DE2220455B2 - Bohrmeißel - Google Patents

Bohrmeißel

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DE2220455B2
DE2220455B2 DE2220455A DE2220455A DE2220455B2 DE 2220455 B2 DE2220455 B2 DE 2220455B2 DE 2220455 A DE2220455 A DE 2220455A DE 2220455 A DE2220455 A DE 2220455A DE 2220455 B2 DE2220455 B2 DE 2220455B2
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    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00Drill bits
    • E21B10/60Drill bits characterised by conduits or nozzles for drilling fluids
    • E21B10/605Drill bits characterised by conduits or nozzles for drilling fluids the bit being a core-bit

Description

• ht sämtlicher von den Vorsprüngen erzeugter Ab-
h b-^seit'ot wird. Dadurch wird außerdem vermie-
H daß sich die Abschnitte der oberen Flächen, die
o'nüber den Umfangsflächen der benachbarten
ffr SDrünoe innerhalb "einer Radialanordnung zu- 5
koesetzt sind, vollsetzen und verkleben und even-™ !!"nicht von der Kühlung erreicht werden.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschladaß der Werkzeuaköφer treppenförmig ausge- £·'"'-* ist und die radialen Gruppen von Schneidkör- 10 em derart angeordnet sind, daß die gestufte Oberfläche des Werkzeuskörpers zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schneidkörpern gleichzeitig m Rich-7,no fuf die Basis des Werkzeugs und auf die Wcncwuoach^e bezüglich der Stufung vertieft bzw. zu-"einsetzt ist die durch die oberen Flächen und die rmiÜnosflächen der Schneidkörper in der gleichen Radialreihe eebildet ist. Auf Grund dieser Maßnahmen ergibt sich eine Anordnung von günstig angelegen zueinander getrennten Spülkanälen derart, daß Hie SpülflüssUkeit gleichmäßig über den gesamten irnfan» des Werkzeugs verteilt wird. Vorzugsweise erhneidet die vordere Radialfläche jedes Schneidkörners "iner Radialreihe mit Bezug auf die Drehnchiuna cles Werkzeugs die obere Fläche des angrenzen-HenYefer liegenden Schneidkörpers. Mit dieser MaB-„ahrnV wird erreicht, daß die verschiedenen Arbeitsvorsprünae jeder Radialreihe in Drehnchtung des Bohnneißels zueinander versetzt mit dem Gestern in E°n"iff treten, so daß das Gestein auf Grund der Tätlichen Druckverteilung leichter gebrochen w-rden Lnn Gleichzeitig ergeben sich auf Grund dieser Sehen Anordnung ausreichend breit bleibende Skanäle auch in den Bezirken, in denen die deiche Anzahl von Arbeitsvorsprungen auf einen kleineren Umfang verteilt werden muß.
Weiterhin wird vorgeschlagen, daß die vorangehende vordere Radialfläche der Schneidkörper der !Sehen Radialreihe die obere Fläche des angrenzenden iefer liegenden Schneidkörpers schneidet wobei hL Oberfläche zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schneidenreihen abgestuft und der vordere Bereich der oberen Fläche jedes Schneidkörpers m Richtung au ,'ie Achse des Werkzeug bis zur Umfangsflache Se- zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schneidenreihen befindlichen Stufung verlängert ist.
Weitere Merkmale und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteran-
5PD?eErfindung ist nachfolgend an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausfuh- __!__: ;a\c- «yVip-r prläutert. Es zeigt
^g2teihemaSsche Draufsicht zur Dame,-lung der zu radialen Gruppen angeordneten Vor-SPF?f3 einen Schnitt nach der Linie HMlI in
Fi"4eine schematische Ansicht mit Blickrichtune auf die Umfangsflache eines Vorsprung?.
In der perspektivischen Ansicht nach Fig. 1 sitzt der Bohrmeißel auf der Grundfläche eines mit Gewinde versehen Anschlußstückes 1, ma dem das Werkzeug mit einer Bohrstange verschraubt wird. Jede? Vorsprung besitzt gemäß Fig.l und 2 eine S Fläche L eine Umfangsflache 2 b, eine vor-SL hintere Radialfläche 2 c bzw. 2 el. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind diese Flächen eben, während die radialen Fläc η durch Hinterstützungen begrenzt bzw. umgeben nd.
Die Vorspränge sind zu radial gerichteten Gruppen 3 und 4 unterteilt, die jeweils die Vorsprünge 5 bis 9 bzw. 10 bis 14 enthalten. Entsprechend der Darstellung sind diese Gruppen, in denen die Vorsprünge 9 und 14 an der Spitze des Bohrmeißels liegen, durch radial gerichtete Zwischengruppen 33, bestehend aus den Vorsprängen 15 bis 18. voneinander
getrennt.
Zusätzlich zu der in Radialrichtung verlaufenden Unterteilung bes.teht auch noch eine Gliederung der Vorsprünge in höhenmäßig abgestufte Kreisringe. Reim gewählten Beispiel sind die Vorsprünge 5 bis 8. bis 13 und 15 bis 18 auf vier Kreisringen angeordnet, wobei die Vorsprünge 5, 15 und 10 auf dem konzentrischen Kreisring mit dem größten Du.rchmes.ser und die Vorsprünge 8. 18 und 13 auf dem mit dem kleinsten Durchmesser liegen. Die Oberseiten dieser Vorsprü. ge sind beim gezeigten Ausführungsbeispiel eben und vaagerecht und somit in der gleichen Ebene angeordnet.
Die Vorsprünge 9. 14. 19, 20 usw. an der Spitze d.~.s Bohrmeißels sind mit Verlängerungen versehen, die sich gemäß F i g. 3 in den vertieften bzw. ausgenommenen Mittelabschnitt des Bohnneißels hineinerstrecken. Diese Vorsprünge besitzen genau wie die Umfangsflächen der anderen Vorspränge ebene Umfangsflächen 20 b, sind jedoch an ihrer Oberseite mit einer Folge von Zähnen 20 α versehen, die über den gesamten Verlängerungsbereich bis in den Mittelabschnitt des Bohrmeißels hinein verläuft.
Am Boden der Ausnehmung 21 befinden sich entsprechend F i g. 2 vier öffnungen 22 bis 25. über die die Zuführungsleitungen für Spülflüssigkeit münden. Die Vorsprünge 14, 20, 26 und 27 trennen jeweils zwei benachbiirte Öffnungen ab, wobfi z. B. der Vorsprung 14 die öffnungen 22 und 25 gegeneinander abteilt.
Die anderen Vorsprünge 9, 19, 34 und 35 besitzen Verlängerungen, die auf der Wand des vertieften Abschnitts 21 in einem Abstand voir> Boden enden, der den unbehinderten Abfluß des abgeschabten und durch die Spülflüssigkeit mitgenommenen Bohrgutes ermöglicht. Das Bohrgut wird über die öffnungen weggespült und dann so kanalisiert bzw. geführt, daß zwischen den inneren Verlängerungen der Vorsprünge der verschiedenen radialen Gruppen jeweils eine bestimmte Durchgangsmenge gewährleistet ist.
Gemäß F i g. 4 sind die Vorsprünge geueigt, so daß sie jeweils den gleichen Schnittwinkel zwischen und 14 "^ aufweisen. Sämtliche am Umfang des Bohrmeißels hegenden Vcrsprünge, ι Β. der Vorsprung 5, i überragen untere Flächen, die bezüglich der Umfangsflächen 5 b leicht zurückgesetzt sind. Außerdem sind sämtliche Umfangsflächen, z. B. 28 b nach F i g. 3, leicht zur Horizontalfläche 29 a des darunter Hegenden Vofsprunges geneigt, so daß ein Spanoder Brustwinkel zwischen 1° uad6° entsteht. In F i g. 3 gibt die der Linie 30 das Profil des Bohrmeißels zwischen zwei radialen Gruppen von Vorsprüngen wieder und die Linie 36 das Profil der Vorsprünge der von dem Vorsprung 20 ausgehenden radial verlaufenden Gruppe.
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist jeder Vorsprung an seiner rückwärtigen Radialfläche durch eine Hinterstützung versteift, die den oberen
Rand der Radialfläche von einem benachbarten Ab- Drehrichtung des Bohrmeißels weiter vorspringen als
schnitt ausgeht und bis zur Basis der vorderen Ra- bei den weiter innen- bzw. weiter obenliegenden
dialfläche des nächst folgenden Vorsprunges geneigt Vorsprüngen,
verläuft. Abgesehen von den vorangehend beschriebenen
Bei einer zweiten Ausführungsform sind gemäß 5 Ausführungsbeispielen können selbstverständlich im
F i g. 1 die vorderen und hinteren Radialflächen der Rahmen der Erfindung weitere Zwischengruppen
an der Spitze des Bohrmeißels angeordneten Vor- von Vorsprüngen vorgesehen werden, die sich von
Sprünge mit Hinterstützungen vergehen, die sich an der Basis des Bohrmeißels bis zu einer Höhe unter-
die Hinterstützungen des jeweils benachbarten Vor- halb des obersten Vorsprunges einer bereits beschrie-
sprunges derart anschließen, daß der Verbindungsbe- io benen Zwischengruppe erstrecken. Die an der Spitze
reich 31 zwischen den Hinterstützungen der Vor- des Bohrmeißels befindlichen Vorsprünge können
Sprünge 9 und 14 jeweils die tiefste Stelle der Bohr- außerhalb des mittleren Abschnitts des Bohrmeißels
meißelspitze bildet. Diese Stelle dient als Durchlaß gleichförmig ausgeführt sein, und die in das Innere
für die Bohrflüssigkeit, die durch die Zwischenräume des Mittelabschnitts verlaufende Verlängerung
zwischen den radial verlautenden Gruppen von Vor- 15 braucht nicht unbedingt die gezeigten Verzahnungen
Sprüngen hindurchströmt. Diese Stelle kann leicht in aufzuweisen. Die Zähne der an der Bohrmeißelspitze
Richtung auf die vordere Radialfläche desjenigen befindlichen Vorsprünge können aus einer Vielzahl
Vorsprunges versetzt sein, der in Drehrichtung des kleiner Kanten bestehen, die parallel zur Drehrich-
Werkzeugs unmittelbar nachfolgend angeordnet ist. tung des Werkzeuges derart verlaufen, daß zwischen
Da der Verbindungsbereich beispielsweise einer ao zwei Kanten Vertiefungen oder kleine Auskehlungen
Hinterstützung 32 der hinteren Radialfläche eines entstehen. Die Auslaßöffnungen für Bohrflüssigkeit
Vorsprunges 18 mit der vorderen Radialfläche des können durch zusätzliche öffnungen ergänzt werden,
nachfolgenden Vorsprunges 8 die Horizontalfläche Schließlich können die verschiedenen Oberflächen
des Vorsprunges 7 hinter der Schnittlinie des Vor- der Vorsprünge nicht eben sein, und die hinteren Ra-
sprunges8 mit der Horizontalfläche des Vorsprun as dialflächen können teilweise den Unterteil der Um-
ges 7 schneidet, kann die zwischen den beiden an der fangsfläche des nächst benachbarten höheren Vor-
Spitze des Werkzeugs befindlichen Vorsprüngen 9 Sprunges schneiden.
und 14 hindurchströmende Flüssigkeit die Hinterstüt- Gemäß einer Variante sind die Schneiden der Zwizuneen, die in Radialrichtung kaskadenförmig anein- seitengruppen entweder nach oben oder nach unten ander anschließen, und auch die vorderen Radiaifiä- 30 in einer I lohe etwa entsprechend der Abmessung der chen und Horizontalflächen sämtlicher Vorsprünge verwendeten Diamantkörper versetzt, wobei die Diafreispülen, so daß unter allen Umständen das Voll- manten in die metallische Masse eingebettet sind, aus setzen oder Verstopfen des Bohrmeißels vermieden der die Angriffs- oder Arbeitsabschnitte der Vorwird. Sprünge bestehen. Der Versatz kann beispielsweise
Die mittlere Gruppe 33 zwischen den Radialgrup- 35 zwischen einem und mehreren Millimetern variieren,
pen 3 und 4 liegt der Gruppe 3 näher als der Mit dieser besonderen Anordnung werden größere
Gruppe 4, so daß die Durchflußmenge von Spülflüs- Bohrtiefen erreicht, ohne das Werkzeug vorzeitig
sigkeit zwischen den Vorsprüngen 9 und 14 sich vor- wieder heraufholen zu müssen, und auch eine er-
teilhafterweise in einen ersten Strom zwischen den höhte Bohrgeschwindigkeit, unabhängig von den
Gruppen 3 und 33 und in einen zweiten Strom zwi- 40 Eigenschaften der zu durchbohrenden Erdschichten,
sehen den Gruppen 33 und 4 aufteilt und sich nicht Versuche mit Bohrmeißeln dieser Art haben erwie-
nur oder nahezu vollständig in die Abstandskehle sen, daß obere Erdschichten selbst großer Dicke
zwischen den Gruppen 3 und 33 ergießt. ohne eine nennenswerte Abnutzung der Arbeitsflä-
Gemäß einer besonderen Ausführungsform besit- chen der Vorsprünge durchbohrt werden, so daß
zen die Vorsprünge jeweils der gleichen Gruppe an 45 beim Auftreffen auf härtere tiefer liegende Schichter
der Schnittstelle ihrer Horizontal- und Umfangsflä- auch im Fall der Abnutzung eines Teils der Arbeits-
chen Kanten, die die in einer gleichen Ebene liegen. flächen der in Richtung zum Bohrme;ßel dennoch ir
Diese Anordnung ermöglicht es besser, die auf die einem einsatz- und arbeitsfähigem Zustand bleibt, di
einzelnen Vorsprünge wirkenden Beanspruchungen die Beanspruchungen jetzt erst auf die Schneiden dei
zu verteilen. — die Länge der Vorsprünge in Um- 50 zurückgesetzten Gruppen von Vorsprüngen einzuwir
fangsrichtung ist entsprechend F t g. 1 und 2 Vorzugs- ken beginnen.
weise bei den radial äußeren bzw. tieferen Vorsprun- Dieser geringe Versatz trägt außerdem dazu bei
gen 5, 10, 15 größer als bei den weiter radial innen die gleichmäßige Führung und Verteilung der Spül
liegenden Vorsprüngen 6, 11, 16 usw. Die vorderen flüssigkeit zu begünstigen und damit auch die Küh
Radialflächen Ic der Vorsprünge jeweils einer 55 lung, womit sich der Abnutzungswiderstand de
Gruppe können bei den äußeren Vorsprüngen in Werkzeugs weiter erhöht.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

gleichen konzentrischen Gruppe in der gleichen Patentansprüche: Ebene liegen. 10. Bohrmeißel nach Anspruch 1, dadurch ge-
1. Bohrmeißel, bestehend aus einem kegel- kennzeichnet, daß die Angriffskanten am Umfang stumpfförmigen Werkzeugkörper mit darauf an- 5 der oberen Flächen (2 a) der Vorsprünge der geordneten Arbeitsvorsprüngen, die aus metalli- gleichen konzentrischen Gruppe in einer Ebene sehen Schneidkörpem mit eingebetteten Diaman- Hegen.
ten bestehen und bezüglich der Bohrmeißelachse
eine Umfangsfläche. zwei Radiaiflächen und eine
obere Fläche aufweisen, die die Radial- und Um- ίο
fangsflächen schneidet, wobei die Schneidkörper
zu konzentrischen Gruppen und in radial verlaufenden Reihen angeordnet sind und der Werkzeugkörper Öffnungen zur Zuführung von Spülflüssigkeit enthält, dadurch gekenn- 15 Die Erfindung betrifft einen Bohrmeißel, besieze i c h η e t, daß die Umfangsflächen (2 h) der hend aus einem kegelstumpfförmigen Werkzeugkör-Schneidkörper (5 bis 8; 15 bis 18) άετ gleichen per mit darauf angeordneten Arbeitsvorsprüngen. die Radialreih'.. iie obere Räche (2a) der jeweils be- aus metallischen Schneidkörpem mit eingebetteten nachbarten unteren Schneidkörper schneiden. Diamanten bestehen und bezüglich der Bohrmeißel-
2. Bohrmeißel nach Anspruch 1, dadurch ge- αο achse eine Umfangsfläche, zwei Radialflächen und kennzeichnet, daß der Werkzeugkörper (30) trep- eine obere Fläche aufweisen, die die Radial- und penförmig ausgebildet ist und die radialen Gnip- Umfangsflächen schneidet, wobei die Schneidkörper pen von Schneidkörpem derart angeordnet sind, zu konzentrischen Gruppen und in radial verlaufendaß die gestufte Oberfläche ies Werkzeugkörpers den Reihen angeordnet sind und der Werkzeugkörzwischen zwei aufeinanderfolgenden Schneidkör- 35 per öffnungen mt Zuführung von Spülflüssigkeit pern gleichzeitig in Richtung auf die Basis des enthält.
Werkzeugs und auf die Werkzeugachse bezüglich Bei einem aus der französischen Patentschrift
der Stufung vertieft bzw. zurückgesetzt ist, die 1528 041 bekannten Bohrmeißel dieser Art werden
durch die ooeren Flächen und die Umfangsflä- die Arbeitsvorsprünge durch das zwischen konzen-
chen der Schneidköiper in der gleichen Radial- 30 trkch in den Werkzeugkörper eingedrehte Ringnuten
reihe gebildet ist. stehengebliebene Mr rial des Werkzeugkörpers ge
3. Bohrmeißel nach Ansp- ach 1, dadurch ge- bildet. Von der Werkzeugmitte ausgehende radial kennzeichnet, daß die vordere Radialfläche (2 c) verlaufende Spülrinnen unteneilen die ringförmigen, jedes Schneidkörpers einer Radialreihe mit Bezug mit Diamanten besetzten Arbeitsflächen in sektorförauf die Drehrichtung des Werkzeugs die obere 35 mige Vorsprünge. Beim Betrieb dieses Bohrmeißels Fläche (2 a) des angrenzenden tiefer liegenden entstehen in dem zu durchlK>hrenden Gestein in Schneidkörpers schneidet. komplementärer Anordnung zum Profil des Bohr-
4. Bohrmeißel nach Anspruch 1, dadurch ge- meißeis ringförmige Vertiefungen und Vorsprünge, kennzeichnet, daß die vorangehende vordere P.a- Dies ist einer hohen Vortriebsleistung abträglich, da dialfläche (2 c) der Schneidkörper der gleichen 40 die Arbeitsvorsprünge schneller Ln das Gestein ein-Radialreihe die obere Fläche des angrenzenden dringen, r.ls der ebenfalls mit Diamanten besetzte tiefer liegenden Schneidkörpers schneidet, wobei Ringnutengrund die vom Gestein stehenbleibenden die Oberfläche zwischen zwei aufeinanderfolgen- Erhöhungen abtragen kann. Das Gewicht des Bohrden Schneidenreihen abgestuft und der vordere meißeis und des Bohrgestänges lastet somit haupt-Bereich der oberen Fläche (2 a) jedes Schneid- 45 sächlich auf dem Grund der Ringnuten, so daß die körpers in Richtung auf die Achse des Werkzeugs dort eingesetzten Diamanten sich schneller abnutzen bis zur Umfangsfläche einer zwischen zwei auf- und ausbrechen als an den Arbeiitsvorsprüngen. Ein einanderfolgenden Schneidenreihen befindlichen verhältnismäßig schneller Verschleiß ist auch darauf Stufung verlängert sind. zurückzuführen, daß das im Bereich der Ringnuten
5. Bohrmeißel nach Anspruch 1, dadurch ge- 5° stehenbleibende Gestein eine wirksame Kühlung mit kennzeichnet, daß die vorderen Radialflächen Spülflüssigkeit verhindert und somit auf Grund des (2 c) bezüglich der Vertikalen derart geneigt sind, starken Reibeingriffs der Bohrmeißel überbeandaß ein Schnittwinkel von 6° und 14° entsteht. sprucht wird.
6. Bohrmeißel nach Anspruch 1, dadurch ge- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kennzeichnet, daß die Umfangsflächen (2 b) der 55 Bohrmeißel der eingangs bezeichneten Art dahinge-Schneidkörper zur Vertikalen derart geneigt sind, hend zu verbessern, daß sowohl höhere Vortriebsgedaß ein Spanwinkel zwischen 1° und 6° ent- schwindigkeiten als auch gleichzeitig eine längere Lesteht. bensdauer erreicht werden.
7. Bohrmeißel nach Anspruch 1, dadurch ge- Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfinkennzeichnet, daß die Umfangsflächen (2 b) der 60 dung vorgeschlagen, daß die Umfangsflächen der Schneidkörper eben sind. Schneidkörper der gleichen Radialreihe die obere
8. Bohrmeißel nach Anspruch 1, dadurch ge- Fläche der jeweils benachbarten unteren Schneidkörkennzeichnet, daß die Hinterkanten der oberen per schneiden. Die Erfahrung h,at gezeigt, daß sich Flächen (2 a) der Schneidkörper der gleichen Ra- im Arbeitseinsatz mit einem solchen Bohrmeißel ein dialreihe im wesentlichen in einer Ebene liegen. 65 sehr guter Wirkungsgrad erreichen läßt. Die etwa ra-
9. Bohrmeißel nach Anspruch 1, dadurch ge- dial verlaufende Anordnung von Arbeitsvorsprüngen kennzeichnet, daß die radialen Angriffskanten schafft zwischen solchen Anordnungen günstig lieder oberen Flächen (2 λ) der Schneidkörper der gende Spülkanäle, so daß mit der Bohrflüssigkeit
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