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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
allgemein zum Bohren von Öl-
und Gasbohrlöchern
verwendete Bohrer und auch Verfahren zur Herstellung derartiger
Bohrer. Genannte Bohrer werden beim Bohren von Erdformationen in
Verbindung mit Öl-
und Gassuche und -herstellung verwendet.
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BESCHREIBUNG
DES STANDES DER TECHNIK
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Es ist bei bekannten Bohrern allgemein
bekannt, Schneidelemente zu verwenden, die an einem ihrer Enden
an polykristallinen Diamentpreßkörper (Polycristalline
Diamond Compact), allgemein als „PDC" bezeichnet, aufweisen. Das PDC-Material wird
typischerweise in Form einer relativ dünnen Schicht auf einer Seite
eines wesentlich größeren Befestigungskörpers bereitgestellt.
Der Befestigungskörper
weist gewöhnlich
eine Konfiguration mit einem bolzenartigen Ende auf und ist typischerweise aus
einem relativ harten Material, wie zum Beispiel gesintertem Wolframcarbid,
gebildet. Die Diamantschicht kann direkt auf dem bolzenartigen Befestigungskörper angeordnet
sein oder sie kann über
einen scheibenartigen Zwischenträger,
auch typischerweise bestehend aus gesintertem Wolframcarbid, angeordnet
sein. Auf jeden Fall ist die Diamantschicht typischerweise an einem
Ende des bolzenartigen Befestigungskörpers angeordnet, wobei das
andere Ende desselben in einer Bohrung befestigt oder in den Körper des
Bohrers eingebaut ist.
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Der Bohrerkörper selbst besteht typischerweise
aus einem von zwei Materialien. Der Körper ist entweder eine Wolframcarbid-Matrix
oder aus zahlreichen Stahlformen hergestellt. Wenn der Körper aus
Stahl hergestellt ist, liegt die Tasche zur Aufnahme des Bolzens üblicherweise
in Gestalt eines Zylinders zur Aufnahme des zylindrisch geformten
Bolzens der Schneide vor.
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Es ist auf dem Fachgebiet allgemein
bekannt gewesen, daß die
Taschen, wenn der Bohrerkörper aus
einer Wolframcarbid-Matrix besteht, in jeder gewünschten Gestalt ausgebildet
werden können.
Zum Beispiel ist in der US-A-4,200,159 von Eberhard Peschel et al.
offenbart, daß der
Schneidkörper,
wie in 7 des Patents
dargestellt, in Form eines Zylinders oder in Form eines Stiftes
(siehe 14) oder in Form
eines Kegels, wie in den 15 und 16 der US-A-4,200,159 dargestellt,
vorliegen kann.
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Wenn ein sogenannter Blade Cutter
verwendet wird, werden bei den bekannten Stahlkörperbohrern die zylindrischen
Taschen gewöhnlich
von der Vorderseite der Schneide gefertigt, wodurch der Zugriff
auf die Mitte des Bohrers begrenzt wird.
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Wir haben herausgefunden, daß durch
Verwendung einer PDC-Schneideinrichtung mit einem mittigen zylindrischen
Abschnitt und einem kugelförmigen
Abschnitt an einem Ende fern von dem PDC-Schneideinrichtungsende,
die somit im wesentlichen in Gestalt einer Kugel vorliegt, die Schneideinrichtung
in einer Tasche plaziert werden kann, die, zumindest teilweise,
mit dem kugelförmigen
Ende der Schneideinrichtung übereinstimmt.
Wir können somit
Schneideinrichtungsorte in der Mitte des Bohrers bereitstellen,
die bisher für
Bekannte nicht verfügbar
waren.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die Aufgaben der Erfindung werden,
allgemein, durch Bereitstellung eines neuen und verbesserten Blattbohrmeißels zum
Bohren von Öl-
und Gasbohrlöchern
erfüllt,
umfassend: einen Hartmetallkörper
mit einer Stirnseite, wobei besagte Stirnseite mehrere Stauchungen
jeweils mit einer oberen Fläche
und einer Vorderkantenfläche
definiert, wobei wenigstens eine der oberen Fläche wenigstens eine eingefräste Tasche
aufweist, wobei besagte wenigstens eine Tasche ein halbkugelförmiges erstes
Ende und ein halbkreisförmiges
zweites Ende aufweist, das die Vorderkantenfläche schneidet; und eine Schneidstruktur,
die in besagte wenigstens eine Tasche hartgelötet ist, wobei die Schneidstruktur
ein kugelförmiges
erstes Ende, das zumindest teilweise mit dem ersten Ende der Tasche übereinstimmt,
und ein zweites Ende aufweist, das eine Schneidfläche aus einem
polykristallinen Diamantpreßkörper definiert.
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Die vorliegende Erfindung stellt
auch bereit eine Schneidstruktur für einen Blattbohrmeißel, umfassend
einen zylindrisch gestalteten mittigen Bereich aus Wolframcarbid
mit einem kugelförmigen ersten
Ende und einem eine Schneidfläche
aus einem polykristallinen Diamantpreßkörper definierenden zweiten
Ende, wobei die Schneidfläche
sich in einer zur Längsachse
der Schneidstruktur orthogonalen Ebene befindet. Die Schneidstruktur
kann eine halbkreisförmige
Aufnahme in dem kugelförmigen Ende
zur Aufnahme eines zylinderförmigen
Verankerungsstiftes aufweisen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
einen bildhaften Aufriß eines Bohrers
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 zeigt
eine Endansicht der Arbeitsfläche
des Bohrers gemäß 1;
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3 zeigt
einen Aufriß einer
Schneidstruktur, die an ihrem Platz in einer Tasche hartgelötet ist, die
in eine Rippe des Bohrers gemäß den 1 und 2 der vorliegenden Erfindung gefräst ist;
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4 zeigt
einen Aufriß eines
Fräswerkzeugs
mit kugelnasigem Ende, das zum Fräsen der Tasche in die in 3 dargestellte Rippe gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird;
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5 zeigt
eine alternative Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die eine Schneidstruktur zeigt, die
an ihren Platz innerhalb einer Tasche in der Rippe eines in den 1 und 2 dargestellten Bohrers gemäß der vorliegenden
Erfindung hartgelötet
ist;
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6 zeigt
einen Aufriß einer
alternativen Ausführungsform
einer Tasche, die in eine der Rippen des Bohrers gemäß den 1 und 2 entsprechend der vorliegenden Erfindung
gefräst
ist;
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7 zeigt
eine alternative Ausführungsform
einer Schneidstruktur, die in eine Tasche in einer der Rippen des
in den 1 und 2 dargestellten Bohrers gemäß der vorliegenden
Erfindung hartgelötet ist;
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8 zeigt
eine Draufsicht eines in die obere Fläche der in 7 dargestellten Rippe gefrästen Schlitzes
von oben;
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9 zeigt
eine Endansicht des in 8 dargestellten
Schlitzes;
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10 zeigt
eine bildhafte Ansicht des Schlitzes und der Tasche, die in die
in den 7–9 dargestellte Rippe gefräst sind;
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11 zeigt
eine bildhafte Ansicht eines Fräsers
mit kugelnasigem Ende, der bei dem Herstellprozeß gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet wird;
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12 zeigt
einen alternativen Fräser
mit kugelnasigem Ende, der einen reduzierten Schaft aufweist, der
derart dimensioniert ist, daß er
durch den in den 7–10 dargestellten Schlitz
tritt;
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13 zeigt
eine bildhafte Ansicht einer projektilförmigen Schneideinrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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14 zeigt
einen Aufriß einer
alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, in der die Schneideinrichtung in eine
Tasche unter einem Winkel von der oberen Fläche der Rippe weg gemäß der vorliegenden
Erfindung hartgelötet
ist;
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15 zeigt
eine Draufsicht des in die obere Fläche der in 14 dargestellten Rippe gefrästen Schlitzes;
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16 zeigt
eine alternative Ausführungsform
einer Schneideinrichtung, die in eine Tasche in einer Rippe des
in den 1 und 2 dargestellten Bohrer hartgelötet ist,
aber einen steileren Winkel weg von der oberen Fläche der
Rippe aufweist;
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17 zeigt
eine Draufsicht des in die obere Fläche 40 der Ausführungsform
von 16 gefrästen Schlitzes
von oben;
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18 zeigt
eine bildhafte Wiedergabe einer alternativen Ausführungsform
der Schneidanordnung mit einer Aufnahme an ihrem kugelförmig gestalteten Ende
zur Aufnahme eines in 20 dargestellten Stiftes;
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19 zeigt
eine bildhafte Wiedergabe einer Tasche mit einer Aufnahme an ihrem
kugelförmig
gestalteten Ende auch zur Aufnahme des in 20 dargestellten Stiftes;
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20 zeigt
eine Draufsicht der in 18 dargestellten
Schneidanordnung, die in die in 19 dargestellte
Tasche hartgelötet
ist und einen Stift aufweist, der zur Verankerung der Schneidanordnung
in der Tasche darin hartgelötet
ist;
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21 zeigt
einen Aufriß der
Schneidanordnung von 18,
die in die in 19 dargestellte
Tasche hartgelötet
ist und den darin hartgelöteten
Stift zur Verankerung der Schneidanordnung in der Tasche aufweist;
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22 zeigt
eine bildhafte Ansicht einer projektilförmig gestalteten Schneideinrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einer alternativen Ausführungsform der Erfindung, enthaltend
eine nichtplanare Schneidfläche;
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23 zeigt
eine Endansicht der in 22 dargestellten
Schneideinrichtung;
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24 zeigt
eine alternative Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit einer alternativen, nichtplanaren
Schneidfläche;
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25 zeigt
eine Endansicht der in 24 dargestellten
Schneideinrichtung;
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26 zeigt
eine alternative Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die eine alternative, nichtplanare Schneidfläche zeigt;
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27 zeigt
eine Endansicht der in 26 dargestellten
Schneideinrichtung;
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28 zeigt
eine alternative Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die eine alternative, nichtplanare Schneidfläche zeigt;
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29 zeigt
eine Endansicht der in 28 dargestellten
Schneideinrichtung;
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30 zeigt
eine bildhafte schematische Ansicht der Schneidanordnung von 22 während des Verlaufs des Herausbrechens
eines Spans;
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31 zeigt
einen Aufriß einer
der in den 24-29 dargestellten Schneidflächen in
einem an einem herkömmlichen
Bolzenkörper
montierten Zustand;
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32 zeigt
eine alternative Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die die Verwendung eines Wolframcarbid-Knopfes
beziehungsweise -einsatzes an dem Bohrungsmaßdurchmesser des Bohrers darstellt;
und
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33 zeigt
eine Endansicht eines in 32 dargestellten
Wolframcarbid-Knopfes.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die 1 und 2 stellen einen Bohrer von
der Bauart dar, bei dem die vorliegende Erfindung verwendet werden
kann. Wie hierin verwendet, wird „Bohrer" breit ausgelegt, daß sowohl Vollbohrer als auch
Bohrkronen umfaßt
werden. Bohrerkörper 10, der
aus Stahl oder einem anderen Hartmetall hergestellt ist, weist einen
Gewindezapfen 12 an einem Ende zur Verbindung im Bohrstrang
und eine Arbeitsstirnfläche 14 an
seinem gegenüberliegenden
Ende auf. Die „Arbeitsstirnfläche" enthält in der
hierin verwendeten Weise nicht nur das in 2 gezeigte axiale Ende beziehungsweise
den in 2 gezeigten axial
gewandten Bereich, sondern angrenzende Gebiete, die sich entlang
den unteren Seiten des Bohrers hinauf erstrecken, das heißt den gesamten
unteren Bereich des Bohrers, der die hierin unten beschriebenen
Arbeitsschneidelemente trägt.
Genauer gesagt wird die Arbeitsstirnfläche 14 des Bohrers
von einer Anzahl von Stauchungen in Form von Rippen oder Schneiden 16 durchschnitten,
die von dem unteren mittigen Gebiet des Bohrers strahlenförmig weglaufen und
sich quer über
der Unterseite und entlang den unteren Seitenflächen des Bohrers hinauf erstrecken.
Rippen 16 tragen Schneidelemente 18, die unten
ausführlicher
beschrieben werden sollen. Genau über den oberen Enden der Rippen 16 weist der
Bohrer 10 einen Bohrungsmaßbeziehungsweise Stabilisierabschnitt
auf, der Stabilisierrippen oder -schwellen 20 enthält, wobei
jede davon an einer jeweiligen der Schneiden tragenden Rippe 16 angrenzt.
Die Rippen 20 berühren
die Wände
des Bohrloches, das von der Arbeitsstirnfläche 14 gebohrt worden
ist, um den Bohrer zu zentrieren und stabilisieren und dabei zu
helfen, seine Schwingung zu steuern.
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Zwischen dem von den Rippen 20 definierten Stabilisierabschnitt
und dem Zapfen 12 befindet sich ein Schaft 22 mit
Schlüsselflächen 24,
in die eingegriffen werden kann, um den Bohrer anzusetzen und aus
dem Bohrerstrang (nicht dargestellt) herauszunehmen. Unter nochmaliger
Bezugnahme auf 2 weist
die Unterseite des Bohrerkörpers 10 eine
Anzahl von Zirkulationsöffnungen
beziehungsweise -düsen 26 auf,
die in der Nähe
seiner Mittellinie angeordnet sind, wobei die Düsen 26 mit den Zwischengebieten
zwischen den Rippen 16 kommunizieren, wobei die Gebiete
im Gebrauch als Fluidströmungsräume dienen.
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Nunmehr unter Bezugnahme auf 3 in Verbindung mit den 1 und 2 ist der Bohrerkörper 10 vorgesehen,
um, wie in 2 gesehen,
in einer Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht zu werden.
Somit weist jede der Rippen 16 eine Vorderkantenfläche 16A und
eine Hinterkantenfläche 16B auf.
Wie in 3 gezeigt, besteht
jedes der Schneidelemente 18 aus einem Befestigungskörper 28,
der aus gesintertem Wolframcarbid oder irgendeinem anderen geeigneten
Material besteht, und einer Schicht 30 aus polykristallinem
Diamant, die auf der Vorderfläche
des Bolzens 28 gesetzt ist und die Schneidfläche 30A des
Schneidelements definiert. Die Schneidelemente 18 sind
in den jeweiligen Rippen 16 so montiert, daß deren
Schneidflächen
durch die jeweiligen Vorderkantenflächen 16A freiliegen.
Die Rippe 16 besteht selbst aus Stahl oder irgendeinem
anderen Hartmetall. Der Wolframcarbid-Schneidkörper 28 ist in eine
Tasche 32 (in 4 dargestellt)
hartgelötet und
enthält
in der Tasche das überschüssige Hartlötmaterial 29.
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Nunmehr unter Bezugnahme auf 4 wird die Tasche 32 in
die Schneide 16 durch die Verwendung eines kugelnasenendigen
Fräsers
mit einem Schaft 36 und einem kugel(sphärisch)nasigen Ende 38 gefräst. Im Betrieb
des in 4 dargestellten
Fräsers 34 mit
kugelnasigem Ende wird die Tasche 32 in die Schneide beziehungsweise
Stauchung 16 mit einer Tiefe „d" gefräst, die in der Ausführungsform
der 3 und 4 mit dem Durchmesser des
in 3 dargestellten Bolzenkörpers 28 genau übereinstimmt. Durch
Verwendung eines Fräsers
mit kugelnasigem Ende weist die Tasche auch ein sphärisch gestaltetes Ende
auf, das mit dem sphärisch
gestalteten Ende 42 des Bolzens 18 übereinstimmt,
wie in 13 dargestellt.
Somit wird die Schneidanordnung 18 in der Tasche 32 plaziert
und darin durch für
Fachleute auf dem Gebiet allgemein bekannte Hartlöttechniken hartgelötet. Die
Zugabe des Hartlötmaterials 29 kann dazu
verwendet werden, daß die
Schneidanordnung, falls gewünscht,
mit der Tasche 32 vollkommen übereinstimmt.
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Unter der Annahme, daß die Tiefe „d" der Tasche 32 mit
dem Durchmesser des Bolzenkörpers 28 exakt übereinstimmt,
dann erstreckt sich kein Teil der Schneideinrichtung unter der Fläche 40,
wodurch somit ein Problem geschaffen wird, wie dies Fachleute auf
dem Gebiet sofort erkennen werden. Während die Struktur, bei der
das sphärische
Ende der Schneide mit dem Ende der Tasche exakt übereinstimmt, einwandfrei ist,
kann die Ausführungsform
der 3 und 4 nicht zum Schneiden in
die Gesteinsformationen verwendet werden, da sich die Schneidfläche 30A vorzugsweise
unter der Fläche 40 erstreckt.
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Die 5 und 6 stellen eine etwas andere Ausführungsform
dar, in der der Fräser 34 mit
kugelnasigem Ende verwendet wird, um eine Tasche 32' mit einer Tiefe
d' zu fräsen, die
geringer als der Durchmesser des Bolzenkörpers 28 ist. Wenn
die Schneidanordnung 18 in die Tasche 32' hartgelötet wird,
wird somit die Schneidanordnung etwas unter der oberen Fläche 40 der
Schneide 16 vorragen. Wie dies bei der in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsform der Fall war, wird
die Schneidanordnung 18 in die Tasche 32' hartgelötet und
kann das zusätzliche
Hartlötmaterial 29 verwendet
werden, um einen größeren Bereich
des sphärischen
Endes der Schneideinrichtung, falls gewünscht, mit der Tasche übereinstimmen
zu lassen. Man sollte anerkennen, daß in jeder der in den 3–6 gezeigten
Ausführungsformen
der Fräser
mit kugelnasigem Ende gestattet, daß die Tasche 32 oder 32' in die obere
Fläche 40 der
Stauchung 16, beginnend an der Vorderkantenfläche 16A,
zu fräsen
ist.
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Die 7–10 stellen eine alternative
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar. Ein erster Schlitz 50 wird
in und parallel 20 zur oberen Fläche 40 mit einer Länge, die
etwas kürzer
als die Länge der
Schneidstruktur 18 ist, und mit einer Breite gefräst, die
etwas kleiner als der Durchmesser des zylindrischen Bereiches 28 der
Schneidstruktur ist. In der bevorzugten Ausführungsform ist das eine Ende des
Schlitzes 50, wie in 8 dargestellt,
halbkreisförmig
gestaltet, aber kann der Schlitz, falls gewünscht, rechtwinklig gemacht
sein oder eine andere Gestalt aufweisen. Nachdem der Schlitz 50 in
die Fläche 40 gefräst ist,
wird ein Fräser 60 (12) mit reduziertem Schaftdurchmesser
und kugelnasigem Ende zum Fräsen
einer Tasche 66 in die Vorderseite 16A verwendet.
Der Schaft 62 weist einen gegenüber dem in 11 dargestellten normalen Schaftdurchmesser
reduzierten Durchmesser auf und ist derart dimensioniert, daß er durch
den Schlitz 50 beim Fräsen
der Tasche 66 tritt. Wie dies bezüglich der 3–6 der Fall war, besteht das
Endergebnis in einer Tasche 66, die mit der Gestalt der
in 13 dargestellten
Schneidstruktur 18 übereinstimmt.
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Während
die Schneidstruktur 18 nur teilweise mit dem sphärischen
Ende der in den 5 und 6 dargestellten Tasche 32 beziehungsweise
Tasche 32' übereinstimmt,
stimmt somit die Schneidstruktur 18 im wesentlichen mit
dem sphärischen
Ende der in den 7–10 dargestellten Tasche 66 überein.
Wie dargestellt und hinsichtlich der 3–6 beschrieben, ist die hinsichtlich
der 7–10 dargestellte Schneidanordnung 18 in
die Tasche 66 hartgelötet.
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Die in den 7–10 dargestellte Ausführungsform
weist jedoch ein Problem auf, das dem hinsichtlich der 3 und 4 erörterten
Problem ähnelt,
nämlich
daß sich
die Schneidfläche 30A nicht unter
der Fläche 40 erstreckt.
Die 14 und 15 stellen eine alternative
Ausführungsform
dar, die das Problem verringert.
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Zum Beispiel ist in 14, statt den Schlitz 70 parallel
zur Fläche 40 (wie
in 7 dargestellt) zu fräsen, der
Schlitz 70 mit einer unteren Fläche 72 gefräst, die
an dem Schnittpunkt der Flächen 16A und 40 beginnt,
und ist er nach oben zum Punkt 74 gerichtet. 15 zeigt eine Draufsicht
der Fläche 40 mit dem
darin gefrästen
Schlitz 70 von oben. Der in 12 dargestellte
Fräser
mit reduziertem Schaftende wird dann verwendet, um die Tasche 76 auszufräsen, in
die die projektilförmige
Schneide 18 hartgelötet
wird, wobei das sphärische
Ende 42 der Schneideinrichtung mit dem sphärischen
Ende der Tasche 76 übereinstimmt.
Der Schlitz 70 wird vorzugsweise mit Hartlötmaterial
gefüllt,
um die Fläche 40 auszufüllen.
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16 stellt
eine etwas andere Ausführungsform
dar, in der der Schlitz 80 unter einem vergrößerten Winkel
gegenüber
dem in 14 dargestellten
gefräst
wird und in der Fläche 40 beginnt,
die von ihrem Schnittpunkt mit der Fläche 16A entfernt ist. 17 zeigt eine Draufsicht
der Fläche 40 mit dem
darin gefrästen
Schlitz 80 von oben. Der in 12 dargestellte
Fräser
mit reduziertem Schaftende wird danach verwendet, um die Tasche 86 auszufräsen, in
die die Schneideinrichtung 18 hartgelötet wird. Der Schlitz 80 wird
mit Hartlötmaterial
gefüllt.
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Man sollte anerkennen, daß in beiden
Ausführungsformen
der 14 und 15 sich die Schneidfläche 30A unter
der Fläche 40 erstreckt.
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Nunmehr unter Bezugnahme auf 18 wird eine zweite Ausführungsform
der projektilförmigen
Schneideinrichtung 18' derart
dargestellt, daß sie
eine halbkreisförmige
Aufnahme 84 aufweist, die zur Aufnahme des in 20 dargestellten Stiftes 88 konfiguriert
ist.
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19 stellt
eine andere Ausführungsform der
Tasche 32" dar,
die derart gezeigt ist, daß sie eine
halbkreisförmige
Aufnahme 86 aufweist, die in dem sphärischen Ende der Tasche 32'' konfiguriert ist.
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20 zeigt
einen Aufriß der
Schneideinrichtung 18',
die an ihrem Platz in der Tasche 32" hartgelötet ist und auch den an seinem
Platz hartgelöteten
Stift 88 zur Verankerung der Schneide 18' in der Tasche 32'' aufweist.
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Man sollte anerkennen, daß die in
den 18-21 dargestellte Schneiden- und Taschenanordnung
dazu vorgesehen ist, ein mit der Ausführungsform von 5 verbundenes potentielles Problem zu
beheben. Bei Betrachtung der Ausführungsform von 5 wird man sofort erkennen, daß, wenn die
Schneidfläche 30A in
die Erdformationen schneidet, eine Tendenz bestehen wird, daß die Schneideinrichtung 18 aus
der in 6 dargestellten
Tasche 32' herausgeschoben
wird. Durch Hartlöten
des Stiftes 88 von 21 in
die passenden Aufnahmen 84 und 86 während des
Montageprozesses wird die Schneideinrichtung 18' in der Tasche 32'' verankert werden, um zu verhindern,
daß die
Schneideinrichtung aus der Tasche nach oben herausgeschoben wird.
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Die Aufnahmen 84 und 86 und
der Stift 88 können
auch dazu verwendet werden, um eine Orientierung der Schneideinrichtung 18' in der Tasche 32'' zu liefern, wie zum Beispiel,
jedes Mal wenn eine ihrer Seiten der Schneideinrichtung 18', entweder absichtlich
oder unabsichtlich, abgeflacht ist, oder in dem Fall, daß die Schneidfläche 30 eine
spezielle Orientierung aufweist, zum Beispiel, jedes Mal wenn CLAW-Schneideinrichtungen
in Bohrern verwendet werden, die von DB Stratabit, Inc., eine Schwestergesellschaft
von Baroid Technology, Inc., die Rechtsnachfolgerin der vorliegenden
Anmeldung, hergestellt sind. Wenn die Schneideinrichtung auf einer Seite
flach, im wesentlichen ein abgeschnittener zylindrischer Körper mit
Ausnahme seines sphärischen Endes
ist, wird die Tasche zur Aufnahme der Schneideinrichtung eine flache
Unterseite zur Anpassung an die Ebene auf der Schneideinrichtung
aufweisen und wird sie somit ein abgeschnittenes halbkreisförmiges zweites
Ende aufweisen.
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Nunmehr unter Bezugnahme auf 22 ist dort eine projektilförmige Schneideinrichtung 101 mit einem
sphärischen
Ende 102 und einer Schneidanordnung 103 und 104 dargestellt,
die einen Trägerkörper 103 aus
Wolframcarbid und eine PDC-Schneidfläche 104 aufweist,
die eine V-förmige Nut 105 quer über ihre
Fläche
aufweist. Die Nut kann ihre mittlere Länge (der Scheitel der Nut)
auf dem Durchmesser der Schneidfläche aufweisen oder, falls gewünscht, eine
andere Sehne aufweisen.
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24 stellt
eine weitere projektilförmige Schneidanordnung 106 mit
einem sphärischen
ersten Ende 107 dar. Ihr anderes Ende weist einen Wolframcarbid-Träger 108 und
eine PDC-Schneidfläche 109 mit
einer darin ausgebildeten konischförmigen Öffnung 110 auf.
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26 stellt
eine weitere projektilförmige Schneidanordnung 111 mit
einem sphärischen
ersten Ende 112 und an ihrem anderen Ende einen Wolframcarbid-Träger 113 und
einer PDC-Schneidfläche 114 dar.
Ein mittiges Loch 115 erstreckt sich durch die Schneidfläche 114 und
erstreckt sich auch in den Wolframcarbid-Träger 113.
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28 stellt
eine weitere projektilförmige Schneidanordnung 116 mit
einem sphärischen
ersten Ende 117 und mit an ihrem zweiten Ende einem Wolframcarbid-Träger 118 und
einer PDC-Schneidfläche 119 dar.
Ein mittiges Loch 120 erstreckt sich vollständig durch
die PDC-Schneidfläche 119 und auch
in den Wolframcarbid-Träger 118.
Eine Schicht aus PDC-Material 121 umgibt
das mittige Loch 120.
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30 stellt
den Nutzen der in den 22–29 dargestellten Spanbrecherschneidanordnungen
dar. Zum Beispiel ist die in 22 dargestellte
Schneidanordnung 101 in eine Tasche in einer Rippe 16 in
derselben Weise, wie in 5 dargestellt wurde,
hartgelötet.
Wenn die Schneidanordnung 101 in die Erdformation 125 schneidet,
entspricht es ständiger
Praxis, daß kleine
Splitter beziehungsweise Späne 126 erzeugt
werden. Da es erwünscht
ist, die Späne
abzubrechen, verursacht die Schneidfläche 104 mit der V-förmigen Einkerbung 105,
daß der Span 126 abgebrochen
wird. In ähnlicher
Weise werden die in den 22–29 dargestellten Ausführungsformen
verursachen, daß die
Späne von
der Formation in die Öffnungen 110, 115 oder 120 eintreten
und somit abgebrochen werden.
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31 stellt
eine Schneidanordnung, zum Beispiel die in 24 dargestellte Schneidanordnung 106 dar,
die demonstriert, daß die
Spanbrecherschneidflächen
und deren darunterliegenden Wolframcarbid-Träger auf einer herkömmlichen
Bolzenanordnung als eine Alternative zu den davor dargestellten
Ausführungsformen
montiert werden können,
bevor sie auf den projektilförmigen
Schneidanordnungen montiert werden.
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32 stellt
eine alternative Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar, in der jede der Stabilisierrippen
beziehungsweise -schwellen 20 der 1 und 2 modifiziert
ist, so daß sie
einen Wolframcarbid-Knopf beziehungsweise -Einsatz 132 über der Bohrungsmaßschneidanordnung 134 enthält. Der Wolframcarbid-Knopf
befindet sich auf dem Bohrungsmaßdurchmesser und ist derart
positioniert, daß er
sich exakt an demselben Durchmesser wie die Schneidfläche 134A befindet.
Man sollte anerkennen, daß jede
der Stabilisiereinrichtungen 20 einen derartigen Wolframcarbid-Knopf 132 aufweist,
der darauf an dem Bohrungsmaßdurchmesser
plaziert ist.
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Wenn sich ein herkömmlicher
PDC-Bohrer dreht, neigt er dazu, sich in die Seite des Bohrloches zu
gaben. Dieses Phänomen
verstärkt
sich selbst bei nachfolgenden Arbeitsgängen des Bohrers. Zunehmend
wird eine Ungleichförmigkeit
in der Bohrlochwand erzeugt, was zu einem Aufschlag auf die Bohrungsmaßschneideinrichtung
als Reaktion auf das Flattern des Bohrers führt. Da PDC-Bohrer dazu neigen,
die Bohrlöcher
etwas größer als
der Bohrungsmaßdurchmesser
des Bohrers zu machen, wodurch häufig
verursacht wird, daß der
Bohrer flattert, wenn er sich dreht, werden somit die Stabilisiemppen 20 andererseits
hohen Stoßkräften ausgesetzt,
die auch die Schneidanordnungen, wie zum Beispiel die Schneidanordnung 134,
beschädigen
können.
Zur Minimierung dieses Stoßes
auf die Schneidanordnungen und den Bohrer ragt der Wolframcarbid-Knopf,
der sich auf dem Bohrungsmaßdurchmesser
befindet, seitlich genau vor den äußeren Schneidelementen vor.
Der Vorsprung nimmt den Stoß,
anstelle der Schneide, auf und schützt somit die Schneidstruktur.
Der Knopf 132 kann aus Wolframcarbid oder irgendeinem anderen
Hartmetallmaterial hergestellt werden oder kann Stahl sein, der
mit einem anderen harten Material oder dergleichen beschichtet ist.
Die vorliegende Erfindung bewältigt
dieses Problem durch Positionieren des Wolframcarbid-Einsatzes auf
der Stabilisierrippe zur Aufnahme des Stoßes, der andernfalls der Schneidanordnung auferlegt
würde.