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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Schlagbohrmeißel zum
Bohren in eine unterirdische Erdformation, wobei der Bohrmeißel eine
zentrale Längsachse
hat und durch Aufbringen einer axialen Schlagbewegung entlang der
Achse und einer Drehbewegung um die Achse betätigbar ist.
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Die
Erfindung bezieht sich ferner auf ein Bohrsystem zum Bohren eines
Bohrloches in eine Erdformation, umfassend ein Bohrgestänge, das
mit einem derartigen Schlagbohrmeißel ausgestattet ist, und auf
ein Verfahren zum Bohren eines Bohrloches in eine unterirdische
Erdformation.
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Die
Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Bohren eines
Bohrloches in eine unterirdische Erdformation.
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Ein
Schlagscherbohrmeißel
ist bekannt und im US-Patent 6,253,864 beschrieben. 4 des US-Patentes
zeigt einen Schlagschermeißel
mit einem einstückigen
Körper,
einem Mittel zum Befestigen des Meißels an einem Bohrgestänge und
einer Vielzahl von Klingen, die eine Vielzahl von Scherschneidelementen
aufnehmen. Fluidauslässe
sind am Kopf des einstückigen
Körpers
zwischen den Klingen vorgesehen. Die Klingen bestehen aus einer Reihe
von Aufnahmen zum Aufnehmen der Scherschneidelemente und einer Rippe,
die entlang jeder Klinge vor den Schneidelementen verläuft. Die
Rippe dient zum Ablenken der Schneidspäne von der Arbeitsfläche des
Meißels.
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Im
Betrieb wird der bekannte Schlagscherbohrmeißel um seine Längsachse
gedreht, wobei er die Felsformation abschert, wenn der Bohrmeißel rotiert.
Ein Hammer schlägt
gleichzeitig auf den Meißel auf,
wodurch eine zusätzliche
Schlagbohrkraft erzeugt wird. Die Scherschneidelemente sind speziell ausgebildet,
um ungewöhnlichen
Beanspruchungen standzuhalten, die durch das kombinierte Schlag-/Scherbohren
hervorgerufen werden, wobei ein distaler Teil der Scherschneider
abgerundet ist, um große
lokalisierte Spannungen in den Schneidern zu vermeiden.
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Es
ist somit ein Nachteil dieser bekannten Schlagscherbohrmeißel, daß sie speziell
ausgebildete Scherschneidelemente erfordern. Bei diesen speziell
ausgebildeten Scherschneidelementen wird ein Kompromiß sowohl
für das
Abscheren als auch das Axialschneiden gefunden. Da der Kompromiß auf der abgerundeten
Form des distalen Teiles beruht, geht der Kompromiß bei einer
Abnützung
der Scherschneidelemente verloren, was ein weiterer Nachteil dieser
bekannten Schlagscherbohrmeißel
ist.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Schlagbohrmeißel
zum Bohren in eine unterirdische Erdformation geschaffen, wobei
der Bohrmeißel
zentrale Längsachse
hat und durch Aufbringen einer axialen Schlagbewegung entlang der
Achse und einer Drehbewegung um die Achse betätigbar ist, wobei der Bohrmeißel aufweist:
- – eine
Vielzahl von Klingen, die von dem Bohrmeißel abstehen;
- – eine
Vielzahl von Strömungskanälen, die
sich entlang des Bohrmeißels
in einer im wesentlichen radialen Richtung erstrecken, wobei aufeinanderfolgende
Strömungskanäle zwischen
benachbarten Klingen ausgebildet sind;
- – Scherschneider,
die in einer Reihe an oder nahe der Führungskante von zumindest einer
der Klingen bezüglich
der Drehrichtungsbewegung nacheilend dem zugeordneten Strömungskanal
benachbart vorgesehen sind, um ein Fluid durchzuleiten und dadurch
Schneidabfall zu entfernen, der sich vor der Reihe von Scherschneidern
angesammelt hat; und zusätzlich
zu diesen Scherschneidern
- – Axialschneider,
die bezüglich
der Richtung der Drehbewegung in einer nacheilenden Position bezüglich der
Reihe von Scherschneidern und deren zugeordnetem Strömungskanal
angeordnet sind.
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Der
Bohrmeißel
gemäß der Erfindung
umfaßt
Axialschneider zusätzlich
zu Scherschneidern. Die primäre
Funktion der Axialschneider besteht darin, die Schläge zwischen
dem Bohrmeißel
und der Erdformation aufzunehmen, wogegen die primäre Funktion
der Scherschneider darin besteht, vom Boden des Bohrloches Material
abzuscheren.
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Da
zumindest ein Teil der Axialschläge,
welche die Schlagbewegung begleiten, von den Axialschneidelementen
aufgenommen wird, ist die Betriebslebensdauer der Scherschneidelemente
weiter beeinträchtigt.
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Zugleich
wird die Wirksamkeit der Scherschneider aufrechterhalten, da die
Axialschneider in einer nacheilenden Position bezüglich der
Reihe von Scherschneidern vorgesehen sind, so daß der im wesentlichen radiale
Strömungskanal
voll wirksam ist, um Schneidabfall, der sich vor der Reihe von Scherschneidern
ansammelt, abzuleiten. Dadurch wird ein sogenanntes Verlegen des
Meißels,
bei welchem Felsmehl und Felsspäne
vor den Scherschneidern vorgeschoben werden und sich mit dem Bohrfluid, wie
Wasser, Öl
oder Schlamm, mischen, um eine Paste im Boden des Bohrloches zu
bilden, vermieden. Das Meißelverlegen
ist unerwünscht,
da die resultierende Paste das Gewicht des Meißels aufnimmt und nicht der
darunterliegende Fels.
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Ein
zusätzlicher
Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Axialschneider für den Axialschneidvorgang
optimiert werden können,
wogegen die Scherschneider unabhängig
für ein
Scherschneiden optimiert werden können, ohne die Axialschneidfähigkeit
in Betracht zu ziehen.
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Der
distale Teil der Scherschneider kann während einer relativ langen
Betriebszeit scharf sein und scharf bleiben, um eine hohe Scherwirksamkeit zu
erzielen. Insbesondere können
die Scherschneider eine höhere
Scherwirksamkeit als die Axialschneider haben.
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Insbesondere
können
die Axialschneider widerstandsfähiger
gegen axiale Schläge
als die Scherschneider sein.
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Es
hat sich auch gezeigt, daß der
Bohrmeißel
gemäß der Erfindung
einen fortgesetzten Betrieb gestattet, selbst bei moderater Abnützung der Schneidelemente,
ohne unter signifikant niedrigen Bohrraten zu leiden.
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Es
sei bemerkt, daß im
US-Patent 6,253,864 in 9 ein Schlagbohrmeißel offenbart
ist, bei welchem die Schlag- und Scherkomponenten des Bohrens durch
separate Schneider erreicht werden, wobei kuppelförmige Axialschneider
für ein
Schlageindringen in die Erdformation optimiert sind, und die Scherschneider
für ein
Schereindringen optimiert sind. Die Axialschneider bei diesem bekannten Schlagbohrmeißel sind
jedoch vor den Schneidelementen angeordnet. Folglich hat dieser
bekannte Schlagbohrmeißel
keine Strömungskanäle unmittelbar
vor und benachbart zu den Scherschneidern, er hat aber statt dessen
lokalisierte Hochdruckdüsen und
-strahlen, die auf die Schneider gerichtet sind. Ohne die Strömungskanäle vor den
Scherschneidern wird der Bohrabfall unzureichend entfernt, und die Axialschneidelemente,
weil sie vor den Scherschneidern vorgesehen sind, wo der Schneidabfall
von den Scherschneidern hingeschoben wird, tragen auch zur Bildung
eines unerwünschten
Meißelverlegens bei.
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Bei
einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel sind
die Axialschneider auf der gleichen Klinge wie die Scherschneider
ange ordnet. Ein robuster und stabiler Schlagbohrmeißel wird
erreicht.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform folgt auf die Axialschneider
der nächste Strömungskanal,
vorzugsweise, ohne daß er
von dem nächsten
Strömungskanal
durch einen oder mehrere Scherschneider getrennt ist. Auf diese
Weise wird jede Meißelballung,
die unter den Axialschneidern der erste Klinge beginnen könnte, von dem
nachfolgenden benachbarten Strömungskanal weggeräumt, der
der Reihe von Scherschneidern der nächsten Klinge zugeordnet ist.
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Die
Anzahl der Axialschneider in bezug zur Anzahl der Scherschneider
kann abhängig
von der Art der zu bohrenden Erdformation optimiert werden. Erdformationen,
die relativ harten Fels, wie Granit, enthalten, können mit
relativ weniger Scherschneidern und einer größeren Anzahl von Schneidern
gebohrt werden, wodurch der Schlagrückprall über eine größere Anzahl von Axialschneidern
verteilt wird. Eine weichere Formation, wie Sandstein oder Ton, wird
am besten unter Verwendung eines Meißels mit relativ vielen Scherschneidern
gebohrt, weil die Aufprallkräfte
niedriger sind und die Gefahr eines Meißelverlegens höher ist.
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Ein
Ausführungsbeispiel,
bei welchem mehr Axialschneider als Scherschneider vorgesehen sind, wird
zum Bohren härterer
Erdformationen bevorzugt.
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Die
Erfindung schafft auch ein Bohrsystem zum Bohren eines Bohrloches
in eine Erdformation, mit einem Bohrgestänge, das mit einem Schlagbohrmeißel gemäß einem
der vorhergehenden Ansprüche
versehen ist, wobei das Bohrsystem ferner aufweist:
- – erste
Antriebsmittel zum Drehen des Bohrmeißels in dem Bohrloch, um eine
Schabebewegung der Scherschneider entlang des Bohrlochbodens zu
verursachen; und
- – zweite
Antriebsmittel zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Längsbewegung
des Bohrmeißels
in dem Bohrloch, um zu bewirken, daß zumindest die axialen Schneider
eine Schlagkraft auf den Bohrlochboden ausüben.
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Gemäß einem
vorteilhaften Ausführungsbeispiel
werden ein oder mehrere Scherschneider mit einer vorgeschnittenen
flachen Aufprallfläche
im wesentlichen parallel zur Ebene senkrecht zur Längsachse
vorgesehen. Selbst wenn Axialschneider zur Aufnahme der Axialschlagkraft
vorgesehen sind, kann nicht vermieden werden, daß die Scherschneider einen
Teil des Aufpralles aufnehmen. Infolge der vorgeschnittenen flachen
Aufprallfläche
ist die Konzentration der Aufschlagbeanspruchung auf die Scherschneider
reduziert, und als Ergebnis brechen sie nicht so bald wie die Scherschneider,
die keine vorgeschnittene flache Aufprallfläche haben. Eine natürliche Abnützungsfläche ist
nicht ausreichend, um die Konzentration der Aufprallkraft wirksam
zu reduzieren.
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Der
Bohrmeißel
bzw. das Bohrsystem, das mit Scherschneidern versehen ist, die eine
vorgeschnittene flache Aufprallfläche haben, hat sich als günstig erwiesen,
weil es weniger Bohrgestänge-Slip-Stick-Torsionsvibrationsmodi
in dem Bohrsystem ergibt, bei welchen der Meißel bis zu einem Stillstand
in die Erdformation gehämmert
wird, während
das Bohrgestänge
durch den Oberflächendrehantrieb
verdrillt wird, bis es abrupt mit relativ hoher Drehgeschwindigkeit
freigegeben wird. Ein solcher Bohrgestänge-Slip-Stick-Torsionsvibrationsantrieb wird
periodisch wiederholt, und die hohe Drehgeschwindigkeit, die dem
Bohrgestänge-Slip-Stick-Torsionsantrieb
zugeordnet ist, kann die Schneider an dem Bohrmeißel schwer
beschädigen.
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung
umfaßt die
Schritte des Bereitstellens eines Bohrsystems gemäß einem
der vorhergehend definierten Ausführungsbeispiele, des Anordnens
des Bohrmeißels
auf der unterirdischen Erdformation, die gebohrt werden soll, des
Ausübens
einer Drehbewegung um die Achse, während die Kraft auf den Bohrmeißel gegen
die Erdformation in der axialen Richtung aufrechterhalten wird,
und des intermittierenden Ausübens
von Schlägen
auf den Bohrmeißel.
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Die
Erfindung wird nun an einem Beispiel unter Bezugnahme auf die angeschlossenen
Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
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1a eine
Perspektivansicht eines 6 Zoll 3-Klingen-Schlagbohrmeißels gemäß der Erfindung;
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1b eine
Draufsicht auf die Meißelfläche des
Schlagbohrmeißels
nach 1a;
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2a eine
Perspektivansicht eines 6 Zoll 4-Klingen-Schlagbohrmeißels gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2b eine
Draufsicht auf die Bohrfläche des
Schlagbohrmeißels
nach 2a;
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3 eine
Draufsicht auf eine 8 Zoll Meißelfläche gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung mit 8 Klingen;
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4 einen
schematischen Querschnitt der Schneideranordnung; und
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5 schematisch
verschiedene Scherschneider mit vorgeschnittenen flachen Aufprallflächen.
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In
den Figuren sind gleiche Teile mit identischen Bezugszeichen versehen.
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Eine
perspektivische Ansicht eines 3-Klingen-Schlagbohrmeißels gemäß der Erfindung
ist in 1a gezeigt. Der Bohrmeißel weist
einen Schaft 1 auf, der sich in der Längsrichtung um eine zentrale Längsachse
des Bohrmeißels
erstreckt, wobei der Schaft speziell so ausgebildet sein kann, daß er in
ein Bohrgestänge
paßt.
Das hintere Ende des Schaftes ist mit einer Aufprallfläche 2 versehen,
die Schläge aus
einem Bohrhammer aufnimmt, vorzugsweise einem hin- und hergehenden
Kolbenhammer (nicht gezeigt). Das vordere Ende des Schaftes ist
mit einem Bohrkopf 3 versehen. Der Schaft 1 ist
mit einer Vielzahl von Keilen 4 ausgestattet, die sich
im wesentlichen in der Längsrichtung
entlang des Schaftes erstrecken. Die Keile 4 dienen zum
Drehkuppeln des Bohrgestänges
und des Schaftes 1, so daß der Bohrmeißel sowohl
für eine
axiale Schlagbewegung als auch eine Drehbewegung um die zentrale
Längsachse
betätigbar
ist.
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Unter
Bezugnahme auf die 1a und 1b ist
der Bohrkopf 3 mit drei Klingen 61, 62 und 63 ausgestattet,
die von dem Bohrmeißel
abstehen. Die Zonen zwischen den Klingen 61, 62, 63 sind
bezüglich
der Klingen mit Ausnehmungen versehen und bilden auf diese Weise
Strömungskanäle 71, 72, 73.
Die Strömungskanäle 71, 72, 73 verlaufen
im wesentlichen radial entlang des Bohrkopfes 3.
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Ein
zentraler Durchgang 8 ist in dem Bohrkopf 3 zum
Durchleiten eines Spülfluids
vorgesehen. Zusätzlich
oder statt des zentralen Durchganges 8 können Durchgänge 81, 82, 83 in
den Strömungskanälen 71, 72, 73 zwischen
den Klingen 61, 62, 63 vorgesehen sein.
Die Durchgänge
sind alle mit einer zentralen Längsbohrung
(nicht gezeigt) verbunden, die durch den Schaft 1 verläuft.
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Bei
Kohlenwasserstoffschacht-Bohrvorgängen wird das Bohrgestänge üblicherweise
im Uhrzeigersinn gedreht. Die Pfeile 5 in den 1a und 1b zeigen
die Richtung der Drehbewegung, die im Betrieb auf den Bohrmeißel ausgeübt wird.
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Die
Klingen 61, 62, 63 haben jeweils eine
bezüglich
der Richtung der Drehbewegung 5 voreilende Kante 91, 92, 93.
Scherschneider 9 sind in einer Reihe an der voreilenden
Kante 91, 92, 93 jeder entsprechenden
Klinge 61, 62, 63 vorgesehen. Jede Reihe von
Scherschneidern 9 hat einen zugeordneten Strömungskanal,
der direkt vor der Reihe von Scherschneidern 9 bezüglich der
Drehrichtungsbewegung 5 liegt. Die Scherschneider 9 haben
eine Form, die für
eine Kratzbewegung über
den Boden des Bohrloches optimiert ist und scheren dadurch Teile
der Erdformation von dem Boden des Bohrloches ab.
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Hinter
jeder Reihe von Scherschneidern 9, somit in einer nacheilenden
Position bezüglich
jeder Reihe von Scherschneidern 9, sind Axialschneider 10, 11 auf
den Klingen 61, 62, 63 vorgesehen. Die Axialschneider 10, 11 haben
eine Gestalt, die für
das axiale Abarbeiten der Erdformation am Boden des Bohrloches optimiert
ist, und sind so ausgebildet, daß sie die Erdformation brechen.
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Die äußeren Umfangsabschnitte
der Klingen 61, 62, 63 können mit
Schutzeinrichtungen 12, vorzugsweise PDC-beschichtet, versehen
sein.
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2a zeigt
eine Perspektivansicht und 2b eine
Draufsicht einer Variante des Bohrmeißels gemäß der Erfindung
mit vier Klingen 6 und dementsprechend vier Strömungskanälen 7.
In anderer Hinsicht ist diese Variante ähnlich der in den 1a und 1 gezeigten Variante. Inbesondere ist die Position
der Reihen von Scherschneidern 9 auf den voreilenden Kanten
der Klingen und die Position der Axialschneider 10, 11 in
einer nacheilenden Position bezüglich
der Reihe von Scherschneidern 9 ähnlich dem zuerst diskutierten
Ausführungsbeispiel.
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Der
Durchmesser des Außenumfanges
des Schlagbohrmeißels
nach den 1a und 1b und
den 2a und 2b beträgt 6 Zoll,
entsprechend etwa 15 cm. Ein Beispiel von einem 8 Zoll (entsprechend
etwa 20 cm Außendurchmesser)
Meißel ist
in 3 gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel basiert auf
acht Klingen 6 und einer entsprechenden Anzahl von Strömungskanälen 7.
Jeder Strömungskanal 7 ist
mit einem Durchgang 81 für den Eintritt eines Spülfluids
in den entsprechenden Strömungskanal
ausgestattet. Da diese Meißelfläche nach 3 einen
größeren Durchmesser
als die Meißelflächen nach
den 1 und 2 haben,
kann eine große
Anzahl von Scherschneidern 9 und Axialschneidern 10, 11 aufgenommen
werden.
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Bei
den vorstehend beschriebenen Schlagbohrmeißeln nach den 2a, 2b und 3 sind
die Scherschneider in einer ersten Reihe von Scherschneidern mit
gegenseitigem Radialabstand positioniert, der anders als bei den
Scherschneidern in einer zweiten Reihe von Scherschneidern auf einer anderen
Klinge ist. Auf diese Wiese werden die Lücken, die zwischen benachbarten
Scherschneidern in einer Reihe vorhanden sind, durch die Scherschneider
der nächsten
Reihe auf einer anderen Klinge abgedeckt, wenn der Bohrmeißel gedreht
wird. Idealerweise überlappen
einander die kreisförmigen Pfade
der Gruppe von Scherschneidern nur geringfügig, so daß ein kontinuierliches Band
des Scherschneidens über
einen großen
Teil der Zone in der Bohrlochbodenfläche erreicht wird.
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4 ist
eine schematische Darstellung einer Schneidanordnung, gesehen in
einem tangentialen Querschnitt. Sichtbar ist eine Klinge 6 und
eine voreilende Kante 91. Ein Scherschneider 9 ist
an oder nahe der voreilenden Kante 91 vorgesehen, um die
Erdformation 13 zu bearbeiten und Schneidabfall 20 in
den Strömungskanal 71 zu
räumen.
Hinter dem Scherschneider 9 bezüglich der Richtung der Drehbewegung 5 ist
ein Axialschneider 10 vorgesehen.
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Der
Scherschneider 9 hat einen Scherschneiderschaft 14 aus
einem harten Material, wie Wolframcarbid, das sich gut eignet. Die
Schneidfläche,
welche dem zugeordneten Strömungskanal 71 zugekehrt
ist, ist mit einer Schicht 15 aus polykristallinem Diamant
bedeckt. Ein solcher Scherschneider mit einer polykristallinen Diamantschneidfläche ist als
polykristalliner Diamant-Kompaktschneider oder PDC-Schneider bekannt.
Zusätzlich
zu dieser Fläche ist
der Scherschneider mit einer vorgeschnittenen flachen Aufprallfläche 19 versehen,
die sich im wesentlichen senkrecht zur zentralen Längsachse
des Bohrmeißels
und im wesentlichen parallel zur Lochbodenfläche der Erdformation 13 erstreckt.
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Der
Axialschneider 10 ist aus einem Axialschneiderschaft 16 geformt,
der zumindest auf einer Seite mit einer halbkugelförmigen oder
kuppelförmigen
Schneidfläche 17 ausgestattet
ist. Der Schneider besteht aus einem harten Material, als das sich
Wolframcarbid zweckmäßig erwiesen
hat. Gegebenenfalls kann der Schneider mit einer Schicht polykristallinem
Diamant versehen sein und somit einen PDC-Axialschneider bilden.
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Um
den Scherschneider 9 vor den Aufprallschlägen zu schützen, können die
Schneider bezüglich
der Axialschneider 10, 11 zurückspringend angeordnet sein,
so daß die
Axialschneider 10, 11 auf dem Fels 13 am
Boden des Bohrloches aufschlagen, bevor die Scherschneider 9 dies
tun. Idealerweise bewirkt die hinterschnittene Ausbildung, daß die Scherschneider 9 über dem
Felsen 13 am Boden des Bohrloches auf eine Höhe entsprechend
dem Ausmaß der Hinterschneidung
angehoben werden, wenn die Axialschneider 10, 11 in
einen frischen Teil des Felsens 13 einzudringen beginnen.
Danach ist die Endeindringtiefe der Scherschneider 9 um
ein Ausmaß entsprechend
dem Ausmaß der
Hinterschneidung kleiner als jene der Axialschneider 10, 11.
Jedes Ausmaß der
Hinterschneidung hat einen günstigen
Effekt auf die Betriebslebensdauer der Scherschneider, doch wird
die Anordnung, die zumindest 0,25 mm Hinterschneidung aufweist,
empfohlen, während
zumindest 0,50 mm bevorzugt ist.
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Bei
den in 1a, 1b, 2a, 2b und 3 gezeigten
Beispielen sind die äußersten Axialschneider 11 PDC-Axialschneider
und die anderen Axialschneider 10 Wolframcarbid-Axialschneider. Somit
sind in diesen Meißelflächen die äußersten Axialschneider 11 härter und/oder
abnützungsfester als
die übrigen
Axialschneider 10.
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Die
Scherschneider 9 sind PDC-Schneider. 5 zeigt
schematisch das Vorsehen von vorgeschnittenen flachen Aufprallflächen 9 auf
diesen Scherschneidern für
unterschiedliche Schneidtiefen von 1 mm, 2 mm und 3 mm. Die Vorschneidetiefe
entspricht dem normalen Abstand zwischen der vorgeschnittenen Aufprallfläche 19 und
dem Scheitelpunkt 18, wo die äußere Schale des Scherschneiderschaftes
und die Arbeitsfläche
zusammentreffen. Der Rückenwinkel
jeder dieser Scherschneider beträgt
als Beispiel 40°,
doch kann jeder Winkel kleiner als 90° angewendet werden.
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Es
zeigt sich, daß die
vorgeschnittene flache Aufprallfläche zunimmt, wenn die Vorschneidetiefe zunimmt.
Vorzugsweise beträgt
die Vorschneidetiefe zwischen 1 und 3 mm.
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Im
Betrieb ist der Schlagbohrmeißel
in einem Bohrsystem angeordnet, wobei der Schlagbohrmeißel von
einem Bohrgestänge
gehalten wird. Das Bohrsystem weist ferner auf:
- – erste
Antriebsmittel zum Drehen des Bohrmeißels in dem Bohrloch, um eine
Kratzbewegung der Scherschneider entlang des Bohrlochbodens zu induzieren;
und
- – zweite
Antriebsmittel zum Induzieren einer hin- und hergehenden Längsbewegung
des Bohrmeißels
in dem Bohrloch, um zumindest die Axialschneider dazu zu veranlassen,
eine Schlagkraft auf den Bohrlochboden ausüben, wobei die ersten und zweiten
Antriebsmittel gleichzeitig betätigt werden.
Die zweiten Antriebsmittel werden vorzugsweise durch einen Hammer,
bevorzugt einen hin- und hergehenden Kolbenhammer, gebildet. Während eines
Bohrvorganges wird ein Bohrfluid durch das Bohrgestänge gepumpt,
welches in Fluidverbindung mit den Durchgängen 8, 81, 82, 83 steht.
Geeignete Bohrfluide sind Schlamm, Wasser, Öl oder Schaum und können in
Abhängigkeit
von der Art der zu bohrenden Formation variieren.
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Wie
am besten aus 4 hervorgeht, sind sowohl die
Axialschneider 10, 11 als auch die Scherschneider 9 mit
der Erdformation 13 in Kontakt, so daß die Schlagaufprallkraft über so viele
Schneider wie möglich
verteilt wird. Dadurch wird die Betriebslebensdauer der Schneider
soweit wie möglich
aufrechterhalten. Um die Aufprallbeanspruchung, die sich auf die
Scherschneider konzentriert, zu reduzieren, sind die Scherschneider
mit einer vorgeschnittenen Aufprallfläche versehen, wie sie vorstehend
beschrieben ist. Diese vorgeschnittene Aufprallfläche kann
auch als vorgeschnittene Abnützungsfläche angesehen
werden, die zur Reduzierung der Tendenz, sogenannte Gestänge-Slip-Stick-Torsionsvibrationen in
dem Bohrsystem zu verursachen, günstig
ist.
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Als
Ergebnis der axialen Aufschlagkräfte bricht
die Formation 13 unterhalb der Schneider. Während der
Meißel
dreht, kratzen die Scherschneider 98 entlang des Bodenfläche und
bauen Felsmehl und Späne
aus dem Schneidabfall und dem Bohrfluid auf. Das Felsmehl und die
Späne werden
vor den Scherschneidern 9 geschoben, wo sich ein Strömungskanal 7 befindet,
durch den Spülfluid
in einer Richtung im wesentlichen radial nach außen läuft. Von dort wird der weggekratzte
Schneidabfall zu dem Bohrlochring gespült und von der Bodenfläche entfernt.
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Um
das Wegspülen
des Schneidabfalls durch die Strömungskanäle weiter
zu unterstützen, kann
die Schneidfläche
jedes Scherschneiders eine sekundäre Neigung relativ zur radialen
Richtung des Bohrmeißels
haben, wobei die sekundäre
Neigung derart ist, daß die
Arbeitsfläche
Schneidspäne
aus der Felsformation radial nach außen oder radial nach innen
bewegt.
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Typische
zweckmäßige Betriebsbedingungen
für den
Bohrmeißel,
wie er vorstehend beschrieben wurde, umfassen eine Meißelbelastung
im Bereich von 3 bis 6 metrischen Tonnen. Das Ausmaß der Schlagenergie,
die auf den Bohrmeißel
pro Schlag ausgeübt
wird, kann im Bereich von 0,3 kJ bis 5 liegen. Typischerweise kann
das Bohrsystem unter Verwendung einer Schlagenergie zwischen 10
und kW, bei einer Schlagfrequenz zwischen 9 und 30 Hz, arbeiten.
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Die
Schlagbohrmeißel,
die vorstehend gezeigt und beschrieben wurden, haben beispielsweise einen
Außendurchmesser
von 6 und 8. Es versteht sich, daß andere Durchmesser auf ähnliche
Weise angewendet werden können.
Ebenso ist die Erfindung nicht auf die Anzahl der gezeigten Klingen
beschränkt.
Jede Anzahl von Klingen kann vorgesehen werden.