais simples (menos sofisticadas) para a fabricação dos componentes. Ainda, uma vez que o corpo de broca modular é feito decomponentes individuais, há muito menos preocupação com relação à interferência dequalquer característica de corpo de broca com a trajetória da ferramenta de corte ou outraparte da máquina durante o processo de modelagem. Isso permite a fabricação de peçasde forma muito mais complexas para montagem nos corpos, comparado com os corpos de broca, sólidos, de peça única. A fabricação de peças similares pode ser produzida deformas mais complexas permitindo que o projetista aproveite as propriedades superioresdos carbonetos cementados e de outros materiais. Por exemplo, pode ser incorporado umnúmero maior de lâminas em um corpo de broca modular do que em um corpo de broca depeça única. 3) O projeto modular consiste de uma montagem de componentes individuais e, portanto, haveria pouca perda de material de carboneto cementado durante o processo demodulagem. 4) Um corpo de broca modular permite o uso de uma ampla variedade demateriais (carbonetos cementados, aços e outras ligas metálicas, cerâmicas, plásticos, etc.)que podem ser montados juntos para proporcionar um corpo de broca sendo dotado depropriedades ótimas em qualquer local do corpo de broca. 5) Finalmente, as peças delâmina individuais podem ser substituídas, se necessário ou desejado, e a broca deperfuração de solo poderia voltar ao serviço. No caso de uma peça de lâminacompreendendo múltiplas peças, as peças individuais podem ser substituídas. Portanto,não é necessário descartar todo o corpo de broca devido à falha de apenas uma parte docorpo de broca, resultando em uma diminuição significativa dos custos operacionais.
Os materiais de carboneto cementado que podem ser usados nas peças de lâminae na peça de suporte de lâmina podem incluir carbonetos de um ou mais elementospertencentes aos grupos IBV até VIB da tabela periódica. Preferivelmente, os carbonetoscementados compreendem pelo menos um carboneto de metal de transição selecionado decarboneto titânio, carboneto crômio, carboneto de vanádio, carboneto de zircônio, carboneto de ráfnio, carboneto de tântalo, carboneto de molibdênio, carboneto de nióbio, e carbonetode tungstênio. As partículas de carboneto compreendem preferivelmente em torno de 60 aem torno de 98 por cento de peso do peso total do material de carboneto cementado emcada região. As partículas de carboneto são embutidas em uma matriz de um aglomeranteque constitui preferivelmente em torno de 2 a em torno de 40 por cento de peso do pesototal do carboneto cementado.
Em uma modalidade não limitativa, um corpo de broca de perfuração de solocortadora fixa modular de acordo com a presente descrição inclui uma peça de suporte delâmina compreendendo um primeiro material de carboneto cementado e pelo menos umapeça de lâmina compreendida de um segundo material de carboneto cementado, onde pelomenos uma peça de lâmina é presa à peça de suporte de lâmina, e onde pelo menos um doprimeiro e segundo materiais de carboneto cementado inclui partículas de carboneto detungstênio sendo dotadas de um tamanho e grão médio de 0,3 a 10 μιτι. De acordo comuma modalidade alternativa, não limitativa, um do primeiro e segundo materiais decarboneto cementado inclui partículas de carboneto de tungstênio sendo dotadas de umtamanho e grão médio de 0,5 a 10 μιτι, e o outro do primeiro e segundo materiais decarboneto cementado inclui partículas de carboneto de tungstênio sendo dotadas de umtamanho e grão médio de 0,3 a 1,5 μιτι. Em ainda outra modalidade alternativa, nãolimitativa, um do primeiro e segundo materiais de carboneto cementado inclui de 1 a 10 porcento de peso mais de aglomerante (com base no peso total do material carbonetocementado) do que o outro do primeiro e segundo materiais de carboneto cementado.< Emainda outra modalidade alternativa, não limitativa, a dureza do primeiro material decarboneto cementado é de 85 a 90 HRA e uma dureza do segundo material de carbonetocementado é de 90 a 94 HRA. Em ainda outra modalidade alternativa, não limitativa, oprimeiro material de carboneto cementado compreende de 10 a 15 por cento de liga decobalto e o segundo material de carboneto cementado compreende de 6 a 15 por cento depeso de liga de cobalto. Ainda de acordo com outra modalidade alternativa, não limitativa, oaglomerado do primeiro material de carboneto cementado e o aglomerado do segundocarboneto cementado diferem na composição química. Ainda, em uma modalidadeadicional alternativa, não limitativa,, um percentual de peso de aglomerado do primeirocarboneto cementado difere de um segundo percentual de peso de aglomerado no segundocarboneto cementado. Em outra modalidade alternativa, não limitativa, um carboneto demetal d transição do primeiro carboneto cementado defere de um carboneto de metal dtransição do segundo carboneto cementado em pelo menos uma composição química emedia de tamanho de grão. De acordo com uma modalidade alternativa, não limitativa, osmateriais do primeiro e do segundo carboneto cementado diferem em pelo menos umapropriedade. A pelo menos uma propriedade pode ser selecionada de, por exemplo, módulode elasticidade, dureza, resistência a desgaste, firmeza de fratura, força de tensão,resistência à corrosão, coeficiente de expansão térmica, e coeficiente de condutividadetérmica.
O aglomerado de partículas sólidas cementadas ou carbonetos cementados podemcompreendem, por exemplo, pelo menos um de cobalto, níquel, ferro, ou ligas desseselementos. O aglomerado pode também compreender, por exemplo, elementos como, porexemplo, tungstênio, crômio, titânio, tântalo, vanádio, molibdênio, nióbio, zircônio, háfnio, ecarbono até os limites de solubilidade desses elementos no aglomerado. Ademais, oaglomerado pode incluir um ou mais de boro, silicone e rênio. Adicionalmente, oaglomerado pode conter até e por cento de peso dos elementos como, por exemplo, cobre,manganês, prata, alumínio, e rutênio. Aquele versado na técnica irá reconhecer quequalquer um dos, ou todos os constituintes do material de partícula sólida cementada naforma elementar, como compostos, e/ou como ligas mestre. A peça de suporte de lâmina eas peças de lâmina, ou outras peças, se desejado, independentemente pode compreenderdiferentes carbonetos cementados compreendendo carboneto de tungstênio e umaglomerado de cobalto. Em um amo, a peça de suporte de lâmina e a peça de lâminaincluem pelo menos duas partículas sólidas cementadas diferentes que diferem com relaçãoa, pelo menos, uma propriedade.
As modalidades das peças da broca de perfuração de solo modular podem tambémincluir carbonetos cementados híbridos, como, por exemplo, mas não limitado a, quaisquerdos carbonetos cementados híbridos descritos no Pedido de Patente co-pendente de SérieNo. 10/735.379, cuja descrição encontra-se inteiramente incorporada ao presente à guisa dereferência.
Um método de produção de uma broca de perfuração de solo cortadora fixamodular, de acordo com a presente invenção, compreende prender pelo menos uma peçade lâmina em uma peça de suporte de lâmina. O método pode incluir prender peçasadicionais juntas para produzir o corpo de broca de furação de solo modular incluindo cursosde fluido internos, ressaltos, estrias, bocais, fendas de sucata e quaisquer outrascaracterísticas topográficas convencionais do corpo de broca de perfuração de solo. Afixação de uma peça de lâmina individual pode ser realizada por quaisquer meios incluindo,por exemplo, a inserção da peça de lâmina em uma fenda na peça de suporte de lâmina,soldadura, solda, ou soldando a peça de lâmina na peça de suporte de lâmina, encaixandocom força a peça de lâmina na peça de suporte de lâmina, encaixando por contração a peçade lâmina na peça de suporte de lâmina, consolidação adesiva da peça de lâmina na peçade suporte de lâmina (como, por exemplo, com epóxi ou outro adesivo), ou afixandomecanicamente a peça de lâmina na peça de suporte de lâmina. Em determinadasmodalidades, ou a peça de suporte de lâmina ou as peças de lâmina são dotadas de umaestrutura de malhete ou outra característica para fortalecer a conexão.
O processo de fabricação para peças de partículas sólidas cementadas tipicamenteenvolve energia metalúrgica de consolidação (tipicamente cerâmica particulada e metalaglomerado energizado) para formar um lingote verde. Podem ser usados os processos deconsolidação de energia usando as técnicas convencionais, como, por exemplo, pressãomecânica ou hidráulica nos moldes rígidos, e prensagem isostática "wet-bag" ou "dry-bag".
O lingote verde pode então ser pré-aglomerado ou inteiramente aglomerado paraconsolidação adicional e densidade de energia. Os resultados da pré-aglomeração eapenas uma consolidação e adensamento parcial de da parte. Um lingote verde pode serpré-aglomerado em uma temperatura mais baixa do que a temperatura a ser alcançada naoperação de aglomeração final para produzir um lingote pré-aglomerado ("lingote marrom").Um lingote marrom por exemplo, dotado de dureza e força relativamente baixas secomparado ao ártico final inteiramente aglomerado, mas significativamente mais alto do queo lingote verde. Durante a fabricação, o artigo pode ser usinado como um lingote verde,lingote marrom, ou um artigo inteiramente aglomerado. Tipicamente, a usinabilidade de umlingote verde ou marrom é substancialmente maior do que a usinabilidade do artigointeiramente aglomerado. A usinagem de um lingote verde ou de um lingote marrom podeser vantajosa se a parte inteiramente aglomerada for de usinagem difícil ou requeiraesmerilhamento ao contrário de usinagem para atender as tolerâncias dimensionais finaisrequeridas. Podem também ser empregados outros meios para aperfeiçoar a usinabilidadeda parte como, por exemplo, a adição de agentes de usinagem para fechar a porosidade dolingote. Um agente de usinagem típico é um polímero. Finalmente, pode ser realizado oaglomerado na temperatura da fase líquida em um forno a vácuo convencional ou empressões altas em um forno "SinterHip". O lingote pode estar acima da pressão aglomeradaem uma pressão de 300 a 2000 psi e em uma temperatura de 1350 a 1500°C. A pré-aglomeração e aglomeração do lingote causam a remoção dos lubrificantes, redução deoxido, densificação, e desenvolvimento de microestrutura. Conforme relatado acima,subseqüente à aglomeração, as peças do corpo de broca modular podem seradicionalmente usinadas apropriadamente ou esmerilhadas para formar a configuração final.
Aquele versado na técnica irá compreender os parâmetros do processo requeridospara a consolidação e a aglomeração para formar os artigos de partícula sólida cementada,como, por exemplo, insertos de corte de carboneto cementado. Tais parâmetros podem serusados nos métodos da presente invenção.
Adicionalmente, para o propósito desta invenção, as ligas metálicas incluem detodos os metais estruturais como, por exemplo, ferro, níquel, titânio, cobre, alumínio,cobalto, etc. As cerâmicas incluem carbonetos, bóricos, nitridos, etc., de todos os elementoscomuns.
Deve ser compreendido que a presente descrição ilustra aqueles aspectos dainvenção relevantes para um claro entendimento da invenção. Determinados aspectos dainvenção serão claros para aqueles versados na técnica comum e que, portanto, nãofacilitaria um melhor entendimento da invenção se não tivesse sido apresentada a fim desimplificar a presente descrição. Apesar de terem sido descritas modalidades da presenteinvenção, é reconhecido que podem ser empregadas muitas modificações e variações dainvenção. Todas essas viações e modificações da invenção são intencionadas a estaremcobertas pela descrição precedente e pelas reivindicações em anexo.
Claims (45)
1. Corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixa modular,CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:uma peça de suporte de lâmina; epelo menos uma peça de lâmina presa na peça de suporte de lâmina.
2. Corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixa modular, de acordo com areivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a pelo menos uma peça de lâminainclui pelo menos um bolso de inserto.
3. Corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixa modular, de acordo com areivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a peça de suporte de lâminacompreende pelo menos um material selecionado do grupo consistindo de partículas sólidascementadas, carbonetos cementados, cerâmicas, ligas metálicas, e plásticos.
4. Corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixa modular, de acordo com areivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a pelo menos uma peça de lâminacompreende pelo menos um material selecionado do grupo consistindo de partículas sólidascementadas, carbonetos cementados, cerâmicas, ligas metálica, e plásticos.
5. Corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixa modular, de acordo com areivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a pelo menos uma peça de lâminaconsiste essencialmente de carboneto cementado.
6. Corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixa modular, de acordo com areivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que a peça de suporte de lâmina consisteessencialmente de carboneto cementado.
7. Corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixa modular, de acordo com areivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a peça de suporte de lâminacompreende pelo menos uma fenda de lâmina e cada peça de lâmina é presa em umafenda de lâmina.
8. Corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixa modular, de acordo com areivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a peça de suporte de lâminacompreende um primeiro carboneto cementado e a pelo menos uma peça de lâminacompreende um segundo carboneto cementado, e onde o primeiro carboneto cementado eo segundo carboneto cementado diferem em pelo menos uma propriedade.
9. Corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixa modular, de acordo com areivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro carboneto cementado e osegundo carboneto cementado compreendem individualmente partículas de pelo menos umcarboneto de metal de transição em um aglomerante.
10. Corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixa modular, de acordo com areivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro carboneto cementado e osegundo carboneto cementado, o pelo menos um carboneto é independentementeselecionado de um carboneto de um metal de transição selecionado de titânio, crômio,vanádio, zircônio, hafnio, tântalo, molibdênio, nióbio, e tungstênio, e o aglomerantecompreende independentemente pelo menos um metal selecionado de cobalto, níquel, ferro,liga de cobalto, liga de níquel e liga de ferro.
11. Corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixa modular, de acordo com areivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que o aglomerante compreendeadicionalmente pelo menos um agente de liga selecionado de tungstênio, titânio, tântalo,nióbio, crômio, molibdênio, boro, carbono, silicone, rutênio, rênio, manganês, alumínio ecobre.
12. Corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixa modular, de acordo com areivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que o carboneto do primeiro carbonetocementado e o carboneto do segundo carboneto cementado compreendem carboneto detungstênio.
13. Corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixa modular, de acordo com areivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que o aglomerante do primeiro carbonetocementado e o aglomerante do segundo carboneto cementado compreendem cobalto.
14. Corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixa modular, de acordo com areivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que a pelo menos uma propriedade éselecionada do grupo consistindo de um módulo de elasticidade, dureza, resistência aodesgaste, firmeza de fratura, força de tensão, resistência à corrosão, coeficiente deexpansão térmica, e coeficiente de condutividade térmica.
15. Corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixa modular, de acordo com areivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o aglomerante do primeiro carbonetocementado e o aglomerante do segundo carboneto cementado diferem na composiçãoquímica.
16. Corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixa modular, de acordo com areivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que um percentual de peso do aglomerantedo primeiro carboneto cementado difere do percentual de peso do aglomerante do segundocarboneto cementado.
17. Corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixa modular, de acordo com areivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o carboneto de metal de transição doprimeiro carboneto cementado difere do carboneto metal de transição do segundo carbonetocementado em pelo menos uma composição química e variação do tamanho de grão.
18. Corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixa modular, de acordo com areivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que cada um do primeiro carbonetocementado e do segundo carboneto cementado compreendem de 2 a 40 por cento de pesode aglomerante e de 60 a 80 por cento de peso de carboneto de metal de transição.
19. Corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixa modular, de acordo com areivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos um do primeiro carbonetocementado e do segundo carboneto cementado compreende partículas de carboneto detungstênio sendo dotadas de uma variação de tamanho de grão de 0,3 a 10 μιτι.
20. Corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixa modular, de acordo com areivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que um do primeiro carboneto cementado edo segundo carboneto cementado compreende partículas de carboneto de tungstênio sendodotadas de uma variação de tamanho de grão de 5 a 10 μηη, e o outro do primeiro carbonetocementado e do segundo carboneto cementado compreende partículas de carboneto detungstênio sendo dotadas de uma variação de tamanho de grão de 0,3 a 1,5 μιη.
21. Corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixa modular, de acordo com areivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que um do primeiro carboneto cementado edo segundo carboneto cementado inclui de 1 a 10 por cento de peso a mais de aglomerantedo que o outro do primeiro carboneto cementado e do segundo carboneto cementado.
22. Corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixa modular, de acordo com areivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que a dureza do segundo carbonetocementado é de 90 a 94 HRA e a dureza do primeiro carboneto cementado é de 85 a 90HRA.
23. Corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixa modular, de acordo com areivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo carboneto cementadocompreende de 6 a 15 por cento de peso de liga de cobalto e o segundo carbonetocementado compreende de 10 a 15 por cento de peso de liga de cobalto.
24. Corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixa modular, de acordo com areivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a pelo menos uma peça de lâminacompreende pelo menos duas peças.
25. Broca de perfuração de solo cortadora fixa modular, CARACTERIZADA pelofato de que compreende um corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixa modular,conforme relacionado na reivindicação 1.
26. Broca de perfuração de solo cortadora fixa modular, CARACTERIZADA pelofato de que compreende:uma peça de suporte de lâmina;pelo menos uma peça de lâmina presa à peça de suporte de lâmina; epelo menos um inserto de corte fixado a pelo menos uma peça de lâmina.
27. Broca de perfuração de solo cortadora fixa modular, de acordo com areivindicação 26, CARACTERIZADA pelo fato de que o pelo menos um inserto de corte éselecionado do grupo consistindo de um inserto de carboneto cementado e um diamantepolicristalino compacto.
28. Broca de perfuração de solo cortadora fixa modular, de acordo com areivindicação 26, CARACTERIZADA pelo fato de que a pelo menos uma peça de lâminacompreende pelo menos um bolso de inserto e o pelo menos um inserto de corte é fixado nopelo menos um bolso de inserto.
29. Broca de perfuração de solo cortadora fixa modular, de acordo com areivindicação 28, CARACTERIZADA pelo fato de que o pelo menos um inserto de corte éselecionado do grupo consistindo de um inserto de carboneto cementado e um diamantepolicristalino compacto.
30. Método de produção de um corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixamodular, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:proporcionar uma peça de suporte de lâmina;proporcionar pelo menos uma peça de lâmina; eprender a pelo menos uma peça de lâmina na peça de suporte de lâmina.
31. Método de produção de um corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixamodular, de acordo com a reivindicação 30, CARACTERIZADO pelo fato de que a fixaçãoda pelo menos uma peça de lâmina compreende pelo menos uma da inserção de peça delâmina em uma fenda na peça de suporte de lâmina, soldar a peça de lâmina à peça desuporte de lâmina, soldadura da peça de lâmina à peça de suporte de lâmina, soldagem dapeça de lâmina na peça de suporte de lâmina, encaixe por força da peça de lâmina na peçade suporte de lâmina, encaixe por contração da peça de lâmina na peça de suporte delâmina, consolidação adesiva da peça de lâmina na peça de suporte de lâmina, fixar a peçade lâmina na peça de suporte de lâmina com um prendedor mecânico rosqueado, e afixarmecanicamente a peça de lâmina na peça de suporte de lâmina.
32. Método de produção de um corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixamodular, de acordo com a reivindicação 30, CARACTERIZADO pelo fato de que a pelomenos uma peça de lâmina compreende partículas sólidas cementadas.
33. Método de produção de um corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixamodular, de acordo com a reivindicação 32, CARACTERIZADO pelo fato de que aspartículas sólidas cementadas são carbonetos cementados.
34. Método de produção de um corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixamodular, de acordo com a reivindicação 30, CARACTERIZADO pelo fato de que a peça desuporte de lâmina compreende pelo menos uma das partículas sólidas cementadas e umaliga de aço.
35. Método de produção de um corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixamodular, de acordo com a reivindicação 34, CARACTERIZADO pelo fato de que a peça desuporte de lâmina compreende carboneto cementado.
36. Método de produção de um corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixamodular, de acordo com a reivindicação 35, CARACTERIZADO pelo fato de que a peça desuporte de lâmina consiste essencialmente de carboneto cementado.
37. Método de produção de um corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixamodular, de acordo com a reivindicação 30, CARACTERIZADO pelo fato de que a peça desuporte de lâmina e a pelo menos uma peça de lâmina compreende independentementecada uma um carboneto cementado incluindo partículas de pelo menos um carboneto emum aglomerante, onde o pelo menos um carboneto é um carboneto de um metal detransição selecionado de titânio, crômio, vanádio, zircônio, hafnio, tântalo, molibdênio,nióbio, e tungstênio, e onde o aglomerante compreende pelo menos um metal selecionadode cobalto, níquel, ferro, liga de cobalto, liga de níquel, e liga de ferro.
38. Método de produção de um corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixamodular, de acordo com a reivindicação 37, CARACTERIZADO pelo fato de que oaglomerante do carboneto cementado da peça de suporte de lâmina e o aglomerante docarboneto cementado da pelo menos uma peça de lâmina compreendemindependentemente adicionalmente um agente de liga selecionado de tungstênio, titânio,tântalo, nióbio, crômio, molibdênio, boro, carbono, silicone, rutênio, rênio, manganês,alumínio, cobre, vanádio, zircônio e hafnio.
39. Método de produção de um corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixamodular, de acordo com a reivindicação 37, CARACTERIZADO pelo fato de que ocarboneto é um carboneto de tungstênio e o aglomerante compreende cobalto.
40. Método de produção de um corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixamodular, de acordo com a reivindicação 37, CARACTERIZADO pelo fato de queproporcionar a pelo menos uma peça de lâmina compreende compactar um metalenergizado em um compacto verde, usinar o compacto verde, e aglomerar o compactoverde usinado.
41. Método de produção de um corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixamodular, de acordo com a reivindicação 40, CARACTERIZADO pelo fato de queproporcionar a peça de suporte de lâmina compreende compactar um metal energizado emum compacto verde, usinar o compacto verde, e aglomerar o compacto verde usinado.
42. Método de produção de uma de broca de perfuração de solo cortadora fixamodular, de acordo com qualquer uma das reivindicações 40 e 41, CARACTERIZADO pelofato de que o metal energizado compreende uma energia de carboneto de metal e umaenergia de aglomerante.
43. Método de produção de um corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixamodular, de acordo com a reivindicação 30, CARACTERIZADO pelo fato de que a pelomenos uma peça de lâmina compreende múltiplas peças, e onde o método compreendeprender as múltiplas peças na peça de suporte de lâmina.
44. Método de produção de um corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixamodular, de acordo com a reivindicação 30, CARACTERIZADO pelo fato de quecompreende adicionalmente usinar pelo menos um bolso de inserto em pelo menos umapeça de lâmina.
45. Método de produção de uma broca de perfuração de solo cortadora fixamodular, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:proporcionar o corpo de broca de perfuração de solo cortadora fixa modular,relacionado na reivindicação 1; eprender pelo menos um inserto de corte na pelo menos uma peça de lâmina.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B25D | Requested change of name of applicant approved |
Owner name: TDY INDUSTRIES, LLC (US) |
|
| B25A | Requested transfer of rights approved |
Owner name: KENNAMETAL INC. (US) |
|
| B07A | Application suspended after technical examination (opinion) [chapter 7.1 patent gazette] | ||
| B09A | Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette] | ||
| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] |