DE2655488A1

DE2655488A1 - Rock drill diamond and carbide cutting tip arrangement - has different cutting zones to ensure fine grinding of cut material

Info

Publication number: DE2655488A1
Application number: DE19762655488
Authority: DE
Inventors: Lloyd Lyle Garner
Original assignee: Smith International Inc
Current assignee: Smith International Inc
Priority date: 1976-12-08
Filing date: 1976-12-08
Publication date: 1978-06-15
Also published as: DE2655488C2

Abstract

A rock drill has three equally spaced roller cutters (41) with their axes of rotation sloping towards the middle and ahead of the cutting head. Each cutter has rings of carbide cutting tips (42) and the dia. of the head (40) is greater than the dia. of the path of the outermost rings of carbide tips. This leaves room for sets of diamond cutters (43) rotating around a circular path which also has a greater dia. than that of the outermost carbide tips. Between each pair of roller cutters is a hole (44) for discharge of drilling fluid. Alternative cutting tip arrangements are designed so that material cut by the diamond tip is ground up finely by the carbide tips.

Description

GesteinsbohrwerkzeugRock drilling tool

Die Erfindung bezieht sich auf ein rotierendes Gesteinswerkzeug mit einem eine Rotationslängsachse aufweisenden Werkzeugkörper und mehreren Diamantschneiden, von denen jede eine den Boden eines zu bohrenden Bohrloches bearbeitende Schneidkante besitzt, die unter einem ausge--wählten Anstellwinkel aus dem Werkzeugkörper hervorsteht, um Gestein bzw. Fellen in mehreren zur Achse des Werkzeugkörpers konzentrischen Bahnen abzuscheren.The invention relates to a rotating rock tool with a tool body having a longitudinal axis of rotation and several diamond cutting edges, each of which has a cutting edge machining the bottom of a borehole to be drilled which protrudes from the tool body at a selected setting angle, around rocks or skins in several concentric to the axis of the tool body Shear off tracks.

Es gibt zwei Grundtypen von rotierenden Bohrwerkzeugen zum Anbohren von Ölvorkommen, Entnehmen von Gesteinsproben u. dgl.: die eine Bohrwerkzeugtype besitzt Rollkegelschneidelemente, die so am Werkzeugkörper befestigt sind, daß sie beim Bohren rotieren. Die Lagerbolzen dieser Rollkegel sind so ausgerichtet, daß die Kegel ohne größeren Schlupf auf dem Bohrlochboden abrollen. Manchmal sind die Kegel zur Erzielung einer Auskehlwftkung bei manchen Gesteinsarten absichtlich abgeschrägt. Eine Art von Rollkegelschneidelementen besteht aus einem integralen gehärteten Stahlkörper mit am Umfang angeformten Zähnen. Bei einer anderen Art sind in einen Stahlkörper mehrere §folframkarbid- oder ähnliche Einsätze von groner härte eingesetzt, die von der Oberfläche des Körpers wie kleine Knöpfe hervorstehen.There are two basic types of rotary drilling tools for tapping of oil deposits, taking rock samples and the like: one type of drilling tool has rolling taper cutting elements attached to the tool body so that they rotate while drilling. The bearing pins of these rolling cones are aligned so that the cones roll off the bottom of the borehole without any major slippage. Sometimes they are Cone to achieve a grooving some types of rock intentionally beveled. One type of rolling taper cutting element consists of a integral hardened steel body with teeth molded on the circumference. With another Type are several §folframkarbid- or similar inserts in a steel body greater hardness that protrude from the surface of the body like small buttons.

Wenn die Kegelschneidelemente auf dem Bohrlochboden abrollen, übertragen die Zähne oder die Karbideinsätze eine hohe Druckbelastung auf das Gestein und zerbrechen es. Die Arbeitsweise der Rollkegelschneidelemente laßt sich als kombinierter Mahl- und Mack-Prozeß beschreiben.When the cone cutting elements roll on the bottom of the borehole, transfer the teeth or the carbide inserts put a lot of pressure on the rock and break it. The working of the rolling cone cutting elements can be seen as a combined grinding and describe the Mack process.

Das durch die Rollkegelschneidelemente erzeugte Bohrgut ist üblicherweise eine Mischung aus verhältnismäßig großen Krümeln und feinen Partikeln.The cuttings produced by the rolling cone cutting elements are conventional a mixture of relatively large crumbs and fine particles.

Andere typische Gesteinsbohrwerkzeuge sind Schneidwerkzeuge, manchmal mit Zähnen aus Stahl oder gehärteten Oberflächen, meistens aber mit eingesetzten Diamantschneiden Ublicherweise ist ein solches Diamantbohrwerkzeug auf seiner Oberfläche mit einem harten Material beschichtet, und in dieses sind zahlreiche Diamanten eingesetzt bzw. eingebettet. Die Diamanten ragen aus der Oberfläche des Werkzeugs nur ein kurzes Stück heraus, üblicherweise nicht mehr als einige Zehntel Plillimeter bei einem neuen Werkzeug. Beim Bohrvorgang kratzen die Diamanten flache Spuren in das Gestein, und ihre Schneidarbeit ist eine Kombination aus einer Druck- und einer Scherarbeit. Weil die eingesetzten Diamanten so klein sind, tragen sie meist Belastungen, die zwischen 50 und 100 Kg pro Diamanten liegen. Meist sind die Diamanten abgerundet, damit sie der Druckbelastung besser widerstehen. Die Eindringtiefe der eingesetzen Diamanten richtet.Other typical rock drilling tools are cutting tools, sometimes with teeth made of steel or hardened surfaces, but mostly with inserted Diamond cutting Usually such a diamond drilling tool is on its surface coated with a hard material, and numerous diamonds are set in it or embedded. The diamonds only protrude a short distance from the surface of the tool Pieces out, usually no more than a few tenths of a millimeter for one new tool. During the drilling process, the diamonds scratch flat tracks in the rock, and their cutting work is a combination of pressure and shear work. Because the diamonds used are so small, they usually bear loads that between 50 and 100 kg per diamond. Most of the time the diamonds are rounded, so that they can withstand the pressure load better. The penetration depth of the inserted Diamond aligns.

sich nach dem Werkzeuggewicht, der Menge der ein(3esetzten Diamanten und den Grenzen der Wärmebelastung.according to the weight of the tool, the amount of Diamonds and the limits of thermal stress.

Es sind schon Kombinationen aus solchen Schneidwerkzeugen und Rollkegelschneidelenten vorgeschlagen, beispielsweise in US-PS 3 174 564 für ein Kombinationswerkzeug, bei dem eine zylindrische Krone mit eingesetzten Diamanten umkrustet ist, um einen Ringraum um einen Kern herum zu schneiden. Die eingesetzen Diamanten ragen ganz konventionell kleine Stückchen aus dem Werkzeugkörper heraus. Außerdem sind mehrere Rollkegelschneidelemente mit Karbideinsätzen in Ausnehmungen um die zylindrische Krone herum angeordnet, um einen äußeren Ringraum auszuarbeiten, dessen Fläche beträchtlich größer als die des durch die Diamanten geschnittenen inneren Ringraumes ist. Die Diamanten benutzt man hier zur Feinbearbeitung des Kernes, damit er nicht so leicht bricht. Den größten Teil der Schneidarbeit erledigt die Rollkegelelemente.There are already combinations of such cutting tools and roller cone cutting ducks proposed, for example in US Pat. No. 3,174,564 for a combination tool a cylindrical crown with inserted diamonds is encrusted around an annulus to cut around a core. The diamonds used protrude quite conventionally small bits out of the tool body. There are also several rolling taper cutting elements with carbide inserts arranged in recesses around the cylindrical crown, to work out an outer annulus, the area of which is considerably larger than that of of the inner annulus cut by the diamonds. The diamonds used one here to fine-tune the core so that it does not break easily. The biggest Part of the cutting work is done by the rolling cone elements.

Bei konventionellen Diamant-Bohrwerkzeugen beträgt die Eindringtiefe jedes Diamanten nur ein paar iiundertstel Millimeter, aber weil so viele Diamanten vorhanden sind, läßt sich eine große Vorschubgeschwindigkeit erzielen.With conventional diamond drilling tools, the penetration depth is each diamond only a few hundredths of a millimeter, but because so many diamonds are present, a high feed rate can be achieved.

Bei begrenzter Eindring- bzw. Vorschubgeschwindigkeit ergibt sich eine minimale Abnutzung an der Matrix, in der die Diamanten angebracht sind. Das Gesteinsbohren durch mit eingesetzten Diamanten versehenen Bohrwerkzeuqen ist vergleichbar mit einem Schleifprozeß mittels einer aus kleinen Abriebpartikeln hergestellten Schleifscheibe.If the penetration or feed speed is limited, the result is minimal wear and tear on the matrix in which the diamonds are attached. That Rock drilling with drilling tools provided with inserted diamonds is comparable with a grinding process by means of one made from small abrasive particles Grinding wheel.

Bohrwerkzeuge mit eingesetzten Diamanten lösen extrem eine Partikel vom Gesteinsmaterial.Drilling tools with inserted diamonds extremely loosen a particle from the rock material.

Bei den aus US-PS 1 731 262 und 2 054 277 bekannten Kombinationen aus Schneiciwerkzeugen und Rollkegelschneidelementen bestehen beide aus Stahl und sind daher niir begrenzt anwendbar. Mit solchen Werkzeuc3en kann man nur weiche Bodenformationen wirkungsvoll bearbeiten, und sie sind unpraktisch für Tiefbohrungen, bei denen man bis zum nächsten Werkzeugwechsel lange Strecken bohren möchte.In the combinations known from US Pat. No. 1,731,262 and 2,054,277 of cutting tools and rolling cone cutting elements are both made of steel and are therefore not limited applicable. With such tools you can only work effectively on soft ground formations, and they are impractical for deep bores where long distances are required before the next tool change would like to drill.

In jüngster Zeit sind neue Diamantschneiden auf den Markt gekommen, wie sie nachstehend beschrieben werden.Recently, new diamond blades have come onto the market, as described below.

Bei einer solchen Diamantschneide ist ein etwa 0,5 mm dickes Diamantplättchen von etwa 8 mm Durchmesser auf einen Wolframkarbidklotz fest aufgebracht. Dieses Erzeugnis wurde entwickelt-von der General Electric und ist unter der Handelsbezeichnung COMPAX erhältlich.Such a diamond cutting edge has a diamond plate about 0.5 mm thick 8 mm in diameter firmly attached to a tungsten carbide block. This Product was developed by General Electric and is under the trade name COMPAX available.

Dieser Klotz wird so in einen Bohrwerkzeugkörper eingesetzt, daß das Diamantplättchen daraus mit dem richtigen Schneidwinkel für Gestein hervorsteht. Diese Diamantschneiden zerscheren das Gestein in ähnlicher Weise wie konventionelle Metallbearbeitungswerkzeuge, im Gegensatz zu der Schleifwirku konventioneller Diamantbohrwerkzeucge.This block is inserted into a drilling tool body in such a way that the Diamond plate protrudes from it with the correct cutting angle for rock. These diamond blades shear the rock in a similar way to conventional ones Metal working tools, in contrast to the grinding effect of conventional diamond drilling tools.

Jetzt wird nicht mehr feines Gesteinsmehl abgeschliffen, sondern ein Großteil des Gesteins verläßt das Bohrloch in Form von relativ großen Böckchen, etwa in der Größenordnung wie die von einem flollkegelschneidelement.Now it is no longer fine stone dust that is sanded down, but a Most of the rock leaves the borehole in the form of relatively large lugs, roughly of the order of magnitude of a flat taper cutting element.

Ein solches mit Diamantschneiden besetztes Bohrwerkzeug von General tlectric hat erwiesenermaßen eine gute Arbeitsgeschwindigkeit in verschiedenen Gesteinsarten und eine sehr große Lebensdauer. Lediglich unter sehr harten Betriebsbedingungen gab es Probleme durch das Abbrechen von Diamantschneiden. Dieses Problem ergibt sich besonders bei durchsetzten Formationen, wo ein schneller Wechsel zwischen relativ weichem und relativ hartem Gestein auftritt, und insbesondere dann, wenn dit Wechselformation steil zum Bohrloch verläuft.Such a drilling tool with diamond cutting edges from General tlectric has been shown to work well in various types of rock and a very long lifespan. Only under very harsh operating conditions there were problems with diamond blades breaking off. This problem arises especially in interspersed formations, where a quick change between relative soft and relatively hard rock occurs, and especially when the alternating formation occurs runs steeply to the borehole.

Bei einem rotierenden (,esteinsboIlrwerkzcucJ wird dieses durch das Gewicht des darüber befindlichen Bohrstranges belastet,unter Kontrolle durch das Bohrgestänge. Man verändert diese Gewichtsbelastung auf das Werkzeug je nach der gebohrten Gesteinsart. Es ist allerdings nicht möglich, auf unterschiedliche Gesteinsarten in durchsetzten Formationen durch schnelle Gewichtsveränderung zu reagieren. Das bedeutet, daß der Vorschub bei der einen Gesteinsart zu groß und bei der anderen zu klein sein kann. Dieses Problem ist kritisch bei herkömmlichen, mit. Diamanten besetzten Bohrwerkzeugen, aber unbedeutend bei Rollkegelschneidelementen. Diese Situation kann auch kritisch werden bei Bohrwerkzeugen mit Diamantschneiden, wo sich nur wenige Schneiden beim Bohren im Eingriff mit dem Fels befinden.With a rotating (, esteinsboIlrwerkzcucJ this is done by the Weight of the drill string above it, under control by the Drill pipe. One changes this weight load on the tool depending on the drilled rock type. However, it is not possible to work on different types of rock react in interspersed formations by rapidly changing weight. That means that the feed rate is too great for one type of rock and too great for the other can be too small. This problem is critical with conventional, using. Diamonds occupied drilling tools, but insignificant for rolling taper cutting elements. These The situation can also become critical with drilling tools with diamond cutting edges, where only a few cutting edges are in engagement with the rock during drilling.

Diamantschneiden sind besonders empfindlich gegen Überlastung, sie können brechen. Außerdem können plötzliche Änderungen in der Gesteinshärte die Diamantschneiden stoßartig belasten und zerstören. Daher kann es bei durchsetzten Gesteinsformationen nötig sein, mit Bohrbelastunaen zu arbeiten, die beträchtlich unterhalb der optimalen Bohrleistung liegen, einfach um das Diamantbohrwerkzeug zu schützen.Diamond blades are particularly sensitive to overload, they can break. Also, sudden changes in rock hardness can cut the diamond edges load abruptly and destroy. Therefore it can occur with interspersed rock formations It may be necessary to work with drilling loads that are considerably below the optimum Drilling performance, simply to protect the diamond drilling tool.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bohrwerkzeug der eingangs genannten Art aufzuzeigen, welches Mittel zum Schutz der Diamantenschneiden beim Bohren besitzt, so daß eine Beschädigung der Diamantschneiden verhindert wird und mit maximaler Vorschubgeschwindigkeit gearbeitet werden kann.The object of the invention is to provide a drilling tool of the type mentioned at the beginning To show the means of protecting the diamond blades when drilling, so that damage to the diamond cutting edges is prevented and with maximum Feed rate can be worked.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Mittel vorhanden sind, welche die Eindringtiefe der Diamantschneiden in das Gestein auf weniger als die Vorstehstrecke der Diamantschneiden aus dem Werkzeugkörper begrenzen, bestehend aus mehreren Rollkegelschneidelementen, die zur Drehung bei Rotation des Werkzeugkörpers an demselben gelagert sind und von denen jeder mehrere Karbideinsätze trägt, die ein Stück weniger aus der Oberfläche des Rollkegelschneidelementes hervor stehen als die Diamantschneiden aus dem Werkzeugkörper in der Axialrichtung, um den Boden des zu bohrenden Bohrloches zu bearbeiten und das Gestein in einer Bahn zu zermahlen oder auszukehlen, die konzentrisch zu dem Bohrlochabschnitt verläuft, der durch die Diamantschneiden gebohrt wird.This object is achieved according to the invention in that means are present are what the depth of penetration of the Diamond cutting into the rock limit to less than the protruding distance of the diamond blades from the tool body, Consists of several rolling cone cutting elements that rotate when the Tool body are mounted on the same and each of which has several carbide inserts carries, which protrudes a little less from the surface of the rolling cone cutting element stand around as the diamond blades from the tool body in the axial direction to work the bottom of the borehole to be drilled and the rock in a path to grind or groov that is concentric with the borehole section, which is drilled through the diamond blades.

Das Prinzip der Erfindung besteht also darin, Mittel am Bohrwerkzeug vorzusehen, welche die maximale Eindringtiefe der Diamantschneiden in das Gestein begrenzen Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: Fig. 1 und 2 ein erfindungsgemäßes Bohrwerkzeug im Längsschnitt bzw. in Endansicht, Fig. 3 eine halbschematische Darstellung bezüglich der Verhältnisse zwischen Diamantschneiden und Rollkegelschne icielementen an dem Werkzeug, Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer Diamantschneide, Fig. 5 eine halbschematische Endansicht eines anderen, nach den Prinzipien der Erfindung konstruierten Bohrwerkzeugs, Fig. 6 wieder eine Endansicht eines anderen erfindungsgemäßen Bohrwerkzeugs, und Fig. 7 schließlich die Endansicht eines weit'rt'n erfindungsgemäßen Bohrwerkzeugs.The principle of the invention consists in the means on the drilling tool to provide which the maximum penetration depth of the diamond cutting into the rock The invention will be described in greater detail below with reference to a drawing explained. 1 and 2 show a drilling tool according to the invention in longitudinal section or in an end view, FIG. 3 is a semi-schematic representation of the relationships between diamond cutting edges and rolling cone cutting elements on the tool, Fig. 4 is a perspective view of a diamond cutting edge, FIG. 5 is a semi-schematic one End view of another drilling tool constructed in accordance with the principles of the invention, Fig. 6 is again an end view of another drilling tool according to the invention, and 7 finally the end view of a further drilling tool according to the invention.

Fig. 1 zeigt ein erster Ausführungsbeispiel für ein mit Diamantschneiden und Rollkegelschneidelementen besetztes Bohrwerkzeug im Längsschnitt, während bei der Endansicht in Fig. 2 die eingesetzten Diamantschneiden fortgelassen sind, um die Ausrichtung der Löcher zu zeigen, in denen sie normalerweise stecken.Fig. 1 shows a first embodiment of a with diamond cutting and rolling cone cutting elements occupied drilling tool in longitudinal section, while at the end view in Fig. 2, the inserted diamond blades are omitted to show the orientation of the holes they would normally be in.

Gemäß Fig. 1 besitzt das Bohrwerkzeug einen aus Gründen der Fertigungserleichterung aus mehreren Stücken zusammengeschweißten Werkstückkörper mit vier L-förmigen wärmebehandelten Beinen 10 aus Stahl, von denen jeder einen konventionellen Lagerzapfen zur Aufnahme je eines Rollkegelschneidelementes 11 trägt Die Beine 10 sind an ein Unterteil des Werkzeugkörpers 12 angescilweißt, während oberseitig auf den Werkzeugkörper 12 ein Schaftstück 13 mit konventionellem Bohrwerkzeug-Gewindezapfen 14 aufgeschweißt ist. Werkzeugkörper 12 und Schaftstück 13 sind durchsetzt von einem Axialkanal 16, worin sich im Betrieb ein konventioneller Kernfänyer zum Aufnehmen von Kernen befindet, die von dem Kernbohrer ausgebohrt werden.According to FIG. 1, the drilling tool has one for reasons of ease of manufacture workpiece bodies welded together from several pieces with four L-shaped heat-treated Legs 10 made of steel, each of which has a conventional bearing pin for receiving each carries a rolling cone cutting element 11 The legs 10 are attached to a lower part of the Tool body 12 welded on, while on the top of the tool body 12 a Shank piece 13 is welded on with a conventional drilling tool threaded pin 14. Tool body 12 and shaft piece 13 are penetrated by an axial channel 16 in which there is a conventional core fan for picking up cores in operation, which are drilled out by the core drill.

Am unteren Kanalende und oberhalb der Schneidebene befinden sich vier Oberflächenabschnitte 17, welche zusammen einen Zylinder bilden, dessen Durchmesser nur wenig größer ist als der Durchmesser des vom Werkzeug hergestellten Kernes. Diese Oberflächenabschnitte 17 befinden sich auf der Innenseite von vier Armen 18, die in Abständen zwischen den vier Rollkegelschneidelementen 11 verteilt sind. Diese Arme 18 tragen in Fig. 18 eingebaut dargestellte Diamantschneiden 15.There are four at the lower end of the channel and above the cutting plane Surface sections 17, which together form a cylinder, the diameter of which is only slightly larger than the diameter of the core produced by the tool. These surface sections 17 are located on the inside of four arms 18, which are distributed at intervals between the four rolling cone cutting elements 11. These Arms 18 carry diamond cutting edges 15 shown installed in FIG. 18.

Fig. 2 zeigt die zur Aufnahme der Diamantschneiden 15 vorgesehenen sechs flachbodigen Löcher 19, eingebohrt in die Enden der Arme 18. Die Diamantschneiden 15 sind gemäß nachstehender Beschreibung in Schneidreihen eingeteilt, und dementsprechend sind die Löcher 19 mit A, B oder C bezeichnet. Jedes Loch 19 steht unter einem Winkel zur Werkzeugachse, der das eingesetzte Schneidwerkzeug bzw. die Diamantschneide 15 entsprechend ausrichtet. Am besten läßt sich die unterschiedliche Winkelstellung der Achsen der Löcher 19 aus der halbschematischen Darstellung in Fig. 3 entnehmen, wo die Diamantschneiden mit ihren verschiedenen Schneidbahnen bzw.-Reihen sichtbar sind.2 shows those provided for receiving the diamond cutting edges 15 six flat-bottomed holes 19 drilled into the ends of the arms 18. The diamond blades 15 are divided into cutting rows as described below, and accordingly, the holes 19 are labeled A, B or C. Each hole 19 stands at an angle to the tool axis that the cutting tool or the Diamond blade 15 aligns accordingly. The best way to do this is to use the different Angular position of the axes of the holes 19 from the semi-schematic representation in Fig. 3 shows where the diamond cutting edges with their different cutting paths or rows are visible.

Fig. 4 zeigt einen solchen, vorstehend als Diamantschneide 15 bezeichneten Sclineideinsatz, wie er unter der Handelsbezeichnung COMPAX von der General Electric vertrieben wird. Der Diamant besitzt hier die Form eines Plättchens 21 von etwa 0,5 mm Dicke und etwa 8 mm Durchmesser. Es handelt sich hier nicht um einen einzigen Kristalldiamanten, sondern um eine Diamant-Diamant-Verbindung von polykristallinem Material. Das Diamantplättchen 21 ist durch Kleben oder in anderer Weise fest mit einem Wolfranikarbidzylinder 22 verbunden, und dieser ist wiederum auf einen Wolframkarbidklotz 23 hat aufgelötet. Der Klotz 23 von etwa 12 mm Durchmesser ist mit Preßsitz in das entsprechend gebohrte Loch 19 des Werkzeugkörpers eingesetzt.FIG. 4 shows such a cutting edge, referred to above as diamond cutting edge 15 Sclineid insert, as sold by General Electric under the trade name COMPAX is distributed. The diamond here has the shape of a plate 21 of approximately 0.5 mm thick and about 8 mm in diameter. There is not a single one here Crystal diamonds, but rather a diamond-diamond compound of polycrystalline Material. The diamond plate 21 is fixed by gluing or in some other way a tungsten carbide cylinder 22, and this in turn is on a tungsten carbide block 23 has soldered on. The block 23 of about 12 mm in diameter is press fit into the appropriately drilled hole 19 of the tool body used.

Gemäß Fig. 4 ist der Wolframkarbid-Zylinder 22 mit einem schmalen Überhang von etwa 0,2 mm auf einen abgerundeten Nasenabschnitt 25 des Wolframkarbidklotzes 23 aufgelötet.According to Fig. 4, the tungsten carbide cylinder 22 is with a narrow Overhang of about 0.2 mm on a rounded nose section 25 of the tungsten carbide block 23 soldered on.

Der Überhang stellt die nötige Hinterschneidung für das Diamantplättchen 21 dar. Außerdem ist der Wolframkarbidzylinder 22 mit dem darauf befestigten Diamantplättchen 21 relativ zur Achse des Klotzes um einen Winkel nach rückwärts (in Fig. 4 nach unten) geneigt, der in der Größenordnung von etwa 5° bis 15° liegt, so daß das Diamantplättchen das Gestein mit einem Anstellwinkel von etwa -50 bis -150 bearbeitet.The overhang provides the necessary undercut for the diamond plate 21. In addition, there is the tungsten carbide cylinder 22 with the diamond plate attached thereon 21 relative to the axis of the block by an angle backwards (in Fig. 4 after below) inclined, which is in the order of magnitude of about 5 ° to 15 °, see above that the diamond plate works the rock with an angle of about -50 to -150.

Anstellweinkel zwischen 0° bis etwa -200 erscheinen geeignet. Es gibt COMPAX-Dianantschneiden mit Karbidklötzen in einigen unterschiedlichen Längen zwischen 22 und 28 mm, um mit verschiedenen gewünschten Abständen der Diamantplatte vom Werkzeugkörper oder mit unterschiedlichen Lochtiefen Übereinstimmung zu erzielen.Angle angles between 0 ° and about -200 seem suitable. There is COMPAX diamond cutting edges with carbide blocks in several different lengths between 22 and 28 mm, with various desired distances between the diamond plate and the tool body or to achieve agreement with different hole depths.

Die Rollkegelschneidelemente 11 sind im wesentlichen von konventioneller Bauart. Bei dieser Ausführung hat jedes Element entweder zwei oder drei innere Reihen von Wolframkarbideinsätzen 26, und außerdem eine äußerste Reihe von Karbideinsätzen 28, die man gewöhnlich als Kalibrierreihe bezeichnet. Letztere bearbeiten den Bohrlochumfang und sorgen für dessen Maßhaltigkeit. Die Abstände der Einsätze innerhalb der Reihen 26 und 28 kann man bei jeden Rollkegelschneidelement 11 individuell so variieren, daß bei minimalem Nachlauf maximaler Schneideffekt erzielt wird. Die inneren Reihen von Einsätzen 26 in den uerschiedenen Rollkegelschneidelementen befinden sich auf unterschiedlichen Radialabständen gegenüber der Werkzeugachse. Auf diese Weise werden fünf "Rillen" durch die innere Reihe, und eine von der Kalibrierreihe ausgearbeitet. Dadurch entstehen effektiv sechs verschiedene ringförmige "Rillen" im Boden des gerade hergestellten Bohrloches. Natürlich kann der Fachmann auch davon abweichende Muster erzeugen, immer mit dem Ziel, die ganze Stirnfläche des Bodens des gerade gebohrten Loches zu bearbeiten.The rolling taper cutting elements 11 are essentially conventional Design type. In this design, each element has either two or three inner rows of tungsten carbide inserts 26, and also an outermost row of carbide inserts 28, commonly referred to as the calibration series. The latter process the circumference of the borehole and ensure that it is dimensionally accurate. The distances between the bets within the rows 26 and 28 can be varied individually for each roller cone cutting element 11, that maximum cutting effect is achieved with minimal overrun. The inner rows of inserts 26 in the various rolling cone cutting elements are located on different radial distances from the tool axis. Be that way five "grooves" made through the inner row, and one from the calibration row. This effectively creates six different annular "grooves" in the bottom of the just made borehole. Of course, the person skilled in the art can also deviate therefrom Create patterns, always with the aim of making the whole face of the bottom of the straight to machine the drilled hole.

In Fig. 3 sind die in die Löcher 19 eingesetzten Diamantschneiden 15 analog zu den Lochreihen A, B und C mit 15A, 15B lzw. 15C bezeichnet. Auf der linken Seite dieser Darstellung sind die Schneidelemente so um die Achse des Werkzeugs herumgruppiert, als ob sie alle in einer gemeinsamen Radialebene lagen Das setzt eine beträchtliche Überlappung der Befestigungsabschnitte der Schneidelemente voraus, die es in Wirklichkeit nicht gibt. Hier ist der Zweck lediglich der, die relativen Lagebedingungen der Schneidabschnitte darzustellen.In Fig. 3, the diamond blades inserted into the holes 19 are 15 analogous to the rows of holes A, B and C with 15A, 15B or 15C. On the left side of this illustration, the cutting elements are so around the axis of the tool grouped around as if they were all in a common radial plane This places a considerable overlap in the attachment portions of the cutting elements ahead, which in reality do not exist. Here the purpose is just that to represent the relative position conditions of the cutting sections.

Aus dieser Sicht befindet sich die Kalibrierreihe mit den Einsätzen 28 offensichtlich nahe einer Bohrloch wandung 29, während die restlichen Einsätze 26 in den inneren Reihen der Rollkegelschneidelemente einen großen Teil eines Ringraumes zwischen der Bohrlochwandung 29 und einem zylindrischen Gesteinskern 32 herausschneiden, welcher in den Axialkanal 16 eintritt.The calibration series with the inserts is from this point of view 28 obviously near a borehole wall 29, while the remaining inserts 26 a large part of an annular space in the inner rows of the rolling cone cutting elements cut out between the borehole wall 29 and a cylindrical rock core 32, which enters the axial channel 16.

Man bemerke, daß zwar eine große Anzahl von Karbideinsätzen in jeder der Reihen 26 und 28 bei den Rollkegelschneidelementen vorhanden ist, während zu jeder der Reihen A, B und C nur zwei Diamantschneiden 15 gehören.Note that while there are a large number of carbide inserts in each of rows 26 and 28 in the rolling cone cutting elements is present while to only two diamond blades 15 belong to each of the rows A, B and C.

Das innerste Diamantschneidenpaar 15A bearbeitet den Gesteinskern 32 auf Maß, während die anderen beiden Diamantschneidenpaare 15B und 15C den Rest des Ringraumes zwischen Diamantschneide 15A und der innersten Reihe 31 der Karbideinsätze bearbeiten. Zwar befinden sich die verschiedenen Einsätze und Diamantschneiden innerhalb mehrerer konzentrischer Rillen auf dem Bohrlochboden, aber sie sind so angeordnet, daß sie ein Profil schneiden, welches im wesentlichen kontinuierlich bzw. glatt gekrümmt über den Ringraum hinweg vom Kern bis zur Bohrlochwandung verläuft. Natürlich sind auch andere Anordnungen möglich, bei denen die Diamantschneiden dem Schnitt durch die RarbideinsLze vorlaufen oder nachteilen, aber die dargestellte Anordnung wird bevorzugt für minimalen Kernbruch. Um eine "Stufe" am Bohrlochboden zu vermeiden, vermeidet man die Bildung von extrem großer Chips. Große Chips von der Kante einer solchen Stufe kann zu Stoßbelastungen an den Diamantschneiden und damit zu ihrer Zerstörung führen. Dieses Prinzip ist anwendbar ohne Rücksicht darauf, ob ein Kern gebohrt oder die Gesamtfläcte des Bohrlochbodens bearbeitet wird.The innermost pair of diamond blades 15A machine the rock core 32 to size, while the other two pairs of diamond blades 15B and 15C do the rest of the annular space between diamond cutting edge 15A and the innermost row 31 of the carbide inserts to edit. The various inserts and diamond cutting edges are inside several concentric grooves on the bottom of the borehole, but they are arranged so that they cut a profile which is essentially continuous or smooth runs curved over the annulus from the core to the borehole wall. Naturally Other arrangements are also possible in which the diamond cutting edge cut lead through the RarbideinsLze or disadvantage, but the arrangement shown is preferred for minimal core breakage. To avoid a "step" at the bottom of the borehole, one avoids the formation of extremely large chips. Big chips off the edge of one Such a stage can cause shock loads on the diamond cutting edges and thus to their Cause destruction. This principle is applicable regardless of whether a core drilled or the entire surface of the borehole bottom is machined.

Gemäß Fig. 3 geht die Schneidkurve am Bohrlocnboden mit je einer relativ sanften Krümmung in den Gesteinskern 32, und noch etwas weicher in die Bohrlochwandung 29 über. Dadurch werden Spannungskonzentrationen und Kernbrüche vermieden.According to Fig. 3, the cutting curve on the Bohrlocnboden goes with one relative gentle curvature in the rock core 32, and a little softer in the borehole wall 29 over. This avoids stress concentrations and core breaks.

Eine wichtige Aufgabe der Rollkegelschneidelemente ist die Begrenzung der Eindringtiefe der Diamantschneiden; diese sollten nämlich nicht mehr als etwa 3/4 der Länge des Diamantplättchens eindringen. Unter Plättchelänge versteht man deren Ausdehnung parallel zur Bohrlochachse. Da das COMPAX-Diamantplättchen etwa 8 mm Durchmesser hat, ist die bevorzugte Eindringtiefe nicht größer als etwa 6 mm. Bei größeren Eindringtiefen kann der Karbidklotz überlastet werden und brechen.An important task of the rolling cone cutting elements is the limitation the depth of penetration of the diamond blades; namely, these should not be more than about Penetrate 3/4 of the length of the diamond plate. The length of a plate is understood to mean their extent parallel to the borehole axis. Since the COMPAX diamond plate is about 8 mm in diameter, the preferred depth of penetration is no greater than about 6 mm. At greater penetration depths, the carbide block can be overloaded and break.

Ferner kommt es zu Stoßbelastungen und zum Bruch an den Diamantschneiden, wenn man bei hoher Vorschubgeschwindigkeit bzw. Eindringtiefe auf gemischte Felsformationen trifft. Hält man sich aber an die Regel, die Eindringtiefe nicht größer als 3/4 der Plättchenlänge einzuhalten, dann kann man mit einer normalen Lebensdauer durch Abnutzung rechnen, Brüche sind dann unwahrscheinlich. Vorzugsweise wählt man die Eindringtiefe nicht größer als etwa 2,5 mm, um die Stoßbelastung bei durchsetzten Gesteinsformationen gering zu halten.Furthermore, there are shock loads and breakage on the diamond blades, when approaching mixed rock formations at high feed speeds or penetration depths meets. But if you stick to the rule, the penetration depth should not be greater than 3/4 If the platelet length is adhered to, then one can get through with a normal life Expect wear, breakages are then unlikely. Preferably one chooses the Penetration depth no greater than about 2.5 mm to avoid the impact load at to keep interspersed rock formations low.

Die Eindringtiefe der Diamantschneiden wird begrenzt durch das Hervorstehen der Karbideinsätze aus dem Körper der Rollkegelschneidelemente. Die Karbideinsätze können beim Bohren nicht tiefer in das Gestein eindringen als sie aus der Oberfläche der Rollkegelschneidelemente hervorstehen. Die tatsächliche Eindringtiefe ist gewöhnlich kleiner als die volle Vorstehstrecke der Karbideinsätze,weil sich Gesteinsabrieb dazwischensetzt. Begrenzt man also die Vorstehstrecke der Karbideinsätze aus den Rollkegelschneidelementen auf ein Bruchteil der Länge der Diamantplatte, dann wird dadurch die Eindringtiefe der Diamantplatte ebenfalls begrenzt.The penetration depth of the diamond cutting edge is limited by the protrusion the carbide inserts from the body of the rolling taper cutting elements. The carbide inserts cannot penetrate deeper into the rock when drilling than they can from the surface of the rolling cone cutting elements protrude. The actual depth of penetration is common smaller than the full protruding distance of the carbide inserts, because rock abrasion intervenes. So if you limit the protruding distance of the carbide inserts from the Roll taper cutting elements to a fraction of the length of the diamond plate, then will this also limits the depth of penetration of the diamond plate.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Länge der Diamantplatte etwa 8 mm, und die Karbideinsätze stehen etwa 6 mm aus den Rollkegelschneidelementen hervor. Wegen des sich beim Bohren zwischensetzenden Gesteinsmaterials ist die tatsächliche Eindringtiefe der Diamantschneiden in das Gestein aber geringer als die volle Länge der Karbideinsätze. Üblicherweise dringen die Diamantplättchen nicht tiefer als etwa 1/3 ihrer Länge in das Gestein ein.In the present embodiment, the length of the diamond plate is about 8 mm, and the carbide inserts protrude about 6 mm from the rolling taper cutting elements emerged. Because of the rock material interposed during the drilling, the actual Penetration depth of the diamond blades in the rock but less than the full length of carbide inserts. Usually the diamond plates do not penetrate deeper than about 1/3 of its length into the rock.

Vorzugsweise stehen die Karbideinsätze mehr als 1/4 der Länge der Diamantplättchen aus den Rollkegelschneideinsätzen hervor. Ist die Vorstehstrecke kleiner, dann wird die Schneidarbeit der Diamantschneiden unnötig begrenzt und nicht die volle Leistung erzielt.Preferably the carbide inserts are more than 1/4 the length of the Diamond tips emerge from the roller cone cutting inserts. Is the protruding stretch smaller, then the cutting work of the diamond blades is unnecessarily limited and not achieved full performance.

Die Anwendung der Erfindung auf die Begrenzung der Eindringtiefe von Diamantschneiden beschränkt sich nicht auf das zuvor beschriebene Gesteinskernbohren. Beispielsweise zeigt Fig. 5 ein Gesteinsbohrwerkzeug zum Bohren eines kernlosen Loches mit Hilfe von Rollkegelschneidelementen und Diamantschneiden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Mittelteil des Loches durch Rollkegelschneidelemente 41, und der umgebende Ringraum durch Diamantschneiden bearbeitet.The application of the invention to the limitation of the penetration depth of Diamond cutting is not limited to the rock core drilling described above. For example Fig. 5 shows a rock drilling tool for drilling a coreless hole with the help of rolling cone cutting elements and diamond cutting edges. In this embodiment, the central part of the hole is formed by rolling cone cutting elements 41, and the surrounding annulus machined by diamond cutting.

Bei dem Werkzeug von Fig. 5 sind drei konventionelle Rollkegelschneidelemente 41 so im Mittelteil des Bohrwerkzeugs angeordnet, daß ihre Nasenenden in konventioneller Weise die Bohrlochmitte bearbeiten; ihre Anordnung entspricht der eines konventionellen Drei-Kegel-Gesteinswerkzeugs. Jedes Element besitzt mehrere Reihen von vorstehenden Karbideinsätzen 42, die so gestaffelt sind, daß die gesamte Fläche bearbeitet wird und kein Nachlauf erfolgt.In the tool of Figure 5, there are three conventional rolling taper cutting elements 41 so arranged in the middle part of the drilling tool that their nose ends in conventional Way to machine the center of the borehole; their arrangement corresponds to that of a conventional one Three cone rock tool. Each element has several rows of protruding Carbide inserts 42 which are staggered so that the entire surface is machined and there is no follow-up.

Der Werkzeugkörper 40 ragt radial nach außen über die Schneidbahn der Rollkegelschneidelemente 41 hinaus, und dort sind mehrere Diamantschneiden 43 auf mehreren Kreisbahnen angeordnet, um Gestein in dem außerhalb der Reihen von Einsätzen der Kegelelemente befindlichen Ringraum zu bearbeiten. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um die gleichen Diamantenschneiden wie in Fig. 4 dargestellt, zur Vereinfachung sind sie jedoch in Fig. 5 einfach als Halbkreise dargestellt, welche die Schneidrichtung erkennen lassen.The tool body 40 projects radially outward over the cutting path of the rolling taper cutting elements 41, and there are a plurality of diamond blades 43 arranged on several circular orbits to rock in the outside the rows of To edit inserts of the cone elements located annulus. In this embodiment it is the same diamond cutting as shown in Fig. 4, for For the sake of simplicity, however, they are simply shown in FIG. 5 as semicircles, which indicate the cutting direction.

Sämtliche Diamantplättchen sind einer Umfangsrichtung um das Bohrwerkzeug herum zugekehrt. Ferner sind Fluiddüsen 44 im Werkzeugkörper angeordnet, um Bohrflüssigkeit in die Bereiche um die verschiedenen Schneidelemente zu leiten, mit welcher der Gesteinsbohrabrieb aus dem Loch gespült wird. Umfangsaussparungen 45 oder andere freie Räume ermöglichen den Fluid-Rückstrom.All diamond plates are in a circumferential direction around the drilling tool turned around. Furthermore, fluid nozzles 44 are arranged in the tool body for drilling fluid into the areas around the various cutting elements with which the Rock drill cuttings are flushed out of the hole. Circumferential recesses 45 or others Free spaces allow the fluid to flow back.

Beim Gesteinsbohren mit Rollkegelschneidelementen ist oft die Maßhaltigkeit des Bohrloches ein Problem. Darum haben typische Karbideinsatz-Gesteinsbohrwerkzeuge eine volle Reihe von Einsätzen in der Kalibrierreihe jedes Kegelelementes, und diese Einsätze sind üblicherweise eng gestaffelt, damit über die Gesamtlebensdauer des Werkzeugs hinweg maßhaltige Löcher gebohrt werden. Wegen der Reibung an der Bohrungswandung unterliegen die Einsätze der Kalibrierreihe einer beträchtlichen Abnutzung.When drilling rock with rolling cone cutting elements, dimensional accuracy is often important of the borehole is a problem. This is why typical carbide insert rock drilling tools have a full series of inserts in the calibration series of each cone element, and these Missions are usually closely staggered so that over the entire service life of the True-to-size holes can be drilled away from the tool. Because of the friction on the wall of the bore the inserts of the calibration series are subject to considerable wear.

Karbideinsätze eignen sich gut für die Hack-Mahl-Operation am Bohrlochboden, aber weniger zum Räumen der Bohrlochseiten. Durch Abnutzung der Kalibrierreiheneinsätze ergeben sich zu enge Lochwandungen, und das gibt später Ärger beim Auskleiden oder beim Einsetzen neuer Werkzeuge in das Loch.Carbide inserts are well suited for the hacking and grinding operation at the bottom of the borehole, but less for reaming the sides of the borehole. Through wear of the calibration row inserts the walls of the holes are too narrow, and that causes problems later when undressing or when inserting new tools into the hole.

Für viele dieser Probleme schafft das Ausführungsbeispiel von Fig. 5 Abhilfe, weil von der äußersten Reihe der Einsätze der Rollkegelschneidelemente 41 nicht die Maßhaltigkeit des Bohrloches abhängig ist, vielmehr sorgen die äußeren Diamantschneiden 43 für die genauen Lochabmessungen, und die sind bestens geeignet für das Räumschneiden, wie oben beschrieben.For many of these problems, the embodiment of FIG. 5 Remedy because of the outermost row of the inserts of the rolling cone cutting elements 41 does not depend on the dimensional accuracy of the borehole, but rather the outer ones Diamond blades 43 for the exact hole dimensions, and they are ideally suited for broaching as described above.

Da sich diese Diamantschneiden in einem relativ großen Durchmesserbereich des Werkzeugs befinden, kann man auch eine relativ große Anzahl unterbringen, was zu einer verringerten Abnutzung führt. Eine zufällige Beschädigung einiger Einsätze beeinträchtigt noch nicht die Arbeitsqualität des Werkzeugs. Wenn gewünscht, kann man eine einzige Reihe von Diamanteinsätzen in der Kalibrierreihe eines ansonsten konventionellen Drei-Kegel-Werkzeugs unterbringen. Auf diese Weise kann man das Bohrloch auf volles Maß durch Diamantschneiden räumen, während der Bohrlochboden von den Rollkegelschneideinsätzen bearbeitet wird.Because these diamond blades have a relatively large diameter range of the tool, you can also accommodate a relatively large number of what leads to reduced wear. Accidental damage to some of the inserts does not yet affect the quality of work of the tool. If desired, can one row of diamond inserts in the calibration row one otherwise a conventional three-cone tool. This is the way you can do it Broach the borehole to full size by diamond cutting while the borehole bottom from the roller taper cutting inserts is processed.

Beim dargestellen Ausführungsbeispiel hat der Werkzeugkörper 40 drei nach unten ragende Beine, so daß die Diamantschneiden43 ein Schnittprofil bilden, das im wesentlichen eine Fcrtsetzung des von den Rollkeyelschneidelementen 41 geschnittenen Profils ist. Auf diese Weise wird der Boden des Bohrloches durch eine Anzahl von konzentrischen Rillen ohne ausgeprägte Stufen dazwischen gebildet. Dadurch gibt es keine übermäßig großen Brocken, die sich nicht anständig von der Werkzeugoberfläche freispülen ließen und den Bohrvorgang stören oder die Diamantschneiden beschädigen könnten. Man kann beliebig die Diamantschneiden zuvor oder nach den Rollkegelschneidelementen laufen lassen, um in unterschiedlichen Ebenen im Loch zu arbeiten.In the illustrated embodiment, the tool body 40 has three legs protruding downwards so that the diamond cutting edges43 form a cutting profile, that is essentially a continuation of the cut from the Rollkeyel cutting elements 41 Profile is. In this way the bottom of the borehole is passed through a number of concentric grooves formed with no pronounced steps in between. This gives there are no excessively large chunks that do not stick properly from the tool surface Allow it to rinse clear and disrupt the drilling process or damage the diamond cutting edges could. You can either cut the diamond before or after the rolling cone cutting elements run to work in different levels in the hole.

Die Karbideinsätze 42 stehen aus der Oberfläche ihres Rollkegelschneidelementes um 1 Stück weniger als die Länge der Diamantplatte auf den Diamantschneiden hervor. Das begrenzt die Eindringtiefe der Diamantschneiden im Sinne der vorstehenden Beschreibungsteile.The carbide inserts 42 protrude from the surface of their rolling taper cutting element by 1 piece less than the length of the diamond plate on the diamond blades. This limits the depth of penetration of the diamond cutting edges in the sense of the above parts of the description.

Das Verhältnis zwischen der Vorstehstrecke der Karbideinsätze und der Länge der Diamantplatten ist vorzugsweise das Gleiche wie zuvor beschrieben. Begrenzung der Eindringtiefe bedeutet längere Lebensdauer der Diamantschneiden.The ratio between the protruding distance of the carbide inserts and the length of the diamond plates is preferably the same as previously described. Limiting the penetration depth means longer service life of the diamond blades.

Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 6 trägt ein Werkzeugkörper 51 auf seiner Oberfläche mehrere Diamantschneiden 52 in einer Verteilung, die im wesentlichen vollflächiges Schneiden erlaubt. In der Mitte verbleibt ein relativ kleines-Loch 53, weil Räumschneiden im Bereich der Werkzeugmittelachse ziemlich sinnlos ist. Ein durch das Loch 53 hindurchtretender kleiner Gesteinskern gelangt an einen nicht dargestellten Kernbrecher im Werkzeug körper.In the embodiment of FIG. 6, a tool body 51 is applied its surface several diamond cutting edges 52 in a distribution that is essentially full-surface cutting allowed. A relatively small hole remains in the middle 53, because broaching in the area of the tool center axis is rather pointless. One through that Small rock core passing through hole 53 arrives to a core breaker, not shown, in the tool body.

Die Stirnfläche des Bohrwerkzeugs von Fig. 6 ist nicht eben, sondern vorzugsweise wie ein Spritzkuchen oder Torus geformt, also in der Nähe vom Umfang und vom Loch 53 vertieft, während der Zwischenbereich erhaben ist. Da die Diamantschneiden überall um die gleiche Strecke aus dem Werkzeugkörper vorstehen, entspricht die Arbeitsoberfläche im Betrieb im wesentlichen der unteren Werkzeugkörper-Oberfläche. Diese Konfiguration hat sich am besten bezüglich der Bohrflüssigkeitszirkulation aus Düsen 54 im Betrieb bewährt.The end face of the drilling tool of Fig. 6 is not flat, but preferably shaped like a spray cake or torus, so close to the circumference and recessed from hole 53 while the intermediate area is raised. As the diamond cutting protrude everywhere by the same distance from the tool body, corresponds to the Working surface in operation is essentially the lower surface of the tool body. This configuration has proven to be best in terms of drilling fluid circulation Proven from nozzles 54 in operation.

Zur Schonung der Diamantschneiden wird ihre Eindringtiefe bei diesem Ausführungsbeispiel durch konische Rollen 56 begrenzt, die in bezug auf minimalen Schlupf auf dem Bohrlochboden zur Verminderung der Abnutzung drehbar gelagert sind. Diese aus gehärtetem Stahl oder hart beschichteten Rollen 56 tragen keine Karbideinsätze auf ihren Oberflächen, sondern sind vielmehr glatt und übereinstimmend mit dem gebohrten Bohrlochboden geformt.To protect the diamond blades, their depth of penetration is reduced in this case Embodiment limited by conical rollers 56, which in terms of minimal Slip are rotatably mounted on the borehole bottom to reduce wear. These hardened steel or hard coated rollers 56 do not carry carbide inserts on their surfaces, but are rather smooth and coincident with the drilled Shaped well bottom.

Da die Rollen etwas hinter die Schneidebene der Diamantschneiden 52 zurückgesetzt stehen, kommen sie beim Bohren nicht in Kontakt mit unbearbeitetem Gestein. Erst bei einer unbeabsichtigten Überlastung durch Bohrwerkzeugs bei bestimmten Erdformationen, wenn die Diamantschneiden sonst zu tief eindringen würden, berühren die Rollen den Bohrlochboden und begrenzen damit die Eindringtiefe.Since the rollers are a little behind the cutting plane of the diamond blades 52 are set back, they do not come into contact with unprocessed material when drilling Rock. Only in the event of an unintentional overload by the drilling tool at certain Touch earth formations if the diamond blades would otherwise penetrate too deep the rollers hit the bottom of the borehole and thus limit the depth of penetration.

Die Rollen nehmen daher die Uberlastkräfte auf und nicht die Diamantschneiden. Dadurch werden letztere geschont und leben länger, besonders beim Bohren in durchwachsenen Erdformationen, was für solche Bohrwerkzeuge besonders abträglich ist. Die Rollen 56 stehen vorzugsweise um etwa 3/4 der Diamantplättchenlänge auf den Diamantschneiden zurück. Auf diese Weisen können die Diamantplättchen nicht mehr als um diesen Betrag eindringen, und in der Praxis noch weniger, weil Gesteinsabriei: dazwischen sitzt.The rollers therefore absorb the overload forces and not the diamond blades. This protects the latter and lasts longer, especially when drilling in streaky ones Earth formations, which is particularly detrimental for such drilling tools. The rollers 56 are preferably standing back on the diamond blades by about 3/4 of the length of the diamond plate. To this The diamond platelets cannot penetrate more than this amount, and in practice, even less, because rock rupture sits in between.

Anstelle der Rollen 56 könnte man bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 6 auch Gleitflächen mit harter Oberfläche verwenden, besonders dann, wenn die Uberlastung erwartungsgemäß intermetierend und nicht häufig auftritt. Wegen der hohen Reibung fressen solche Gleitflächen enorm Leistung, die sich in hohe Temperaturen an den Schneidoberflächen umsetzt. Rollen als Eindringtiefenbegrenzer sind also besser.Instead of the rollers 56 one could in the embodiment of Fig. 6 also use sliding surfaces with a hard surface, especially if the Overload is expected to be intermittent and infrequent. Because of the high friction eats up such sliding surfaces tremendously performance, which result in high temperatures implemented on the cutting surfaces. So there are roles as penetration limiters better.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 7 überlappen sich - im Gegensatz zu den Ausführungen von Fig. 1 bis 5 -die Diamantschneiden und die Karbideinsätze auf den Rollkegelschneideinsätzen gegenseitig im Bohrlochbodenbereich, d. h. zumindest einige der Diamantschneiden und Karbideinsätze folgen den gleichen ringförmigen Bahnen auf dem Bohrlochboden.In the embodiment of FIG. 7, in contrast, overlap 1 to 5 - the diamond cutting edges and the carbide inserts on the roller cone cutting inserts mutually in the borehole bottom area, d. H. at least some of the diamond blades and carbide inserts follow the same annular shape Tracks on the bottom of the borehole.

Bei dieser Ausführung sind zwischen zwei nach unten stehenden Armen 61 zwei Rollkegelschneidelemente 62 mit Karbideinsätzen angeordnet, und ein Axialloch 63 im Werkzeugkörper führt zu einem konventionellen, nicht dargestellten Kernbrecher, so daß der vollständige Bohrlochquerschnitt gebohrt wird. Jeder der Rollkegelschneideinsätze 62 besitzt eine Kalibrierreihe 64 von Wolframkarbideinsätzen, die für Maßhaltigkeit im Bohrloch sorgen.In this version there are two arms that are pointing downwards 61 two rolling taper cutting elements 62 arranged with carbide inserts, and an axial hole 63 in the tool body leads to a conventional core breaker, not shown, so that the complete cross-section of the borehole is drilled. Each of the rolling taper cutting inserts 62 has a calibration series 64 of tungsten carbide inserts that ensure dimensional accuracy in the borehole.

Einer der Rollkegelschneideinsätze besitzt zwei weitere Reihen 66 von Wolframkarbideinsätzen weiter einwärts, und der andere Rollkegeleinsatz 62 besitzt drei weitere Reihen 67 von Wolframkarbideinsätzen einwärts von der Kalibrierreihe. Jede dieser Reihen von Karbideinsätzen bohrt eine ringförmige Bahn in den Bohrlochboden, wenn das Bohrwerkzeug rotiert, wobei die Reihen 66 des einen Rollkegels gegenüber den anderen Reihen 67 des anderen Rollkegels so versetzt sind, daß innerhalb der Kalibrierreihe 64 fünf ringförmige Bahnen gebohrt werden. Auf diese Weise erzielt man durch die versetzten Reihen größte Festigkeit im Regel und kann dennoch den gesamten Bohrlochboden bearbeiten.One of the roller taper cutting inserts has two more rows 66 from tungsten carbide inserts further inwards, and the other roller cone insert 62 has three more rows 67 of tungsten carbide inserts inward of the calibration row. Each of these rows of carbide inserts drills an annular path in the bottom of the borehole, when the boring tool rotates, the rows 66 of one rolling cone opposite the other rows 67 of the other rolling cone are offset so that within the Calibration row 64 five ring-shaped paths can be drilled. Achieved this way The staggered rows usually give you the greatest strength and still be able to Process the entire bottom of the borehole.

Der Boden jedes Armes 61 hat etwa das gleiche Profil wie die Rollkegelschneideinsätze 62. An jedem Arm sind drei Diamantschneiden 68 zum Kalibrieren des Bohrloches angebracht. Die auch in Fig. 7 wieder nur schematisch dargestellten Diamantschneiden sind die gleichen wie in Fig. 5 und 6 und entsprechen dem in Fig. 4 dargestelltem Typ. Die Diamantschneiden 68 bohren die gleiche Ringbahn aus wie die Kalibrierreihen-Karbideinsätze 64 auf den beiden Rollkegelschneideinsätzen 62.The bottom of each arm 61 has approximately the same profile as the roller taper cutting inserts 62. Three diamond blades 68 are attached to each arm for calibrating the borehole. The diamond cutting edges also shown only schematically in FIG. 7 are the same as in FIGS. 5 and 6 and correspond to the type shown in FIG. the Diamond blades 68 drill out the same ring path as the calibration row carbide inserts 64 on the two roller cone cutting inserts 62.

Zusätzliche, weiter innen auf den Armen angeordnete Diamantschneiden 69 sind auf ringförmigen Bahnen angeordnet, welche den durch die Karbideinsatzreihen 66 und 67 auf den Rollkegelschneideinsätzen gebohrten Bahnen entsprechen. D. h.,auf dem Bohrlochboden werden rir;gfcrmige Bahnen gleichzeitig durch die Karbideinsätze und die Diamantschneiden ausgearbeitet.Additional diamond cutting edges arranged further inside on the arms 69 are arranged on annular tracks, which are defined by the rows of carbide inserts 66 and 67 correspond to paths drilled on the roller taper cutting inserts. That is, on the bottom of the borehole is formed by the carbide inserts at the same time and the diamond edges worked out.

Wie schon erwähnt, haben die Karbideinsätze auf Rollkegelschneideinsätzen konventionell zweierlei Wirkung: Schneidet die Kegelachse die Achse des Gesteinsbohrers, dann wird das Gestein durch die Karbideinsätze aufgrund des auf das Bohrwerkzeug übertragenen hohen Gewichtes zermahlen. Ist die Achse eines Schneidkegels etwas gegenüber der Bohrwerkzeugachse versetzt, dann gleitet der Kegel etwas, und dann tritt beim Bohren zusätzlich eine Auskehlwirkung auf. Diese durch Versatz bewirkte Auskehlwirkung eignet sich für relativ weiches Gestein. Dagegen eignet sich die prim.ärs Zermahlwirkung des nicht-versetzten Bohrwerkzeugs fur relativ hartes Gestein.As already mentioned, the carbide inserts have rolling taper cutting inserts conventional two effects: The cone axis intersects the axis of the rock drill, then the rock is pushed through the carbide inserts due to the grind the heavy weight transferred to the drilling tool. Is the axis one The cutting cone is slightly offset from the drilling tool axis, then the cone slides something, and then there is also a grooving effect when drilling. This through Offset grooving is suitable for relatively soft rock. Against it the primary grinding effect of the non-offset drilling tool is suitable for relatively hard rock.

In Fig. 7 kann man die Rollkegelschneideinsätze versetzen oder nicht versetzen. In jedem Falle sind die durch die Reihen der Karbideinsätze gebohrten Bahnen rauh, weil die Belastung auf das Gestein intermetierend angelegt wird.In Fig. 7, the rolling taper cutting inserts may or may not be relocated offset. In each case, those are drilled through the rows of carbide inserts Rough tracks because the load is intermittently applied to the rock.

Die Diamantschneiden scheren,während sie über das Gestein hinwegschaben. Dadurch ist eine durch eine Diamantschneide gegrabene Rille relativ glatt, lediglich die vom Gestin gelösten Brocken können eine leicht aufgerauhte Oberfläche hinterlassen.The diamond blades shear as they scrape across the rock. As a result, a groove dug by a diamond blade is relatively smooth, only the chunks loosened from the rock can leave a slightly roughened surface.

Da die Diamantschneiden bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 7 auf den gleichen Ringbahnen laufen wie die Karbideinsätze der Rollkegel, werden die von letzteren geformten Rillen durch die Diamantschneiden geglättet.Since the diamond cutting in the embodiment of FIG the same ring tracks run as the carbide inserts of the roller cones, the of the latter formed grooves smoothed by the diamond cutting edges.

Dadurch wird die Diamantschneiden Belastung bei einem gegebenen Volumen an geräumte Gestein reduziert.This will reduce the diamond cutting stress for a given volume reduced to cleared rock.

Auch wird verhindert, daß die Karbideinsätze der Rollkegelschneideinsåtze immer wieder die gleiche Stelle auf dem Bohrlochboden berühren und ungenügend Leistung erbringen. Somit ist eine Kombination aus Diamantschneiden und Rollkegelschneideinsätzen an einem Gesteinsbohrer wenn beide auf dem gleichen Bohrlochbodenprofil bohren, wirksamer als andere Bauarten, wo entweder nur Diamantschneiden oder nur Rollkegelschneideinsätze vorhanden sind.It also prevents the carbide inserts of the rolling cone cutting inserts keep touching the same spot on the bottom of the borehole and poor performance provide. Thus it is a combination of diamond cutting and rolling taper cutting inserts on a rock drill if both are on the same borehole bottom profile drill, more effective than other types, where either only diamond cutting or only Roll taper cutting inserts are available.

Abweichend gegenüber Fig. 7 kann man auch ein ähnliches Werkzeug so ausbilden, daß an unterschiedlichen Stelle gebohrt wird, wobei nur ein Teil des Bohrlochbodens gleichzeitig durch die Karbideinsätze und die Diamantschneiden bearbeitet wird.In contrast to FIG. 7, a similar tool can also be used train that is drilled in different places, with only a part of the The bottom of the borehole is machined simultaneously by the carbide inserts and the diamond cutting edges will.

In Fig. 7 stehen die Karbideinsätze der Rollkegelschneideinsätze ein Stück weniger als die Gesamtlänge der Diamantschneiden aus der Kegeloberfläche hervor.In Fig. 7 the carbide inserts of the rolling taper cutting inserts stand Pieces less than the total length of the diamond blades protrude from the cone surface.

Dadurch wird die Eindringtiefe der Diamantschneiden begrenzt, und das Diamantplättchen darauf geschont.This limits the depth of penetration of the diamond blades, and the diamond plate on it is spared.

Abweichend von den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen können anstelle der handelsüblichen, mit Diamantschneiden besetzten Karbidklötze auch andere Räumschneiden verwendet werden, und sie müssen auch nicht umbedingt einen zylindrischen Umriß haben.Deviating from the exemplary embodiments described above can replace the commercially available carbide blocks with diamond cutting edges other clearing blades can also be used, and they do not necessarily have to be have a cylindrical outline.

So können in einigen Ausführungen Räumschneiden aus Wolframkarbid oder anderen harten Materialien benutzt werden, und zwar in Verbindung mit Rollen als Eindringtiefenbegrenzungselemente, welche schwere Axialbelastungen aufnehmen können. Die Eindringtiefenbegrenzungselemente sind besonders dann wertvoll, wenn die Räumschneiden hart und abnutzungsresistent sind, aber durch Stoßbelastung oder zu große Eindringtiefe beschädigt werden können. Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich weniger für Stahl-Räumwerkzeuge für weiche Formationen.For example, in some designs, broaching blades made of tungsten carbide can be used or other hard materials in conjunction with rollers as penetration depth limiting elements, which absorb heavy axial loads can. The penetration depth limiting elements are particularly valuable when the broaching blades are hard and wear-resistant, but from shock loads or too great a penetration depth can be damaged. The solution according to the invention is suitable opted less for steel broaching tools for soft formations.

Falls erwünscht, kann man Diamantschneiden in der Nähe der Bohrlochmitte (mit oder ohne Kern) und am Bohrlochrand verwenden, in Verbindung mit Karbideinsatz-Rollkegelschneidelementen, welche einen Ringraum dazwischen ausarbeiten. Dem Fachmann können auch noch andere Modifikationen und Variationen einfallen.If desired, diamond cutting can be performed near the center of the borehole (with or without core) and at the edge of the borehole use in conjunction with carbide insert rolling cone cutting elements, which work out an annular space in between. Other modifications and variations may occur to those skilled in the art.

Zusammengefaßt handelt es sich hier um ein Gesteinsbohrwerkzeug wie beschrieben, zum Herstellen von Ölbohrungen, zum Entnehmen von Kernproben u. dgl.In summary, this is a rock drilling tool like described, for producing oil wells, for taking core samples and the like.

Bei allen Ausführungsbeispielen sind mehrere Diamantschneiden zur abscherenden Bearbeitung des Gesteins vorhanden, jeweils in Form eines dünnen Diamantplättchens auf einem in den Werkzeugkörper eingesetzten Karbidklotz. Ferner sind Mittel zur Begrenzung der Eindringtiefe der Diamantschneiden in das gebohrte Gestein vorhanden, vorzugsweise in Form von Rollkegelschneideinsätzen, von deren Oberfläche mehrere Karbideinsätze hervorstehen. Die Karbideinsätze stehen weniger aus der Oberfläche der Schneidkegeleinsätze heraus als die Diamantplättchen lang sind.In all exemplary embodiments, several diamond cutting edges are used Shearing processing of the rock is available, each in the form of a thin diamond plate on a carbide block inserted into the tool body. Furthermore are means for Limitation of the penetration depth of the diamond cutting edges in the drilled rock, preferably in the form of rolling taper cutting inserts, several of which are on the surface Carbide inserts protrude. The carbide inserts are less protruding from the surface of the cutting taper inserts than the diamond tips are long.

Dadurch wird die Eindringtiefe der Diamantschneiden in das Gestein begrenzt und diese vor Schäden behütet.This will reduce the depth of penetration of the diamond blades into the rock limited and protected from damage.

Meist sind die Diamantschneiden so angebracht, daß sie einen Teil der Bohrlochfläche abscherend bearbeiten, während die Rollkegelschneideinsätze einen anderen Bereich der Bohrfläche hackend und mahlend bearbeiten.Most of the time, the diamond blades are attached so that they are a part Shear off the surface of the borehole while the rolling taper cutting inserts produce a Work on the other area of the drilling surface by chopping and grinding.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

A n p r u c e ================= 1. Rotating rock drilling tool with a tool body having a longitudinal axis of rotation and several diamond cutting edges, each of which has a cutting edge machining the bottom of a borehole to be drilled which protrudes from the tool body at a selected angle of attack, to shear the rock in several paths concentric to the axis of the tool body, characterized in that means' z. . 11) are present, which is the depth of penetration the diamond cutting (e.g.

15) in the skins to less than the protruding distance of the diamond blades from the tool body (12), consisting of several rolling cone cutting elements (11; 41; 62), which are mounted on the tool body for rotation when the tool body rotates and each of which carries multiple carbide inserts (e.g. 26) that are one piece protrude less from the surface of the rolling cone cutting element (11) than the Diamond cutting (15) from the tool body (12) in the axial direction to the bottom of the borehole to be drilled and to grind the rock in a path or flute concentric with the portion of the borehole passing through the diamond cutting is being drilled.

2. Tool according to claim 1, characterized in that the rolling cone cutting elements (41) relatively closer to the axis of the tool body (40) and the diamond cutting edges (43) are arranged relatively closer to the circumference of the tool body in order to get around the a portion of the borehole drilled through the rolling taper cutting elements To drill the annular space (Fig. 1).

3. Tool according to claim 1, characterized in that the diamond cutting edges (43) relatively closer to the axis of the tool body (40) and the rolling taper cutting elements (41) are arranged relatively closer to the circumference of the tool body in order to get around the through the diamond cutting (43) drilled section of the borehole around an annulus to drill.

4. Tool according to claim 1 or 3, characterized in that the The tool body also has an axial core receiving space (16), and that the diamond cutting edges are arranged around the axial channel at an end section of the tool body, around between a rock core (32) and that drilled by the rolling cone cutting elements Borehole section to drill an annulus section (Fig. 3).

5. Tool according to claim 1, characterized in that the diamond cutting edges are arranged on the tool body in a position in which they are between the Profiles cut from the diamond cut and the rolling taper cutting elements produce a substantially smooth arc so that the borehole bottom as substantially continuous surface of concentric grooves without shoulder-shaped steps in between is designed.

6. Tool according to claim 1, characterized in that each diamond cutting edge from a carbide block (23) inserted into the tool body and one on the Block binding applied diamond plate (21), the front of which is relative to The tool body axis looks in a circumferential direction around the rock when the tool rotates shear off.

7. Tool according to at least one of the preceding claims, characterized characterized in that the carbide inserts (e.g. 26) on the rolling taper cutting elements compared to their surface by more than 1/4 and less than 4/4 of the total length of the Diamond plates (21) protrude.

8. Tool according to claim 7, characterized in that the carbide inserts do not protrude more than 3/4 of the length of the diamond plate.

9. Tool according to claim 1, characterized in that the tool body several rolling cone cutter legs (e.g. 10) protruding downward and each carry a rolling cone cutting element (11), an axial channel (16) for receiving a Core (32), and several downwardly projecting and between the rolling cone cutter legs located diamond cutting arms (17), each of which has at least one diamond cutting edge (15) contributes to between the axial channel and the drilling section of the rolling taper cutting elements to drill an annulus.

10. Tool according to claim 1, characterized in that the cutting edge each diamond cutting edge (e.g. 15) a selected distance from the tool body (z. B. 12) protrudes, and that the means for limiting the depth of penetration of the Diamond blades are attached to the tool body and the penetration depth of the Limit diamond cutting edges when drilling to a distance greater than 1/4 and is less than 3/4 of the protruding distance of the cutting edges from the tool body.

11. Tool according to claim 1 or 10, characterized in that the penetration depth limiting means several on the tool body mounted rollers (56) in contact with the rock during the drilling operation (Fig. 6).

12. Tool according to claim 11, characterized in that the rollers have a profile similar to that cut by a number of diamond blades Profile is similar; that the rollers in the tool body essentially on the rotate the same annular path as the selected number of diamond blades; and that the surfaces of the rollers in the axial direction of the borehole cut the diamond trailing in one direction so that they only hit the bottom of the borehole at maximum penetration the diamond blades touch.

13. Tool according to claim 1 or 10, characterized in that each diamond cutting edge from a block (23) inserted into the tool body and a binding diamond plate (21) applied to the block, the front of which looking in a circumferential direction relative to the tool body axis, so as to the rock shear off during tool rotation.

14. Tool according to at least one of claims 10 to 13, characterized indicated that each role (e.g.

62) has several carbide inserts (64 ...) that protrude from the roller surface protrude less than the full amount of the diamond blade length, and that the Rollers are mounted so that they have an annulus between that of the diamond blades Work out the drilled borehole bottom section and the borehole circumference.

15. Tool according to at least one of claims 10 to 14, characterized characterized in that the tool body also has an axial channel (16) for receiving of a rock core has, and that the diamond cutting one Annular space between the rock core and a section drilled through the rollers of the drill hole.

1 6. Tool according to at least one of claims 10 to 15, characterized characterized in that the roles have a profile which is characterized by a number of Diamond cutting t3 cut profile is similar; that the rollers with the tool body rotate essentially on the same annular path as the number of diamond blades, and that furthermore from the surface of the rollers a plurality of carbide inserts by one piece protrude, which is smaller than the length of the diamond cutting edge (21), wherein at least some of the carbide inserts and the diamond cutting edges on the same ring tracks are aligned on the bottom of a borehole (e.g. Fig. 7).

17. Tool according to claim 10, characterized in that the penetration depth limiting means consist of several rolling cone cutting elements (e.g. 62) attached to the tool, each of which is several by less than the length of the diamond cutting from its Surface has protruding carbide inserts (64 ...) in order to prevent the drilling operation to drill a section of the bottom of the borehole with rock contact, during the Rest of the borehole bottom is drilled through the diamond blades.

18. Tool according to claim 17, characterized in that the rolling cone cutting elements and the diamond blades are mounted so that that of the rolling taper cutting elements drilled profile an essentially smooth continuation of the diamond cutting drill profile forms, with no essential stages in between.

19. Tool according to claim 17, characterized in that the rolling cone cutting elements and the diamond blades are mounted so that that of the rolling taper cutting elements drilled profile is essentially the same as that of at least one section the diamond cutting drilled profile.

20. Tool according to claim 1 or 10, characterized in that the tool penetration depth limiting means attached to the tool body the The depth of penetration of the diamond blades into the rock is less than 3/4 of the way limit by which the cutting edge of each diamond blade is removed from the tool body protrudes.

21. t-Ierkzetig according to at least one of the preceding claims, characterized in that the tool body has means (14) at its upper end for attaching the Ges teinsboirwerkzeugs carries on a drill string; and that a first number of arms (17) proceeding downward from the tool body which one! number of diamond cutting edges (15) for processing a soil section are mounted in the borehole, and a second number of between the former set legs (10), each of which has a rolling cone cutting element (11) with several carbide inserts (26).

22. Tool according to claim 1, 10 or 21, characterized in that that at least one of the diamond cutting edges (15A) has an edge for the dimensional design of the Rock core (32) has (Fig. 3).

23. Tool according to claim 1, 10, 21 or 22, characterized by that the diamond blades are so on the tool body are appropriate that they make several annular grooves in the bottom of a borehole; that the carbide inserts protruding from the surfaces of the rolling taper cutting elements are arranged in rows and in such a way that they drill annular grooves which at least partially coincide with the grooves drilled by the diamond cutting edges.

24. Tool according to at least one of claims 1 to 23, characterized characterized in that the selected angle of attack of the diamond cutting approximately between Oo and -200 lies.