DE3786166T2

DE3786166T2 - Bohrmeissel für weiche bis harte Formationen.

Info

Publication number: DE3786166T2
Application number: DE87105001T
Authority: DE
Inventors: Louis K Bigelow; Richard H Grappendoff; Alexander K Meski
Original assignee: Eastman Teleco Co
Current assignee: Baker Hughes Oilfield Operations LLC
Priority date: 1985-08-02
Filing date: 1987-04-04
Publication date: 1994-01-20
Anticipated expiration: 2007-04-05
Also published as: EP0418706A1; EP0285678B1; EP0285678A1; DE3786166D1; US4673044A; EP0418706B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Meißeln für Erdbohrungen, und insbesondere auf einen verbesserten Erdbohrmeißel mit temperaturstabilen polykristallinen Diamantelementen als Schneidelementen, der an den Einsatz in weichen bis mittelharten Formationen und typischerweise von solchen Formationen angepaßt ist, die stärker abrasiv sind als beispielsweise reiner Schiefer oder reiner Schlammton.
Die US-A-4,098,363 offenbart einen Diamantbohrmeißel für weiche und mittelharte Formationen, der alle im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmale aufweist.
Aus der EP-A-0 121 802 ist bekannt, eine nachlaufende Abstützung hinter den polykristallinen Diamantschneidelementen zu schaffen, wobei die nachlaufende Abstützung gänzlich aus dem Matrixmaterial des drehbaren Meißels gebildet und so das polykristalline Diamantelement sicher auf der Meißelfläche gehalten ist.
Es ist wünschenswert, ein Bohrwerkzeug, insbesondere ein Bohrwerkzeug für Erdbohrungen mit thermisch stabilen PCD Schneidelementen zu schaffen, bei dem die Erhebung der Schneidelemente oberhalb des dem Matrixkörper und der exponierte Oberflächenbereich ein Maximum ist, während eine ausreichende Verankerung des Schneidelementes gesichert ist, so daß dieses im Werkzeug wirkungsvoll gehalten und die resultierende Struktur relativ stabil gegenüber Schlagbeanspruchungen ist.
Es ist auch wünschenswert, ein Bohrwerkzeug des beschriebenen Typs zu schaffen, bei dem die Schneidelemente in der Weise angeordnet sind, daß eine große und exponierte Schneidfläche entsteht, die sich in einem merklichen Abstand über das angrenzende Matrixmaterial, aus welchem der Meißelkörper gebildet ist, erstreckt und bei dem geeignete Maßnahmen zur Abstützung des Schneidwerkzeugs getroffen sind, um Schäden durch Vibration oder Stoß zu vermeiden.
Durch die Erfindung wird ein verbessertes Bohrwerkzeug insbesondere für Öl- und Gasbohrungen u. dgl. geschaffen, das eine maximale Erhebung der Schneidelemente verwirklicht, die, wie beschrieben, vorzugsweise temperaturstabile PCD Elemente sind, wie beschrieben, und die während der Bildung des Matrixkörpers im Matrixkörper lokalisiert und fixiert werden.
Der Meißel für Erdbohrungen kann ein Bergbaumeißel oder irgendein anderer Meißel sein, der z. B. für Bohrungen von Öl oder Gas eingesetzt wird, und er umfaßt einen Matrixkörperteil, der einen gekrümmten Oberflächenbereich aufweist, welcher einen Kalibrierbereich, eine Schulter, eine Flanke, eine Nase und einen Scheitel hat, wobei die gekrümmte Oberfläche die Schneidoberfläche des Meißels bildet. Oberhalb der Schulter ist der übliche Kalibrierbereich. Das Matrixkörperteil kann eher als relativ dünne Oberflächenschicht auf einer geeigneten Abstützung ausgebildet sein, wie das in der Technik bekannt ist, denn als dickerer Matrixkörper, wie er gut bekannt ist und auch häufig bei Meißeln von dem Typ, auf den sich die vorliegende Erfindung bezieht, verwendet wird.
Die Schneidoberfläche des Meißels enthält eine Vielzahl von Kanälen, die in Abständen angeordnete Stützkissenelemente zwischen benachbarten Kanälen ausbilden.
In jedem Stützkissen ist, wie beschrieben, eine Vielzahl von in Abständen angeordneten synthetischen PCD Elementen eingefügt, die in den Matrixkörper während der Bildung des Körpers angebracht werden. Die Schneidelemente weisen eine vorbestimmte geometrische Form auf und sind bis mindestens 1200ºC temperaturstabil. Da die PCD Elemente, wie oben beschrieben, temperaturstabil sind, werden somit während des Bohrvorgangs relativ hohe, lokale Hitzeherde erzeugt, die mögliche thermische Beeinträchtigungen der Schneidelemente zur Folge haben, vor allem in härteren Formationen. Die erfindungsgemäße ausgedehnte Exposition der Oberflächen der Schneidelemente erlaubt der Bohrflüssigkeit einen Kontakt in einen wesentlichen Bereich der exponierten Oberfläche und somit eine effizientere Kühlung der Schneidelemente während des Einsatzes. Dies hat praktische Bedeutung, da die Wärmeleitfähigkeit durch das PCD 3 bis 5 mal größer ist als die Wärmeleitfähigkeit durch das Matrixkörpermaterial. Da einige der Ausführungen nach bisheriger Technik einen ausreichenden Flüssigkeitsstrom über die Matrixkörperkomponenten des Meißels aufweisen, bietet dementsprechend die vergleichsweise niedrige Wärmeleitfähigkeit des Matrixkörpermaterials keine gute Wärmeabsenkung zur Wärmeverteilung im Vergleich zu einem direkten Kontakt mit dem PCD selbst . .
Die Schneidelemente, deren Geometrie im folgenden beschrieben wird, umfassen eine Vorderfläche mit einem vorbestimmten Oberflächenbereich und einer Längsachse, die im allgemeinen parallel zur Rotationsachse des Meißels angeordnet ist. Die Schneidelemente enthalten Bereiche, die sowohl an die Vorderfläche und im allgemeinen an deren Seitenfläche angrenzen, sowie einen rückseitigen Bereich. Ein kleinerer Bereich der Schneidelemente ist in der Matrix des Stützkissens enthalten, wobei ein wesentlicher Bereich des Schneidelementes über der Oberfläche des Stützkissens exponiert ist. Daher sind die Schneidelemente derart im Matrixmaterial des Stützkissens angeordnet, daß sich die Vorderfläche oberhalb des Stützkissens erstreckt, um die Schneidfläche auszubilden, während die an das Schneidelement angrenzenden Bereiche in der Weise angeordnet sind, daß der eine an das Stützkissen anschließt und der andere im Abstand zum Stützkissen angeordnet ist, wobei die benachbarten Schneidwerkzeuge längs der Nase und der Flanke in der Weise voneinander im Abstand angeordnet sind, daß sich nur eine geringere Strömung in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Schneidwerkzeugen auf jedem Stützkissen ausbilden kann. Durch Positionierung der Schneidelemente in der beschriebenen Weise, haben die diejenigen Elemente, die in der Flanke und Schulter angeordnet sind, eine exponierte Schneidfläche, deren Oberflächenbereich größer ist als eine überwiegender Teil des vorbestimmten Oberflächenbereichs von deren Vorderfläche. Auf diese Weise wird eine große vordere Schneidfläche zum Schneiden geschaffen und diese kann effektiv gekühlt werden. Die seitlichen Bereiche der Schneidwerkzeuge sind ebenfalls exponiert, wobei der im Abstand zum Stützkissen angeordnete seitliche Bereich im wesentlichen gänzlich exponiert ist und eine größere Oberfläche aufweist als der am Stützkissen angrenzende Bereich, der ebenfalls teilweise exponiert ist, wobei Bohrflüssigkeit zwischen benachbarten Schneidwerkzeugen strömt, wie das bereits erwähnt wurde. Die Schneidwerkzeuge können mit einem Neigungswinkel von 5 bis 20 Grad und einen Kippwinkel zwischen 0 und 5 Grad zur vertikalen Achse angeordnet sein, in Abhängigkeit von der Geometrie der Schneidwerkzeuge und der Anordnung auf dem Meißel. In einigen Fällen, speziell für Bohrungen in harten Gesteinsformationen, kann der Kippwinkel 90 Grad zur Meißeloberfläche betragen.
Unabhängig von der Anordnung des Schneidelements sind mehr als 0,5 mm des Schneidelements oberhalb der Matrix des Stützkissens exponiert, und der rückwärtige Bereich des Schneidelements wird durch Matrixmaterial abgestützt.
In einer bevorzugten Form enthält der Bohrmeißel nach der Erfindung wie beschrieben Schneidelemente, deren seitliche Exposition ziemlich einzigartig ist. So haben z. B. alle Schneidwerkzeuge ungeachtet der Position auf der Schneidfläche zumindest die gleiche minimale seitliche Exposition, welche größer als 0,5 mm ist. In einigen Fällen ist die seitliche Exposition jener Seite des Schneidwerkzeuges, die vom Stützkissen wegweist, etwas größer als die andere Seite desselben Schneidwerkzeugs, und zwar in Abhängigkeit von dem Ort des Schneidwerkzeus auf der Meißelfläche. Die seitliche Exposition der Schneidwerkzeuge auf der Nase ist dieselbe wie die seitliche Exposition von einer Seite der Schneidwerkzeuge, die längs der Schulter und der Flanke angebracht sind, jedoch beträgt in beiden Fällen die Expositon mehr als 0,5 mm oberhalb der Oberfläche des zugeordneten Stützkissens. Aber auch mit einer etwas geringeren Exposition ergibt sich eine ausreichende direkte Kühlung aufgrund der radialen Richtung der Strömung, d. h. der Anteil der Flüssigkeitsströmung über die Schneidwerkzeuge längs der Nase ist pro Schneidwerkzeug größer als längs der Flanke und Schulter. Gleichwohl ist der Anteil an dem gesamten exponierten Oberflächenbereich pro Schneidwerkzeug, einschließlich der seitlichen Oberflächen, größer auf der Flanke und der Schulter als auf der Nase, wie dies im folgenden noch detaillierter erläutert werden wird.
Insgesamt weist der Meißel eine stufenförmige Ausbildung mit Flügeln oder Stützkissen auf, und die Schneidwerkzeuge sind derart in einem redundanten Muster auf der Meißelfläche angeordnet, daß der Boden des Bohrloches von einem oder vorzugsweise von mindestens vier Schneidwerkzeugen überlaufen wird. In einem solchen Fall ist die Schneidwirkung der Schneidelemente die eines Stemmeisens mit einer Abscherwirkung beim Schneiden und mit einer gewissen Kerbwirkung mit dem Ergebnis, daß das Drehmoment etwas geringer ist als bei herkömmlichen Meißeln in bestimmten Formationen. Der Meißel gemäß vorliegender Erfindung ist bestimmt für den Gebrauch in Schiefertonformationen mit harten Adern und in Sandstein oder Kalkstein mit Schiefertonabschnitten.
Ein weiterer Aspekt dieser Erfindung ist die Art der Schneidwirkung, bei welcher der Bereich der Formation, der zwischen einem vorlaufenden und einem nachlaufenden Schneidwerkzeug liegt, von Einschließungsbelastungen entlastet wird, da beim Passieren der Schneidwerkzeuge die Einschließungsbelastung teilweise vermindert wird und die Formation zum Brechen tendiert, obgleich sie keinen direkten Kontakt mit einer Schneidoberfläche hat.
Aufgrund des relativen großen Oberflächenbereichs der Schneidfläche eignet sich der Meißel nach der vorliegenden Erfindung gut für weiche Formationen im Vergleich zu einigen der vorhergehend diskutierten Meißel. Insbesondere neigt Schieferton dazu, sich weniger zusammenzuballen, wenn er mit dem Meißel nach dieser Erfindung geschnitten wird, und der vorliegende Meißel schneidet sowohl gut in weichen bis harten Sandsteinformationen als auch in etwas härteren Gesteinen.
Ein anderer Aspekt dieser Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Anbringung für jedes der Schneidwerkzeuge, wodurch die Möglichkeit für Schneidwerkzeugschäden aufgrund von Stoßbelastungen reduziert ist. Vom Standpunkt der Schneiddynamik ist es wünschenswert, eine scharf exponierte und spitze Schneidkante zu haben. Allerdings neigt solch eine Anordnung zu Stoßschäden aufgrund hoher einheitlicher Stoßkräfte. Um die Tendenz zu Beschädigungen aufgrund von Stoßkräften zu reduzieren, ist die Abstützung der Schneidwerkzeug-Matrix so konstruiert, daß eine flache obere Oberfläche entsteht, d. h., die Länge der Oberfläche, die der Formation zugewandt ist, ist geringer als die Länge der abstützenden Matrix auf der Rückseite der rückseitigen Oberfläche des Schneidwerkzeugs. Die flache oder planare obere Oberfläche der Gesamtheit der Schneidwerkzeug-Matrix kann durch den Einsatz eines Schneidwerkzeugs erreicht werden, welches eine breite obere exponierte Oberfläche hat, sowie ein aufgeschlitzter Zylinder, oder durch den Einsatz eines dreieckigen Elements, das derart gesetzt ist, daß eine kurze nachlaufende Abstützung gegeben ist, welche ein kurzes Stützkissen auf der Rückseite der Schneidfläche ausbildet. Auf diese Weise wird eine große Auflagefläche vermieden, da diese dazu tendiert, das Schneidwerkzeug beim Schneiden in die Formation zu behindern, jedoch wird eine ausreichende obere Oberfläche geschaffen, um die Belastungen durch Stöße über einen größeren Oberflächenbereich zu verteilen, während eine ausreichende Abstützung für die Rückseite des Schneidwerkzeugs gewährleistet ist, um Vibrationen zu verhindern und eine hintere Abstützung während des Schneidens zu sichern.
Die vorliegende Erfindung besitzt viele weitere Vorteile und erfüllt weitere Aufgaben, die durch eine Betrachtung verschiedener Formen, die sie verkörpern kann, verdeutlicht werden. Solche Formen sind in der beigefügten Zeichnung dargestellt, die Teil der vorliegenden Beschreibung bildet. Die im Detail beschriebenen Formen dienen der Erläuterung der allgemeinen Grundzüge der vorliegenden Erfindung, jedoch ist die detaillierte Beschreibung nicht in einschränkendem Sinne auf zufassen.
In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Form der Anbringung eines PCD Schneidelements gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Anbringung nach Fig. 1 mit Blickrichtung auf die stirnseitige Schneidfläche des PCD;
Fig. 3 eine Darstellung teilweise als Schnitt und teilweise als Ansicht nach der Linie 3-3 in Fig. 1;
Fig. 4 eine Darstellung teilweise als Schnitt und teilweise als Aufriß nach der Linie 4-4 in Fig. 3;
Fig. 5 eine Ansicht teilweise als Schnitt und teilweise als Aufriß nach der Linie 5-5 in Fig. 3;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer anderen Form der Anbringung für ein PCD gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht der Anbringung gemäß Fig. 6 mit Blickrichtung auf die Stirnseite der Schneidfläche;
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht der Anbringung eines halbzylinderförmigen PCD Schneidelements gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht der Anbringung gemäß Fig. 8 mit Blickrichtung auf die Stirnseite der Schneidfläche;
Fig. 10 eine schematische Darstellung eines Bereichs der Gußform, wie sie für die Fertigung eines Meißels gemäß vor liegender Erfindung benutzt werden kann, zur Illustrierung der Position eines rechteckigen PCD-Elements;
Fig. 11 eine Darstellung ähnlich Fig. 10, jedoch zur Illustration der Position eines halbzylindrischen PCD Elements;
Fig. 12 eine schematische Darstellung eines Bohrmeißels gemäß der vorliegenden Erfindung, zur Veranschaulichung der allgemeinen Orientierung der Schneidelemente;
Fig. 13 eine abgebrochene und etwas vergrößerte perspektivische Ansicht eines Bereichs des Meißels aus Fig. 12 zur Veranschaulichung der Anbringung der PCD Elemente gemäß der Erfindung;
Fig. 13a eine Ansicht ähnlich Fig. 13 zur Veranschaulichung einer modifizierten Form der Anbringung der PCD Elemente.
Der Bohrmeißel nach dieser Erfindung eignet sich besser als herkömmliche Bohrmeißel für die erwähnten Formationen, vor allem für Formationen aus gemischtem Schieferton und Sandstein, Kalkstein und für solche, die Bereiche mit harten und abrasiven Adern, vorwiegend Abschnitte aus Sandstein, oder gemischtem Mischungen aus Schiefer und Sandstein, aufweisen. Der Bohrmeißel nach dieser Erfindung ist nicht so wirkungsvoll in weichen, pappigen Formationen. Bezugnehmend auf die Zeichnungen, die bevorzugte Formen der vorliegenden Erfindung erläutern, illustrieren die Fig. 1-5 eine Form der Anbringung eines PCD Schneidelementes 10 (und 11) in einer Matrixkörperabstützung, die allgemein mit 12 bezeichnet ist. Die Matrixabstützung ist Teil des Matrixkörpers 14, wobei sowohl der Körper als auch die Abstützung durch die bereits erwähnten Verfahren, Infiltrations- oder Diffusionsbindung od. dgl., gebildet werden. Die Matrix ist vorzugsweise eine Wolframkarbidart zwecks Widerstand gegen Erosion und Abrieb. Das PCD ist direkt in der Matrix angebracht, und zwar während der Matrixbildung, und ist vorzugsweise wie bereits beschrieben ein temperaturstabiles PCD.
In der in Fig. 1 illustrierten Form hat das PCD Element 10 eine dreieckige Gestalt, und es kann die im vorhergehenden beschriebenen Dimensionen und die bereits vermerkten Abmessungen haben. Andere geometrische Ausbildungen können genutzt werden, wie dies im folgenden beschrieben wird. Wie dargestellt, ist ein kleinerer Teil 15 des PCD, gezeigt in gestrichelter Form, unter der Oberfläche 16 des Matrixkörpers angeordnet, während sich der größere Teil der Schneideleinente über der Oberfläche erhebt. Wie gezeigt, umfaßt das PCD 10 eine Vorderfläche 10a, seitliche Bereiche, die an die Vorderfläche in Form von Seitenflächen 10b angrenzen, und einen rückseitigen Bereich 10c, wobei 10d die Spitze des PCD anzeigt. In dieser und in den anderen zu beschreibenden Formen hat die Vorderfläche 10a des Schneidelements einen vorbestimmten Oberflächenbereich, der aus den bereits angegebenen, erläuternden Abmessungen berechenbar ist, und eine Längsachse 17. Es ist aus den Zeichnungen, die nicht sehr exakt skaliert sind ersichtlich, daß der überwiegende Teil der Oberflächen der Vorderseite 10a, welcher die Schneidfläche bildet, oberhalb der Matrixkörperoberfläche 16 liegt, d. h., die Exposition des PCD über die umgebende Körpermatrix ist viel größer als 0,5 mm, wie dies im Detail später erklärt werden wird.
Auf der Rückseite des rückseitigen Teils 10c des Schneidelements 10 befindet sich eine Matrixabstützung 20, die von der Spitze 21 eines oberen Stützenteils zur Rückseite, hin schräg abfällt und in den Matrixkörper 14 übergeht. Die Matrixabstützung 20 dient zur Schaffung einer Abstützung des Schneidwerkzeugs bezüglich einer Vorderflächenbelastung während des Schneidbetriebs. Da die Schneidwerkzeuge eine derart große exponierte Schneidfläche haben, sind die Belastungen von der Vorderseite zur Rückseite der Schneidelemente bedeutsam. Zwischen dein oberen Ende 10d des Schneidelements 10 und der schrägen rückwärtigen Oberfläche 22 der Abstützung ist ein oberer Stützelementteil 25 vorgesehen, der wieder aus Matrixmaterial besteht und als ein kurzes Stützkissen zum Absorbieren axialer Stoß- und Schlagbelastungen dient, und es vermeidet, daß solche Belastungen direkt von der oberen Oberfläche 10d des PCD Elementes 10 absorbiert werden. Dieses Stützkissen, obgleich relativ schmal - gemessen von der Vorderfläche des Schneidelements - erstreckt sich über die volle Breite des Schneidelements und ist ausreichend, um dem Schneidwerkzeug 10 einen bestehenden Widerstand im Vergleich zur gleichen Struktur ohne das Stützkissen 25 gegenüber axialer Belastungen zu verleihen. Um die Zurückhaltung des PCD 10 in der Matrixabstützung zu unterstützen, enthält der Matrixkörper 14 einen vorderen Bereich 27 dar, im wesentlichen auf gleicher Ebene wie die Oberfläche 16 liegt und die vordere Ecke 27a der Vorderfläche 10a des Schneidwerkzeugs 10 festlegt. Vorzugsweise wird nicht-mehr als ein Drittel der Vorderfläche 10a des PCD unter der Oberfläche des Matrixmaterials angeordnet.
Gemäß Fig. 1-5 sind die PCD Schneidwerkzeuge 10 und 11, und viele andere PCD Schneidwerkzeuge, die den Bohrmeißel aufbauen, auf Körperstützkissen 30 angebracht, die zwischen benachbarten und in Abständen angeordneten Kanälen 32 angeordnet sind, durch welche eine Flüssigkeit zum Kühlen der Schneidfläche 10a und zum Entfernen von Bohrklein fließt. Der Kanal weist eine seitliche Wandung 33 auf, welche das Stützkissen des Körpers bei 35 schneidet. Die PCD Schneidelemente sind zum Schnittpunkt benachbart angeordnet, aber rückseitig davon durch eine Distanz getrennt, die durch die umfangsseitige Abmessung des vorderen Bereiches 27, d. h. die Abmessung von dem Berührungspunkt 35 bis zur Vorderfläche 10a des Schneidwerkzeugs in dem Bereich, wo das Schneidwerkzeug das Stützkissen 30 des Körpers schneidet, gegeben ist. Dies ist ersichtlich bei dem Schneidwerkzeug 11, das in Perspektive gezeigt ist, das bezüglich des Schneidwerkzeugs 10 versetzt ist, wobei letzteres im Schnitt dargestellt ist. In einer bevorzugten Ausbildung ist die rückseitige Oberfläche oder Wandung 22 der Matrixabstützung 12 wie gezeigt schräg ausgebildet und schneidet die seitliche Wandung des Kanals.
Um die Schneidwirkung der Schneidwerkzeuge 10-11 und der anderen Schneidwerkzeuge zu verbessern, sind sie in der Abstützung 12 mit einem kleinen Neigungswinkel rückwärts geneigt angebracht, der weniger als 25 Grad beträgt, zweckmäßig im Bereich von 5 Grad bis 20 Grad liegt und bevorzugt 15 Grad hat, wie das in Fig. 3 zu sehen ist.
Wie bereits erwähnt ist ein wesentlicher Bereich der Vorderfläche 10a von jedem Schneidwerkzeug oberhalb der Oberfläche 16 des Stützkissenkörpers, in dem es enthalten ist exponiert, wie das in Fig. 4 zu sehen ist, und es ist ein wesentlicher Bereich der Vorderfläche, der sich oberhalb dieser Oberfläche erstreckt. Ferner ist ein geringerer Teil 15 des Schneidwerkzeuges in dem Körperstützkissen untergebracht. In dem Fall der dreieckigen Schneidelemente ist die rechteckige Fläche die Schneidfläche, und das Setzen kann als tangentiales Setzen bezeichnet werden. Es wurde festgestellt, daß ein tangentiales Setzen und die relativ große Exposition der Vorderfläche eine gute Leistung in weicheren Formationen erbringt. Daher erstreckt sich wie in Fig. 4 zu sehen unter der Annahme eines PCD Schneidwerkzeugs mit einem Drittel Karat und rechteckförmiger Fläche von 4 mm · 2,6 mm die exponierte Vorderfläche 10a des Schneidwerkzeugs um mehr als 0,5 mm über die Oberfläche 16 und kann sich im Bereich zwischen ungefähr 2,0 min und 2,5 mm über die Ebene des vorderen Bereiches 27 erheben, so daß mehr als 50% der Vorderfläche exponiert ist. Der exponierte Oberflächenbereich beträgt zwischen 5,25 mm² und 6,6 mm². In dem Fall eines PCD Elements von 1 Karat kann die Exposition über der Ebene des vorderen Bereiches 27 zwischen 3,3 mm und 4,5 mm und der exponierte Oberflächenbereich zwischen 12,21 mm² und 16,65 mm² betragen. Wiederum sind mehr als 50% der Vorderfläche exponiert. Diese relativ großen exponierten Vorderflächen schaffen, zusätzlich zur Schaffung einer großen Schneidfläche auch einen großen Oberflächenbereich, der durch die Flüssigkeit gekühlt werden kann. Es ist außerdem aus den Fig. 4 und 5 klar, daß die seitlichen Bereiche 10b des PCD Schneidwerkzeugs gänzlich exponiert sind. Der Vorteil einer vollen seitlichen Exposition und einer Exposition eines großen Vorderflächenbereichs ist, daß dort eine bessere vollständige Kühlung der PCD Schneidwerkzeuge erreicht werden kann, die dazu tendieren, lokalisierte hohe Hitzeherde in den Schneidregionen der PCD Schneidelemente zu entwickeln. Im allgemeinen ist es weitaus besser, die Schneidwerkzeuge direkt zu kühlen, als das Schneidwerkzeug durch Kühlung der Matrix zu kühlen, in denen sie gestützt sind, weil insbesondere das Matrixmaterial kein guter Leiter für Wärme im Vergleich zu dem PCD ist. Die Wärmeleitfähigkeit des PCD kann in Abhängigkeit von der Matrixzusammensetzung mehr als 3 bis 5 mal größer als die der Matrix sein. Die Bohrmeißel der vorliegenden Erfindung sind aggressivere Bohrmeißel, da sie mehr Gestein schneller und mit weniger Energie als die herkömmlichen bisher diskutierten Bohrmeißel schneiden können. Es ist auch richtig, daß die Bohrmeißel nach der vorliegenden Erfindung fähig sind, einer höheren Punktbelastung pro Schneidwerkzeug standzuhalten, als dies in herkömmlichen Aufbauten der Fall war. Eine höhere Punktbelastung bedeutet in der Tat eine bessere Bohrleistung, da eine wirksame Kühlung dazu neigt, die Lebensdauer des Schneidwerkzeugs zu verlängern.
Fig. 4 zeigt auch, daß die obere Vorderfläche 34 des Schneidwerkzeuges in der bevorzugten Form frei von Matrixmaterial ist, so daß dort kein "Einlauf" für ein Wirksamwerden der Schneidoberfläche erforderlich ist, um die Formation beim anfänglichen Start des Gebrauchs des Bohrmeißels zu erfassen. In der Tat kann der Meißel in das Bohrloch abgesenkt werden und mit dem Schneiden beginnen, sobald die Schneidwerkzeuge in Kontakt mit der gegenüberliegenden Oberfläche der Formation kommen, ohne daß die Notwendigkeit besteht, das Matrixmaterial wegzuschaben, um die Schneidoberfläche freizulegen. Dies ist ersichtlich aus Fig. 4, welche eine Ansicht darstellt, die jemand sehen würde, wenn es möglich wäre, direkt auf die Vorderfläche eines Schneidwerkzeugs während des Bohrens zu schauen.
Aus der in Fig. 5 gezeigten Darstellung ist ersichtlich, daß sich der Abstützkörper für das Schneidwerkzeug vorzugsweise vom Schnittpunkt 35 eines Körperstützkissens mit der Kanalwandung 33 zum Schnittpunkt 35a eines angrenzenden Stützkissens des Körpers mit einer Kanalwandung des angrenzenden Kanals erstreckt. Es ist selbstverständlich, daß die PCD Schneidelemente auf eine Oberfläche des Meißels angebracht sind, welche gekrümmt sein kann, wie im folgenden beschrieben wird.
In der Form der Anbringung des PCD Schneidelements gemäß den Fig. 6 und 7, in welchen die gleichen Bezugszahlen für die gleichen im vorhergehenden bereits erläuterten Elemente verwendet wurden, weist ein Vorstützkissen 40, welches die Beibehaltung des PCD unterstützt, eine flache frontale Fläche 43 auf, die längs des Schnittpunktes 35 der Kanalwandung 33 und der Oberfläche 16 gelegen ist und die sich entlang der vollen Breite der vorderen Fläche 10a des PCD erstreckt. Das Vorstützkissen 40 kann dort genutzt werden, wo stärker abrasive Formationen in Betracht kommen, um zu sichern, daß die vordere Abstützung nicht während des Bohrens abgerieben wird.
Die Fig. 8 und 9 erläutern den Einsatz eines thermisch stabilen PCD Elements vom bereits im vorhergehenden beschriebenen Typ in der Form eines Halbzylinders 50. In diesem speziellen Beispiel enthält das Schneidelement eine eher breite obere Oberfläche 52 und ist daher besser geeignet, der hohen axialen Beanspruchung zu widerstehen, da die Punktbelastungen über einen größeren Oberflächenbereich verteilt sind als bei einem dreieckigen Schneidelement. Nichts destoweniger wird wie gezeigt der Einsatz eines oberen Oberflächenstützkissens 25a bevorzugt, welches sich über die volle Breite der Schneidfläche erstreckt. Der Vorteil dieses Schneidelementtyps ist, daß ein größerer Betrag der Tiefe des PCD an der Spitze des Schneidelements ist. Wiederum weist das PCD Schneidelement eine Längsachse 54 und eine relativ große Oberfläche als Vorderfläche 55 auf. Der rückseitige Bereich 57 ist zylinderförmig und die exponierte Seitenfläche 55a hat eine relativ schmale Abmessung aufgrund der Krümmung.
Wiederum ist dort ein Vorstützkissen 40a vorhandene welches auch von dem Typ sein kann, wie er in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist. Die Matrixabstützung,wie beschrieben, ist abgeschrägt, wobei das Schneidwerkzeug 50 und die Matrixabstützung in Bezug auf die Kanäle 32 wie bereits beschrieben positioniert sind. Wie bereits bemerkt kann das halbzylinderförmige Schneidwerkzeug verschiedene Formen aufweisen. In jedem Fall ist jedoch der Betrag der Vorderflächenexposition über der Matrix, die an das Schneidwerkzeug angrenzt, größer als der Bereich, welcher von der Matrix aufgenommen ist. Wie gezeigt ist nur ein kleiner Bereich 58 innerhalb des Stützkissens des Matrixkörpers 14 aufgenommen und unter dessen Oberfläche 16, so daß sich das Schneidwerkzeug mehr als 0,5 mm oberhalb der Oberfläche des Stützkissens des Körpers erstreckt.
Die Halbzylinder können durch Schneiden von zylindrischen Elementen in der Mitte entlang ihrer Achse gebildet werden. Ein 4 mm · 6 mm Zylinder liefert zwei PCD Elemente, die eine flache vordere Schneidfläche aufweisen, die 4 mm · 6 min groß ist, und ein 6 mm · 8 mm großer Zylinder liefert zwei Halbzylinder mit einer flachen vorderen Schneidfläche der Abmessung von 6 mm · 8 mm. Andere Größen können benutzt werden, aber in jedem Fall ist der Halbzylinder so angebracht, daß mehr als 50% oberhalb der Körperstützkissenoberfläche exponiert ist. In einigen Beispielen hat ein Ende des Zylinders die Form eines Kegels. In diesem Fall kann der Punkt des Kegels in die Matrix eingebettet sein oder er kann die obere Oberfläche bilden. Es wird bevorzugt, die flache Endfläche als obere exponierte Schneidfläche zu benutzen. Mit dieser Geometrie des Schneidwerkzeugs konnte der Kippwinkel eliminiert werden, falls dieser erwünscht ist. Bevorzugterweise ist dort ein rückseitiger Neigungswinkel mit dem gezeigten Betrag.
Um das Verständnis der Technik zu erleichtern, in welcher das PCD angebracht ist, wird auf Fig. 10 Bezug genommen, die schematisch einen Bereich 60 der Gußform, die zum Formen des Meißels benutzt wird, illustriert. Für Erklärungszwecke wird auf ein PCD von 1 Karat mit den bereits im vorhergehenden beschriebenen Abmessungen Bezug genommen. Die Gußform enthält eine Vertiefung 62, die eine schräge Wandung 63 hat, die der schrägen Wandung 22 der rückseitigen Abstützung entspricht. Der Winkel der Wandung 63, der mit 64 bezeichnet ist, beträgt 31 Grad, obgleich auch Winkel zwischen 15 und 40 Grad verwendet werden können. Dieser Winkel wird zwischen der Wandung 63 und der Oberfläche 65 gemessen, wobei die Lage der letzteren der Oberflächenhöhe der Oberfläche 16 entspricht. Die Wandung 68 ist z. B. mit einem Betrag von 15 Grad angewinkelt, wie das bei 69 angezeigt ist, und repräsentiert den Neigungswinkel der Vorderfläche 10a des Schneidwerkzeugs. Die Winkel 64 und 69 können andere sein als diejenigen, die für Illustrationszwecke gezeigt sind. Die Gußform enthält auch eine untere flache Oberfläche 70, die die obere Stützkissenfläche 25 ausbildet. Aus Fig. 10 ist ersichtlich, daß ein wesentlicher Bereich des PCD oberhalb der Oberfläche 16 liegt, der Bereich oberhalb dieser Oberfläche kann durch den Bereich des PCD 10 repräsentiert werden, der unter der Oberfläche 65 der Gußform gelegen ist. In der gezeigten Form beträgt die Abmessung bei 71 etwa 3,81 mm, und die Exposition der Vorderfläche ist somit ein wenig größer als diese Abmessung. Bei der Herstellung wird die Gußform in der Weise mit Matrixpulver gefüllt, daß sowohl die Vertiefung 62 als auch der Bereich oberhalb der Oberfläche 65 gefüllt ist, und anschließend bearbeitet mit dem Ergebnis, daß das fertiggestellte Produkt so ist wie in den Fig. 1 und 2 erläutert.
Der in Fig. 11 erläuterte Gußformenbereich 75 wird verwendet, um die Anbringung des PCD zu erzeugen, wie sie in den Fig. 8 und 9 illustriert ist. Wiederum enthält die Gußform eine Vertiefung 76, die Bodenwandungsbereiche 77 und 78 aufweist. Der Bodenwandungsbereich 77 bildet die obere Oberfläche des Stützkissens 25a aus und ist wie bei 81 angedeutet mit 15 Grad angewinkelt, während der Wandungsbereich 78 die hintere Oberfläche 22 ausbildet und mit 30 Grad angewinkelt ist, wie dies bei 82 angedeutet ist. Die Abmessung des Wandungsbereiches 77 beträgt 4,42 mm, unter der Annahme eines Halbzylinders, dessen Radius 3 min beträgt. Die axiale Länge des Halbzylinders ist 6 mm, wodurch eine Vorderflächenexposition geschaffen ist, die etwas größer als 3,125 mm ist. Die Oberfläche 85 der Gußform ist um etwa 15 Grad geneigt zur Schaffung einer hinteren Neigungswinkels, und die frontale flache Fläche des Halbzylinders liegt an der Oberfläche 85 an. Nach der Herstellung entspricht die daraus resultierende Anbringung der nach Fig. 8 und 9.
Fig. 12 erläutert in etwas schematischer Darstellung die Lage der Schneidelemente und den relativen Kippwinkel und die generelle Orientierung der Schneidelemente in Bezug auf die Zentralachse des Meißels. So ist eine Vielzahl von Schneidelementen gezeigt, die auf dem Kegel angeordnet sind und allgemein mit 90 bezeichnet sind; die Nase ist allgemein mit 92 bezeichnet, die Flanke allgemein mit 95 und die Schulter allgemein mit 97. Der Kalibrierbereich 99 ist vertikal über der Schulter 97 gelegen. Wie aus dieser Darstellung zu ersehen ist, sind die Schneidwerkzeuge in der Weise angeordnet, daß ihre Längsachsen eine Hauptausrichtung entsprechend der Rotationsachse 100 des Meißels aufweisen. Einige der Schneidwerkzeuge weisen einen Kippwinkel auf, z. B. haben die Schneidwerkzeuge 102a neben der Schulter 97 und die Schneidwerkzeuge 102b von der Flanke 95 und längs der Flanke alle einen Kippwinkel von etwa 5 Grad. Die Schneidwerkzeuge 102c in dem Bereich zwischen der Flanke und der Nase haben einen Kippwinkel von etwa 3 Grad, während diejenigen 102d an der Nase keinen Kippwinkel haben. Im Übergang von der Nase zum Kegel haben die Schneidwerkzeuge 102e einen negativen Kippwinkel von 3 Grad, während diejenigen 102f am Kegel einen negativen Kippwinkel von 5 Grad aufweisen. Die verschiedenen Kippwinkel der Schneidwerkzeuge von 5 Grad bis zu minus 5 Grad, die in verschiedenen Bereichen des Meißels angeordnet sind, werden benutzt, uni einen glatten Übergang über der Meißelfläche zu schaffen und die hohen seitlichen Belastungen zu reduzieren.
Es ist aus dieser Figur auch ersichtlich, daß die seitliche Exposition der Schneidwerkzeuge zumindest diejenige des Schneidwerkzeugs 102d ist, und zwar mit ansteigender Exposition einer Seite des Schneidwerkzeugs, wie das im folgenden beschrieben wird.
Wie weiter unten beschrieben werden wird, sind die Schneidwerkzeuge in einem redundanten Muster eingebaut, so daß zumindest zwei oder mehr Schneidwerkzeuge die Formation über laufen. In der Darstellung gemäß Fig. 12 hat eine zweite Serie von Schneidwerkzeugen 103a, 103b, 103c, 103d, 103e und 103f einen Kippwinkel, wie er für die Serien 102 der Schneidwerkzeuge beschrieben wurde. Es ist noch zu erwähnen, daß die seitliche Exposition einiger der Schneidwerkzeuge variiert, in Abhängigkeit von der Lage- des Schneidwerkzeugs. Daher beinhalten in jedem Fall die Schneidwerkzeuge 102a, 102b und 102c eine Seitenfläche 105, deren Exposition, axial von der Matrixoberfläche 106 gemessen, kleiner als die gegenüberliegende Seitenfläche 107 ist, d. h. die radial nach außen gerichtete Fläche hat eine größere Exposition als die Fläche des entsprechenden Schneidwerkzeugs, das an den Matrixkörper 106 angrenzt. Das gleiche gilt für die entsprechenden Reihen 103 von Schneidwerkzeugen. Die Seitenflächen der Schneidwerkzeuge 102d und diejenigen der Schneidwerkzeuge 103d haben im wesentlichen die gleiche Seitenflächenexposition bei jedem Schneidwerkzeug. Im Fall der Schneidwerkzeuge 102e und 102f und der entsprechenden Schneidwerkzeuge 103 ist die Situation derart umgekehrt, daß die radial nach innen weisende Fläche 114 eine größere Exposition als die radial nach außen gerichtete Fläche hat.
Wie aus Fig. 12 ersehen werden kann ist die allgemeine Gestaltung des Meißels die eines stufenförmigen Meißels, was eine Bedeutung bezüglich der Art der Schneidwirkung hat. Für die Schneidwerkzeuge längs der Schulter und der Flanke ist die radial nach außen gerichtete Region 120 die primäre Schneidregion. Für diese Schneidelemente im Kegel und im Übergang von der Nase zum Kegel ist die primäre Schneidregion die radial nach innen gerichtete Region 122. Die hauptsächliche Schneidwirkung ist in Übereinstimmung mit der Theorie die einer Kerbwirkung, wie in bezug auf die folgende Illustration verstanden werden kann. Der Bereich der Formation zwischen der Seitenfläche 107 des Schneidwerkzeugs 102b und vertikal über der Schneidregion 120 und dem Bereich der Formation entlang der oberen exponierten Oberfläche des Schneidwerkzeugs 103a ist zweckmäßigerweise nicht abgestützt. Somit wird nach Passieren der Paare von Schneidelementen die Formation zwischen zwei Schneidregionen entspannt. Wenn die nachlaufenden Schneidelemente die entspannte Formation berühren, ist es einfacher für die nachlaufenden Schneidelemente, in der entspannten Formation zu schneiden. Diese Art der Schneidaktion tendiert zu der Wirkung, daß der unabgestützte Bereich der Formation derart abbröckelt oder geschwächt wird, daß während der Passage der nachfolgenden Schneidelemente die Formation einfacher geschnitten werden kann. Diese Schneidtheorie steht in Übereinstimmung mit aktuellen Feldexperimenten, die demonstriert haben, daß je unregelmäßiger und schärfer das Schneidprofil ist, desto schneller die Schneidaktion abläuft. Überdies sollten unter der Annahme eines gleichförmigen Verschleißes der Schneidwerkzeuge diese solange betriebsfähig sein, bis die Schneidwerkzeuge bis zur Linie "A" der Fig. 12 abgeschliffen sind.
Bei der in Fig. 12 illustrierten Form beträgt der Flankenwinkel, wie er zwischen den Linien F und F1 gemessen wird, zwischen 35 und 50 Grad, während der Kegelwinkel zwischen 110 und 130 Grad liegt, wie das bei C angedeutet ist, das den halben Kegelwinkel zeigt.
Wie in Fig. 12 zu sehen beeinflussen der Flankenwinkel und Kippwinkel und die relative Position der Schneidflächen den Betrag der Änderung der seitlichen Exposition des PCD Schneidwerkzeuges von der Nase zumallgemeinen Kalibrierbereich.
Wie in Fig. 13 zu sehen ist (in welcher die gleichen Bezugszeichen benutzt werden, wo sie verwendbar sind) ist bei den Schneidwerkzeugen im Flankenbereich und in der Region von der Nase zur Flanke ein größerer Bereich der Seitenfläche 10b exponiert als in dem Fall der Seitenfläche 10d, wo ein geringerer Bereich der Vorderfläche 10a unterhalb des Matrixkörpers liegt. Wenn man zum Kalibrierbereich hin fortschreitet, so ist im wesentlichen die ganze Seitenfläche exponiert, wie das z. B. beim Schneidwerkzeug 106 in Fig. 12 ersichtlich ist. In dem Fall, daß die Schneidwerkzeuge auf der Nase angeordnet sind, ist die seitliche Exponierung auf jeder Seite im wesentlichen dieselbe und in ihrem Betrag im vorhergehenden spezifiziert worden. Dementsprechend hat zumindest eine Seite eines jeden Schneidwerkzeugs die gleiche Seitenflächen-Exposition, während die verbleibenden Seitenflächen der übrigen Schneidwerkzeuge entweder die gleiche Exposition oder eine größere Exposition aufweisen, wie das in Fig. 12 zu sehen ist.
Fig. 13 illustriert auch die Tatsache, daß das Vorstützkissen 40c und die rückseitige Abstützoberfläche 22 Bereiche 40d und 22a umfassen, die auf der gleichen Ebene wie das Stützkissen 30 des Körpers sind, während Bereiche 40e und 22b oberhalb des Stützkissenbereichs 30a des Körpers positioniert sind. In der Ansicht von Fig. 13 ist die Breite des Zahns im wesentlichen gleich der Breite des Stützkissens. Die in Fig. 13a illustrierte Form ist ähnlich der nach Fig. 13 mit der Ausnahme, daß die Breite des Stützkissens 30 größer ist als die Breite des Zahns, wobei der letztere eine gekrümmte rückwärtige Oberfläche 22d aufweist.
Der Meißel nach der Erfindung hat gute Leistungen in gemischten Formationen, wie Schieferton mit harten Adern und Sandstein oder Kalkstein mit Schieferbereichen. Der große Bereich der vorderen Schneidfläche agiert gewissermaßen beim Schneiden als Stemmeisen. Im allgemeinen wird bevorzugt, dreieckige PCD Elemente von einem Karat als Widerstand gegenüber Zusammenballungen bei Formationen vom Schiefertyp zu benutzen, obgleich jede andere vorbestimmte geometrische Gestalt benutzt werden kann. Obgleich auf Bohrmeißel Bezug genommen wurde, ist es selbstverständlich, daß in diesem Begriff auch Kernbohrer u. dgl. eingeschlossen sind.
In Crab-Orchard-Sandstein mit einer Punktbelastung von 50 Pfund pro Schneidwerkzeug und bei 150 U/min war der Schneidfortschritt besser als bei einigender herkömmlichen Meißel und betrug mehr als 24 Fuß pro Stunde. Sobald die Punktladung pro Schneidwerkzeug auf 75 Pfund anstieg, nahm der Schneidfortschritt in der gleichen Formation zu und stieg bei gleichen Umdrehungszahlen auf 38 Fuß pro Stunde.
Es wird auch ersichtlich, daß - obgleich diese Erfindung in erster Linie in Bezug auf Drehbohrmeißel beschrieben wurde - die vorliegende Erfindung auch für Kernbohrer u. dgl. benutzt werden kann.

Claims

1. Meißel zur Verwendung für Erdbohrungen, der um eine Achse drehbar ist und einen Meißelkörper (14) aufweist, der eine gekrümmte metallische Matrixoberfläche (16) und eine Mehrzahl von im Abstand angeordneten synthetischen, polycristallinen Diamant-Schneidelementen (10, 11, 50) aufweist, die direkt in der Matrix festgelegt sind, wobei

- jedes der Schneidelemente (10, 11, 50) eine vorbestimmte geometrische Form hat und bis zumindest etwa 1200ºC temperaturstabil ist,

- jedes der Schneidelemente (10, 11, 50) eine Frontfläche (10a, 11a, 55) mit einem vorbestimmten Flächeninhalt und Bereiche (10b, 11b, 55a) aufweist, die zur Frontfläche (10a, 11a, 55) benachbart sind,

- zumindest einige der Schneidelemente (10, 11, 50) einen kleineren Teil (15, 58) aufweisen, der im Matrixmaterial aufgenommen und so angeordnet ist, daß die Frontfläche (10a, 11a, 55) über die Oberfläche (16) des Matrixmaterials vorsteht, um eine exponierte Schneidfläche des Schneidelements (10, 11, 50) zu bilden,

- die exponierte Schneidfläche zumindest einiger der Schneidelemente (10, 11, 50) einen Flächeninhalt hat die größer ist als die Hälfte des vorbestimmten Flächeninhalts der Frontfläche (10a, 11a, 55),

- die Schneidelemente (10, 11, 50) einen Flächenbereich (10, 11c, 57) generell rückseitig zur Schneidfläche aufweisen,

- Matrixmaterial zumindest mit einem Teil des Flächenbereichs (10c, 11c, 57) auf der Rückseite der Schneidfläche in Kontakt steht, um eine rückseitige Matrixabstützung (20) zum Abstützen des Schneidelementes (10, 11, 50) zu bilden,

- die im Abstand zur Matrix gelegene exponierte Oberfläche des Seitenteils (10b, 11b, 55a) von zumindest einigen der Schneidelemente (10, 11, 50) größer ist als die eponierte Fläche des der Matrix benachbarten Teils des zugehörigen Schneidelements (10, 11, 50),

- und jedes der Mehrzahl Schneidelemente (10, 11, 50) im Abstand zu benachbarten Schneidelementen angeordnet ist, um einen freien hydraulischen Zugang zu im wesentlichen sämtlichen exponierten Oberflächen zu gewährleisten, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamant-Schneidelemente (10, 11, 50) in der Matrix während der Matrixbildung angebracht sind und eine flache, rechtwinklige Frontfläche (10a, 11a, 55) mit einer Längsachse (17, 54), die generell parallel zur Drehachse des Meißels verläuft, sowie eine Oberkante (10d, 52) aufweisen, die sich rechtwinklig zur Längsachse (17, 54) und parallel zur ebenen, rechtwinkligen Frontfläche (10a, 11a, 55) erstreckt, die rückseitige Matrixabstützung (20) sich zumindest bis zur Höhe der Oberkante (10d, 52) erstreckt und ein flaches oberes Stützkissen (25, 25a) aus metallischer Matrix darbietet, das sich über die volle Breite der Oberkante (10d) und senkrecht zur Längsachse (17, 54) erstreckt und Schlag- und Stoßbelastungen aufnimmt, die auf die Schneidelemente (10, 11, 50) in einer im wesentlichen parallel zur Meißelachse verlaufenden Richtung einwirken.

2. Meißel nach Anspruch 1, ist einem nachlaufenden, abwärts geneigten Stützteil (22) an der Rückseite des flachen Stützkissens (25, 25a).

3. Meißel nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die polycristallinen Diamant-Schneidelemente von dreieckigen prismatischen Diamantelementen (10, 11) gebildet sind, die zwei einander abgewandte dreieckige Seiten (10b) und drei rechtwinklige Seiten aufweisen, wobei die Frontfläche (10a, 11a) durch einen Bereich einer der rechtwinkligen Seiten gebildet ist.

4. Meißel nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die polycristallinen Diamant-Schneidelemente eine halbzylindrische geometrische Form (50) aufweisen und die Frontfläche (55) von einem Teil der sich diametral erstreckenden ebenen Fläche der halbzylindrischen geometrischen Form (50) gebildet ist.

5. Meißel nach Anspruch 4, bei dem die rückwärtige Matrixabstützung (20) sich rund um den rückwärtigen zylindrischen Bereich (57) der halbzylindrischen geometrischen Form (50) und vor bis zur Randkante der Frontfläche (55) erstreckt.

6. Meißel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem sich das Stützkissen (25, 25a) über die volle Breite der Schneidelemente (10, 11, 50) erstreckt.

7, Meißel nach Anspruch 1, bei dem

- die Mehrzahl von im Abstand-angeordneten synthetischen, polycristallinen Diamant-Schneidelementen (10, 11, 50) prismatisch ausgebildet ist und zumindest eine größere und eine kleinere Fläche aufweist, von denen die größere Fläche ein Flächenmaß aufweist, das wesentlich größer ist als das Flächenmaß der kleineren Fläche,

- die Schneidelemente (10, 11, 50) eine exponierte Frontfläche aufweisen, welche die kleinere Fläche einschließt, die eine vorbestimmte Flächenabmessung, eine Längsachse (17, 54) und Bereiche hat, die an die exponierte Frontfläche angrenzen,

- zumindest einige der Schneidelemente (10, 11, 50) einen kleinen Teil (15, 58) aufweisen, der im Matrixmaterial aufgenommen und so positioniert ist, daß sich die Frontfläche (10a, 11a, 55) über die Matrixoberfläche (16, 106) zur Bildung einer Schneidfläche der Schneidelemente (10, 11, 50) erhebt, während zumindest zwei benachbarte Seitenbereiche (10b, 11b, 55a, 105, 107), welche die größere Fläche aufweisen,so angeordnet sind, daß der eine (105) der Matrix benachbart und der andere (107) im Abstand zur Matrix gelegen ist und die zwei angrenzenden Seitenbereiche (10b, 11b, 55a, 105, 107) im wesentlichen exponiert sind,

- die exponierte Gesamtfläche von zumindest einigen der Schneidelemente (10, 11, 50) eine exponierte Oberfläche aufweist, die größer ist als die Hälfte der Gesamtfläche des prismatischen Diamant-Schneidelements (10, 11, 50),

- einige der Schneidelemente (10, 11, 50) in einer Orientierung angeordnet sind, in der die Längsachse (17, 54) der Schneidfläche im wesentlichen parallel zur Drehachse (100) des Meißels ausgerichtet ist, und

- die Mehrzahl von Schneidelementen (10,11,50) in zumindest zwei radial verteilten Folgen angeordnet und konfiguriert sind, und zwar eine erste Mehrzahl von Schneidelementen (10, 11, 50) in einer ersten Reihe (102a-f) von radial Positionen, und eine zweite Mehrzahl der Schneidelemente (10, 11, 50) in einer zweiten Reihe (103a-f) von radial beabstandeten Positionen, wobei die erste (102a-f) und zweite (103a-f) Reihe von Schneidelementen (10, 11, 50) radial zueinander versetzt sind, so daß zumindest ein Schneidelement (10, 11, 50) der zweiten Reihe (103a-f) zwei zugehörige Schneidelemente (10, 11, 50) der ersten Reihe (102a-f) von Schneidelementen (10, 11, 50) überlappt und azimuthal hinter und radial zwischen diesen zugehörigen Schneidelementen angeordnet ist.

8. Meißel nach Anspruch 1, bei dem

- die Mehrzahl beabstandeter synthetischer, polycristalliner Diamant-Schneidelemente (10, 11, 50) prismatisch ausgebildet und direkt in der Matrix in abgestufter Anordnung angebracht sind,

- jedes prismatische Element durch eine prismatische Achse charakterisiert ist, das Element (10, 11, 50) eine größere und eine kleinere Fläche aufweist, von denen die größere Fläche einen Flächeninhalt hat, der größer ist als der Flächeninhalt der kleineren Oberfläche und im wesentlichen senkrecht zur prismatischen Achse ausgerichtet ist,

- jedes der Schneidelemente (10, 11, 50) eine exponierte Frontfläche darbietet, die die kleinere Fläche mit vorbestimmtem Flächeninhalt und an die Front fläche angrenzende Bereiche einschließt,

- zumindest einige der Schneidelemente (10, 11, 50) einen kleinen Bereich (15, 58) aufweisen, der im Matrixmaterial aufgenommen und so positioniert ist, daß die Frontfläche (10a, 11, 55) sich über die Matrixoberfläche (16, 106) zur Bildung einer Schneidfläche der Schneidelemente (10, 11, 50) erhebt, während zumindest zwei angrenzende Seitenbereiche (10b, 11b, 55a, 103, 107) welche die größere Fläche einschließen, derart angeordnet sind, daß eine (105) der Matrix benachbart und die andere (107) von der Matrix entfernt ist,

- die prismatische Achse des Diamant-Schneidelements im wesentlichen radial ausgerichtet ist und die zwei benachbarten Seitenteile (10b, 11b, 55a, 105, 107) exponiert sind.

9. Meißel nach Anspruch 8, bei dem die rückseitige Matrixabstützung (20) ein Stützkissen (25, 25a) an der Oberfläche (22) aufweist, welches mit dem Schneidelement (10, 11, 50) entlang dessen oberen Bereich (10d, 52) und an dessen Rückseite (10c, 11c, 57) in Kontakt steht, und sich das Stützkissen (25, 25a) über die volle Breite des Schneidelements (10, 11, 50) erstreckt.

10. Meißel nach Anspruch 8, bei dem die rückwärtige Matrixabstützung (20) eine Oberfläche (22) aufweist, von der zumindest ein Teil geneigt ist, und die Oberfläche (22) ein Stützkissen (25, 25a) an der Rückseite des Schneidelementes (10, 11, 50) und den geneigten Bereich an der Rückseite des Stützkissens (25, 25a) aufweist.

11. Meißel nach Anspruch 1, bei dem

- die polycristallinen Diamantelemente (10, 11, 50) in einer Mehrzahl von Schneidzähnen angeordnet sind, die Teil der Matrixoberfläche 16 bilden,

- die Mehrzahl von Zähnen für hydraulisches Medium zugänglich sind,

- jeder Schneidzahn zumindest ein synthetisches, polycristallines, prismatisches Diamantelement (10, 11, 50) aufweist, das zumindest eine größere und zumindest eine kleinere Fläche darbietet, wobei die größere Fläche einen Flächeninhalt hat, der größer ist als der Flächeninhalt der kleineren Fläche,

- eine Zahnkonstruktion (30) den Schneidzahn umfaßt,

- das prismatische Diamantelement (10, 11, 50) eine kleinere Fläche (10a) hat, die innerhalb der Zahnkonstruktion als in bezug auf die Meißeldrehung vorlaufende, exponierte Schneidfläche angeordnet ist,

- die kleinere Fläche (10a) eine in die Zahnkonstruktion (30) eingebettete Kante aufweist,

- zumindest ein Teil der Zahnkonstruktion (30) die kleinere Fläche (10a) überdeckt,

- an die kleinere Fläche (10a) angrenzende Flächen (10b, 10d) die größere Fläche einschließen,

- die angrenzenden Flächen (10b, 10d) im wesentlichen exponiert und im wesentlichen frei zugänglich für thermischen Kontakt mit dem hydraulischen Medium sind,

- eine rückwärtige kleinere Fläche, die der kleineren, die vorauslaufende Schneidfläche bildenden Fläche (10a) abgewandt ist, in Kontakt steht mit der Zahnkonstruktion (30) und rückwärtig von dieser abgestützt ist,

- weniger als 40% der gesamten Fläche des synthetischen, polycristallinen Diamant-Elements (10, 11, 50) in Kontakt mit der Zahnkonstruktion (30) steht, und

- der verbleibende Teil des Diamantelements (10,11,50) exponiert ist.

12. Meißel nach Anspruch 11, bei dem das prismatische Diamantelement ein dreieckiges prismatisches Diamantelement (10, 11) bildet und die größeren Flächen von den dreieckigen Flächen des dreieckigen prismatischen Elements (10, 11) gebildet sind, und das dreieckige prismatische Element (10, 11) in der Zahnkonstruktion mit radial ausgerichteten und exponierten Dreieckflächen angeordnet ist.

13. Meißel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das dreieckige prismatische Element (10, 11) zwei einander abgewandte Dreieckflächen und drei Seitenflächen zwischen diesen aufweist, wobei die Zahnkonstruktion (30) nur mit zwei der Seitenflächen in vollständigem Kontakt steht.

14. Meißel nach Anspruch 13, bei dem eine der Seitenflächen (10a) eine vorlaufende Schneidfläche bildet, nur ein unterer Randbereich dieser Seitenfläche (10a) in Kontakt mit der Zahnkonstruktion (30) steht und die Zahnkonstruktion (30) diesen Teil der die voraus laufende Schneidfläche bildenden Fläche übergreift.

15. Meißel nach Anspruch 11, bei dem die synthetischen, polycristallinen Diamantelemente (10, 11, 50) innerhalb der Zahnkonstruktion zu mehr als 70% exponiert sind.

16. Meißel nach Anspruch 11, bei dem

- die Mehrzahl von Schneidelementen (170) in zumindest zwei radial verteilten Folgen angeordnet sind, und zwar eine erste Mehrzahl von Schneidelementen in einer ersten Reihe (102a-f) von radial beabstandeten Positionen, und eine zweite Mehrzahl der Schneidelemente in einer zweiten Reihe (103a-f) von radial beabstandeten Positionen, und

- die erste (102a-f) und die zweite (103a-f) Reihe von Schneidelementen (170) radial zueinander derart versetzt sind, daß zumindest ein Schneidelement (170) der zweiten Reihe (103a-f) zwei zugehörige Schneidelemente (170) der ersten Reihe (102a-f) von Schneidelementen (170) überlappt und azimuthal hinter und radial zwischen diesen Schneidelementen angeordnet ist.

17. Meißel nach Anspruch 11, bei dem der Meißelkörper (300) eine Mehrzahl von erhabenen inselbereichen (305) aufweist, jeder Schneidzahn auf einem der erhabenen Inselbereiche in der Zahnstruktur (30) angeordnet ist und das Diamantelement gänzlich oberhalb des erhabenen inselbereiches (305) angebracht ist.

18. Meißel nach Anspruch 17, bei dem die Mehrzahl von Schneidelementen (310) in zumindest zwei radial verteilten Folgen angeordnet sind, und zwar eine erste Mehrzahl von Schneidelementen (310) in einer ersten Reihe (102a-f) von radial beabstandeten Positionen und eine zweite Mehrzahl von Schneidelementen (310) in einer zweiten Reihe (103a-f) von radial beabstandeten Positionen, und die ersten (102a-f) und zweiten (103af) Reihen von Schneidelementen (310) radial zueinander derart versetzt sind, daß zumindest ein Schneidelement (310) der zweiten Reihe (103a-f) zwei zugehörige Schneidelemente (310) der ersten Reihe (102a-f) von Schneidelementen (310) überlappt und azimuthal hinter und radial zwischen diesen Schneidelementen angeordnet ist.