DE69106192T2

DE69106192T2 - Drehbohrmeissel mit nach aussen gerichteten Düsen.

Info

Publication number: DE69106192T2
Application number: DE69106192T
Authority: DE
Inventors: Craig R Ivie; David E Pearce
Original assignee: Camco International Inc
Current assignee: ReedHycalog UK Ltd
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1991-02-21
Publication date: 1995-06-22
Anticipated expiration: 2011-02-22
Also published as: DE69106192D1; CA2048398A1; EP0449416A2; EP0449416B1; US5096005A; CA2048398C; EP0449416A3

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung betrifft Drehbohrmeißel zum Erstellen von Erdölbohrungen und dergleichen, und insbesondere eine verbesserte hydraulische Wirkung des Bohrfluides gegenüber den Rollenschneidern des Drehbohrmeißels und der zu durchbohrenden Erdformation.
Während konventionelle Drehbohrmeißel beim Bohren relativ spröder Formationen zufriedenstellend arbeiten, erreichen sie bei Eindringen in relativ plastisch verformbare Formationen keine zufriedenstellenden Vortriebsraten. Viele häufig betroffene Formationen, z. B. Salz, Schiefer, Kalkstein, abgebundener Sandstein und Kreide werden unter verschiedenen Druckbedingungen, wenn der hydrostatische Druck des Bohrfluidstrahles, der auf den Boden und die Kanten des Bohrloches drückt, den Druck in den Poren der Formation um die Bohrung herum übersteigt, plastisch verformbar.
Zusätzlich zur Verfestigung der plastischen Formationen gegenüber Druck verursacht ein hoher Druck des Bohrfluids den bekannten Halteeffekt des Bohrabraumes (chip hold down phenomenon), bei dem die Gesteinsstückchen, die durch die Zähne der Bohrkrone gebildet werden, durch den Druck an der Oberfläche des Bohrloches festgehalten werden, was eine erneute Bearbeitung des Bohrabraumes erforderlich macht und zu einer verminderten Vortriebsrate führt. Schwere Teile und abgebohrte Partikel aus der Formation, die im Bohrschlamm mitgerissen werden, verstärken die Wirkung des Chip-hold-down- Effektes, indem sie das Fließen des Bohrfluides in die Aufbrüche der Formation und in die Porenräume blockieren und dabei ein Ausgleichen der Drücke im Bohrloch und in den Poren der Formation beschränken und ein Freisetzen der Abraumteilchen verhindern. In vielen dichten Formationen, z. B. Schiefer, genügt ein relativ geringer Anteil feiner Partikel, die Aufbruchöffnungen der Formation zu verschließen und das Entfernen der Abraumstücke ernsthaft zu begrenzen.
Unter diesen Bedingungen ergibt sich oft ein Zusetzen der Bohrschneide (bit balling), wobei die nachzerkleinerten Abraumstückchen und die festen Teilchen am Grunde des Bohrloches zurückbleiben und dazu neigen, sich am Rollenschneider festzusetzen, insbesondere in "klebrigen" Formationen, z. B. in Schiefer, Kalkstein und Kreide. Die Abraumteilchen und feinen Feststoffe verfangen sich zwischen den Flächen des Bohrloches und den Zähnen und dem Körper des Rollenschneiders, und werden dabei durch das von der Bohreinrichtung auf den Schneider wirkende Gewicht, wenn er zum Schneiden auf die Formation einwirkt, zusammengepreßt. Das Drücken der Teilchen auf die Oberfläche des Schneiders baut eine harte Schicht von oft beträchtlicher Dicke zwischen den Schneidezähnen oder um diese herum auf und vermindert das wirksame Hervorstehen der Schneidelemente und beschränkt ihre Effektivität beim Bohren.
Zahlreiche Versuche wurden unternommen, um die Tendenzen zum Festsetzen der Bohrabraumteilchen und des Anbackens an der Bohrschneide zu überwinden, indem die Form der hydraulischen Düsen verändert wurde, um die Effektivität der Reinigung und der Verteilung der Energie des Bohrfluides zu verbessern. In US-Patent 2 192 693 beschreibt Payne einen Rollenschneider- Bohrmeißel mit einem offenen hydraulischen Durchgang nahe dem Zentrum des Meißelkörpers, welcher Bohrfluid über eine äußere Kaliberreihe von Zähnen spült. Der hydraulische Durchgang richtet einen Strom von Bohrfluid mit relativ geringer Geschwindigkeit gegen den hervorstehensten Teil des Schneiders, um einen normalen, auf den rotierenden Schneider gerichteten Spülvorgang zu erreichen.
Bennett schlägt im US-Patent 3 618 682 vom 9. November 1971 einen verlängerten umschlossenen Durchgangsweg für das Bohrfluid bis zu einem Punkt neben den Zähnen am Boden des Bohrloches vor. Die Fließstrecke für das Bohrfluid ist, nachdem sie die Seitenwand überstrichen hat, nach unten gerichtet, wobei sie durch das Bein und die benachbarte Seitenwand umschlossen wird, bis sie nahe der Kante des Bohrloches austritt. Die Erfindung von Bennett wird mit Fluid von geringem Druck angewendet und kann dadurch nicht den Vorteil der Reinigungskraft der hohen Geschwindigkeit nutzen, der sich bei Strahldüsen ergibt. Der Richtungswechsel von Bohrfluid hoher Geschwindigkeit durch den Fließweg im Bein des Meißels würde mit einem Bohrfluid hoher Geschwindigkeit zu einer beträchtlichen Erosion führen.
Feenstra benutzt in dem britischen Patent 1 104 310 vom 21. Februar 1965 eine abgewinkelte Strahldüse am Ende eines verlängerten Rohres, um den Fluidstrom unter den Rollenschneider an der äußeren Reihe von Zähnen, die am Boden des Bohrloches angreifen, zu richten. Die Abtragung, die von einer wesentlichen Änderung der Richtung des Bohrfluides herrührt, verursacht Erosion und auch eine Verminderung der Fließgeschwindigkeit. Zusätzlich führen die Anforderungen an den Durchflußbereich und die Wanddicke des Durchflußkanales zu wachsenden Kompromissen zwischen dem für die Konstruktion zur Verfügung stehendem Raum und der strukturellen Integrität. Aus diesen Gründen haben gekrümmte Durchflußkanäle für hohe Geschwindigkeiten, die das Fluid unter die Schneidezähne richten, bei Anwendung in Drehbohrmeißeln mit Rollenschneidern nur begrenzten Erfolg.
Ein Verfahren, um die Reinigung des Bohrloches ohne verlängerte Durchflußkanäle zu verbessern, wird von Lopatin u. a. im russischen Patent 258 972, veröffentlicht am 12. Dezember 1969, beschrieben (vergleiche mit dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 4), wo ein Rollenschneider-Drehbohrmeißel Düsendurchgänge aufweist, die nach unten und radial nach außen gegen die Seitenwand des Bohrloches gerichtet sind, um über die Bodenkante zu streichen und einen nach innen gerichteten Fluidstrom mit hoher Geschwindigkeit über die Kante und den Boden des Bohrloches, tangential zur Fläche der Formation zu bilden. Diese Konstruktion dient dazu, die Festteilchen von den Aufbruchöffnungen an der Oberfläche der Formation zu entfernen, den Haltedruck auf den Bohrabraumteilchen zu vermindern und die Entfernung von aufgeschwemmten Abraumteilchen durch den Fluidstrom hoher Geschwindigkeit zu erleichtern.
Childers, u. a. benutzen in den US-Patenten 4 516 642 und 4 546 837 einen Fließstrom oder einen Düsenstrahl hoher Geschwindigkeit, um zunächst die Schneidelemente an einem Rollenschneider-Drehbohrmeißel und dann die Formation am Boden des Bohrloches zu reinigen. Der Weg des Fließstrahles geht tangential durch den Schneider zu dessen äußerer Peripherie, wobei ein Teil des Strahlvolumens auf die Schneidelemente trifft und der Rest des Strahlvolumens nach unten auf den Boden des Bohrloches, unterhalb des Schneiderkörpers, etwas vor den Schneidelementen, die in die Formation eingreifen, auftrifft. Das Reinigen sowohl des Schneiders als auch des Bodens des Bohrloches in getrennten und aufeinander folgenden Vorgängen ermöglicht erhöhte Vortriebsraten durch Bekämpfung sowohl des Anbackens als auch des "chip hold down". Deane, u. a. nehmen im US-Patent 4 741 406 eine Veränderung vor, wodurch der Fluidstrahl sowohl die Zähne der Rollenschneider als auch die Formation mit einem verbesserten Strömungsbild reinigt. Das Fluid fließt mit hoher Geschwindigkeit radial nach außen und unten, trifft auf den gesamten Boden des Bohrloches auf, fließt dann nach oben, wobei es sich an der äußeren Peripherie des Bohrloches bewegt, und kehrt dann entlang des ursprünglichen Düsenausganges in einem davon beabstandeten äußeren Rückführungskanal zwecks verbesserten Transportes der Abraumstücke vom Bohrlochboden zurück.

Zusammenfassung der Erfindung

Das vordringliche Ziel dieser Erfindung ist es, die Vortriebsrate von Drehbohrmeißeln mit Rollenschneidern durch Vorsehen einer hydraulischen Düsenform zur Erzeugung eines Flusses von Bohrfluid mit hoher Geschwindigkeit auf die Schneidelemente und die Formation an der Stelle, wo die Schneidelemente die Formation berühren, mit minimaler Erosion der Fließwege des Düsenstrahls, zu erhöhen.
Die Erfindung nutzt die Geometrie oder die geometrische Form der Rollenschneider und die Schnittwege der Zähne in verschiedenen Positionen an dem Schneider, um engen Kontakt des Hochgeschwindigkeits-Flusses mit den Eingriffsbereichen der Schneiden zu sichern. Besondere Berücksichtigung findet die äußerste oder Kaliberreihe der Schneidelemente oder Zähne zum Schneiden der Eckfläche, wo die Formation schwierig zu bearbeiten ist und ein Zusetzen der Zähne häufig auftritt. Die Kaliberreihe der Schneidelemente oder Zähne schneidet die Seitenwand und den Durchmesser des Bohrloches, die äußere Peripherie des Bohrlochbodens und die Eckfläche zwischen Seitenwand und Bohrlochboden. Die verbleibenden Reihen von Schneidelementen schneiden den verbleibenden Bohrlochboden.
Die am weitesten außen stehende oder Kaliberreihe von Schneidelementen jedes Drehbohrmeißels mit Rollenschneidern ist die Reihe, die die Vortriebsrate des Drehbohrmeißels am meisten beeinflußt. Die Formation ist an der ringförmigen Kante des Bohrloches, die sich an der Verbindung der horizontalen Bodenfläche und der vertikal verlaufenden zylindrischen Seitenfläche des Bohrloches bildet, stärker. Deshalb ist die am weitesten außen stehende Reihe oder Kaliberreihe der Schneidelemente die für die Bestimmung der Vortriebsrate kritischste Reihe. Es ist wichtig, daß die stärkste Reinigungswirkung des unter Druck stehenden Bohrfluides besonders den Schneidelementen in der am weitesten außen stehenden oder Kaliberreihe beim schneidenden Eingriff dieser Schneidelemente in die Formation zur Verfügung steht, und dies vorzugsweise beim Schneideingriff der anderen Reihen von Schneidelementen.
Die Anmeldung mit der Nummer 381 040 bezieht sich auf einen Drehbohrmeißel mit Rollenschneider, bei welchem ein Strom vom Bohrfluid hoher Geschwindigkeit gegen die Schneidelemente in der Kaliberreihe gerichtet ist, um eine verbesserte hydraulische Wirkung zunächst gegen die Schneidelemente in der Kaliberreihe und dann darauffolgend gegen den Boden des Bohrloches, im wesentlichen neben der Bohrlochkante zu erzielen.
Die vorliegende Erfindung ist ebenfalls auf eine verbesserte hydraulische Wirkung an den Schneidelementen in der Kaliberreihe gerichtet.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Drehbohrmeißel zum Bohren eines Bohrloches in einer Erdformation geschaffen, der folgendes umfaßt:
Einen Meißelkörper, welcher ein oberes Ende hat, welches ausgelegt ist, um mit einem Bohrgestänge verbunden zu werden, um den Bohrmeißel zu drehen und um dem Meißel Bohrfluid zuzuführen, wobei der Meißelkörper mehrere Beine hat, welche sich vom unteren Ende desselben erstrecken, wobei jedes Bein ein Lager auf dem wegstrebenden Ende desselben hat, mit einer Längsachse, welche sich nach unten und im allgemeinen radial nach innen vom Bein erstreckt;
einen Rollenschneider, welcher drehbar auf der Längsachse jedes Lagers montiert ist und eine Reihe von Schneideelementen, einschließlich einer äußeren Kaliberreihe, aufweist, wobei die Kaliberreihe der Schneideelemente vorgesehen ist, um die Seitenwand des Bohrloches, den äußeren Umfang der Bodenfläche des Bohrloches und die Eckfläche des Bohrloches, welche sich zwischen der Seitenwand und dem äußeren Umfang der Bodenfläche erstreckt, zu schneiden; wobei die inneren Reihen der Schneideelemente vorgesehen sind, um den verbleibenden inneren Teil der Bodenfläche zu schneiden; und
eine Düse, welche auf dem Meißelkörper zwischen einem Paar nebeneinanderliegender Schneiderollen angeordnet ist und eine Düsenöffnung hat, welche in einer Höhe über dem Schnittpunkt der Längsachsen der Lager mit den Beinen angeordnet ist und sich beim Betrieb näher an der Bohrlochseitenwand an der Drehachse des Bohrmeißels befindet;
dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenöffnung einen Bohrfluidstrom hoher Geschwindigkeit nach unten und außen richtet, wobei das Zentrum des Volumens des Stromes während des Betriebes des Drehbohrmeißels im Bohrloch auf einen Treffpunkt auf der Seitenwand des Bohrloches gerichtet ist, welcher sich in einer Höhe über dem Zentrum der Eckfläche befindet, so daß der Hauptteil des Fluides zuerst über die Eckfläche und dann über die Bodenfläche schwenkt, und dadurch das Zentrum des Volumens des Stromes geneigt ist, um auf die Formation unter einem Auftreffwinkel aufzutreffen, welcher größer ist als etwa 15 Grad von einer radialen Richtung weg in Richtung einer der nebeneinanderliegenden Schneiderollen.
Das Zentrum des Volumens des Stromes ist gegen die Drehrichtung des Meißels in Richtung der Angriffsseite der nachlaufenden Schneiderolle des Schneidrollenpaares unter einem Auftreffwinkel größer als etwa 15 Grad von einer radialen Richtung weg geneigt.
Vorzugsweise ist auch der Bohrfluidstrom hoher Geschwindigkeit von der Düsenöffnung weg gerichtet, so daß wenigstens ein Seitenteil des Stromes des Bohrfluides die Schneidelemente in der Kaliberreihe trifft, ehe sie die Formation trifft.
Nach einein zweiten Aspekt der Erfindung schafft diese auch einen Drehbohrmeißel zum Bohren eines Bohrloches in einer Erdformation, welcher umfaßt:
Einen Meißelkörper, welcher ein oberes Ende hat, welches ausgelegt ist, um mit einem Bohrgestänge verbunden zu werden, um den Bohrmeißel zu drehen und um dem Meißel Bohrfluid zuzuführen, wobei der Meißelkörper mehrere Beine hat, welche sich vom unteren Ende desselben erstrecken, wobei jedes Bein ein Lager auf dem wegstrebenden Ende desselben hat, mit einer Längsachse, welche sich nach unten und im allgemeinen radial nach innen vom Bein erstreckt;
einen Rollenschneider, welcher drehbar auf der Längsachse jedes Lagers montiert ist, und eine Vielzahl von Reihen von Schneidelementen, einschließlich einer äußeren Kaliberreihe, aufweist, wobei die Kaliberreihe der Schneidelemente vorgesehen ist, um die Seitenwand des Bohrloches, den äußeren Umfang der Bodenfläche des Bohrloches und die Eckfläche des Bohrloches, welche sich zwischen der Seitenwand und dem äußeren Umfang der Bodenfläche erstreckt, zu schneiden und einer Düse, welche auf dem Meißelkörper zwischen einem Paar nebeneinanderliegender Schneiderollen angeordnet ist und eine Düsenöffnung hat, welche in einer Höhe über dem Schnittpunkt der Längsachsen der Lager mit den Beinen angeordnet ist und sich beim Betrieb näher an der Bohrlochseitenwand als an der Drehachse des Bohrmeißels befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenöffnung während des Betriebes des Bohrmeißels im Bohrloch einen Bohrfluidstrom hoher Geschwindigkeit nach unten und nach außen richtet, auf einen Auftreffpunkt auf der Seitenwand des Bohrloches in einer Höhe über dem Zentrum der Eckfläche, daß das Zentrum des Volumens des Stromes von einer radialen Richtung weg geneigt ist, in Richtung einer der nebeneinander liegenden Schneiderollen; und daß im Betrieb der Punkt, wo das Zentrum des Volumens des Stromes durch das Zentrum der Eckfläche hindurchgeht, sich in einer Entfernung nicht größer als 0,42 mm pro mm Meißeldurchmesser, vom untersten Schneideberührungspunkt der Schneidelemente in der Kaliberreihe im Zentrum der Eckfläche, befindet, wobei der Abstand in einer Ebene gemessen wird, die senkrecht auf der Drehachse des Drehbohrmeißels steht.
Das Zentrum des Volumens des Stromes ist vorzugsweise geneigt, um die Formation unter einem Auftreffwinkel gegenüber der Meißeldrehrichtung und in Richtung der Angriffsseite der nachfolgenden Schneidrolle des Schneidrollenpaares zu treffen.
Vorzugsweise ist auch der Bohrfluidstrom hoher Geschwindigkeit so gerichtet, daß wenigstens ein Seitenteil des Bohrfluidstromes die Schneidelemente in der Kaliberreihe vor dem Auftreffen auf die Formation berührt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Drehbohrmeißels mit drei daran befindlichen Konussen oder Rollenschneidern von im wesentlichen konischer Form und Düsenöffnungen entlang des oberen Umfanges des Meißelkörpers;
Fig. 2 ist eine axiale Draufsicht auf den in Figur 1 dargestellten Drehbohrmeißel, die die drei Rollenschneider mit den daran befindlichen Reihen von Schneidelementen und einer Düse zwischen jedem Paar von nebeneinanderliegenden Rollenschneidern, die das Bohrfluid gegen die Führungsseite von einem der Rollenschneider richtet, wobei der Weg des Fluides in eine Richtung gegen die Drehrichtung des Meißels verläuft, und auch die wesentlichen Spuren der Schneidangriffspunkte der Schneidelemente des Schneiders zeigt;
Fig. 3 ist eine im wesentlichen schematische Ansicht des Bohrfluidstromes, wie er sich im allgemeinen entlang der Linie 3-3 in Figur 2 ergibt, und das Bohrfluid zeigt, das nach außen gegen die Seitenwand des Bohrloches in eine Position oberhalb der Eckfläche der Schneidelemente in der Kaliberreihe gerichtet ist, um zunächst entlang der Eckfläche und dann unterhalb der Schneidelemente in der Kaliberreihe im Schneidangriffsbereich der Schneidelemente mit der Formation zu strömen;
Fig. 4 ist eine im wesentlichen schematische Ansicht, wie sie sich etwa entlang der Linie 4-4 in Figur 3 ergibt, und die den Strom des Bohrfluides zeigt, der in einer Richtung, weg von der radialen Richtung, abgeschrägt ist, hin zur Führungsseite einer daneben liegenden Schneidrolle, wobei ein Teil des Stromes auf die Schneidelemente in der Kaliberreihe trifft, bevor er auf die Seitenwand trifft, um die Schneidelemente vor dem Schneideingriff zu reinigen;
Fig. 5 ist eine teilweise schematische Ansicht von unten und zeigt in einer Draufsicht im rechten Winkel zur Drehachse des Drehbohrmeißels die Ströme des Bohrfluides, die von einer radialen Richtung zu den zugehörigen Schneidern abgewinkelt sind und zuerst auf die Seitenwand des Bohrloches auftreffen, und dann entlang der Eckfläche der Seitenwand beim Schneideingriff der Kaliberreihe der Schneidelemente und dann nach innen über die gesamte Bodenfläche unterhalb der Rollenschneider schwenken;
Fig. 6 ist eine schematische Seitenansicht, die den aus der Düsenöffnung nach außen gerichteten Strom von Bohrfluid zeigt, der die Seitenwand an einer Stelle oberhalb des Schneideingriffs der Schneidelemente der Kaliberreihe mit der Seitenwand zeigt, der dann über die gesamte Eckfläche und die Bodenfläche in einem dünnen Strahl mit hoher Geschwindigkeit unmittelbar an der Bodenfläche schwenkt;
Fig. 7 ist ein Schema, das die Lage der Düsenöffnung und die Neigung des sich mit hoher Geschwindigkeit bewegenden Stromes weg von einer radialen Richtung zum Auftreffen auf die Seitenwand in einem erforderlichen schrägen Auftreffwinkel zeigt;
Fig. 8 ist eine teilweise schematische Ansicht von unten auf einen erfindungsgemäßen modifizierten Drehbohrmeißels, bei welchem der Fluidstrom mit hoher Geschwindigkeit aus einer Düsenöffnung von einer radialen Richtung gegen die nachziehende Seite eines benachbarten Rollenschneiders abgewinkelt wird;
Fig. 9 ist eine im wesentlichen schematische Ansicht der in Figur 8 dargestellten modifizierten Ausführungsform, die den Strom des Bohrfluides zeigt, der von einer radialen Richtung gegen die nachziehende Seite eines benachbarten Rollenschneiders abgewinkelt wird, wobei ein Teil des Stromes auf die Schneidelemente in der Kaliberreihe trifft, bevor er auf die Seitenwand des Bohrloches trifft;
Fig. 10 ist eine schematische Ansicht und zeigt die Lage der größten Annäherung der Mittellinie von verschiedenen Strömen in Bezug auf die Schneidelemente, vor Auftreffen auf die Seitenwand, wobei die verschiedenen Ströme gegen einen danebenliegenden Rollenschneider gerichtet sind, und in einer Reihe von Vergleichstests zur Bestimmung der Vortriebsrate bei verschiedenen Positionen des Fluidstromes dienen;
Fig. 11 ist ein Schema, das die Höhe des Auftreffens der verschiedenen Fluidströme nach Figur 10 auf die Seitenwand über der Eckfläche zeigt;
Fig. 12 ist ein Diagramm zum Vergleich der Vortriebsraten bei den in den Figuren 10 und 11 dargestellten Lagen der Düsen;
Fig. 13 ist ein Diagramm, das die Vortriebsraten für die verschiedenen erfindungsgemäßen Lagen der Düsen als eine Funktion des Abstandes von dem Punkt darstellt, an welchem das Zentrum des Fluidstromes das Zentrum der Eckfläche des Eingriffes des Schneiders in der untersten Position der Schneidelemente der Kaliberreihe kreuzt; und
Fig. 14 ist ein Diagramm, das die Vortriebsraten für verschiedene erfindungsgemäße Lagen der Düsen als eine Funktion der Neigung des Auftreffwinkels des Fluidstromes gegenüber einer radialen Lage zur Seitenwand darstellt.

Beschreibung der Erfindung

Zum besseren Verständnis dieser Erfindung soll nun auf die Zeichnungen und insbesondere auf die Figuren 1 und 2 Bezug genommen werden. In Figur 1 ist ein Drehbohrmeißel 10 dargestellt, der einen zentrischen Hauptkörper oder Schaft 12 mit einem nach oben gerichteten und zur Drehung um eine vertikale Achse 15 befestigten Gewindebolzen 14 umfaßt. Der Gewindebolzen 14 besteht aus einer konischen Bolzenverbindung, die zur Schraubverbindung mit dem mit Innengewinde versehenen Ende eines Bohrstranges (nicht dargestellt) vorgesehen ist, welcher mit einer Bohrfluid-Zufuhr an der Oberfläche verbunden ist.
Der Hauptkörper oder Schaft 12 wird aus drei integral miteinander verbundenen Ansätzen gebildet, die drei nach unten vorstehende Beine 16 hervortreten lassen. Jedes Bein 16 hat an seinem unteren Ende ein nach innen und unten vorstehendes zylindrisches Traglager bzw. einen Schaft 18, wie dies in Figur 3 dargestellt ist. Die Rollenschneider 20A, 20B und 20C sind an den Tragschäften bzw. -lagern 18 um die Längsachsen 21 drehbar befestigt und jeder Rollenschneider hat eine im wesentlichen konische Form, wie dies in Figur 3 zu erkennen ist. Das Traglager 18 ist freitragend an den herabstehenden Beinen 16 in einem in Figur 3 dargestellen Neigungswinkel C relativ zu einer horizontalen Ebene in einer Längsachse 21 angeordnet. Die Rotationsachse 21 des Schneiders 20A ist in Figur 3 dargestellt, wie sie das Bein 16 bei 23 schneidet. Jeder Rollenschneider 20A, 20B und 20C umfaßt einen im wesentlichen konischen Körper 22, der eine Ausnehmung aufweist, in der ein damit verbundenes Traglager 18 aufgenommen ist. Eine Vielzahl von im allgemeinen spitz zulaufenden Schneidelementen oder Zähnen 26 haben zylindrische Körper, die in Fassungen im Körper 22 befestigt sind und äußere Spitzen, die aus den äußeren Enden der Schneidelemente 26 hervorstehen. Die Schneidelemente 26 können aus einem geeigneten pulvermetallurgischen Verbundmaterial hergestellt sein, das eine gute Widerstandsfähigkeit gegenüber Abrieb und Erosion aufweist, z. B. gesintertes Wolframkarbid in einer geeigneten Matrix. Eine Härte von etwa 85 Rockwell A bis etwa 90 Rockwell A wurde als geeignet ermittelt.
Die Schneidelemente 26 sind am Körper 22 in konzentrischen ringförmigen Reihen 28A, 28B, 28C und 28D angeordnet. Die Reihe 28D ist die äußerste Reihe und stellt die Kaliberreihe der Schneidelemente 26 dar, die den Enddurchmesser oder das Kaliber des Bohrloches in der Formation bestimmen, das allgemein mit 34 bezeichnet ist. Die Reihe 28C befindet sich neben der Reihe 28D und stellt eine ineinandergreifende Reihe am Schneider 20A dar. Die Schneidelemente 26 in der Reihe 28C sind im Verhältnis zu den Schneidelementen 26 in der 28D im Umfang gestuft und die Schneidwege der Elemente 26 in der ineinandergreifenden Reihe 28C stehen in die kreisförmige Schneidbahn der Reihe 28D vor. Damit überlappen sich die Schneidbahnen der Schneidelemente 26 in den Reihen 28C und 28D des Rollenschneiders 20A. Es wird darauf hingewiesen, daß die Schneider 20B und 20C keine ineinandergreifenden Reihen aufweisen, weil die daneben liegenden Reihen 28B einen beträchtlichen Abstand von der Reihe 28D nach innen haben und die Schneidelelemente 26 in der Reihe 28B nicht in die Schneidbahn der Reihe 28D der Schneider 20B und 20C vorstehen. In einigen Fällen kann es ratsam sein, zwei Schneider oder möglicherweise alle Schneider mit ineinandergreifenden Reihen von Schneidelementen zu versehen.
Das Bohrloch 30 umfaßt eine im wesentlichen horizontale Bodenfläche 32 und eine daran anschließende zylindlische Seitenwand 34, die sich vertikal und im wesentlichen rechtwinklig zur horizontalen Bodenfläche 32 befindet. Die Eckfläche zwischen der horizontalen Bodenfläche 32 und der zylindrischen Seitenwandfläche 34 ist bei 33 dargestellt und hat, wie in Figur 6 zu erkennen ist, eine Tangente von 45 Grad durch ihr Zentrum. Die Schneidelemente 26 in der Kaliberreihe 28 D greifen schneidend in die Formation im allgemeinen an der Eckfläche 33 ein, die sich ebenso wie die danebenliegenden Randteile der Seitenwand 34 und der Bodenfläche 32 zwischen der im wesentlichen horizontalen Bodenfläche 32 und der im wesentlichen vertikalen Seitenwandfläche 34 bildet, wie dies in Figur 6 dargestellt ist.
Die Kaliberreihe 28D der Schneidelemente 26 ist so angeordnet, daß sie die Seitenwand 34 des Bohrloches 30, die Fläche 33 und einen Randteil des äußeren Umfanges der Bodenfläche 32 berührt und schneidet, während die verbleibenden inneren Reihen 28A, 28B und 28C so angeordnet sind, daß sie den Rest der Bodenfläche 32 berühren und schneiden. Die Rotationsachse 21 von jedem Traglager 18 kann von der Rotationsachse 15 des Drehbohrmeißels 10, wie in Figur 2 dargestellt, um einen Betrag von 0,0625 mm pro mm Durchmesser des Drehbohrmeißels (1/16 Zoll oder weniger pro Zoll) versetzt sein, wenn dies für die bestimmte betroffene Formation erforderlich sein sollte. Der Neigungswinkel C des Traglagers beträgt, wie in Figur 3 dargestellt, normalerweise zwischen etwa 28 und 40 Grad. Wegen der geometrischen Form des Neigungswinkels C und dem Versatz der Rotationsachsen 21 greifen die Zähne 26 der Kaliberreihe 28D in den Umfang des Bohrloches in einer relativ komplizierten Schneidbahn ein.
Insbesondere die Figur 6 zeigt schematisch die Projektion, der untersten Schneidelemente oder Zähne 26 in die äußerste oder Kaliberreihe 28D und in die ineinandergreifende Reihe 28C, wie diese in das Bohrloch 30 schneidend eingreifen. Wie in Figur 6 zu erkennen ist, greift die Kaliberreihe 28D an der Eckfläche 33 zwischen der zylindrischen Seitenwandfläche 34 und der Bodenfläche 32 schneidend ein. Verschiedene Zähne 26 der Kaliberreihe 28D können sich gleichzeitig in schneidendem Eingriff mit dem Umfang des Bohrloches 30 befinden, indem ein Schneidelement 26 zunächst auf der Führungsseite des Schneiders 20A in ein Seitenwandteil 34 an einem oberen Punkt 31A schneidend eingreift und dann die Bodenwandfläche 32 verläßt, wie dies in Figur 6 am unteren Punkt 31B dargestellt ist. Der anfängliche, obere Berührungspunkt 31A befindet sich im allgemeinen etwa 12,7 bis 38,1 mm (1/2 bis 1 1/2 Zoll) oberhalb des untersten Berührungspunktes 31B der Schneidelemente 26 und hat horizontal eine Entfernung gegenüber der Drehung des Meißels vom Punkt 31B von z. B. etwa 50,8 mm (2 Zoll). Weil der Meißel 10 und der Rollenschneider 20A rotieren, bewegen sich die Schneidelemente 26 in der Kaliberreihe 28D entlang der Seitenwandfläche 34 vom oberen Punkt 31A nach unten. Weil die Schneidelemente oder Zähne 26 sich entlang der Seitenwandfläche 34 nach unten bewegen, wird die Formation mit einem schleifenden, scherenden Vorgang an der äußeren Fläche der Zähne 26 in der Kaliberreihe 28D geschnitten. Wenn die Zähne 26 sich ihrer untersten Position nähern, wird der Umfang des Schleifens reduziert, so daß die Zähne 26 zunächst die Eckfläche 33 und dann einen Randteil der Bodenfläche 32 des Bohrloches 30 mit einer z. T. kratzenden und einer z. T. quetschenden Wirkung schneiden. Der schneidene Eingriff an der Eckfläche 33 findet im allgemeinen an der untersten Position der Schneidelemente in der Kaliberreihe 28D statt und ist in den Figuren 5 und 6 am Punkt 35 im Zentrum der Eckfläche 33 dargestellt. Bald nach dem Fortschreiten unterhalb der untersten am Zahn 26 dargestellten Position verlassen die Zähne die Eckfläche 33 und die gesamte Bodenfläche 32 am unteren Punkt 31B. Infolge dieser komplizierten Bahn sind normalerweise zwei (2) bis vier (4) Zähne der Kaliberreihe 28D gleichzeitig an unterschiedlichen Schneidstellen entlang einer kreisförmigen Schneidzone, angrenzend an den untersten Zahn 26 einschließlich der Eckfläche 33 und der angrenzenden Randbereiche der Bodenfläche 32 und der Seitenwandfläche 34 zwischen den oberen und unteren Punkten 31A und 31B im Eingriff. Die Entfernung E zwischen den Schneidpunkten, vom anfänglichen Kontakt am oberen Punkt 31A bis zum Abheben der nachziehenden Schneide des Schneiders, die an den unteren Punkt 31B angrenzt, wie das in Figur 6 dargestellt ist, variiert in solchen Faktoren, wie dem Druckwinkel C des Traglagers, dem Versatz der Rotationsachse 21, der Geometrie des konischen Schneiders, dem Typ der Formation und anderen Bohrungs-Bedingungen.
Im Unterschied zu den Schneidelementen 26 in der Kaliberreihe 28D greifen die Schneidelemente der inneren Reihen 28A, 28B und 28C nur in die Bodenfläche 32 des Bohrloches mit einem relativ einfachen und vergleichsweise kurzen Schneidweg in die Schneidbereiche unmittelbar unter den zugeordneten Schneidern ein. Der Schneidvorgang geschieht in erster Linie als eine vertikale Bewegung in die Formation und aus dieser heraus, mit einem geringen Maß an Schleifen über die gesamte Bodenfäche. Das Maß des Schleifens hängt von verschiedenen Faktoren, wie z. B. dem Druckwinkel C des Traglagers, dem Versatz der Rotationsachse 21, der Form des Schneiders, dem Typ der Formation und den Bohrungsbedingungen ab.
Deshalb führt die Geometrie des Rollenschneider-Drehbohrmeißels zu einer Anzahl von Schneid-Berührungspunkten für die Schneidelemente in der Kaliberreihe 28D und den inneren Reihen 28A und 28B, wie dies im Punkt 39 in Figur 2 dargestellt ist. Die Schneidelemente in ihrer untersten Position sind in Figur 2 mit gestrichelten Linien dargestellt. Es ist die Position, in der die Eckfläche und die inneren Bereiche des Bohrloches geschnitten werden. Dies geschieht unmittelbar unterhalb des Rotationsmittelpunktes des Schneiders. Diese Schneideingriffspunkte liegen in einem im wesentlichen L-förmigen Muster, wobei die Kaliberreihe die Seitenwand am äußeren Ende des Musters, und die inneren Reihen die gesamte Bodenfläche am inneren Ende des Musters schneiden. Die Eckfläche 33 wird an der Ecke des L-förmigen Musters, wie teilweise in den Figuren 5 und 6 dargestellt, geschnitten. Dieses Muster von Schneidorten eröffnet Möglichkeiten für wesentliche Verbesserungen in der Vortriebsrate, vorausgesetzt, daß ein Düsenentwurf für das Bohrfluid vorgesehen ist, um den Reinigungsvorgang des Fluides zwischen der Formation und den Schneidelementen an ihren Eingriffsorten zu maximieren.
Um das Bohrfluid mit hoher Geschwindigkeit für einen verbesserten Reinigungsvorgang, insbesondere an der Kaliberreihe 28D und der angrenzenden ineinandergreifenden Reihe 28D von Schneidelementen 26 zur Wirkung zu bringen, wird ein gerichtetes Fluid-Düsensystem geschaffen. Das System besteht aus einer Vielzahl von Düsen, die mit 36A, 36B und 36C bezeichnet sind, wobei eine Düse auf den Meißelkörper 12 zwischen jedem Paar von aneinandergrenzenden Rollenschneidern angeordnet ist. Jede Düse 36 hat einen zu ihr führenden Durchgang 38 für das Bohrfluid vom Bohrstrang, welcher für Bohrfluid hoher Geschwindigkeit zum Austreten aus einer Austrittsmündung oder -öffnung 37 sorgt.
Zwecks Darstellung der Lage und Richtung der Düsen und der zugeordneten Mündungen zum Erreichen der notwendigen Abflachung der ausgestoßenen Ströme von Bohrfluid gegen die Seitenwand zum Streichen entlang der Seitenwand und der Eckflächen des Bohrloches und zur Reinigung der Zähne vor dem Auftreffen auf die Seitenwand wird insbesondere auf die Figuren 3 bis 6 Bezug genommen, in welchen die Düse 36A und der Rollenschneider 20A dargestellt sind. Es ist selbstverständlich, daß die Düsen 36B und 36C mit ihren entsprechenden Rollenschneidern 20B und 20C in gleicher Weise arbeiten.
Die Düse 36A hat einen Düsenkörper 40, der eine Austrittsmündung 37 zur Richtung des Fluidstromes aus diesem bildet, wie dies bei 44 dargestellt ist. Der Fluidstrom 44 ist mit einem symmetrischen Querschnitt und einem Fächerwinkel von z. B. etwa 5 bis 20 Grad um den gesamten Umfang des Stromes dargestellt, wobei die Mittellinie des Volumens des ausgestoßenen Fluides bei 45 dargestellt ist. Andere Fächerwinkel oder ein nicht symmetrischer Querschnitt des Fluidstromes 44 können im Bedarfsfall vorgesehen werden. Die Düse 36A ist mit ihrer Austrittsmündung oder -öffnung 37 in einer Höhe unterhalb der obersten Fläche des Rollenschneiders 20A, wie in Figur 3 gezeigt, und mindestens in einer Höhe oberhalb des Schnittpunktes 23 der Rotationsachse 21 des Rollenschneiders 20A mit dem Bein 16, wie bei H in Figur 3 dargestellt, angeordnet. Am Düsen- oder Mündungsaustritt hat das Fluid eine Maximalgeschwindigkeit und einen minimalen Querschnitt. Wenn der Strom oder Strahl sich vom Austrittspunkt wegbewegt, verliert der Strom an Geschwindigkeit und vergrößert sich im Querschnitt. Ein Abfallen der Geschwindigkeit vermindert die Effizienz der Reinigung des Bohrfluid-Strahles. Eine geeignete Höhe soll eine angemessene Größe des Fließbereiches vom Austritt des Stromes mit einer geeigneten Geschwindigkeit und Verteilung vorsehen, um die Schneidelemente und die Formation effektiv zu reinigen. Für das einwärts gerichtete überstreichen des Bohrfluidstromes unterhalb der Schneidelemente auf dem zugeordneten Schneider 20A ist es ratsam, daß der Bohrfluidstrom 44 zuerst auf die Seitenwand 34 des Bohrloches 30 an einem Ort oberhalb der Eckfläche 33, z. B. am Auftreffpunkt 47 auftrifft. Es ist ebenfalls wichtig, daß die Geschwindigkeit des Bohrfluidstromes 44 nach dem Auftreffen auf die Seitenwand 34 nicht wesentlich reduziert wird, so daß eine hohe Geschwindigkeit für das nachfolgende Schwenken zwischen die Seitenwand und die Schneidelemente im Schneideingriffsbereich der Schneidelemente mit der Seitenwand und der Ecke des Bohrloches und dem dann folgenden Schwenken entlang der Bodenfläche im Schneideingriffsbereich der Schneider erhalten bleibt.
Zusätzlich ist es erwünscht, daß die Mittellinie des Strahles 44 bei 47 über dem Zentrum der Eckfläche 33, welche sich oberhalb des maximalen Vorstehens des untersten Schneidelementes 26 in der Kaliberreihe 28D mit einem vertikalen Abstand H1, wie in Figur 6 dargestellt, auf die Seitenwand auftrifft. Der Auftreffpunkt 47 des Fluidstromes 44 gegen die Seitenwand 34 kann variieren und dennoch zufriedenstellende Ergebnisse zeigen. Z. B. kann der Auftreffpunkt 47 nur etwa 6,35 mm (1/4 Zoll) oberhalb des Zentrums der Eckfläche 33 liegen und zufriedenstellende Ergebnisse zeigen, solange der größere Teil des Fluidstromes nicht direkt einen Schneider berührt, und der Strom zu einem angrenzenden Schneider gelenkt wird, so daß ein beträchtlicher Teil des Fluidstromes mit hoher Geschwindigkeit um die Eckfläche 33 im Bereich des Schneideingriffs der Zähne 26 der Kaliberreihe 28D in die Formation herumwirbelt. Um jedoch den Strom hoher Geschwindigkeit in einer Richtung tangential zur Fläche der Formation mit einem Maximalvolumen zum Streichen über die Bodenfläche 32, unterhalb der Schneider 20A, beizubehalten, wird angenommen, daß die Höhe H1 nicht oberhalb etwa 127 mm (5 Zoll) liegt und vorzugsweise nicht größer als etwa 76,2 mm (3 Zoll) für einen Drehbohrmeißel mit 222 mm (8 3/4 Zoll) Durchmesser sein sollte. Es wird weiter darauf hingewiesen, daß die Seitenwand 34 dazu neigt, den Strom 44 in einen Strom abzuflachen, der zuerst entlang der Seitenwand hinter den Schneidelementen der Kaliberreihe und dann über die Bodenfläche 32 schwenkt. Wie z. B. insbesondere in Figur 5 dargestellt, hat der Strom 44 von der Mündung 37 zur Seitenwand 34 eine im wesentlichen kegelstumpfförmige Gestalt.
Die Mittellinie 45 des Stromes hoher Geschwindigkeit 44 geht am Punkt 48 durch das Zentrum der Eckfläche 33, wie dies in Figur 5 dargestellt ist. Der bei 35 in Figur 5 dargestellte Schneidbereich der Ecke befindet sich im wesentlichen im Zentrum der Eckfläche 33, direkt unterhalb der Rotationsachse 21 des Schneiders 20A, was das weiteste Vorstehen der Kaliberreihe 28D an der gesamten Bodenfläche darstellt. Nach dem Auftreffen auf die Seitenwand 34 bei 47 wird der Strom 44 in einen flachen, breiten Strom verwandelt, der zuerst entlang der Seitenwandfläche unterhalb des ursprünglichen Auftreffpunktes 31A und entlang der Eckfläche 33 und dann über die gesamte Bodenfläche 32 mit einer hohen Geschwindigkeit, im wesentlichen tangential zur Fläche der Formation schwenkt.
Damit der Bohrfluidstrom 44 um den Umfang der Eckfläche 33 wirbeln und unter die Schneidelemente der Kaliberreihe 28D während des Schneideingriffes schwenken kann, ist es ratsam, den Strom 44 aus der radialen Richtung weg, hin zur Führungsseite des Schneiders 20A, gegen die Drehung des Drehbohrmeißels zu richten, wie dies durch den abgeschrägten Auftreffwinkel B in den Figuren 5 und 7 dargestellt ist, um auf die Seitenwand in einem abgeschrägten Winkel aufzutreffen, so daß ein beträchtlicher Teil des Fluidstromes mit hoher Geschwindigkeit über die Eckfläche 33 im Gebiet des Schneideingriffes der Schneidelemente 26 der Kaliberreihe 28D schwenkt. Um ein angemessenes Wirbeln des Fluidstromes hoher Geschwindigkeit um die Eckfläche 33 und dann über den benachbarten Boden 32 des Bohrloches in den Bereichen der Schneideingriffe zu erzeugen, wurde gefunden, daß der abgeschrägte Auftreffwinkel B zum Auftreffen auf die Seitenwand an oder oberhalb der Eckfläche 33 mindestens etwa zwanzig (20) Grad betragen und vorzugsweise in einem Bereich zwischen dreißig (30) und fünfzig (50) Grad liegen sollte, um bei Düsen, die zentral zwischen einem Paar von benachbarten Schneidern an einem Drehbohrmeißel mit drei Rollenschneidern angeordnet sind, beste Ergebnisse zu erzielen. Es wird angenommen, daß bessere Resultate mit einem niedrigen Auftreffwinkel von etwa fünfzehn (15) und größer als fünfzig (50) Grad erzielbar sind, insbesondere, wenn weniger einschränkende Meißelkonstruktionen verwendet werden, welche Düsen haben, die entfernt von einer zentralen Lage zwischen den Schneidern angeordnet sind, wie dies z. B. bei einem Drehbohrmeißel mit zwei Schneidern, möglich ist.
Wie in Figur 4 erkennbar, trifft ein seitlicher Teil des Stromes 44 auf die vorstehenden Enden der Schneidelemente 26 in der Kaliberreihe 28D, um die Kaliberreihe sofort zu reinigen, bevor die Schneidelemente 26 in Reihe 28D die Formation am oberen Punkt 31A zum Schneideingriff berühren, bevor der Strom 44 im Punkt 47 gegen die Seitenwand 34 trifft, wie dies in den Figuren 3 und 6 dargestellt ist. Nach der Berührung der Seitenwand 34 im Punkt 47 wird der Strom 44 abgeflacht und durch die Seitenwand 34 hinter die Schneidelemente 26 in der Kaliberreihe 28D und dann entlang der Kaliber-Eckfläche 33, und dann nach innen über die Bodenfläche 32 tangential zur Formation geleitet. Somit, nach dem Auftreffen auf die Seitenwand 34 im Punkt 47, folgt der Strom 44 eng der Kontur der Seitenwand 34, der Eckfläche 33 und der Bodenfläche 32 als dünner Strahl hoher Geschwindigkeit, wodurch er als relativ dünner Hochgeschwindigkeitsstrahl zwischen die Formation und die Schneidelemente an zahlreichen Schneideingriffsstellen der Reihen 28D, 28C, 28B und 28A mit maximaler Reinigungseffizienz schwenkt.
Die Düsenmündung 37 wird aus Wolframkarbid oder einem anderen geeigneten erosionsfesten Material hergestellt und in einer Distanz H, wie in Figur 3 gezeigt, oberhalb der Kreuzung der Rotationsachse der Welle 18 mit dem Bein 16 angeordnet, um Zugang zum Fließen des Fluides unter die Kaliberreihe während des Schneideingriffes zu schaffen. Die Düsen beschleunigen das Fluid und richten es nach außen zur Seitenwandfläche und zu einem danebenliegenden Schneider, so daß das Fluid auf die Seitenwand des Bohrloches in einem Winkel, abseits einer radialen Richtung, wie im schrägen Auftreffwinkel B dargestellt, auftrifft. Die Düsen 36A, 36B, 36C sind alle zwischen einem Paar von benachbarten Rollenschneidern angeordnet. Die Düse 36A ist z. B. zwischen den Rollenschneidern 20A und 20B angeordnet, und zur Führungsseite des Rollenschneiders 20A, relativ zur Drehrichtung des Meißels, abgeschrägt. Die Rollenschneider 20A, 20B und 20C sind auf einer kreisförmigen Bahn in Abständen von 120 Grad angeordnet. Die Düse 36A ist im wesentlichen mittig zum Kreis, zwischen den Rollenschneidern 20A und 20B angeordnet. Für die Erzielung effektiver Ergebnisse wird angenommen, daß die Düse 36A auf der Kreisbahn nicht näher als 36 Grad zum Rollenschneider 20A oder dem Rollenschneider 20B angeordnet werden sollte. Sofern sich die Düse 36A in einer radialen Richtung von der längsverlaufenden Rotationsache 15 befindet, wird angenommen, daß die Düse 36A radial außerhalb in einer Entfernung von mindestens der Hälfte des Radius des Drehbohrmeißels angeordnet sein sollte.
Der abgeschrägte Auftreffwinkel B wird nicht nur gewählt, um den größeren Teil der Schneidbereiche der Zähne der Kaliberreihe 28D zu reinigen, sondern auch in anderen Schneidbereichen der inneren Reihen 28A, 28B und 28C, an der gesamten Bodenfläche, wenn das Fluid nach innen tritt und entlang der Bodenfläche 32 des Bohrloches über die Schneideingriffsbereiche der Zähne an der inneren Reihe des Schneiders schwenkt, eine Reinigung vorzunehmen. Es ist ratsam, daß ein beträchtlicher Teil des Fluidstromes 44 über die Eckfläche 33, als wirbelnder Strom hoher Geschwindigkeit, an den Schneideingriffsbereichen der Kaliberreihe 28D, schwenkt, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Während es für die Mittellinie 45 des Fluidstromes 44 schwierig ist, in solcher Weise abgewinkelt zu werden, daß der Strom durch das Zentrum 35 der Eckfläche 33 beim Schneideingriff schwenkt, wird angenommen, daß der Ort, an dem die Mittellinie 45 sich mit dem Zentrum der Eckfläche 33 am Punkt 48 kreuzt, in einem Abstand D von nicht mehr als 0,42 mm pro mm Durchmesser des Drehbohrmeißels entfernt sein sollte, um die besten Ergebnisse zu erzielen. Wie vorstehend beschrieben, ist der Eckschneidbereich 35 im allgemeinen im Zentrum der Eckfläche 33, direkt unterhalb der Rotationsachse 21 des Schneiders 20A, angeordnet. Ein optimaler Bereich für den Abstand zwischen den Düsen und dem Meißelkörper, der sich zentral zwischen einem Paar von nebeneinanderliegenden Schneidern befindet, beträgt zwischen 0,10 und 0,30 mm pro mm Durchmesser des Meißelkörpers, um die besten Ergebnisse zu erzielen. Es wird darauf hingewiesen, daß das Zentrum der Eckfläche 33 und damit auch die Punkte 35 und 48 in einer Ebene rechtwinklig zur Rotationsachse des Drehbohrmeißels liegen, so daß der Abstand D ebenfalls in dieser Ebene gemessen wird. Figur 5 zeigt einen Abstand D für einen Drehbohrmeißel von 222 mm (8 3/4 Zoll) Durchmesser.
Die Richtung und Lage der Düse wird auch angepaßt, um die Stelle zu bestimmen, wo der Strom hoher Geschwindigkeit nahe am Schneider vorbeigeht, um die Zähne in der Kaliberreihe vor dem Auftreffen auf die Seitenwand zu reinigen. In Abhängigkeit von der geometrischen Form der Meißelkonstruktion mit Rollenschneider und dem zur Verfügung stehenden Raum, werden die Düsen im bevorzugten Ausführungsbeispiel so ausgerichtet, daß die Verteilung der eingesetzen Fluidenergie zur Reinigung der gebogenen Seitenwand und der Eckfläche hinter dem Schneider, des Bohrlochbodens entlang der inneren Schneidbereiche unterhalb des Schneiders und der Schneidzähne auf der Seite des Schneiders vor dem Schneideingriff optimiert wird.
Als spezielles, den Schutzumfang jedoch nicht beschränkendes Beispiel eines erfindungsgemäßen Drehbohrmeißels entsprechend den Figuren 1 bis 6, mit welchem eine hohe, unerwartete Vortriebsrate erreicht worden ist, wurde ein Drehbohrmeißel mit der Bezeichnung HP51A durch die Firma Reed Tool Company, Houston, Texas hergestellt, welcher einen Meißeldurchmesser von 222 mm (8 3/4 Zoll) mit Austrittsdüsen, die einen abgeschrägten Auftreffwinkel B von dreiundvierzig (43) Grad aufweisen und auf die Seitenwand an einem Auftreffpunkt 47 in einem Abstand H1 von 43,69 mm (1,72 Zoll) auftreffen. Die Düsenmündung 37 wurde in einer radialen Entfernung von 29,85 mm (1,175 Zoll) von der Seitenwand 34, einer vertikalen Höhe von 101,60 mm (4 Zoll) vom Boden des Bohrloches und einer horizontalen Entfernung von 81,28 mm (3,2 Zoll) von der Mittellinie des Bohrmeißels angeordnet. Die Mittellinie des Fluidstromes wurde in einem Abstand G von 3,81 mm (0,15 Zoll) von dem äußeren Umfang der Kaliberreihe angeordnet. Die Einsätze der Kaliberreihe umfassen sechsunddreißig (36) Schneidelemente. Die Vortriebsrate wurde um ca. 60 - 65 Prozent, verglichen mit konventionellen Vortriebsraten der IADC (International Association of Drilling Contractors) von 517 Bohrmeißeln, welche Düsen aufwiesen, die an ähnlicher Stelle wie beim obenstehenden Beispiel angeordnet waren, deren Fluidstrom jedoch radial nach außen gerichtet war, um direkt auf dem Boden des Bohrloches aufzutreffen, übertroffen.
In den Figuren 8 und 9 ist eine modifizierte Düsenform dargestellt, bei welcher die Mittellinie 45H des Stromes 44H des Bohrfluides von der Düse 36H zur nachlaufenden Seite des Schneiders 20H in Rotationsrichtung des Bohrmeißels abgeschrägt ist, wobei der Strom 44H zwischen der Seitenwand 34 und den Schneidelementen 26 an der Kaliberreihe 28D an der nachlaufenden Seite des Schneiders 20H zum Reinigen einer Vielzahl von Schneidelementen 26 unmittelbar nach dem Abheben von der Formation schwenkt. Der Auftreffwinkel, der bei B in der Ausführungsform der Figuren 1 bis 7 vor dem Strom 44 gezeigt wird, ist ähnlich dem Winkel B für den Strom 44H der in den Figuren 8 und 9 gezeigten Düsenform. Der Fluidstrom 44H fließt in einer dem Strom 33 in der Ausführungsform der Figuren 1 bis 7 ähnlichen Weise, mit der Ausnahme, daß er zur nachlaufenden Seite in Rotationsrichtung des Drehbohrmeißels und nicht zur Führungsseite der Rollenschneider 20H gegen die Drehrichtung des Drehbohrmeißels abgewinkelt ist.
Nunmehr soll auf die Figuren 10 bis 14 Bezug genommen werden; diese Ansichten zeigen die Ergebnisse weitreichender Tests von verschiedenen Anordnungen der Düse am Rollenschneider. Um die Vorteile der Erfindung zu demonstrieren, wurde eine Anzahl von Test-Drehbohrmeißeln mit verschiedenen Modifikationen der Düse konstruiert und unter gesteuert simulierten Vor-Ort-Bedingungen getestet. Die in Figur 8 dargestellten Abstände G zeigen den minimalen Abstand zwischen der Mittellinie des Fluidstromes und den Zähnen 26 der Kaliberreihe 28D. Um die besten Ergebnisse zu erzielen, ist es wichtig, daß die Mittellinie des Fluidstromes nahe zu den Zähnen 26 der Kaliberreihe 28D verläuft. Um verbesserte Ergebnisse zu erzielen, wird angenommen, daß der Abstand G nicht größer als etwa 25,4 mm (1 Zoll) sein sollte und zur Erzielung bester Ergebnisse sollte G nicht größer als etwa 17,78 mm (0,70 Zoll) sein. Es wurde festgestellt, daß verbesserte Ergebnisse erzielt wurden, wenn mehr hydraulische Energie gegen die Schneidelemente in der Kaliberreihe 28D als gegen die Schneidelemente in den verbleibenden Reihen gerichtet wurde.
Die Testausrüstung bestand aus einem Bohrturm normaler Größe, ähnlich denen, die bei tatsächlichen Erdbohrungen verwendet werden, und einem unter Druck stehendem Gefäß mit ausgewählten Gesteinsformationen. Obgleich die verschiedenen Düsenformen unter einer Reihe von Bedingungen getestet wurden, ist die Mehrheit der Bewertungen mit einer speziellen Zusammenstellung von Testbedingungen vorgenommen worden, um eine Basis zum Vergleich der Modifikationen der Düse zu erhalten. Diese Bedingungen waren: Mancos-Schiefer-Stein-Formation, 1,102 kg/l (9,2 lb/gal); Chrom-Lignosulfat-Bohrfluid im Umlauf mit 15,77 l/sec (250 GPM) durch drei Bohrmeißeldüsen mit einem Durchmesser von 10,3 min (13,32 Zoll); Porendruck des Fluides in der Formation 0 kg/m² (0 psi); Fluiddruck im Bohrloch 492,149 kg/m² (700 psi); 13,608 kg (30 000 pounds) Belastung auf dem Drehbohrmeißel und eine Drehgeschwindigkeit von 90 U/min (RPM). Diese Bedingungen entsprechen dem Durchschnitt von gewöhnlichen Situationen beim Bohren in sogenannten "soft to medium"- (weichen bis mittleren) Formationen. Alle Tests wurden mit Bohrmeißeln von 222 mm (8 3/4 Zoll) Durchmesser mit identischen IADC 517 Schneid-Konstruktionen durchgeführt. Während einige Düsenaustrittsstellen für das Fluid mit hoher Geschwindigkeit in den Test-Drehbohrmeißeln etwas unterschiedlich waren, wurden die Düsen im wesentlichen zentral zwischen den Schneidern angeordnet und jedwede Abweichung war geringer als 12,7 mm (1/2 Zoll). Die folgende Tabelle 1 beschreibt die getesteten Düsenkonstruktionen. Tabelle 1 - Testergebnisse von Düsenkonstruktionen, die in Mancos-Schiefer getestet wurden Konstruktion Düsenkonstruktion Reinigung der Schneidzähne Auftreffpunkt in der Formation Vortriebsrate % Anstieg (Stand der Technik) Konventioneller Meißel Radial nach außen gerichtet Zum Schneider abgewinkelt Erfindungsgemäß Keine Tangentialer Fluß Boden Seitenwand, Führungsseite Seitenwand, Nachlaufende Seite Tabelle 1 (Fortsetzung) Konstruktion Schräge des Auftreffwinkels Abstand Höhe H1 (Stand der Technik) D Abstand der Mittellinie des Fluidstromes von der Eckfläche in mm (Zoll) für Drehbohrmeißel mit 222 mm (8 3/4 Zoll) Durchmesser D1 Abstand der Mittellinie des Fluidstromes von der Eckfläche in mm pro mm (Zoll pro Zoll) des Meißeldurchmessers G Abstand der Mittellinie des Fluidstromes in mm (Zoll) vom äußeren Umfang der Kaliberreihe H1 Höhe der Mittellinie vom Fluidstrom vom Zentrum der Eckfläche in mm (Zoll) N/A Nicht anwendbar auf Konstruktionen mit Auftreffpunkten am Boden
Infolge der zuvor beschriebenen mechanischen Probleme wurden Konstruktionen des Standes der Technik mit verlängerten oder gekrümmten Kanälen für das Fluid hoher Geschwindigkeit, die sich über den Schnittpunkt der Rotationsachse des Rollenschneiders mit dem Stützbein hinaus erstreckt, nicht in Betracht gezogen.
Die Figuren 10 und 11 zeigen, wo das Zentrum des Fluidflusses gegen einen benachbarten Schneider gerichtet ist und auf die Seitenwand auftrifft. Nach dem Austritt aus der Düsenmündung wird der Fluß in Figur 10 durch einen Punkt im Zentrum des Flusses und in Figur 11 durch eine einfache Mittellinie gekennzeichnet. Figur 10 zeigt, wo der Kern des Flusses mit hoher Geschwindigkeit in der Nähe der Rotationsbahn der Kaliberreihe und der benachbarten inneren Reihe der Zähne an der Führungs- oder Nachlaufseite des Schneiders vor dem Eingriff der Zähne in die Formation vorbeigeht. Figur 11 zeigt die Höhe über dem Boden des Bohrloches an den Auftreffpunkten der Mittellinie auf die Formation für einen Test mit verschiedenen Anordnungen der Düse, wie sie in der vorstehenden Tabelle 1 angegeben sind.
Die Ergebnisse der Vortriebsrate sind in dem Diagramm der Figur 12 angegeben. Infolge wesentlicher Veränderungen in der Bohrfähigkeit von verschiedenen Mancos-Schiefersteinproben wurde jede Düsenkonstruktion in einer Hälfte einer vorgegebenen Gesteinsprobe gegenüber einer konventionellen Meißelkonstruktion "P1" in der anderen Hälfte der Probe getestet. Diese Testmethode vermindert die Gesamtabweichungen in den Bohrfähigkeits-Vergleichen auf ± 5 %. Die Vortriebsrate der modifizierten Düsen wird dann als eine prozentuale Verbesserung gegenüber der der Meißelkonstruktion "P1" für jede modifizierte Düsenkonstruktion angegeben. Die Konstruktion "P1" ist eine gebräuchliche Düsenkonstruktion, die laufend bei kommerziellen Bohroperationen verwendet wird, und die umgebaut wurde, indem bei einem Reed Tool-Standard-HP51A-Bohrmeißel die nach außen gerichteten und abgewinkelten Düsen (wie in der Konstruktion "R") in eine konventionelle hydraulische Konstruktion geändert wurden. Die Meißelkonstruktion "P1" verwendet dieselbe Schneidstruktur wie die anderen Testmeißel und hat eine Anordnung der Düse ohne nach außen gerichtete Abwinkelung, wodurch sie den Fluidstrom auf den Boden des Bohrloches, zentrisch zu den Schneidern ausstößt. Somit trifft die Mittellinie des Fluidstromes bei der Konstruktion "P1" nicht, wie bei der vorliegenden Erfindung, die Seitenwand. Es ist zu beachten, daß die Düse bei den Konstruktionen Q und Y einen abgewinkelten Fluidstrom auf die nachlaufende Seite der Führungsschneiden lenkt, wie dies in der Ausführungsform nach den Figuren 8 und 9 angegeben ist. Für jede der in Tabelle 1 angegebenen Düsenkonstruktionen wurden mehrere Tests durchgeführt. Die Tests für alle Konstruktionen wurden mindestens zweimal durchgeführt. Die in Figur 12 dargestellte Vortriebsrate basiert auf den Durchschnittswerten für jede einzelne Düsenkonstruktion.
Zwei wichtige Entdeckungen ergaben sich aus der sorgfältigen Analyse der Testergebnisse. Eine unerwartete Verbesserung der Vortriebsrate kann durch den Fluß des Bohrfluides erreicht werden: (1) durch relativ kleine Veränderungen in der Düsenrichtung, was die Wichtigkeit der Optimierung der Düsenkonstruktion demonstriert, und (2) durch Berührung und Reinigung der Formation an wichtigen Schneideingriffspunkten der Schneidelemente in der Kaliberreihe an der Eckfläche. Die größten Verbesserungen der Vortriebsrate wurden durch die Konstruktion "W" und "X" erreicht, welche das Fluid in einem relativ steil abgeschrägten Auftreffwinkel B nahe neben die Schneidelemente in der Kaliberreihe 28D richten, um die Formation an den Eingriffsstellen der Zähne in die gekrümmte Seitenwand sowie an den Eck- und Bodenflächen zu reinigen. Andere neue Düsenkonstruktionen erhöhen die Vortriebsrate über das aus dem Stand der Technik bekannte Maß, indem sie das Fluid mit von der radialen Richtung abgeschrägtem Auftreffwinkel und nahe an den Schneidelementen auf die Kaliberreihe richten, um einen wesentlichen Teil der Schneideingriffsstellen der Zähne in der Kaliberreihe zu reinigen.
Figur 14 ist ein Diagramm, das die Wichtigkeit des abgeschrägten Auftreffwinkels des Fluidstromes gegenüber der Seitenwand zum Erreichen einer verbesserten Vortriebsrate demonstriert, was durch eine Anzahl von Düsenpositionen um einen abgeschrägten Auftreffwinkel B gegenüber der Seitenwand von etwa 40 Grad nachgewiesen wird. Solch ein abgeschrägter Auftreffwinkel ist empfehlenswert, um dem Fluid mit hoher Geschwindigkeit eine wirbelnde Bewegung um den gesamten Boden zu geben, wenn es über die Eckfläche des Bohrloches an den Schneideingriffsstellen der Kaliberreihe schwenkt. Es wird angenommen, daß ein abgeschrägter Auftreffwinkel B von mindesten 20 Grad zu empfehlen ist, um eine wesentlich verbesserte Vortriebsrate zu erzielen, jedoch kann unter bestimmten Bedingungen und bei bestimmten Formationen ein abgeschrägter Auftreffwinkel B von etwa 15 Grad ebenfalls zu einer solchen verbesserten Vortriebsrate führen. Figur 13 demonstriert die Wichtigkeit der Bestimmung der Entfernung D von Punkt 48 zu Punkt 35 bei der Verbesserung der Vortriebsrate entsprechend Figur 5. Wenn die Entfernung D1 vermindert wird, erhöht sich im allgemeinen die Vortriebsrate. Es ist höchst empfehlenswert, daß das Bohrfluid mit hoher Geschwindigkeit über die Eckfläche so eng wie möglich zur Kante der Schneideingriffsstellen in der Kaliberreihe im Punkt 35 schwenkt.
Es wurde gefunden, daß, obgleich die Reinigung der Zähne und der Formation während des Schneideingriffes wichtig ist, es nicht empfehlenswert ist, die Reinigungswirkung des Stromes hoher Geschwindigkeit vor dem Auftreffen auf die Seitenwand nahe am Schneider gänzlich zu eliminieren. Ein Teil der Energie des Stromes kann zur Reinigung der Zähne vor ihrem Eingriff verwendet werden. Mach kann es unter bestimmten Voraussetzungen empfehlenswert sein, mehr hydraulische Energie oder Volumen von Bohrfluid gegen die Kaliberreihe als gegen die verbleibenden Reihen zu richten. In Abhängigkeit von den unterschiedlichen festen Bestandteilen im Bohrfluid, den Fließgeschwindigkeiten und den Düsenaustrittsdurchmessern, die bei den verschiedenen Bohroperationen verwendet werden, gibt es einen Kompromiß zwischen der Reinigung der Zähne, der Erosion des aus Stahl bestehenden Körpers des Schneiders und der Reinigung der in der Formation bestehenden Schneideingriffsstellen.
Aus dem vorstehenden ist ersichtlich, daß eine erhöhte Vortriebsrate durch eine verbesserte hydraulische- und Reinigungswirkung, die durch die Anordnung eines Bohrfluidstromes hoher Geschwindigkeit zwischen einem Paar von nebeneinanderliegenden Rollenschneidern und die Abwinkelung eines solchen Stromes gegen die Schneidelemente in der Kaliberreihe eines der Schneider vorgenommen wird, erzielbar ist. Der Strom ist nach außen gegen die Seitenwand gerichtet, mit einem von der radialen Richtung abweichenden, abgewinkelten Auftreffwinkel B, um den notwendigen Reinigungseffekt durch das Fluid hoher Geschwindigkeit in einer schwenkenden und wirbelnden Weise um die gesamte Eckfläche zu erreichen. Der Strom hoher Geschwindigkeit trifft auf die Seitenwand des Bohrloches nahe den Schneideingriffsstellen der Schneidelemente der Kaliberreihe zum Wirbeln um die gesamte Eckfläche auf, und schwenkt über die Bodenfläche des Bohrloches, um die Formation an den speziellen Schneideingriffsstellen zu säubern.
Obgleich bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erläutert wurden, ist es offensichtlich, daß Modifikationen und Anpassungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele für jeden Fachmann selbstverständlich sind. Es wird jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, daß solche Modifikationen und Anpassungen innerhalb des Schutzbereiches der vorliegenden Erfindung liegen, wie dies in den folgenden Ansprüchen zum Ausdruck kommt.

Claims

1. Drehbohrmeissel (10) zum Bohren eines Bohrloches (34) in einer Erdformation, mit einem Meisselkörper (12), welcher ein oberes Ende hat, welches ausgelegt ist, um mit einem Bohrgestänge verbunden zu werden, um den Bohrmeissel zu drehen und, um dem Meissel Bohrfluidum zuzuführen, wobei der Meisselkörper mehrere Beine (16) hat, welche sich vom unteren Ende desselben erstrecken, wobei jedes Bein ein Lager (18) auf dem wegstrebenden Ende desselben hat, mit einer Längsachse, welche sich nach unten und im allgemeinen radial nach innen vom Bein erstreckt; einem Rollenschneider (20A,20B,20C), welcher drehbar auf der Längsachse jedes Lagers montiert ist, und eine Vielzahl von Reihen (28A,28B,28C,28D) von Schneideelementen (26), einschliesslich einer äusseren Kaliberreihe (28D), aufweist, wobei die Kaliberreihe (28D) der Schneideelemente (28) vorgesehen ist, um die Seitenwand des Bohrloches, den äusseren Umfang der Bcdenfläche des Bohrloches und die Eckfläche des Bohrloches, welche sich zwischen der Seitenwand und dem äusseren Umfang der Bodenfläche erstreckt, zu schneiden; wobei die inneren Reihen (28A,28B,28C) der Schneideelemente (26) vorgesehen sind, um den verbleibenden inneren Teil der Bodenfläche zu schneiden, und einer Düse (36A), welche auf dem Meisselkörper (12) zwischen einem Paar nebeneinanderliegender Schneiderollen (20A, 20B) angeordnet ist und eine Düsenöffnung (37) hat, welche in einer Hohe über dem Schnittpunkt der Längsachsen der Lager mit den Beinen angeordnet ist und sich beim Betrieb näher an der Bohrlochseitenwand als an der Drehachse des Bohrmeissels befindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenöffnung (37) einen Bohrfluidumstrom hoher Geschwindigkeit nach unten und nach aussen richtet, wobei das Zentrum (45) des Volumens des Stromes während des Betriebs des Drehbohrmeissels im Bohrloch auf einen Treffpunkt auf der Seitenwand des Bohrloches gerichtet ist, welcher sich in einer Hohe (H1) über dem Zentrum der Eckfläche befindet, so dass der Hauptanteil des Fluidums zuerst über die Eckfläche und dann über die Bodenfläche schwenkt, und dadurch, dass das Zentrum des Volumens des Stromes geneigt ist, um auf die Formation unter einem Auftreffwinkel (B) aufzutreffen, welcher grösser ist als etwa 15º von einer radiaien Richtung weg in Richtung einer der nebeneinanderliegenden Schneiderollen (20A).

2. Drehbohrmeissel (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrum (45) des Volumens des Stromes gegen die Drehrichtung des Meissels geneigt ist in Richtung der Angriffsseite der nachlaufenden Schneiderolle (20A) des Schneiderollenpaares (20A,20B) unter einem Auftreffwinkel (B) grösser als etwa 15º von einer radialen Richtung weg.

3. Drehbohrmeissel (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrfluidumstrom hoher Geschwindigkeit von der Düsenöffnung (37) gerichtet ist, so dass wenigstens ein Seitenteil des Stromes des Bohrfluidums die Schneideelemente (26) in der Kaliberreihe (28D) trifft, ehe sie die Formation trifft.

4. Drehbohrmeissel zum Bohren eines Bohrloches in einer Erdformation, mit einem Meisselkörper (12), welcher ein oberes Ende hat, welches ausgelegt ist, um mit einem Bohrgestänge verbunden zu werden, um den Bohrmeissel zu drehen und, um dem Meissel Bohrfluidum zuzuführen, wobei der Meisselkörper mehrere Beine (16) hat, welche sich vom unteren Ende desselben erstrecken, wobei jedes Bein ein Lager (18) auf dem wegstrebenden Ende desselben hat, mit einer Längsachse, welche sich nach unten und im allgemeinen radial nach innen vom Bein erstreckt; einem Rollenschneider (20A,20B,20C), welcher drehbar auf der Längsachse jedes Lagers montiert ist, und eine Vielzahl von Reihen (28A,28B,28C,28D) von Schneideelementen (26), einschliesslich einer äusseren Kaliberreihe (28D), aufweist, wobei die Kaliberreihe (28D) der Schneideelemente (28) vorgesehen ist, um die Seitenwand des Bohrloches, den äusseren Umfang der Bodenfläche des Bohrloches und die Eckfläche des Bohrloches, welche sich zwischen der Seitenwand und dem äusseren Umfang der Bodenfläche erstreckt, zu schneiden und einer Düse (36A), welche auf dem Meisselkörper (12) zwischen einem Paar nebeneinanderliegender Schneiderollen (20A,20B) angeordnet ist und eine Düsenöffnung (37) hat, welche in einer Höhe über dem Schnittpunkt der Längsachsen der Lager mit den Beinen angeordnet ist und sich beim Betrieb näher an der Bohrlochseitenwand als an der Drehachse des Bohrmeissels befindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenöffnung (37) während des Betriebs des Bohrmeissels im Bohrloch einen Bohrfluidumstrom hoher Geschwindigkeit nach unten und nach aussen richtet auf einen Auftreffpunkt auf der Seitenwand des Bohrloches in einer Höhe (H1) über dem Zentrum der Eckfläche, dass das Zentrum des Volumens des Stromes von einer radialen Richtung weggeneigt ist in Richtung einer der nebeneinanderliegenden Schneiderollen; und, dass im Betrieb der Punkt, wo das Zentrum des Volumens des Stromes durch das Zentrum der Eckfläche hindurchgeht sich in einer Entfernung (D), nicht grösser als 0.42 mm pro mm Meisseldurchmesser, vom untersten Schneideberührungspunkt der Schneideelemente (26) in der Kaliberrelhe (38D) im Zentrum der Eckfläche, befindet, wobei der Abstand (D) in einer Ebene gemessen wird, die senkrecht auf der Drehachse des Drehbohrmeissels steht.

5. Drehbohrmeissel (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrum (45) des Volumens des Stromes (44) geneigt ist, um die Formation unter einem Auftreffwinkel (B) gegenüber der Meisseldrehrichtung und in Richtung der Angriffsseite der nachfolgenden Schneiderolle (20A) des Schneiderollenpaares (20A,20B) zu treffen.

6. Drehbohrmeissel (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrfluidumstrom hoher Geschwindigkeit so gerichtet ist, dass wenigstens ein Seitenteil des Bohrfluidumstromes die Schneideelemente (26) in der Kaliberreihe (28D) vor dem Auftreffen auf die Formation berührt.