FI69183C - Borrbett - Google Patents

Description

____—I ,, KUULUTUSjULKAISU , _ . _ _ «tilli B ^11 UTLÄGGNINGSSKRIFT 69183 C (45) Palo·^ L' ^ ^ ^ (51) Kv.lk.*/lnt.CI.‘ E 21 B 10/60 S U O M I— FI N L A N D (21) Patenttihakemus — Patentansöknlng 790023 (22) HakemispiivS — Ansöknlngsdag 04.01 . 79 (F») (23) AlkupSivi — Glltlghetsdag 04.01.79 (41) Tullut julkiseksi — Blivlt offentlig 07*07.79

Patentti- ja rekisterihallitus Nghtäväkslpanon ja kuul.julkaisun pvm.— ? g gg g c

Patent- och registerstyrelsen ' ' Ansökan utlagd och utl.skrlften publlcerad ·* ’ (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus — Begird prlorltet 06.01.78

Etela-Afrikan Tasavaita-Sydafrikanska Republiken(ZA) 78/0091 (71) Boart International Limited, 6th Floor Unitas, 42 Marshall Street, Johannesburg, Transvaa1 , Etelä-Afrikan Tasava1ta-Sydafrikanska Repub 1iken(ZA) (72) James Oliver McEnery, Ennis, Co. Clare, Frank William Morton, Shannon,

Co. Clare, John Joseph O'Dea, Clareview, Limerick, I rianti-Irland(IE) (74) Oy Jalo Ant-Wuorinen Ab (54) Poran kärki - Borrbett Tämä keksintö koskee reikäporaamista ja saa aikaan parannuksia huuhteluväliaineen syöttämisessä poran kärjen läheisyydessä helpottamaan kivirouheen poistamista poranreiästä.

Tämä väliaine on normaalisti ilma, mutta se voi olla ilma-neste-seos tai puhtaasti hydrauliporissa ainoastaan neste.

Reikäporassa vasaravaikutus vaikutaa suoraan porareiän pohjalla olevaan poran kärkeen ja nämä kärkeen vaikuttavat voimat ovat välittömiä ja suuret. Tästä syystä on välttämätöntä käyttää huomattavan lujaa kärkeä. Kärkeen syötetään huuhte-luväliainetta usein pääasiassa aksiaalisen reiän kautta, joka menee kärjen varren läpi sen päätypintaan asti, joka vai- 2 691 83 kuttaa porareiän pohjassa, ja joissakin tapauksissa useiden urien kautta, jotka kulkevat pääasiassa pitkittäisesti kärjen vartta pitkin ja päätyvät päätypintaan.

US-patentista 3,269,470 on tunnettu mainitunkaltäinen rakenne, jossa varsinainen huuhteluainevirtaus johdetaan porakär-jen läpi päätypintaan, mutta jossa on lisäksi poran pinnalla kulkevia väliainevirtauskanavia. Pinnalla kulkevat kanavat ovat jaetut kärjen pituussuunnassa kahdeksi, kärjen kehän suunnassa vaihesiirretyksi kanavasarjaksi, joiden kanavien kautta johdetun väliaineen päätarkoitus on aikaansaada pora-kärjen pyöriminen. Näissä kanavissa virtaavalla väliaineella on luonnollisesti myös oma vaikutuksensa murskeen poishuuh-telussa. Huuhteluvaikutus on kuitenkin merkitykseltään toissijainen, eikä esitetyssä rakenteessa paras mahdollinen, koska koko virtaus on suunnattu oleellisesti porakärjen alueelle .

On myöskin tunnettua (DE-patenttijulkaisusta 1 238 864) käyttää kahta kärjessä olevaa huuhtelureikää, jotka johtavat poran rungossa olevista kanavista pään yläosaan ja menevät pään läpi. Nämä reiät sijaitsevat vastakkain. Ei ole kuitenkaan toivottavaa, että poran kärjen lujuus heikkenee useiden sisäisten ontelotilojen takia, josta syystä kahdella tai useammalla pääasiassa pitkittäisellä reiällä varustetu kärki ei ole yhtä luja kuin olisi toivottavaa.

Kahta reikää pidetään kuitenkin sopivana kun kärki on terätyyppiä ja kahta reikää käytetään teräjärjestelmän symmetrisyyden takia kärjen päätypinnassa. Paitsi, että tämä järjetelmä on rakenteellisesti suhteellisen heikko, se johtaa myös ei-toivotun pyörteisyyden muodostumiseen ja muodostaa suljettuja ilmapiirejä kärjen päässä, mikä puolestaan johtaa kärjen ennenaikaiseen kulumiseen.

Il 69183

Eräässä toisessa järjestelmässä (US-patenttijulkaisussa 3 225 841) käytetään kärjessä keskiporausta, joka päättyy päätypinnan keskellä olevaan aukkoon. Siinä on myös useita alaspäin kaltevia kanavia, jotka ulottuvat keskpiorauksesta kärjen sivuihin, jossa kanavat päättyvät uriin, jotka suun-taavat huuhteluilman alaspäin kärjen päätypinnan huuhtelemiseksi. Tämä järjestelmä on rakenteellisesti heikko, mikä johtuu kärjessä olevista useista sisäisistä ontelotiloista ja päätypinnalla ilmenee tässäkin tapauksessa huomattavaa pyörteisyyttä niissä kohdissa, joissa huuhteluvirrat kohtaavat ja seurauksena on ennenaikainen kuluminen.

Avarrusporaustekniikassa (out-of-the-hole drilling) on yleistä käyttää poran vartta pitkin kulkevaa pitkittäiskana-vaa huuhteluväliainetta varten, joka ulottuu poran rungosta sen kärkeen. Tällaisissa porissa kärjen pää on yleensä huomattavasti suurempi halkaisijaltaan verrattuna sen takana olevan varren halkaisijaan kuin mitä käytetään reikäporissa, joissa laitteen poikkipinta-alan pienentäminen suoraan kärjen pään takana on suhteellisen vähäistä koska vasarameka-nismin sisältämä pesä sijaitsee välittömästi kärjen yläpuolella.

Avarrusporaamisessa on edelläesitetystä poikkipinnan pienentämisestä se seuraus, että huuhteluväliaine pyrkii diffusoi-tumaan välittömästi pään takana olevaan reikätilaan, mikä hidastaa kokonaisvirtausta. Tällä seikalla on epäedullinen vaikutus huuhteluun, koska huuhteluväliaineen nopeutta on voitava ylläpitää, jotta väliaineen huuhtelutoiminta olisi tyydyttävä.

Tämän ongelman poistamiseksi on avarrusporaustekniikassa (esimerkiksi GB-patenttijulkaisusta 1 071 418) tunnettua käyttää poran kärjen läpi menevää pitkittäistä keskiporausta, joka ulottuu päätypinnan keskelle, sekä lisäksi useita 69183 muita porauksia, jotka ulottuvat pitkittäisestä keskiporauk-sesta kärjen sivuseinämän läpi, joista muutamat ovat kaltevat päätypintaa kohti ja muutamat tästä päätypinnasta poispäin. Tämä järjestelmä jakaa huuhteluväliaineen virtausta ja saa aikaan venturivaikutuksen, jossa itse päätypinnassa on korkeapainealue. Päätypinnasta tuleva rouhe imeytyy tältä alueelta matalapainealueelle, joka sijaitsee korkeammalla porareiässä, jossa se joutuu nopeasti virtaavaan huuhteluvä-liainevirtaan ja siirtyy ylöspäin reiässä. Vastaavanlaiset, venturivaikutukseen perustuvat rakenteet on kuvattu myös ruotsalaisessa kuulutusjulkaisussa 311 618 sekä US-patentti-julkaisussa 3,229,974.

Tällaisissa porissa nämä useat poraukset luonnollisesti heikentävät kärjen lujuutta, eikä tällaisia kärkiä voida käyttää reikäporaustekniikassa. Tämän lisäksi ovat huuhtelua varten käytettävissä olevien huuhteluväliaineiden ominaisuudet täysin erilaiset verrattaessa reikäporaustekniikkaan. Vähemmän huomattava ero pään ja pään takaisen alueen suhteellisissa pinta-aloissa pienentää myös venturivaikutuksen teoreettista haluttuvuutta.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan reikäporaus-laite, joka parantaa huuhteluväliaineen huuhteluvaikutuksen hallintaa, jolloin poraaminen tulee tehokkaammaksi kuin tunnetuissa järjestelmissä ja kärjen kuluminen vähenee.

Tämä keksintö saa aikaan reikäporauslaitteen, joka käsittää porakruunun, jossa on varsi, jota ympäröi poran pesä, kärki, joka on muodostettu yhdeksi kappaleeksi varren kanssa ja joka ulkonee poran pesän ulkopuolelle, sekä olake kärjen ja varren välillä, ensimmäinen ontelotila, joka on muodostettu porakruunuun ja joka ulottuu kärjen työpinnalle huuhteluaineen kuljettamiseksi poran sisäosasta sen ulkopuolelle, sekä ainakin yksi toinen ontelotila huuhteluaineen kuljettamisek- 1! 69183 5 si poran sisäosasta olakkeen alueelle. Reikäporalaitteelle on tunnusomaista/ että mainittu toinen ontelotila kulkee po-rakruunun alueella erillään mainitusta ensimmäisestä ontelo-tilasta ja että se on muodostettu porakruunuun pintaan rajoittuvana yhtenä tai useampana urana, jossa urassa tai urissa on päätevastepinta, joka poikkeuttaa urassa kulkevan ja sen jättävän huuhteluainevirtauksen ylöspäin.

Tämä keksintö sopii erityisesti, mutta ei yksinomaan tappi-porakärkiä varten, missä tapit sallivat väliaineen vapaamman virtauksen kärjen päätypinnalla kuin mitä tapahtuu terätyyppisissä kärjissä.

Huuhteluväliaineen virtaus kärjen päätypintaan on sopivimmin pienempi kuin reiässä ylöspäin suunnattu virtaus.

Keksintöä selvitetään oheisen piirustuksen avulla, jossa

Kuva 1 esittää yksinkertaistettua pitkittäisleikkausta rei-käporan alaosasta, joka on varustettu keksinnön mukaisella porankärjellä;

Kuva 2 kuvion 1 mukaista kärkeä alta katsottuna;

Kuva 3 kuviota 1 vastaavasti tämän keksinnön erästä toista rakennemuotoa;

Kuva 4 kuvion 3 mukaista kärkeä, joka vastaa kuviota 2; ja

Kuva 5 puolittaista leikkausta kuvioiden 4 ja 5 mukaisesta kärjestä, jossa on pitkittäinen huuhtelu-ura.

Kuviossa 1 esitetty reikäpora käsittää pesän 10, jonka alapäähän on kiinnitetty keksinnön mukainen porankärki, joka on esitetty vain osittaisesti. Porankärki 12 koostuu varresta 6 691 83 14 ja päästä 16. Varren yläpää on tavanomainen mitä tulee tapaan, jolla se on tuettu pesässä 10. Kärjen ulkopinnassa 18 on joukko upporeikiin 20 kiinnitettyjä tappeja, jotka kuitenkin on selvyyden vuoksi jätetty pois kuviosta. Laitteet kärkeen kohdistuvan iskuvoiman aikaansaamiseksi ja poran pyörittämiseksi ovat tavanomaiset.

Varressa 14 on sisäporaus 22, joka alkaa kärjen yläpäästä aksiaalisesti yhtyen pään 16 lähellä kaltevaan poraukseen 24, jossa on suuaukko 26 päätypinnassa 18.

Poran pesässä 10 on sisäpuolinen pitkittäisura 28, joka ulottuu varren 14 koko pituudelle ja jonka kautta huuhte-luilmaa johdetaan. Se päättyy pesän 10 päässä, jossa huuhte-luilma suunnataan uraan tai kanavaan 30, joka on muodostettu kärjen 12 ainekseen siihen pintaan, jossa kärki kohtaa pesän 10 alareunan ja se on muotoiltu niin että se johtaa ilman urasta 28 ulospäin porareikään ja tässä ylöspäin, siis pora-reiässä takaisin ylös. Esitetty ura 30, joka on suorassa kulmassa poran pystyakselia vastaan, sopii tähän tarkoitukseen. Kanavat 22, 24, 28 ja 30 on mitoitettu siten ilman syöttöön nähden että hieman vähemmän kuin puolet ilmamäärästä, mieluimmin noin 25%, joutuu kärjen päätypintaan porausten 22, 24 kautta, kun taas muu osa menee suoraan kanavan 28 läpi ja suuntautuu uran 30 vaikutuksesta porareikää pitkin ylös. Tuloksena tästä matalapainealue muodostuu porareiässä uran 30 korkeudelle ja tällöin ilmaa ja kivirouhetta imeytyy alhaalta ylöspäin tähän vyöhykkeeseen ja tulee näin puhalletuksi ulos porareiästä. Se pienentää pyörteilyä ja saa aikaan tasaisemman ja helpommin hallittavan ilmavirran kärjen poikki. Rouheen poisto kärjen päätyalueella on näinollen tehokkaampaa.

Kuvioiden 3-5 mukaisessa laitteessa on poranpesä 110 varustettu porakärjellä 112, joka käsittää varren 114 ja pään 7 691 83 116. Pään 116 pinnassa 118 on reikiin 120 kiinnitetyt tapit (ei esitetty).

Poran pesän 110 toisella puolella on ura 122, jonka alapää yhtyy poraukseen 124, joka on muodostettu vinosti poran kärjen päähän ja päättyy pinnassa 118 olevaan suuaukkoon 126. Porakärjen varressa ei ole mitään aksiaaliporausta, mutta pitkittäinen ura 128 sen sivupinnassa on pesän 110 seinämän uran 122 kohdalla muodostaen kanavan, jonka poikkipinta-ala on suurin piirtein sama kuin porauksen 124. Poran sisällä oleva huuhteluilma johdetaan siis urien 122, 128 määrittämän kanavan läpi poraukseen 124 ja lopulta se poistuu porarei-kään suuaukon 126 kautta, jossa sillä on huuhteleva vaikutus .

Kuten parhaiten ilmenee kuvioista 4 ja 5 on kärjen 112 varsi 114 varustettu lisäuralla 130, joka on siirretty 90°:tta varren akselin ympäri porauksesta 124, ja joka ura ulottuu varren koko pituudelle ja yhtyy kärjen päähän muodostettuun ohjausuraan 132. Ura 130 liittyy pesän 110 sisäpinnassa olevaan sopivanmuotoiseen uraan (ei esitetty) niin että syntyy lisäkanava vartta pitkin ilmaa varten, joka työntyy ulos po-ralaitteesta ohjausuran 132 kautta ja virtaa ylös porareiän kautta ja kehittää samalla matalapainealueen alapuolelleen ilman ja kivirouheen pakottamiseksi ylöspäin.

Reiän pohjaan suunnatun ilmavirran ja uran 132 pohjasta ylöspäin suunnatun ilmavirran yhteisvaikutus on paljolti samantapainen kuin mitä kuvioiden 1 ja 2 yhteydessä on esitetty.

On huomattava, että kummassakin edelläesitetyssä rakennemuo-dossa on porankärjen pintaan asti ulottuva huuhteluontelo täysin riippumaton siitä ontelotilasta, joka syöttää huuhte-luilmaa kärjen ulkopuolelle päätypinnan yläpuolelle. Tämä 69183 järjestelmä vaatii tietysti että ilman syöttö poralaittee-seen kärjen yläpuolelle on jaettava kahteen virtaan.

Tämän keksinnön puitteisiin kuuluvien muunnelmien (ei esitetty) joukossa on myös sellainen, jossa ilman syöttö kärjen pintaan saadaan aikaan porauksen sijasta kärjen ulkopinnassa olevan uran avulla, joka ura seuraa kärjen yleistä ulkovii-vaa ja päättyy päätypinnan keskipisteen ulkopuolella olevalla alueella. Toinen ontelotila voi tässä tapauksessa olla kärjessä oleva poraus, mutta se on sopivimmin varressa oleva toinen ura, joka sopivimmin liittyy pesässä olevaan toiseen uraan ja päättyy poikittaiseen jatkeeseen, kuten esitetyt urat 30 tai 132.

Eräässä toisessa muunnelmassa on yhden ontelotilan asemasta useampia ontelotiloja, jotka syöttävät huuhtelunestettä poran sisätilasta kärjen kehälle oleviin kohtiin päätypinnan yläpuolella, joissa se kääntyy ylöspäin porareiässä ja kehittää matalapainealueen, mikä imee rouhetta ylöspäin.

Keksinnön mukaisilla porilla suoritetuissa alustavissa kokeissa käytännön käyttöolosuhteissa on todettu, että kärjen syöpyminen ja kuluminen on pienentynyt oleellisesti, ja lisäten kärjen käyttöikää eräissä tapauksissa yli 20% tunnettuihin kärkiin verrattuna.

On ilmeistä, että tämän keksinnön pääetuna on se, että se parantaa kärjen päätypintaan vaikuttavan huuhteluvaikutuksen hallintaa pienentämällä tai poistamalla pyörteisyyttä ja kuljetettuja ilmapiirejä ja edelläesitetty venturivaikutus on toinen etu.

li

Claims (11)

69183

1. Reikäporalaite, joka käsittää porakruunun, jossa on varsi (14;114), jota ympäröi poran pesä (10;110), kärki (16;116), joka on muodostettu yhdeksi kappaleeksi varren kanssa ja joka ulkonee poran pesän ulkopuolelle, sekä olake kärjen ja varren välillä, ensimmäinen ontelotila (22,24;122 ,128,124), joka on muodostettu porakruunuun ja joka ulottuu kärjen (16:116) työpinnalle (18;118) huuhteluaineen kuljettamiseksi poran sisäosasta sen ulkopuolelle, sekä ainakin yksi toinen ontelotila (28,30;130,132) huuhteluaineen kuljettamiseksi poran sisäosasta olakkeen alueelle, tunnettu siitä, että mainittu toinen ontelotila (28,30;130,132) kulkee po-rakruunun alueella erillään mainitusta ensimmäisestä ontelo-tilasta (22 ,24;122 ,128, 124) ja että se on muodostettu porakruunuun pintaan rajoittuvana yhtenä tai useampana urana (28,30;130,132), jossa urassa tai urissa on päätevastepinta, joka poikkeuttaa urassa kulkevan ja sen jättävän huuhteluai-nevirtauksen ylöspäin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen poralaite, tunnettu siitä, että toiset ontelotilat (130,132) tai niiden osat (30) ovat porakruunun pintaan tehtyjä uria.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen poralaite, tunnettu siitä, että toiset ontelotilat (28) ovat poran pesän (10) sisäpintaan tehtyjä uria siellä missä ne kulkevat pitkin poran vartta (14).

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen poralaite, tunnettu siitä, että uran tai urien (30;132) päätevastepinta muodostaa uran jättökohdassa alle 90° kulman varren (14;114) akselin kanssa uran tai urien (30?132) yläpuolella.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen poralaite, tunnettu siitä, että siinä on useita työpinnan (18;118) yläpuolelle päättyviä uria (30;132). 10 691 83

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen poralaite, tunnettu siitä, että ensimmäinen ontelotila (122,128,124) on muodostettu porakruunun ulkopintaan tehdyksi uraksi (128) siellä missä se kulkee pitkin porakruunun vartta (114).

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen poralaite, tunnettu siitä, että ensimmäinen ontelotila (22 ,24;122 ,128,124 ) käsittää porauksen (24;124), joka kulkee ainakin porakruunun osan läpi, ja on ainoa porakruunussa oleva huuhteluaineporaus.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen poralaite, tunnettu siitä, että porakruunu on nastakruunu.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen poralaite, tunnettu siitä, että ensimmäinen ontelotila (22 ,24 ;122 ,128 ,124 ) on sovitettu kuljettamaan noin puolet tai alle puolet huuhteluaineesta työpinnalle (18;118).

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen poralaite, tunnet-t u siitä, että ensimmäinen ontelotila (22,24?122.128,124) on sovitettu kuljettamaan noin 25% huuhteluaineesta työpinnalle.

11 11 69183