DE2410217C2

DE2410217C2 - Rotary drilling tool for hydraulic drilling of holes in underground formations

Info

Publication number: DE2410217C2
Application number: DE2410217A
Authority: DE
Inventors: Robijn Rijswijk Feenstra; Albert Cornelis Pols
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1973-03-05
Filing date: 1974-03-04
Publication date: 1983-11-17
Also published as: NL7402875A; NO140640B; FR2220663A1; DE2410217A1; NO740734L; JPS49118602A; NO140640C; FR2220663B1; NL177035C; CA994321A; GB1469524A; JPS5721637B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Drehbohrwerkzeug zum hydraulischen Bohren von Leehern in unterirdische &o Formationen bis in tiefliegende Schichten mit dem Ziel, aus diesen Rohstoffe, beispielsweise Kohlenwasserstoffe, zu fördern.The invention relates to a rotary drilling tool for the hydraulic drilling of empty spaces in underground & o Formations down to the deeper layers with the aim of converting these raw materials, e.g. hydrocarbons, to promote.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Drehbohrwerkzeug, mit dem sich die Sohle des gebohrten Loches mit schnellströmenden Hochdruck-Flüssigkei'sstrahlen aufbrechen läßt, die mit Hilfe von Düsen auf die Bohrlochsohle gerichtet werden. Die unter hohem Druck stehende Flüssigkeit der Strahlen dringt in Poren und/oder Risse in der Erdformation ein und bricht diese danach auf. Die von der Bohrlochsohle gelösten Bruchstücke werden von der nach über Tage zurückströmenden Flüssigkeit nach oben transportiertThe invention relates to a rotary drilling tool, with which the bottom of the drilled hole with can break up fast-flowing high-pressure liquid jets, which with the help of nozzles on the Borehole bottom are directed. The high pressure fluid of the jets penetrates pores and / or cracks in the earth formation and breaks them afterwards on. The fragments loosened from the bottom of the borehole are backflowing from the surface Liquid transported upwards

Drehbohrwerkzeuge nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sind in verschiedenen Ausführungen bekannt Der Werkzeugkörper des Drehbohrwerkzeugs weist eine Mittelachse und eine Mehrzahl von in seiner Stirnwand befestigte Düsen auf, deren Auslaßöffnungsmittelpunkte auf zur Mittelachse des Werküeugkörpers konzentrischen Kreisen angeordnet sind. Der Abstand der Teilkreise, auf denen sich die Düsen befinden, ist so groß, daß die sich bei der Drehung bildenden losgelösten Furchen Gesteinrippen zwischen sich belassen, die von zwischen den Düsen angeordneten mechanischen Werkzeugen aufgebrochen werden (DE-AS 12 92 602). Derartige Werkzeuge können Zapfen oder keilförmige Schneiden sein, die die Gesteinsrippen oder -Stege kleinbrechen. Die gelösten Bruchstücke werden anschließend von der nach über Tage zurückströmenden Flüssigkeit durch das Bohrloch nach oben transportiert. Derartige Werkzeuge zwischen den Düsen unterliegen einem vergleichsweise großen Verschleiß und vermindern die Betriebslebensdauer des Drehbohrwerkzeugs. In dan US-PS 33 84 192, 34 02 780 und 35 48 960 sind ähnliche Drehbohrwerkzeuge beschrieben, bei denen sowohl Düsen als auch vorstehende Schneidelemente vorgesehen sind. Die Düsen sind in derartiger Anordnung vorgesehen, daß die Dicke der auf der Bohrlochsohle entstehenden kreisförmigen Gesteinsrippen zwischen benachbarten konzentrischen, durch den Düsenstrahl erzeugten Furchen weniger als etwa 13 mm ist. Auch hier werden durch die Schneidelemcnte die Rippen bzw. Stege mechanisch abgetragen, was zu erheblichem Verschleiß führt.Rotary drilling tools according to the preamble of claim 1 are in different designs Known The tool body of the rotary drilling tool has a central axis and a plurality of in its End wall attached nozzles, the outlet opening centers on to the central axis of the Werküeugkörpers concentric circles are arranged. The distance between the partial circles on which the nozzles are located is like this great that the loosened furrows formed during the rotation of rock ribs between them which are broken open by mechanical tools arranged between the nozzles (DE-AS 12 92 602). Such tools can be tenons or wedge-shaped cutting edges that the Break up rock ribs or ridges. The loosened fragments are then from the to over Days flowing back fluid transported up through the borehole. Such tools between the nozzles are subject to a comparatively high level of wear and tear and reduce their service life of the rotary drilling tool. In dan US-PS 33 84 192, 34 02 780 and 35 48 960 are similar rotary drilling tools described in which both nozzles and protruding cutting elements are provided. the Nozzles are provided in such an arrangement that the thickness of the resulting on the borehole bottom circular rock ribs between adjacent concentric ones created by the jet Furrows is less than about 13 mm. Will be here too the ribs or webs are mechanically removed by the cutting edge, which leads to considerable wear leads.

Ferner ist aus SU-PS 2 52 9öS ein Drehbohrwerkzeug der eingangs genannten Art besannt, mit welchem die Flüssigkeitsstrahlen zum Rand hin mit so großem Abstand auf die Bohrlochsohle treffen, daß erhebliche Gesteinsrippen verbleiben.Furthermore, from SU-PS 2 52 9öS a rotary drilling tool of the type mentioned, with which the liquid jets towards the edge with so large Make a distance to the bottom of the borehole that considerable rock ribs remain.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Drehbohrwerkzeug dahingehend fortzuentwickeln, daß auf den Einsatz von Schneidelementen zum Abtragen von auf der Bohrlochsohle entstehenden Rippen verzichtet und mit hoher Leistung gebohrt werder.kann.The invention is based on the object of the above-mentioned rotary drilling tool to develop further that on the use of cutting elements for removing from the bottom of the borehole resulting ribs are dispensed with and can be drilled with high performance.

Ein diese Aufgabe lösendes Drehbohrwerkzeug ist mit seinen Ausgestaltungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.A rotary drilling tool that solves this problem is set out in the claims with its refinements marked.

Die Düsen des Drehbohrwerkzeugs sind im Werkzeugkörper derart angeordnet, daß die auf der Bohrlochsohle entstehenden Rippen oder Stege derart dünn sind, daß auf gesonderte Schneidwerkzeuge zu deren Abtrag verzichtet werden kann; vielmehr werden sie beim Bohrfortschritt durch die Flüssigkeitsstrahlen zerstört.The nozzles of the rotary drilling tool are arranged in the tool body in such a way that the on the Ribs or webs arising from the bottom of the borehole are so thin that they approach separate cutting tools the removal of which can be dispensed with; rather, as the drilling progresses, they become through the jets of liquid destroyed.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert, in der zeigtSeveral embodiments of the invention are explained in more detail using a schematic drawing, in the shows

F i g. 1 einen Querschnitt durch ein Drehbohrwerkzeug mit einer einzigen Düsenreihe,F i g. 1 shows a cross section through a rotary drilling tool with a single row of nozzles,

Fig.2 eine Seitenansicht des in Fig. 1 dargestellten Drehbohrwerkzeugs mit Blickrichtung entsprechend dem Pfeil II,FIG. 2 is a side view of the one shown in FIG Rotary drilling tool with viewing direction according to arrow II,

F i g. 3 eine Ansicht von unten auf das in F i g. 1 dargestellte Drehbohrwerkzeug,F i g. 3 is a view from below of the FIG. 1 shown rotary drilling tool,

Fig.4 einen Querschnitt durch ein Prehböhrwerkzeug der in Fig.I dargestellten Art, bei dem die Stirnwand, in der die Düsen angeordnet sind, teilweise eben ausgeführt ist, ;4 shows a cross section through a Prehböhrwerkzeug of the type shown in Fig.I, in which the Front wall in which the nozzles are arranged, partially has just been carried out;

F i g. 5 eine Seitenansicht eines Drehbohrwerkzeugs mit einer sphärisch gekrümmten Stirnwand,F i g. 5 shows a side view of a rotary drilling tool with a spherically curved end wall,

Fig.6 eine Ansicht von unten auf das in Fig.5 dargestellte Drehbohrwerkzeug, -;6 shows a view from below of the in FIG Rotary drilling tool shown, -;

F i g. 7 eine Seitenansicht eines Drehbohrwertzeugs, bei dem der Werkzeugkorper Diamanten zum Zerkleinem extrem harter Gesteinsschichten trägt,F i g. 7 is a side view of a rotary drilling tool; in which the tool body carries diamonds for crushing extremely hard rock layers,

Fig.8 eine Ansicht von unten auf das in Fig.7 dargestellte Drehbohrwpriczeug und "FIG. 8 is a view from below of the in FIG Rotary drilling tool shown and "

Fig.9 einen Längsschnitt in vergrößertem Maßstab durch eine in einem erfindungsgerr.äßen Drehbohrwerkzeug verwendbare Düse. ·■'■■-■
,'_ Das in Fig. 1 bis 3 gezeigte Bohrwerkzeug weist ' einen Werkzeugkorper 1 mit einer Mittelachse 2 auf, f dessen oberes Ende mit einem Gewinde versehen ist, mit dem das Bohrwerkzeug an eine nicht dargestellte Schwerstange anschraubbar ist Der Innenraum 4 des ~ hohien Werkzeugkörpers ί endet in einer öffnung 5, an den sich der Innenkanal der Schwerstange abschließt, wenn der Werkzeugkörper 1 mit dieser verschrcabt ist9 shows a longitudinal section on an enlarged scale through a nozzle which can be used in a rotary drilling tool according to the invention. · ■ '■■ - ■
1 to 3 has a tool body 1 with a central axis 2, the upper end of which is provided with a thread with which the drilling tool can be screwed onto a drill collar, not shown The tool body ί ends in an opening 5, to which the inner channel of the drill collar closes when the tool body 1 is screwed to it

In der Stirnwand 6 des Werkzeugkörpers 1 sind Düsen 7 angeordnet, an denen aus dem Innenraum 4 des Werkzeugkörpers 1 diesem aus dem Innern der Schwerstange zugeführte Flüssigkeit in Gestalt einer Mehrzahl von Strahlen 8 auszutreten vermag. Die Richtung der Strahlen 8 ist durch die Mittelachsen 9 der Düsen 7 bestimmt Bei diesem Ausführungsbeispiel liegen die Mittelachsen 9 in einer gemeinsamen Ebene und schneiden alle die Mittelachse 2 des Werkzeugkörpers 1 in einem gemeinsamen Punkt Die Mittelpunkte der Auslaßöffnungen der Düsen 7 sind auf zur Mittelachse 2 des Werkzeugkörpers 1 konzentrischen Kreisen A. B, C, D, ... J angeordnet Der Abstand zwischen den Schnittstellen einander benachbarter Kreise mit einer durch die Mittelachse 2 gelegten Ebene beträgt das Dreifache des Durchmessers tf des Auslasses der Düsen 7. Diese Schnittstellen sind in Fig. 1 mit /4', B', C, D'... /'bezeichnet Da die an Kreisen mit jeweils größerem Durchmesser angeordneten Dösen wechselweise an die eine und an die andere Seite der Mittelachse 2 gelegt sind, beträgt der Abstand zwischen den Mittelpunkten einander benachbarter Düsen 7 das Sechsfache des Durchmessers d Die Düse 7', die von der Mittelachse 2 den kleinsten Abstand hat, ist auf einem Kreis mit dem Radius 1,5 (/angeordnetIn the end wall 6 of the tool body 1, nozzles 7 are arranged, at which liquid in the form of a plurality of jets 8 is able to emerge from the interior 4 of the tool body 1 from the interior of the drill collar. The direction of the jets 8 is determined by the central axes 9 of the nozzles 7. In this embodiment, the central axes 9 lie in a common plane and all intersect the central axis 2 of the tool body 1 at a common point of the tool body 1 arranged concentric circles A. B, C, D, ... J The distance between the intersections of adjacent circles with a plane laid through the central axis 2 is three times the diameter tf of the outlet of the nozzles 7. These intersections are in 1 with / 4 ', B', C, D '. the centers of adjacent nozzles 7 are six times the diameter d. The nozzle 7 ', which has the smallest distance from the central axis 2, is on a circle is arranged with a radius of 1.5 (/

Bei der Drehung des Bohrwerkzeuges um die Mittelachse 2 wandern die Flüssigkeitsstrahlen entlang Bewegungsbahnen, deren Mittellinien mit den Kreisen A, B. C. D, ... J zusammenfallen und an der Bohrlochsohle angreifen. Die Relativstellungen der Flüssigkeitsstrahlen während der Drehung des Drehbohrwerkzeugs sind mit Pfeilen 8 und 8A angegeben. Die gestrichelt gezeichneten Pfeile 8A zeigen die Stellung der Strahlen 8 in bezug auf die Stirnwand 6 des Werkzeugkörpers 1 nach Drehung des Bohrwerkzeugs um 180°.When the drilling tool is rotated about the central axis 2, the jets of liquid migrate along trajectories, the center lines of which coincide with the circles A, BC D, ... J and attack the bottom of the borehole. The relative positions of the liquid jets during the rotation of the rotary drilling tool are indicated by arrows 8 and 8A. The dashed arrows 8A show the position of the rays 8 in relation to the end wall 6 of the tool body 1 after the drilling tool has been rotated through 180 °.

F i g. 1 entnimmt man, daß die Strahlen nicht parallel, sondern jeweils unter einem bestimmten Winkel zur Mittelachse 2 des Werkzeugkörpers 1 ausgerichtet sind. Der jeweils von einem Paar einander benachbarter Pfeile 8 und 8-4 eingeschlossene Winkel beträgt 5°. Der Winkel zwischen den Mittelachsen 9 einander benachbarter Düsen 7 in der Stirnwand 6 des Werkzeugkörpers 1 beträgt somit 10°. Die Mittelachsen 9 sind an .mathematischen oder gedachten Kegeln angeordnet, deren Mittelachsen mit der Mittelachse 2 des Werkzeugkörpers 1 zusammenfallen- Die Scheitelwinkel einander benachbarter Kegel weichen um 10° voneinander ab. Durch diese Anordnung der Düsen verläuft der äußere Strahl 8" unter einem Winkel von 47,5° zur Seitenwand des Bohrlochs. Dieser Winkel ist groß genug, damit der Strahl 8" Teile der Seitenwand unmittelbar über der Bohrlochsohle so weit abtragenF i g. 1 you can see that the rays are not parallel, but each at a certain angle to Center axis 2 of the tool body 1 are aligned. Each of a pair of adjacent ones Arrows 8 and 8-4 included angle is 5 °. Of the Angle between the central axes 9 of adjacent nozzles 7 in the end wall 6 of the tool body 1 is therefore 10 °. The central axes 9 are arranged on mathematical or imaginary cones, their central axes with the central axis 2 of the tool body 1 coincide - The vertex angles of adjacent cones deviate from each other by 10 ° away. Due to this arrangement of the nozzles, the outer jet 8 "runs at an angle of 47.5 ° to the Sidewall of the borehole. This angle is big enough to make the beam 8 "parts of the sidewall Remove so far directly above the bottom of the borehole

ίο kann, daß der Werkzeugkörper t durch das Bohrloch hindurch kann. Der Winkel zwischen der Achse 9" ides Strahls 8" und der Mittelachse 2 des Werkzeugkörpers 1 ist sehr groß, d. h. über 45°. Jedoch sind die Winkel zwischen den Achsen 9 der verschiedenen Strahlen 8 verhältnismäßig klein. Dies in Verbindung mit dem Umstand, daß der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Auslässe der Düsen 7 das Sechsfache des Durchmessers dieser Auslässe beträgt, ermöglicht den Durchgang des Werkzeugkörpers 1 durch das Bohrloch und verhindert gleichzeitig die Ausbildung von Stegen oder Rippen an der Bohrlochsohle, A.; mit mechanischen Werkzeugen, wie z. B. Zapfen oder keilförmiger. Schneidelementen abgetragen werden müßten. Während des Bohrens mit diesem Bohrer findet keine körperliche Berührung zwischen dem Werkzeugkörper 1 und der Bohrlochsohle stattίο can that the tool body t through the borehole can through. The angle between the axis 9 "ides beam 8" and the central axis 2 of the tool body 1 is very large, i.e. H. over 45 °. However, the angles are between the axes 9 of the different beams 8 is relatively small. This in connection with the The fact that the distance between the centers of the outlets of the nozzles 7 is six times the The diameter of these outlets enables the Passage of the tool body 1 through the borehole and at the same time prevents the formation of webs or ribs on the bottom of the borehole, A .; with mechanical Tools such as B. cones or wedge-shaped. Cutting elements would have to be removed. While drilling with this drill there is no physical contact between the tool body 1 and the bottom of the borehole

Die Stirnwand 6 des Werkzeugkörpers 1 oder die Düsen 7 sind aus verschleißfestem Werkstoff hergestellt Die Düsen können unterschiedliche GestaltThe end wall 6 of the tool body 1 or the nozzles 7 are made of wear-resistant material The nozzles can have different shapes

Jd aufweisen. Eine Düsen-Ausbildungstonn wird noch anhand von F i g. 9 erläutert werden.Exhibit Jd. A nozzle training barrel is still available based on FIG. 9 will be explained.

Fig.4 zeigt einen Schnitt durch ein dem in Fig. 1 dargestellten Bohrwerkzeug ähnliches Bohrwerkzeug, dessen Werkzeugkörper jedoch eine teilweise ebene Stirnwand 10 aufweist, die an den Seiten 11 gekrümmt ist Bei der Ausbildungsform entsprechend F i g. 1 bis 3 hat das in Fig.4 gezeigte Bohrwerkzeug in der Stirnwand des Werkzeugkörpers eine einzige Reihe von Düsen IZ Der Abstand zwischen den Mittelpunktes der Auslässe einander benachbarter Düsen 12 beträgt das Fünffache des Durchmessers dieser Auslässe. Daraus folgt, daß die Abstände zwischen den Schnittstellen einander benachbarter Kreise, auf denen die Düsen angeordnet sind, mit einer durch eine Mittelachse 13 gelegten Ebene das Zweieinhalbfache des Durchmessers der DOsenauslässe ausmachen. Die Mittelachsen 14 der Düsen 12 bilden Mantellinien mathematischer Kegel, deren Scheitelwinkel, jeweils zwischen zwei benachbarten Kegeln, um zwischen 8° und 13°FIG. 4 shows a section through the one in FIG. 1 Drilling tool shown similar drilling tool, but the tool body is partially flat Has end wall 10 which is curved on the sides 11 In the form of training according to F i g. 1 to 3 has the drilling tool shown in Figure 4 in the End wall of the tool body a single row of nozzles IZ The distance between the center of the Outlets of adjacent nozzles 12 are five times the diameter of these outlets. From it it follows that the distances between the intersections of adjacent circles on which the nozzles are located are arranged, with a plane laid through a central axis 13, two and a half times the diameter the can outlets. The central axes 14 of the nozzles 12 form surface lines more mathematically Cones whose apex angle, in each case between two adjacent cones, is between 8 ° and 13 °

so voneinander abweichen. Der größte Scheitelwinkel der Kegel beträgt 98°.so differ from each other. The largest vertex angle of the cones is 98 °.

Die Mittelachsen 9 und 14 der Düsen 7 bzw. 12 (F i g. 1 bzw. 4) liegen alle in einer gemeinsamen Ebene, die durch ii-ϊ Mittelachse 2 bzw. 13 des jeweiligen Bohrwerkzeugs geht Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausbildungsform beschränkt Dies wird aus F i g. 5 und 6 deutlich, die in Seitenansicht bzw. in einer Ansicht von unten ein Bohrwerkzeug zeigen, dessen Düsen 15 in einer spärisch ausgebildeten bzw. teilkugelförmigen Stirnwand 16 des Werkzeugkörpers 17 verteilt angeordnet sind. Die nicht dargestellten Mittelachsen aller Düsen 15 schneiden die Mittelachse 18 des Werkzeugkörpers 17 und liegen jeweils in der Mantelfläche eines mathematischen Kegels, dessen Mittelachse mit der Mittelachse 18 des Werkzeugkörpers 17 zusammenfällt. Die Scheitelwinkel einander benachbarter Kegel weichen um 14° voneinander ab. Der Abstand zwischen den Schnittstellen einander benachbarter Kreise, aufThe central axes 9 and 14 of the nozzles 7 and 12 (FIG. 1 and 4) all lie in a common plane which goes through the central axis 2 and 13 of the respective drilling tool. However, the invention is not limited to this embodiment limited This is shown in FIG. 5 and 6 clearly show, in a side view or in a view from below, a drilling tool, the nozzles 15 of which are distributed angeord net in a spherical or partially spherical end wall 16 of the tool body 17. The central axes (not shown) of all nozzles 15 intersect the central axis 18 of the tool body 17 and each lie in the lateral surface of a mathematical cone, the central axis of which coincides with the central axis 18 of the tool body 17. The vertex angles of adjacent cones deviate from one another by 14 °. The distance between the intersections of adjacent circles on

denen die Düsen 15 angeordnet sind, mit einer durch die Mittelachse 18 gelegten Ebene beträgt das Zweieinhalbfache des Durchmessers der Auslässe der Düsen 15. Der größte Scheitelwinkel beträgt 104°.which the nozzles 15 are arranged, with a plane laid through the central axis 18, is two and a half times the diameter of the outlets of the nozzles 15. The largest vertex angle is 104 °.

Es kann vorkommen, daß extrem harte Formationsschichten der von den Flüssigkeitsstrahlen auf sie ausgeübten Wirkung widerstehen und den Vortrieb des Drehbohrwerkzeugs nach der Erfindung verhindern. Zur Vermeidung dieses Problems läßt sich die erfindungsgemäße Düsenanordnung mit mechanischen Schneidwerkzeugen kombinieren, insbesondere einer Diamantbohrkrone, die harte Formationen mechanisch abzutragen vermag. Die Kombination einer Diamantbohrkrone mit einem erfindungsgemäßen Düsenuohrer ist in den F i g. 7 und 8 dargestellt. Ein Werkzeugkörper 20 besteht aus Sintermaterial 21, in dessen Oberfläche Diamanten 22 in einer Weise eingebettet sind, daß die Seitenwand und die Sohle des Bohrlochs zerspant oder abgeschabt bzw. schleifend abgetragen werden können. Der Werkzeugkörper weist weiterhin ein Anschlußgewinde für eine Schwerstange auf. Die Diamanten sind auf Reihen verteilt, die zwischen Wasserkanälen 24 angeordnet sind, durch die dem Raum zwischen dem Werkzeugkörper 20 und der Seitenwand und der Bohrlochsohle Flüssigkeit zuführbar ist. Der Werkzeugkörper 20 ist ferner mit Strahldüsen 25 zum Ausspritzen von Flüssigkeit versehen, die in den Bodenflächen der Wasserkanäle 24 so angebracht sind, daß sie mit der Seitenwand und der Bohrlochsohle nicht in Berührung kommen, wenn vom Drehbohrwerkzeug harte Formationsschichten mechanisch durchbohrt werden. Während einer solchen Betriebsweise sind die Diamanten in Berührung mit der Seitenwand und der Bohrlochsohle, während Flüssigkeit zum Kühlen und Freispülen der Diamanten über die Düsen 25 den Wasserkanälen 24 zugeführt wird.It may happen that extremely hard formation layers resist the action exerted on them by the jets of liquid and prevent the rotary drilling tool according to the invention from advancing. To avoid this problem, the nozzle arrangement according to the invention can be combined with mechanical cutting tools, in particular a diamond drill bit, which is able to mechanically remove hard formations. The combination of a diamond drill bit with a nozzle nozzle according to the invention is shown in FIGS. 7 and 8 shown. A tool body 20 consists of sintered material 21, in the surface of which diamonds 22 are embedded in such a way that the side wall and the bottom of the borehole can be machined or scraped off or abraded. The tool body also has a connection thread for a drill collar. The diamonds are distributed in rows which are arranged between water channels 24 through which liquid can be fed to the space between the tool body 20 and the side wall and the bottom of the borehole. The tool body 20 is further provided with jet nozzles 25 for ejecting liquid, which are mounted in the bottom surfaces of the water channels 24 so that they do not come into contact with the side wall and the borehole bottom when hard formation layers are mechanically drilled by the rotary drilling tool. During such an operating mode, the diamonds are in contact with the side wall and the bottom of the borehole, while liquid for cooling and flushing the diamonds is supplied to the water channels 24 via the nozzles 25.

Die Düsen 25 stehen mit dem nicht dargestellten Innenraum des Werkzeugkörpers 20 in Verbindung und sind in der in F i g. 8 dargestellten Weise über die Oberfläche des Werkzeugkörpers 20 verteilt. Sie sind auf mit einer Mittelachse 26 des Werkzeugkörpers 20 konzentrischen Kreisen angeordnet, von denen jeder, ausgenommen der Kreis mit dem kleinsten Durchmesser, vier Düsen aufweist. Der Abstand zwischen den Schnittstellen einander benachbarter Kreise mit einer durch die Mittelachse 26 gelegten Ebene ist gleich dem Abstand zwischen einander benachbarten Düsen einer einzelnen Reihe. Dieser Abstand beträgt das Zweifache des Auslaßdurchmessers der Düsen 25. Desweiteren bilden die Mif'elachsen der Düsen bzw. der aus diesen so austretenden Strahlen Mantellinien mathematischer Kegel, deren Mittelachsen mit der Mittelachse 26 des Werkzeugkörpers 20 zusammenfallen, wobei die Scheitelwinkel einander benachbarter Kegel zwischen 10° und !4" voneinander abweichen. Der größte Scheitelwinkel beträgt 110°.The nozzles 25 are in communication with the interior space (not shown) of the tool body 20 are in the in F i g. 8 distributed over the surface of the tool body 20. they are arranged on concentric circles with a central axis 26 of the tool body 20, each of which except for the circle with the smallest diameter, has four nozzles. The distance between the The intersection of adjacent circles with a plane laid through the central axis 26 is the same as that Distance between adjacent nozzles in a single row. This distance is twice that of the outlet diameter of the nozzles 25. Furthermore, the mif'el axes of the nozzles or that of these form so exiting rays surface lines of mathematical cones, whose central axes coincide with the central axis 26 of the Tool body 20 coincide, the vertex angle of adjacent cones between 10 ° and! 4 "differ from each other. The largest vertex angle is 110 °.

Wird mit dem in F i g. 7 und 8 dargestellten Bohrwerkzeug die Sohle eines Bohrlochs durch die Wirkung der Flüssigkeitsstrahlen aufgebrochen, brauchen die Diamanten 22 mit der Sohle und der Seitenwand des Bohrlochs nicht in Berührung zu treten. Wird eine extrem harte Formationsschicht angetroffen, senkt man das Bohrwerkzeug auf diese Schicht ab und nimmt das Aufbrechen oder Abschaben bzw. schleifende Abtragen dieser Schicht mit den Diamanten 22 vor. Während des Bohrens mit den Diamanten werden die Strahlen entweder mit voller oder verringerter Stärke erzeugt.If with the in F i g. 7 and 8 shown the bottom of a borehole through the Effect of the liquid jets broken up, need the diamonds 22 with the sole and the Sidewall of the borehole not to come into contact. If an extremely hard formation layer is encountered, the drilling tool is lowered onto this layer and the breaking or scraping or grinding is done Ablation of this layer with the diamonds 22 before. While drilling with the diamonds, the Generates rays at either full or reduced strength.

Die spezielle Gestalt des in den Fig. 7 und 8 gezeigten Werkzeugkörpers sowie die Anordnung der Wasserkanäle 24 und die reihenweise Aufteilung der Diamanten 22 steilen lediglich ein Ausführungsbeispiel dar. Eine beliebige andere Ausbildungsform ist möglich, vorausgesetzt, daß die Düsen 25 genügend Platz haben.The special shape of the tool body shown in FIGS. 7 and 8 and the arrangement of the Water channels 24 and the row-wise division of the diamonds 22 are just one exemplary embodiment Any other form of embodiment is possible, provided that the nozzles 25 have sufficient space.

Bei allen anhand der Zeichnung beschriebenen Bohrwerkzeug-Ausbildungsformen liegen die Scheitelpunkte der mathematischen Kegel in einem gemeinsamen Punkt auf der Mittelachse des Werkzeugkörpers. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese spezielle Ausbildungsform beschränkt, sondern auch auf solche Bohrwerkzeuge anwendbar, bei denen die Scheitelpunkte der mathematischen Kegel nicht in einem gemeinsamen Punkt auf der Mittelachse des Werkzeugkörpers zusammenfallen. Auch brauchen die Mittelachsen der Düsen nicht Mantelflächen eines Kegels zu sein. Die gleichen Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn die Mittelachsen der Düsen tangential zu den Mantelflächen der Kegel angeordnet sind und zur Mittelachse des Werkzeugkörpers in einem von 90" abweichenden Winkel stehen, d. h. sie windschief kreuzen. Die aus den Düsen austretenden Strahlen sind dann in oder gegen die P.ichtung wirksam, in der die Düsen bei Drehung des Drehbohrwerkzeugs entlang ihrer Bewegungsbahnen wandern.In all drilling tool training forms described with reference to the drawing, the vertices are located the math cone at a common point on the central axis of the tool body. However, the invention is not limited to this specific embodiment, but also to such Drilling tools applicable where the vertices of the mathematical cones are not in one common point coincide on the central axis of the tool body. Also need the central axes of the nozzles should not be the lateral surfaces of a cone. The same results can be achieved if the Central axes of the nozzles are arranged tangentially to the lateral surfaces of the cones and to the central axis of the Tool body stand at an angle other than 90 ", i.e. they cross crookedly. The from the Jets exiting from the nozzles are then effective in or against the direction in which the nozzles are turned when the Rotary drilling tool migrate along their trajectories.

Dk Teile des Werkzeugkörpers, in denen die Düsen ausgebildet sind, können aus einem verschleißfesten Werkstoff hergestellt sein. In einer besonderen Ausführungsform sind die Düsen gesondert hergestellt und als Einsatzstücke aus verschleißfestem Werkstoff gestaltet, die, vorzugsweise durch Hartlöten, in die Wand des Werkzeugkörpers eingesetzt sind.Dk parts of the tool body in which the nozzles are formed can be made of a wear-resistant material. In a special embodiment the nozzles are manufactured separately and designed as inserts made of wear-resistant material, which, preferably by brazing, are inserted into the wall of the tool body.

Der Durchmesser der Düs^n liegt zwischen 0.8 und 8 mm, vorzugsweise zwischen 1,5 und 4 mm. Die Düsengestalt kann nach Zweckmäßigkeitsgesichtspunkten beliebig gewählt sein. Eine derartige Ausbildungsform zeigt F i g. 9. Die dargestellte Düse 30 ist in einem Einsatzstück 31 ausgebildet. Der Auslaß 32 hat einen Durchmesser d, während eine Innenwand 33 mit einem Scheitelwinkel von 10° kegelig ausgeführt ist. Ein Einlaß 34 der Düse 30 weist einen Krümmungsradius R = d auf. Die Düsenlänge L beträgt 3.1 d. The diameter of the nozzle is between 0.8 and 8 mm, preferably between 1.5 and 4 mm. The shape of the nozzle can be selected as desired for reasons of expediency. Such an embodiment is shown in FIG. 9. The nozzle 30 shown is formed in an insert piece 31. The outlet 32 has a diameter d, while an inner wall 33 is conical with an apex angle of 10 °. An inlet 34 of the nozzle 30 has a radius of curvature R = d . The nozzle length L is 3.1 d.

In jedem der vorbeschriebenen Bohrwerkzeuge besitzen die zugehörigen Düsen jeweils den gleichen Durchmesser. Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses spezielle Merkmal beschränkt. Ist ein Bohrwerkzeug mit Düsen unterschiedlicher Durchmesser versehen, darf der Abstand zwischen den Schnittstellen einander benachbarter Kreise, auf denen die Düsen angeordnet sind, mit einer durch die Mittelachse des Bohrwerkzeugkörpers gelegten Ebene gleichfalls nicht größer als V₂ (d\ + <4), worin di den Auslaßdurchmesser der Düse(n) an dem einen und cfc den Auslaßdurchmesser der Düse(n) am anderen der einander benachbarten Kreise bezeichnetIn each of the drilling tools described above, the associated nozzles each have the same diameter. However, the invention is not limited to this particular feature. If a drilling tool is provided with nozzles of different diameters, the distance between the intersections of adjacent circles on which the nozzles are arranged, with a plane passing through the central axis of the drilling tool body, must likewise not be greater than V ₂ (d \ + <4), in which di denotes the outlet diameter of the nozzle (s) on one of the adjacent circles and cfc denotes the outlet diameter of the nozzle (s) on the other

Die Abstände zwischen den vorerwähnten Schnittstellen brauchen nicht notwendigerweise miteinander gleich zu sein. Auf jedem Kreis können eine oder ν mehrere Düsen angeordnet sein.The distances between the aforementioned interfaces do not necessarily need to be one another to be the same. One or ν several nozzles can be arranged.

Die Mittelachsen der Düsen oder der aus diesen austretenden Strahlen sind jeweils auf der Mantelfläche oder tangential zur Mantelfläche eines mathematischen : Kegels angeordnet, dessen Mittelachse mit der Mittelachse des Werkzeugkörpers zusammenfällt, wobei die η Mittelachse einer Düse zur Mittelachse des Werkzeug- s körpers unter einem von 90° abweichenden Winkel ;i steht. Die Scheitelwinkel einander benachbarter Kegel EiThe central axes of the nozzles or the jets emerging from them are in each case on the lateral surface or tangential to the outer surface of a mathematical cone, whose central axis coincides with the central axis of the tool body coincides, the η central axis of a nozzle to the central axis of the tool body at an angle other than 90 °; i stands. The vertex angles of adjacent cones egg

weichen um höchstens 14* voneinander ab. Der größte Scheitelwinkel der Kegel muß über 90° liegen. Er beträgt vorzugsweise weniger als 125°.differ from each other by a maximum of 14 *. The biggest The apex angle of the cones must be greater than 90 °. It is preferably less than 125 °.

Die Unterschiede zwischen den Scheitelwinkeln von jeweils zwei einander benachbarten Kegeln brauchen nicht notwendigerweise gleich zu sein.Need the differences between the vertex angles of any two adjacent cones not necessarily to be the same.

Die Düsen, von denen die Mittelpunkte der Auslaßöffnungen auf dem konzentrischen Kreis mit dem grüßten Durchmesser angeordnet sind, sind ausreichend nahe zum Rand der Stirnwand des Bohrwerkzeugs hingelegt, damit das Bohrloch auf einen Durchmesser gebracht werden kann, der großer ist als der größte Durchmesser des Werkzeugkörpers. Wie zuvor bereits erwähnt, sind die Mittelachsen dieser Düsen unter einem Winkel von über 45° gegen die Mittelachse des Werkzeugkörpers geneigt. Die verhältnismäßig kleinen Unterschiede zwischen den Scheitelwinkeln der mathematischen Kegel, an denen dieThe nozzles of which the centers of the outlet openings are on the concentric circle with the largest diameter are arranged placed sufficiently close to the edge of the end wall of the drilling tool so that the borehole on a Can be brought diameter which is larger than the largest diameter of the tool body. As previously mentioned, the central axes of these nozzles are at an angle of over 45 ° to the Center axis of the tool body inclined. The relatively small differences between the vertex angles of the mathematical cones at which the anderen Düsen angeordnet sind, wie auch die verhältnismäßig kleinen Abstände zwischen den Schnittstellen der Kreise, an denen die Auslaßöffnungen der Düsen angeordnet sind, mit der Mittelachse desother nozzles are arranged, as well as the relatively small distances between the The intersection of the circles at which the outlet openings of the nozzles are arranged with the central axis of the Werkzeugkörpers ermöglichen das Aufbrechen der Bohrlochsohle, ohne daß irgendwelche größeren ringförmigen Stege stehenbleiben.The tool body allow the bottom of the borehole to be broken up without any major annular webs remaining.

Nur bei jenen Bohrwerkzeugen, die in Formationen eingesetzt werden sollen, die extrem harte SchichtenOnly with those drilling tools that are to be used in formations, the extremely hard layers von begrenzter Dicke aufweisen, können zusätzliche mechanische Schneidwerkzeuge zum Aufbrechen solcher Schichten erforderlich sein. Diese Schneidwerkzeuge sind so ausgebildet, daß sie gegebenenfalls auch allein die gesamte Fläche der Bohrlochsohle abzutragenof limited thickness, additional mechanical cutting tools may be required to break up such layers. These cutting tools are designed so that they may also alone to remove the entire surface of the bottom of the borehole vermögen, und benötigen für diesen Zeitraum, außer zum Kühlen und Freispülen, keine Unterstützung durch Flüssigkeitsstrahlen.fortune, and need for this period, except for cooling and rinsing, no support from liquid jets.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Rotary drilling tool for the hydraulic drilling of holes in underground formations, the tool body has a central axis and a plurality of nozzles fixed in the end face of the tool body, the centers of the outlet openings are arranged on circles concentric to the central axis of the tool body, characterized in that the distance between the intersections (A '... J') of adjacent circles (A ... J) with a plane passing through the central axis (2) of the tool body is not greater than ³ It (d \ + c &), where di and di the diameter of the nozzles (7) on adjacent circles (A ... J) are such that each nozzle (7) has a central axis (9) which is the central axis (2) of the tool body (1) at an angle of 90 ° intersects different angles or crosses crookedly, and that each nozzle (7) is arranged in the lateral surface of a mathematical cone or tangentially to this lateral surface, the cone being one with the central axis e (2) of the tool body (1) has its vertex coinciding with the rear of the end face (6) of the tool body (1) carrying the nozzles (7), the vertex angles of adjacent cones do not differ from each other by more than 14 ° and the largest vertex angle is more than 90 °

2. Drilling tool according to claim 1, characterized in that the g ößte vertex angle does not is greater than 125 °.

3. Drilling tool according to Asriruch 1 or 2, characterized in that the circles (A ... J) are arranged in a common plane.

4. Drilling tool according to claim 1 or 2, characterized in that the circles in separate Levels are arranged.

5. Drilling tool according to one of claims 1 to

4, characterized in that the diameter (d) of the outlet openings of all nozzles (7) are the same.

6. Drilling tool according to one of claims 1 to

5, characterized in that the diameter of the outlet openings is between 1.5 and 4 mm.

7. Drilling tool according to one of claims 1 to

6, characterized in that the vertices of the mathematical cones are in a common Point on the central axis (2) of the drilling tool. so

8. Drilling tool according to claim 7, characterized in that the centers of the outlet openings of the nozzles (7) are arranged in a spherically curved plane.

5555