DE2836474A1

DE2836474A1 - Lehreneinsatz fuer bohrmeissel

Info

Publication number: DE2836474A1
Application number: DE19782836474
Authority: DE
Inventors: Charles R Harris; George R Herrick
Original assignee: Smith International Inc
Current assignee: Smith International Inc
Priority date: 1977-09-19
Filing date: 1978-08-21
Publication date: 1979-03-29
Also published as: FR2403446A1; SE7808550L

Description

Lehreneinsatz für Bohrmeißel

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Bohrmeißel mit rotierenden Schneidkegeln und insbesondere auf Einsätze, die in den Schneidkegeln von Bohrmeißeln verwendet werden.

Die Verwendung von Bohrmeißeln mit Einsätzen zum Ausbohren sehr harter Gesteinsschichten ist in der Ölförderung seit vielen Jahren bekannt. Derartige Bohrmeißel bestehen üblicherweise aus zwei oder drei Schenkeln, die so zusammengeschweißt sind, daß sie eine zusammenhängende Struktur ergeben. Das eine Ende der Struktur wird von einem Gewindeschaft gebildet, der am unteren Ende eines Meißelschafts befestigt wird. Am unteren Ende jedes Schenkels befindet sich eine nach innen weisende Welle für die drehbare Lagerung eines konischen Schneidteils oder Schneidkegels. Jeder der Schneidkegel trägt mehrere ringförmige Reihen mit nach außen ragenden, über den Umfang des Kegels verteilten Einsätzen. Die Einsätze werden vorzugsweise aus Wolframkarbid hergestellt. Beim Drehen des Bohrmeißels rollen die Schnexdkegel auf dem Grund des auszubohrenden Bohrlochs. Bei dieser Rollbewegung berühren die Schneideinsätze die Gesteinsschicht am Boden des Bohrlochs und zerbohren bzw. zerbrechen sie. Die vom Gestein abgelösten Teilchen werden mit der Bohrflüssigkeit weggewaschen, die über die Oberfläche des Bohrlochs geleitet wird.

In einem bekannten Bohrmeißel mit Schneidkegeln ist eine Reihe von Schneideinsätzen an der Basis jedes .Kegels angebracht, um damit das Bohrloch auf seine richtige Weite auszubohren; andere ringförmige Reihen sind nach innen abgesetzt auf den Schneidkegeln angebracht und schneiden den Rest der Bodenfläche

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des Bohrlochs aus.

Es -wurde festgestellt, daß man besonders sorgfältig bei der Auswahl der Einsätze für die die Bohrlochweite festlegende Reihe, die sogenannte Lehrenreihe, eines Schneidkegels vorgehen muß, da diese Reihe beim Bohren sehr stark beansprucht wird. Die Lehreneinsätze berühren nicht nur das größte Schneidgebiet des Bohrlochbodens, sondern sie müssen auch die Seitenwände des Bohrlochs zum Aufbohren auf die richtige Weite berühren. Verschiedene Einsätze sind in der Lehrenreihe von Schneidkegeln verwendet worden, doch wiesen sie alle verschiedene konstruktive Mangel auf, die ihre Brauchbarkeit insgesamt beschränkten.

Einsätze in Form eines Kegels oder Dopplekegels sind als Schneideinsätze zum Aufbohren auf die richtige Bohrlochweite verwendet worden, doch tritt hierbei als Nachteil auf, daß sie eine Linie freigeben oder nur in sehr geringem Oberflächenkontakt mit der Lehrenoberfläche stehen, sodaß sie nicht die für fallende Schichten notwendige Stabilisierung des Bohrmeißels ergeben können und sich übermäßig abnutzen. Meißeiförmige Einsätze sind auch als Lehrenschneiden verwendet worden. Zwar haben diese Einsätze eine Oberfläche, die mit der auszubohrenden Oberfläche, der Lehrenoberfläche, in Berührung kommt, doch bestehen im Fall von Meißeleinsätzen Einschränkungen in Bezug auf die mit ihnen erzielbare Ausweitung. Meißeleinsätze mit auf einer Seite auf ihnen angebrachten flachen Oberflächen sind verwendet worden, wobei die flachen Oberflächen unter einem Winkel angebracht waren, der eine Annäherung an die Lehrenoberfläche darstellte. Die flachen Oberflächen liegen für die Aufbohrung auf die Sollweite frei, ergeben einen Abriebwiderstand und stabilisieren den Bohrmeißel. Da jedoch genügend Metall hinter der flachen Oberfläche fehlt, ist diese Art von Einsatz schwach und kann leicht zerbrechen.

Andere Anordnungen in der Form von kegelförmigen oder doppelkegelförmigen Einsätzen sind hergestellt worden. Diese Anordnungen haben eine nach ihrem Zusammenbau eingeschliffene flache Oberfläche. Dazu mußte jedoch eine beträchtliche Menge von Wolframkarbid entfernt werden, sodaß die Herstellung kostspielig ist. Die kegelförmigen und doppelkegelförmigen Einsätze

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ergeben ferner keine ausreichend große flache Oberfläche, die für die Stabilisierung des Bohrmeißels in fallenden Schichten ausreichen würde. '

Die vorliegende Erfindung überwindet die oben angegebenen Mangel durch die Schaffung eines Lehreneinsatzes mit einer flachen, die Bohrlochweite ausschneidenden Oberfläche, worin der Einsatz langer, stärker und widerstandsfähiger ist und eine größere die Bohrlochsollweite ausschneidende Oberfläche als bekannte Lehreneinsätze aufweist.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Lehreneinsatz mit einem vorspringenden Abschnitt, an dem eine die Bohrlochsollweite ausschneidende Fläche unter einem Winkel angebracht ist, der dazu ausreicht, daß die Schneidfläche parallel zur Bohrlochwandung nach dem Einsetzen des Lehreneinsatzes in den Schneidkegel ist. Der vorspringende Abschnitt des Einsatzes hat eine Länge, die mindestens 60 Prozent des Durchmessers des Einsatzes ausmacht.

Der vorspringende Abschnitt des Lehreneinsatzes wird von einem konischen Basisabschnitt mit einer kugelförmigen Spitze gebildet. Der Einsatz hat eine Länge von etwa 1,3 cm, und die kugelförmige Spitze schafft genügend Masse hinter der auf die Sollwertweite schneidenden Oberfläche, daß sich eine Verstärkung ergibt.

Der konische Basis-Abschnitt des vorspringenden Teils schließt einen Winkel von weniger als 35° mit der Vertikalen ein, während die auf die Sollwertweite ausschneidende Schneidfläche einen Winkel von etwa kO mit der Vertikalen bildet.

Die als neu erachteten Kennzeichen der vorliegenden Erfindung sind in den Patentansprüchen aufgezählt. Das Prinzip und die Anwendung der vorliegenden Erfindung und weitere Vorteile derselben ergeben sich aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.

Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Bohrmeißels mit drei Schneidkegeln, in denen ein erfindungsgemäßer Lehreneinsatz verwendet wird.

Figur 2 ist ein Aufriß des erfindungsgemäßen Lehreneinsatzes

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Figur 3 ist ein seitlicher Aufriß des erfindungsgemäßen Lehreneinsatzes.

Figur k ist schließlich eine Aufsicht auf den erfindungsgemäßen Lehreneinsatz.

Figur 1 zeigt einen Bohrmeißel 10 mit drei Schneidkegeln und mit einem Ansatz 11, an dem ein Gewindeschaft 12 zur Befestigung am unteren Ende eines Bohrgestänges angebracht ist. Drei Schenkel 13 verlaufen vom Ansatz 11 nach unten, und von jedem Schenkel geht eine nicht dargestellte, nach unten und nach innen verlaufende Welle aus. Eine kegelstiimpf f örmige Walzenschneide l4 ist drehbar mit geeigneten, nicht dargestellten Lagern an jeder Welle befestigt. Die Lager können sehr verschiedenartig ausgeführt sein, so beispielsweise Wälzlager, Kugellager und/oder Gleitlager sein. Im Ansatz 11 sind ferner Durchlaßkanäle mit Düsen 15 angebracht, die so angeordnet sind, daß sie Bohrflüssigkeit auf die auszubohrende Oberfläche leiten.

An jeder Walzenschneide l4 sind mehrere Einsätze in Reihen •angebracht. Die Einsätze sind vorzugsweise aus Wolframkarbid hergestellt. Am ersten Schneidkegel l6 ist die Spitze 17 angegeben, die sich etwa auf der Längsachse des Bohrmeißels befindet. Die innerste Reihe l8, die am zweiten Schneidkegel 20 angegeben ist, ist die von der Spitze des ersten Kegels nach außen nächste Reihe von Schneideinsätzen; die innerste Reihe 21 des dritten Schneidkegels 22 ist die nächste, weiter außen gelegene Reihe von Schneideinsätzen. Diese Reihen von Schneideinsätzen schneiden die Gesteinsschicht um den Mittelpunkt des Bohrlochs weg.

Jeder Kegel lk hat ferner eine ringförmige Reihe 23 von Einsätzen, die neben der Basis des Kegels gelegen sind. Diese ringförmigen Reihen von Einsätzen 23 werden im allgemeinen als die Lehrenreihen bezeichnet, da sie das Schnittgebiet der Bohrlochwandung und des Bohrlochbodens ausschneiden. Zwischen den vorderen Einsätzen und den Lehrenreihen jedes Kegels befinden sich eine oder mehrere Zwischenreihen 2^ιί von Einsätzen, die über den Umfang verteilt sind und die Zwischengebiete des Bohrlochbodens ausschneiden oder ausbohren.

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Zur genaueren Erläuterung der vorliegenden Erfindung sind in Figuren 2, 3 und 4 Einsätze 30 der Art dargestellt, die in der Lehrenreihe 23 jedes Kegels verwendet wird. Jeder Einsatz ist geschoßförmig und hat einen Basisabschnitt 31 und einen vorspringenden Abschnitt 32· Der Basisabschnitt 31 ist zylinderförmig, wobei am unteren Ende des Zylinders eine Absclarägung 33 angebracht ist, die das Einsetzen des Einsatzes in eine hierfür im Schneidteil l4 angebrachte Vertiefung erleichtert. Das andere Ende 32 des Einsatzes 30? das über den Schneidenträger l4 aufsteht, wird von einem kegelförmigen Basisabschnitt 34 und einer kugelförmigen Spitze 35 gebildet. Der kegelförmige Basisabschnitt 34 bildet, mit der Vertikalen einen Winkel von etwa 30 · Am vorspringenden Abschnitt 32 ist eine flache Schneidfläche 36 zum Aufbohren auf die Sollwertweite angesetzt; die Fläche 36 ist unter einem Winkel angebracht, der die Fläche 36 in eine zur Bohrlochwandung parallele Stellung nach dem Einsetzen in die Walzenschneide 14 bringt. In der vorzugsweisen Ausführungsform ist die flache Oberfläche 36 unter einem Winkel von 4l in Bezug auf die Vertikale angebracht. Die Lehrenfläche 36 berührt die Bohrlochwandung und hat eine ausreichend große Oberfläche, um übermäßige Abnutzung zu verhindern. Die kugelförmige Spitze 35 gewährleistet, daß die Masse hinter der die Bohrloch-Sollwertweite aufschneidenden Oberfläche zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit vergrößert ist (siehe Figur 2).

In einer vorzugsweisen. Ausführungsform hat der vorspringende Abschnitt 32 eine Höhe von etwa 1,3 cm, während der Durchmesser des Einsatzes etwa 1,9 cm beträgt.

Ein Hauptvorteil des erfindungsgemäßen Einsatzes 3° is* es, daß er im Verhältnis zu meißeiförmigen, konischen oder kugelförmigen Einsätzen lang ist. Die Verlängerung des Einsatzes 30 macht vorzugsweise mindestens 60 Prozent seines Durchmessers aus.

Wie oben angegeben, ist es ein weiterer Vorteil des Einsatzes 30, daß eine verhältnismäßig große Wolframkarbidmenge direkt hinter der Schneidfläche 36 gelegen ist, wenn ein Vergleich mit meißeiförmigen oder konischen Einsätzen durchge-

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führt wird. Dinge erhöhte Masse verleiht dura fiinnatz zu.^r-ä 'etliche Festigkeit und verhiadert, daß er beim Betrieb nii'or Lchfc. Alle anderen Arten von Einsätzen würden nicht die gleiche Fostigkeit haben, wenn an ihnen eine der Fläche 36 ähnelnde Schneidfläche verwendet werden sollte.

Der Einsatz "}0 hat drei Vorteile, die ihn besonders geeignet als Einsatz zum Ausbohren der Sollwertweite dos Bohrlochs machen, nämlich eine große .Schneidfläche 36 z.ura Ausschneiden der Sollwertweite, eine große Länge und eine ausreichende Masse hinter der Sehne idf lache 36.

Im Rahmen der von den Patentansprüchen definierten Erfindung können verschiedene Abänderungen an der Anordnung vorgenommen werden.

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Claims

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TELEX: 183733 TELEX: 5257Ö7

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S 1737

SMITH INTERNATIONAL,, INC.
43^3 Von Karman Avenue
Newport Beach, Kalifornien

Pat e η t a η s ρ r ü c h e

1. Einsatz zum Aufbohren der Bohrloch-Sollwertweite (Lehreneinsatz) mit einem Bohrmeißel, gekennzeichnet durch einen zylindrischen Basis-Abschnitt (31)». der in die Oberfläche des Schneidteils ragt, einen oberen, über die Oberfläche des Schneidteils aufragenden Abschnitt (32) mit einer daran befestigten flachen Lehrenschneidflache, die unter einem Winkel angebracht ist, der dazu ausreicht, daß die Schneidfläche (36) nach dem Einsetzen in das Schneidteil parallel zur Bohrlochwandung ist, und eine Verlängerimg des vorspringenden Abschnitts, die mindestens 6O Prozent des Durchmessers des Einsatzes (30) ausmacht.

2. Lehreneinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,, daß der vorspringende Abschnitt (32) des Lehreneinsatzes (3O) eine Länge von etwa 1,3 c^m hat.

3- Lohreneinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorspringende Abschnitt (32) des Le-hrerioinsatzes (3°) einen kegelförmigen Basisabschnitt (3Ό und eine kugelförmige Spitze (35) aufweist, und daß die kugelförmige Spitze (35) dem Einsatz (30) ausreichend Masse hinter der Lehrenschneidf lache (36) verleiht, um die mechanische Festigkeit des Einsatzes zu erhöhen.

k. Lehr en eins at 52 nach Anspruch 3i dadurch gekennzeichnet, daß dex kegelförmige Basisabschnitt (3^) einen Winkel von weniger als 35 mit der Vertikalen einschließt.

5. Lehreneinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die am Lehreneinsatz (3O) ausgebildete flache Oberfläche (36) einen Winkel von kO mit der vertikalen Verlängerung der Seitenwand des zylindrischen BasisabSchnitts (31) bildet.

6. Lehreneinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lehreneinsatz (30) aus Wolframkarbid hergestellt ist.

7. Lehreneinsatz nach Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet, daß der kegelförmige Basisabschnitt (3^) einen Winkel von 30 mit der Vertikalen bildet.

8. Bohrmeißel, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Kopfteil, mindestens, ein am Kopfteil drehbar befestigtes Schneidteil und mehrere nach außen vorspringende, in ringförmigen Reihen in jedem Schneidteil um dessen Umfang verteilte Einsätze aufweist, daß eine dieser Reihen an der Basis des Schneidteils angebracht ist und die Lehrenreihe (23) bildet, daß die die Lehrenreihe (23) bildenden Einsätze jeweils einen zylindrischen Basisabschnitt (3I) a^ιfweiseή_l der in die Oberfläche des Schneidteils hinein verläuft, und ferner einen vorspringenden Abschnitt (32) aufweisen, der sich über die Oberfläche des Schneidteils erhebt, daß der vorspringende Abschnitt (32) eine flache, die Sollwertweite des Bohrlochs ausschneidende Oberfläche (36) hat, die unter einem Winkel angebracht ist, der dazu ausreicht, daß die Schneidfläche (36) nach der Befestigung des Einsatzes (30) im Schneidteil parallel zur Bohrlochwandung ist, und daß die vom vorspringenden Abschnitt (32) gebildete Verlängerung des Einsatzes (30) mindestens 60 Prozent des Durchmessers des Einsatzes ausmacht.

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