ITTO20010720A1 - SURFACE MODIFICATIONS FOR ROTATING DRILLING POINTS. - Google Patents

SURFACE MODIFICATIONS FOR ROTATING DRILLING POINTS. Download PDF

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ITTO20010720A1
ITTO20010720A1 IT2001TO000720A ITTO20010720A ITTO20010720A1 IT TO20010720 A1 ITTO20010720 A1 IT TO20010720A1 IT 2001TO000720 A IT2001TO000720 A IT 2001TO000720A IT TO20010720 A ITTO20010720 A IT TO20010720A IT TO20010720 A1 ITTO20010720 A1 IT TO20010720A1
Authority
IT
Italy
Prior art keywords
drill bit
surface treatment
bit according
leg
tip
Prior art date
Application number
IT2001TO000720A
Other languages
Italian (it)
Inventor
James L Overstreet
Gordon A Tibbitts
Steven R Radford
Chih Lin
Danny E Scott
Terry J Koltermann
James A Oxford
Original Assignee
Baker Hughes Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Baker Hughes Inc filed Critical Baker Hughes Inc
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Description

Descrizione dell'invenzione industriale dal titolo: Description of the industrial invention entitled:

"Modifiche superficiali per punte di trivellazione rotanti" . "Surface modifications for rotary drill bits".

RIVENDICAZIONE DI PRIORITÀ' CLAIM OF PRIORITY

La presente domanda rivendica il beneficio della data di deposito della domanda di brevetto statunitense numero di serie 09/621.064, depositata il 21 Luglio, 2000, per "SURFACE MODIFICATIONS FOR ROTARY DRILL BITS". This application claims the benefit of the filing date of US patent application serial number 09 / 621.064, filed July 21, 2000, for "SURFACE MODIFICATIONS FOR ROTARY DRILL BITS".

CAMPO DELL'INVENZIONE FIELD OF THE INVENTION

Campo dell'invenzione: la presente invenzione riguarda generalmente punte di trivellazione per la trivellazione in formazioni sotterranee e loro procedimenti di fabbricazione, in cui tali punte includono almeno una superficie su cui il materiale di formazione presenta un'adesione relativamente bassa, la superficie a bassa adesione essendo realizzata rivestendo, placcando, od altrimenti trattando quella porzione della punta, ad esempio, mediante un trattamento meccanico o termico. Field of the invention: The present invention generally relates to drill bits for drilling in underground formations and manufacturing processes thereof, wherein such drills include at least one surface on which the forming material has relatively low adhesion, the low surface adhesion being achieved by coating, plating, or otherwise treating that portion of the tip, for example, by mechanical or thermal treatment.

SFONDO TECNOLOGICO TECHNOLOGICAL BACKGROUND

Stato della tecnica: le punte di trivellazione di tipo rotante includono sia punte a lame rotanti sia punte a coni rotanti. Tipicamente, in una punta di trivellazione rotante, elementi di taglio fissi costituiti di diamante naturale o diamante policristallino sotto forma di prodotti sinterizzati a base di diamante policristallino (PDC) sono fissati sulla superficie frontale della punta di trivellazione, come strutture autonome, frese senza sostegno o, laddove sono opportunamente configurati, montati su un prigioniero, un cilindro od un altro sopporto. Le frese sulla faccia della punta sono tipicamente adiacenti a vie d'acqua o percorsi per fluidi estendentisi a passaggi o "scanalature per sfridi" formate nella superficie laterale o utile del corpo della punta sopra la faccia della punta (quando la punta è orientata per la trivellazione) per consentire al fluido di trivellazione col materiale trascinato (sfridi) che è stato tagliato dalla formazione di passare superiormente attorno alla punta e nel foro di trivellazione sopra di essa. State of the art: rotary type drill bits include both bits with rotating blades and bits with rotating cones. Typically, in a rotary drill bit, fixed cutting elements made of natural diamond or polycrystalline diamond in the form of sintered polycrystalline diamond-based (PDC) products are fixed on the front surface of the drill bit, as self-contained structures, unsupported cutters or, where suitably configured, mounted on a stud, cylinder or other support. Cutters on the tip face are typically adjacent to waterways or fluid paths extending to passages or "scrap grooves" formed in the lateral or useful surface of the drill body above the face of the drill (when the drill is oriented for drilling) to allow the drilling fluid with entrained material (scraps) that has been cut from the formation to pass upwardly around the bit and into the borehole above it.

DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE DESCRIPTION OF THE INVENTION

In una disposizione a coni rotanti, la punta ha tipicamente tre coni, ciascuno indipendentemente girevole rispetto al corpo della punta che sostiene i coni attraverso gruppi a cuscinetti . I coni portano denti integralmente formati od inserti separatamente formati che creano l'azione di taglio della punta. Gli spazi tra i denti o gli inserti sui coni e tra le gambe della punta su cui i coni sono montati costituiscono un passaggio perché il fluido di trivellazione e gli sfridi di formazione entrino nel foro di trivellazione sopra la punta. In a rotating cone arrangement, the tip typically has three cones, each independently rotatable with respect to the tip body which supports the cones through bearing assemblies. The cones carry integrally formed teeth or separately formed inserts which create the cutting action of the tip. The spaces between the teeth or inserts on the cones and between the legs of the drill on which the cones are mounted provide a passage for the drilling fluid and formation scraps to enter the borehole above the drill.

Quando viene trivellato un pózzo con punte della tecnica nota, gli sfridi possono aderire alla, od "agglomerarsi" sulla, superficie della punta di trivellazione . Gli sfridi tendono quindi ad accumularsi sugli elementi e le superfici di taglio della punta di trivellazione ed a raccogliersi in qualsiasi vuoto, interstizio o recesso creato tra i vari componenti strutturali della punta. Questo fenomeno è particolarmente accentuato in formazioni che cedono plasticamente, come certi minerali schistosi , rocce argillose, rocce sedimentarie, calcari ed altre formazioni duttili, da cui gli sfridi possono diventare meccanicamente impaccati, nei suddetti vuoti, interstizi o recessi sull'esterno della punta di trivellazione. In altri casi, come quando vengono trivellate certe formazioni schistose, l'adesione tra la superficie della punta e gli sfridi di formazione è maggiormente probabile, od in molti casi, determinata da un legame chimico. Quando la superficie della punta diventa bagnata con acqua in tali formazioni, la superficie della punta e gli starti argillosi del minerale schistoso condividono elettroni idrogeno comuni . Una simile condivisione di elettroni è presente tra le singole lamine del minerale schistoso stesso. Una conseguenza di questa condivisione di elettroni è un legame di tipo adesivo tra il minerale schistoso e la superficie della punta. L'adesione tra gli sfridi di formazione e la superficie della punta può inoltre verificarsi quando la carica della faccia della punta è opposta alla carica della formazione, le particelle oppostamente caricate tendendo ad aderire alla superficie della pianta. Inoltre, le particelle della formazione possono in realtà essere compattate sulle superfici esterne della punta o meccanicamente legate in cavità o solchi scavati nella punta per erosione ed abrasione durante il processo di trivellazione. When a well is drilled with prior art bits, the scraps may adhere to, or "agglomerate" on, the surface of the drill bit. The scraps therefore tend to accumulate on the elements and cutting surfaces of the drill bit and to collect in any void, gap or recess created between the various structural components of the drill. This phenomenon is particularly accentuated in formations that yield plastically, such as certain schist minerals, clayey rocks, sedimentary rocks, limestones and other ductile formations, from which the scraps can become mechanically packed, in the aforementioned voids, interstices or recesses on the outside of the tip of drilling. In other cases, such as when certain schist formations are drilled, the adhesion between the tip surface and the forming scraps is more likely, or in many cases, determined by a chemical bond. When the tip surface becomes wet with water in such formations, the tip surface and clay layers of the schist mineral share common hydrogen electrons. A similar electron sharing is present between the individual plates of the schistosum mineral itself. A consequence of this electron sharing is an adhesive bond between the schistosum and the tip surface. Adhesion between the forming scraps and the tip surface can also occur when the tip face charge is opposite to the formation charge, the oppositely charged particles tending to adhere to the plant surface. In addition, the formation particles can actually be compacted on the outer surfaces of the drill or mechanically bonded into cavities or grooves carved into the bit by erosion and abrasion during the drilling process.

Sono stati fatti tentativi per ridurre le suddette tendenze adesive indotte da cariche elettriche com'è descritto nei brevetti statunitensi 5.330.016 e 5.509.490 ed in due pubblicazioni IADE/SPE rispettivamente indicate come IADC/SPE 23870, Roy et al., "Prevention of Bit Balling in Shales; Some Preliminary Resulta", e IADC/SPE 35110, Smith et al., "Successful Field Application of an Electro-Negative 'Coating' to Reduce Bit Balling Tendencies in Water Based Mud". Attempts have been made to reduce the aforementioned adhesive tendencies induced by electrical charges as described in US patents 5,330,016 and 5,509,490 and in two IADE / SPE publications respectively referred to as IADC / SPE 23870, Roy et al., "Prevention of Bit Balling in Shales; Some Preliminary Resulta ", and IADC / SPE 35110, Smith et al.," Successful Field Application of an Electro-Negative 'Coating' to Reduce Bit Balling Tendencies in Water Based Mud ".

Se gli sfridi aderiscono alla superficie della punta di trivellazione, i successivi sfridi non vengono lasciati semplicemente scorrere lungo la superficie delle frese ed attraverso le scanalature per gli sfridi. Gli sfridi successivi devono in realtà scorrere sul materiale della formazione già aderito alla superficie della punta. Pertanto, viene creata una certa forza tangenziale tra gli sfridi aderiti alla punta e gli sfridi successivi. Di conseguenza, vengono prodotte forze di attrito molto superiore tra la punta di trivellazione e la formazione, forze che possono comportare un tasso ridotto di penetrazione e comportare inoltre l'ulteriore accumulo di sfridi sulla punta. If the scraps adhere to the surface of the drill bit, subsequent scraps are not simply allowed to flow along the surface of the cutters and through the scrap grooves. The subsequent scraps must actually slide on the material of the formation already adhered to the surface of the tip. Therefore, a certain tangential force is created between the scraps adhered to the tip and the subsequent scraps. As a result, much higher frictional forces are produced between the drill bit and the formation, forces which can result in a reduced rate of penetration and also result in the further accumulation of scrap on the drill bit.

Un approccio nella tecnica per rimuovere questo materiale di formazione aderito dalla punta consisteva nel creare ugelli nel corpo della punta per dirigere un fluido di trivellazione da un plenum interno della punta alla superficie delle frese. Ad esempio, nel brevetto statunitense 4.883.132 di Tibbits, per ridurre l'agglomerazione delle punte, sono realizzati ugelli che dirigono un fluido di trivellazione in modo da colpire gli sfridi di formazione quando lasciano le facce di taglio delle frese. Tuttavia, in alcuni casi, il fluido di trivellazione ad alta velocità, può non rimuovere adeguatamente gli sfridi dagli elementi di taglio. Inoltre, il fluido di trivellazione diretto non è efficace per rimuovere gli sfridi dalla faccia della punta o dalle scanalature per gli. sfridi della pianta. One approach in the art to remove this adhered training material from the drill was to create nozzles in the drill body to direct a drilling fluid from an internal drill plenum to the surface of the drills. For example, in Tibbits U.S. Patent 4,883,132, to reduce tip agglomeration, nozzles are made which direct a drilling fluid to strike the forming scraps as they leave the cutting faces of the cutters. However, in some cases, the high velocity drilling fluid may not adequately remove scrap from the cutting elements. Also, direct drilling fluid is not effective for removing scraps from the face of the drill or from the flutes. scraps of the plant.

La necessità di ridurre le forze di attrito nel processo di trivellazione è stata affrontata nel brevetto statunitense 4.665.996 di Foroulis et al . Foroulis descrive l'applicazione di un materiale di rivestimento duro sulla superficie di un tubo di trivellazione. Si presume che il materiale di rivestimento duro riduca l'attrito tra gli utensili di trivellazione ed il tubo o la roccia. Di conseguenza, la coppia richiesta per l'operazione di trivellazione rotatoria, specialmente la trivellazione direzionale, è ridotta. The need to reduce frictional forces in the drilling process was addressed in US patent 4,665,996 to Foroulis et al. Foroulis describes the application of a hard coating material to the surface of a drill pipe. The hard facing material is assumed to reduce the friction between the drilling tools and the pipe or rock. As a result, the torque required for the rotary drilling operation, especially directional drilling, is reduced.

I brevetti statunitensi 5.447.208 e 5.653.300 di Lund et al., descrivono inoltre un modo per ridurre le forze di attrito associate alla trivellazione, in cui la faccia di taglio super-abrasiva di un elemento di taglio è lucidata fino ad una scabrosità di finitura superficiale di 10 μpollici od inferiore. U.S. Patents 5,447,208 and 5,653,300 to Lund et al. Further describe a way to reduce the frictional forces associated with drilling, in which the super-abrasive cutting face of a cutting element is polished to a roughness. surface finish of 10 μin or less.

Si sono presentati molti casi in cui una porzione od una intera pianta di trivellazione e le superfici degli utensili di trivellazione sono state rivestite con uno strato di un altro materiale per promuovere la resistenza all'usura. Ad esempio, il brevetto statunitense 5.163.524 di Newton et al., descrive l'applicazione di uno strato di rivestimento duro, liscio, di un materiale resistente all'abrasione sulle teste portautensili, i materiali essendo indicati come opportunamente comprendenti un materiale di matrice (TOC) od uno strato di diamante "policristallino" applicato mediante CVD . Il brevetto statunitense 4.054.426 di TOhite suggerisce il trattamento delle superfici dei coni di punte rotanti con un processo di placcatura ionica ad alto livello particellare per formare una pellicola sottile, densa, dura, liscia. Il brevetto statunitense 4.173.457 di Smith descrive il rivestimento con materiale duro di utensili minerari e di trivellazione con particelle sinterizzate di tungstenocarburo/cobalto e con particelle sinterizzate o cementate di cromo-carburo . Ovviamente, 1'impiego di tungstenocarburo come strato di rivestimento duro sulle punte di trivellazione è stato noto per decenni, com'è descritto nel brevetto statunitense 2.660.405 di Scott et al., nel brevetto statunitense 2.883.638 di Owen e nel brevetto statunitense 3.301.339 di Pennebaker. Rivestimenti duri configurati sui coni delle punte di trivellazione sono stati suggeriti nel brevetto statunitense 5.291.807 di Vanderford et al., il "carburo" essendo suggerito come un materiale adatto. Infine, il brevetto statunitense 5.279.374 di Sievers et al., illustra il rivestimento .continuo o ininterrotto di coni rotanti recanti inserticon un materiale refrattario come il tungsteno-carburo. There have been many instances where a portion or an entire drill rig and the surfaces of drill tools have been coated with a layer of another material to promote wear resistance. For example, U.S. Patent 5,163,524 to Newton et al. Describes the application of a hard, smooth coating layer of an abrasion resistant material on the tool heads, the materials being indicated as suitably comprising a matrix material. (TOC) or a "polycrystalline" diamond layer applied by CVD. TOhite U.S. Patent 4,054,426 suggests treating the surfaces of rotating tip cones with a high particle level ion plating process to form a thin, dense, hard, smooth film. Smith U.S. Patent 4,173,457 discloses hard material coating of mining and drilling tools with sintered tungsten carbide / cobalt particles and sintered or cemented chromium carbide particles. Obviously, the use of tungstenocarbon as a hard coating layer on drill bits has been known for decades, as described in Scott et al. U.S. Pat. No. 2,660,405, Owen U.S. Pat. 2,883,638, and Owen U.S. Pat. 3,301,339 to Pennebaker. Hard coatings configured on the drill bit cones have been suggested in U.S. Patent 5,291,807 to Vanderford et al., "Carbide" being suggested as a suitable material. Finally, US Patent 5,279,374 to Sievers et al. Discloses the continuous or uninterrupted coating of rotating cones bearing inserts with a refractory material such as tungsten carbide.

Tuttavia, nessuno dei suddetti approcci alla progettazione di punte e frese ha specificatamente affrontato la necessità di ridurre le forze di attrito create dagli sfridi aderenti al corpo della punta od a conponenti della pianta diversi dagli elementi di taglio. -Più specificatamente, la tecnica nota non ha affrontato gli effetti dell'attrito sull'accumulo del materiale di formazione in corrispondenza degli o vicino agli interstizi, ai vuoti od altre discontinuità create in corrispondenza delle interfacce tra le frese e la faccia di taglio, gli ugelli e la faccia della pianta, le superfici dei coni rotanti e degli inserti, od altri punti dove parti della punta sono unite assieme o le superfici esterne della punta si uniscono ad angoli acuti. Conseguentemente, sarebbe vantaggioso realizzare una pianta di trivellazione che riduce od elimina l'adesione degli sfridi di formazione sulla punta di trivellazione. Sarebbe inoltre vantaggioso realizzare un procedimento per il trattamento di almeno certe porzioni selezionate delle superfici esposte di una punta che può essere implementato su qualsiasi punta di trivellazione senza riguardo per la forma, la dimensione o lo stile. However, none of the above approaches to the design of drills and cutters has specifically addressed the need to reduce the frictional forces created by the scraps adhering to the body of the drill or to components of the plant other than the cutting elements. -More specifically, the prior art has not addressed the effects of friction on the build-up of the forming material at or near the interstices, voids or other discontinuities created at the interfaces between the cutters and the cutting face, the nozzles and plant face, surfaces of rotating cones and inserts, or other points where parts of the tip are joined together or the outer surfaces of the tip join at acute angles. Consequently, it would be advantageous to provide a drill rig which reduces or eliminates the adhesion of the formation scraps to the drill bit. It would also be advantageous to provide a method for treating at least certain selected portions of the exposed surfaces of a drill which can be implemented on any drill bit regardless of shape, size or style.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

La FIGURA 1 è una elevazione laterale schematica di un punta a lame rotanti in accordo con la presente invenzione ; FIGURE 1 is a schematic side elevation of a rotating blade tip according to the present invention;

la figura 2 è una vista in prospettiva di un elemento di taglio fissato ad una pianta a lame rotanti con una vista in sezione della faccia della punta in accordo con la paresente invenzione; Figure 2 is a perspective view of a cutting element fixed to a plant with rotating blades with a sectional view of the face of the tip according to the same invention;

la FIGURA 3 è una vista in sezione laterale della forma di realizzazione mostrata nella FIGURA 2; FIGURE 3 is a side sectional view of the embodiment shown in FIGURE 2;

la FIGURA 4 è lana vista in elevazione laterale di una punta a coni rotanti in accordo con la paresente invenzione ; Figure 4 is wool seen in side elevation of a tip with rotating cones in accordance with the same invention;

la FIGURA 5 è una vista in sezione laterale di un cono di una punta a coni rotanti e di un'associata porzione del corpo della punta che include un albero di supporto imperniato a sbalzo, in accordo con la presente invenzione ; FIGURE 5 is a side sectional view of a cone of a rotating cone tip and an associated portion of the tip body including a cantilevered support shaft in accordance with the present invention;

la FIGURA 5A comprende una vista in sezione laterale simile alla FIGURA 5 di un cono e di un'associata porzione di corpo che include un albero di supporto a sbalzo illustrante i trattamenti superficiali sull'interno della punta in accordo con la presente invenzione , la FIGURA 5B è un ingrandimento di una porzione della FIGURA 5A che illustra le posizioni dei trattamenti superficiali in una configurazione della punta che utilizza un anello di sostegno, la FIGURA 5C è un ingrandimento della FIGURA 5A che illustra le posizioni dei trattamenti superficiali in una configurazione della punta senza un anello di sostegno, la FIGURA 5D è un'elevazione laterale di una porzione di corpo della punta con l'albero di supporto da essa sporgente, e la FIGURA 5E è un'elevazione frontale dell'albero di supporto e di una sezione del corpo della punta da una prospettiva lungo l'asse longitudinale dell'albero di supporto, che mostra l'area della porzione del corpo della punta che deve essere trattata; FIGURE 5A includes a side sectional view similar to FIGURE 5 of a cone and associated body portion including a cantilevered support shaft illustrating the surface treatments on the inside of the tip in accordance with the present invention, FIGURE 5B is an enlargement of a portion of FIGURE 5A illustrating the locations of the surface treatments in a tip configuration using a support ring, FIGURE 5C is an enlargement of FIGURE 5A illustrating the locations of the surface treatments in a tip configuration without a support ring, FIGURE 5D is a side elevation of a tip body portion with the support shaft protruding therefrom, and FIGURE 5E is a front elevation of the support shaft and a section of the tip body from a perspective along the longitudinal axis of the support shaft, showing the area of the portion of the tip body to be treated;

la FIGURA 5F comprende una vista in sezione laterale simile alle FIGURE 5 e 5A di un cono e di un'associata porzione di corpo della punta di una punta a coni rotanti chiusa a tenuta da un anello torico che include un albero di supporto a sbalzo e la FIGURA 5G è un ingrandimento di una porzione della FIGURA 5F che illustra le posizioni dei trattamenti superficiali vicino all'anello torico; FIGURE 5F includes a side sectional view similar to FIGURES 5 and 5A of a cone and associated tip body portion of a rotary cone tip sealed by an O-ring which includes a cantilevered support shaft and FIGURE 5G is an enlargement of a portion of FIGURE 5F illustrating the locations of the surface treatments near the O-ring;

la FIGURA 6 è una rappresentazione esemplificativa di un'elevazione in sezione laterale che illustra la topografia della superficie di una punta di trivellazione che è stata colata e sabbiata in accordo con la presente invenzione ; FIGURE 6 is an exemplary representation of a side sectional elevation illustrating the surface topography of a drill bit that has been cast and blasted in accordance with the present invention;

la FIGURA 6B è una rappresentazione esemplificativa di un'elevazione in sezione laterale che illustra la topografia della superficie di una punta di trivellazione che è stata colata in accordo con la presente invenzione; FIGURE 6B is an exemplary representation of a side sectional elevation illustrating the surface topography of a drill bit that has been cast in accordance with the present invention;

la FIGURA 6C è una rappresentazione esemplificativa di un'elevazione in sezione laterale che illustra la topografia della superficie di una punta di trivellazione che è stata smerigliata in accordo con la presente invenzione; FIGURE 6C is an exemplary representation of a side sectional elevation illustrating the surface topography of a drill bit that has been ground in accordance with the present invention;

la FIGURA 6D è una rappresentazione esemplificativa di un'elevazione in sezione laterale che illustra la topografia della superficie di una punta di trivellazione che è stata rivestita o placcata in accordo con la presente invenzione; FIGURE 6D is an exemplary representation of a side sectional elevation illustrating the surface topography of a drill bit that has been coated or plated in accordance with the present invention;

la FIGURA 6E è una rappresentazione esemplificativa di un'elevazione in sezione laterale che illustra la topografia della superficie di ima punta di trivellazione che è stata lucidata in accordo con la presente invenzione ; FIGURE 6E is an exemplary representation of a side sectional elevation illustrating the topography of the surface of a drill bit that has been polished in accordance with the present invention;

la FIGURA 6F è una rappresentazione esemplificativa di un'elevazione in sezione laterale che illustra la topografia della superficie di una punta di trivellazione della tecnica nota; FIGURE 6F is an exemplary representation of a side sectional elevation illustrating the surface topography of a prior art drill bit;

la FIGURA 7 è un'elevazione laterale di un elemento di taglio della tecnica nota e di un'adiacente faccia della pianta quando s'impegna con e taglia una formazione sotterranea, che illustra il modo in cui le scaglie tagliate dalla formazione possono accumularsi sulla faccia della punta ed impedire il processo di taglio e la rimozione delle scaglie dalla punta; e FIGURE 7 is a side elevation of a prior art cutting member and an adjacent plant face as it engages with and cuts an underground formation, illustrating how flakes cut from the formation can accumulate on the face of the tip and prevent the cutting process and the removal of scales from the tip; And

la FIGURA 8 è un'elevazione laterale di un elemento di taglio e di un'adiacente faccia della punta secondo la presente invenzione avente una finitura superficiale relativamente liscia, che illustra il anodo continuo ed uniforme in cui una scaglia della formazione è tagliata e rimossa dalla formazione senza accumulo sulla faccia della punta. FIGURE 8 is a side elevation of a cutting element and an adjacent tip face according to the present invention having a relatively smooth surface finish, illustrating the continuous and uniform anode in which a scale of the formation is cut and removed from the formation without accumulation on the toe face.

MODO O MODI MIGLIORI PER ATTUARE L'INVENZIONE BEST WAY OR WAYS TO IMPLEMENT THE INVENTION

La presente invenzione realizza un punta di trivellazione di tipo rotante per trivellare formazioni sotterranee ed un procedimento per fabbricare la medesima. La punta secondo l'invenzione include un trattamento superficiale che presenta un'adesione relativamente bassa per i materiali di formazione che si estende su almeno una porzione della superficie della punta esposta al fluido di trivellazione. I vantaggi di un tale trattamento superficiale di bassa adesione dell'invenzione includono la riduzione della agglomerazione sulla punta, forze di attrito ridotte durante il processo di trivellazione, e ridotta erosione sulla superficie esposta della punta di trivellazione. The present invention provides a rotary type drill bit for drilling underground formations and a process for manufacturing the same. The drill according to the invention includes a surface treatment which has relatively low adhesion to the forming materials which extends over at least a portion of the surface of the bit exposed to the drilling fluid. The advantages of such a low adhesion surface treatment of the invention include reduced agglomeration at the tip, reduced frictional forces during the drilling process, and reduced erosion on the exposed surface of the drill bit.

In un aspetto più particolare dell'invenzione, un trattamento superficiale senza bagnatura con acqua conprendente almeno in parte un materiale come un elastomero, una plastica od un metallo prezioso od un materiale super-abrasivo, è applicato ad almeno una porzione della superficie della punta esposta per impedire l'agglomerazione sulla punta risultante dai legami chimici che si formano tra gli ioni idrogeno presenti negli strati di minerale schistoso dell'unità argillosa, cosi come in altre formazioni precedentemente enumerate, e stille superfici della punta. Specialmente nelle aree sulla faccia della punta con basse velocità del fluido di trivellazione su di esse, tale trattamento impedisce l'accumulo di sfridi, e la conseguente agglomerazione stilla punta. Le superflui non bagnate con acqua non possiedono atomi di idrogeno da condividere col materiale della formazione. In a more particular aspect of the invention, a surface treatment without wetting with water comprising at least in part a material such as an elastomer, a plastic or a precious metal or a super-abrasive material, is applied to at least a portion of the exposed tip surface. to prevent agglomeration on the tip resulting from the chemical bonds formed between the hydrogen ions present in the schist mineral layers of the clay unit, as well as in other formations previously enumerated, and on the tip surfaces. Especially in areas on the face of the drill with low speeds of the drilling fluid thereon, such treatment prevents the accumulation of scraps, and the consequent agglomeration of the tip. The superfluous ones not wetted with water have no hydrogen atoms to share with the formation material.

Inoltre, in accordo con l'invenzione, il materiale di trattamento applicato alla superficie della punta esposta può essere levigato, smerigliato, lappato od altrimenti trattato mediante procedimenti noti nella tecnica per creare una superficie a bassa adesione che inoltre non è bagnata con acqua. Furthermore, in accordance with the invention, the treatment material applied to the exposed tip surface can be sanded, sanded, lapped or otherwise treated by methods known in the art to create a low adhesion surface which is also not wetted with water.

Inoltre, in accordo con l'invenzione, un trattamento superficiale può comprendere non solo un trattamento direttamente su una superficie di un componente della punta di trivellazione, ma anche un trattamento superficiale su una superficie di un inserto preformato configurato per attuare tale trattamento superficiale per -una punta di trivellazione sulla quale è fissato tale inserto , od un inserto preformato sostanzialmente, od anche interamente, comprendente un materiale di trattamento superficiale , l'inserto essendo fissato al componente della punta di trivellazione. Furthermore, according to the invention, a surface treatment can comprise not only a treatment directly on a surface of a component of the drill bit, but also a surface treatment on a surface of a preformed insert configured to carry out such surface treatment for - a drill bit on which said insert is fixed, or a substantially or even wholly preformed insert comprising a surface treatment material, the insert being fixed to the drill bit component.

I vantaggi comportati da una superficie della punta di scabrosità ridotta includono un aumentato tasso di penetrazione per vie delle forze di attrito scorrevole ridotte tra la punta e la formazione che viene trivellata cosi come l'erosione ridotta della pianta e degli elementi di taglio (e particolarmente dei substrati e delle altre strutture portanti e delle tasche od aperture adiacenti al materiale della punta in cui sono inseriti). Inoltre, i trattamenti superficiali secondo l'invenzione sono facilmente applicati a qualsiasi forma, dimensione o stile di punta di trivellazione. Advantages of a reduced roughness tip surface include an increased penetration rate by way of reduced sliding friction forces between the tip and the formation being drilled as well as reduced plant and cutting erosion (and particularly substrates and other load-bearing structures and pockets or openings adjacent to the tip material into which they are inserted). Furthermore, the surface treatments according to the invention are easily applied to any shape, size or style of drill bit.

Le precedenti ed altre caratteristiche e vantaggi dell'invenzione saranno più facilmente evidenti dalla seguente descrizione dettagliata delle forme di realizzazione preferite, che procede facendo riferimento ai disegni allegati. The foregoing and other features and advantages of the invention will be more readily apparent from the following detailed description of the preferred embodiments, which proceeds with reference to the accompanying drawings.

Svariati materiali noti nella tecnica possono essere utilizzati per ottenere una superficie esposta con adesione relativamente bassa o liscia su una punta di trivellazione secondo la presente invenzione. Per esempio, uretani o altri polimeri o altri materiali non metallici duri possono essere utilizzati, in particolare laddove il contatto diretto con la formazione da trivellare non è una preoccupazione. Gli uretani sono specialmente adatti poiché sono resistenti all'abrasione e all'erosione, producibili in una varietà di durometri, e "cedono" o si deformano elasticamente per assorbire energia. Gli uretani, come anche le resine epossidiche, presentano buone caratteristiche di adesione ai metalli con i quali sono convenzionalmente formate le punte di trivellazione. Nelle aree a basso flusso, in cui è meno probabile che si verifichi un'erosione indotta da fluidi caricati con abrasivi, possono essere utilizzati rivestimenti in plastica o altri polimeri. Questi rivestimenti possono essere applicati ad una punta del tipo a matrice di carburo di tungsteno lisciviando il cobalto fra i grani di carburo di tungsteno e riempiendo questi spazi vuoti con un materiale di rivestimento. Resine epossidiche caricate con materiale resistente all'erosione, come il carburo di tungsteno (fino a circa il 60% in volume) possono essere fatte aderire alla superficie della punta. Rivestimenti in metallo poroso, materiale metallo ceramico o ceramico caricati con materiale plastico, altri polimeri o resine epossidiche possono pure essere utilizzati. La punta può inoltre essere placcata per riduzione elettrochimicamente, ionicamente, spruzzata alla fiamma, o trattata mediante metodi noti nella tecnica con un materiale come nichel, cromo, rame, magnesio, cobalto, leghe di questi, metalli nobili o altri materiali di placcatura o combinazioni di questi note nella tecnica, comprendenti nitruro di silicio e rivestimenti in materiale metallo ceramico. Metalli preziosi come oro o argento e leghe di questi, possono pure essere utilizzati, ma il posizionamento di questi dovrebbe essere attentamente valutato a causa della loro resistenza all'usura limitata. La placcatura ionica è particolarmente adatta per l'applicazione di metalli preziosi, nichel, cromo e loro leghe. Various materials known in the art can be used to obtain an exposed surface with relatively low or smooth adhesion on a drill bit according to the present invention. For example, urethanes or other polymers or other hard non-metallic materials may be used, particularly where direct contact with the formation to be drilled is not a concern. Urethanes are especially suitable because they are resistant to abrasion and erosion, which can be produced in a variety of durometers, and "fail" or deform elastically to absorb energy. Urethanes, as well as epoxy resins, have good adhesion characteristics to the metals with which drill bits are conventionally formed. In low-flow areas, where abrasive-charged fluid-induced erosion is less likely to occur, coatings made of plastic or other polymers may be used. These coatings can be applied to a tungsten carbide matrix type tip by leaching the cobalt between the tungsten carbide grains and filling these gaps with a coating material. Epoxy resins filled with erosion resistant material such as tungsten carbide (up to approximately 60% by volume) can be adhered to the tip surface. Porous metal coatings, metal ceramic or ceramic material filled with plastic material, other polymers or epoxy resins can also be used. The tip may also be electrochemically, ionically reduced, flame sprayed, or treated by methods known in the art with a material such as nickel, chromium, copper, magnesium, cobalt, alloys of these, noble metals or other plating materials or combinations. of these known in the art, including silicon nitride and ceramic metal coatings. Precious metals such as gold or silver and alloys thereof may also be used, but the placement of these should be carefully considered due to their limited wear resistance. Ion plating is particularly suitable for the application of precious metals, nickel, chromium and their alloys.

Per prevenire o ridurre la tendenza delle particelle di argilla e di masse agglomerate di queste di dimensioni maggiori di incollarsi al corpo o altre parti di una pianta di trivellazione, la punta o porzioni scelte di questa possono essere trattate mediante rivestimento con uno strato codepositato di nichel per riduzione e di politetrafluoroetilene (reperibile in commercio con il nome TEFLON<®>). Tali materiali sono commercializzati da differenti rivenditori in una varietà di nomi distinti, comprendente NYETEF, Enlon, NiFlor, Niklon e altri. Tali materiali sono stati utilizzati commercialmente per rivestire forme, viti e interno di stampi (eliminando la necessità di uno spruzzo per lo sblocco dello stampo), ma per quanto a conoscenza degli inventori non sono mai stati utilizzati secondo quanto qui proposto. To prevent or reduce the tendency of larger clay particles and agglomerated masses of these to stick to the body or other parts of a drilling rig, the tip or selected portions thereof can be treated by coating with a codeposited layer of nickel. for reduction and polytetrafluoroethylene (commercially available under the name TEFLON <®>). Such materials are marketed by different retailers under a variety of distinguished names, including NYETEF, Enlon, NiFlor, Niklon and others. These materials have been used commercially to coat molds, screws and internals (eliminating the need for a spray to release the mold), but to the best of the inventors' knowledge they have never been used according to what is proposed here.

Con la combinazione di con elettrolevigazione locale o altre tecniche di levigazione meccanica della superficie degli oggetti prima o dopo la placcatura con i materiali, è possibile ottenere una superficie estremamente liscia e levigata che presenta un coefficiente di attrito radente inferiore a 0.1. In questo tipo di rivestimento, particelle di politetrafluoroetilene delle dimensioni del micron sono immerse e disperse (ad esempio, 22-25% in volume) nel rivestimento duro in nichel. Man mano che l'usura o l'erosione del nichel procede, più politetrafluoroetilene viene esposto. Lo spessore del rivestimento può essere, solo a titolo di esempio, da circa 7 micron a circa 0.005 pollici. By combining with local electro-smoothing or other mechanical surface smoothing techniques of the objects before or after plating with the materials, it is possible to obtain an extremely smooth and polished surface that has a sliding friction coefficient of less than 0.1. In this type of coating, micron-sized polytetrafluoroethylene particles are immersed and dispersed (for example, 22-25% by volume) in the hard nickel coating. As nickel wear or erosion proceeds, more polytetrafluoroethylene is exposed. The thickness of the coating can be, by way of example only, from about 7 microns to about 0.005 inches.

Si propone inoltre, per ostacolare l'adesione di materiale schistoso alle punte di trivellazione e alle parti di queste, di trattare porzioni della punta con rivestimenti di vari materiali comprendenti politetrafluoroetilene. Mentre è chiaro che rivestimenti di molti di questi materiali possono essere molto velocemente abrasi dagli elementi di taglio, dal fondo delle lame e dalle superfici radialmente orientate delle teste portautensili, ci si aspetta che i rivestimenti rimangano nelle altre aree, come i percorsi per fluidi sulla faccia della punta e le scanalature per sfridi, per un periodo prolungato di tempo. Poiché è stato dimostrato che l'agglomerazione sulla punta dei materiali schistosi inizia con l'intasamento delle scanalature per sfridi, si ritiene che rivestimenti riducano tali tendenze. Possono essere adatti diversi rivestimenti offerti dalla SW Impregion of Houston, Texas: Impregion 964, un Teflon<® >rinforzato con materiale ceramico di scorrevolezza (levigatezza) molto elevata, dotato di media tenacità e adesione al corpo della punta; Impregion 872-R, un Teflon<® >rinforzato con resina PPS (solfuro di polifenilene) dotato di scorrevolezza medio-alta e di medio-alte tenacità e adesione al corpo della punta; e CeRam-Kote 54, un materiale ceramico flessibile di scorrevolezza fra media e bassa e di una tenacità e adesione al corpo della punta estremamente alte. Comunque, si ritiene che con ulteriori sperimentazioni possa essere ottenuta una combinazione ottimale di scorrevolezza insieme con la longevità della punta. In questo senso, si ritiene inoltre che l'applicazione o la formazione di un rivestimento di base poroso sulla punta o aree scelte di questa, seguite dalla successiva impregnazione dei pori del rivestimento di base con Teflon<®>, possa ottenere la desiderata combinazione di scorrevolezza e longevità, e tale tecnica è considerata compresa nell'ambito della presente invenzione. It is also proposed to treat portions of the tip with coatings of various materials including polytetrafluoroethylene in order to hinder the adhesion of shale material to the drill bits and parts thereof. While it is clear that coatings of many of these materials can be very quickly abraded by the cutting elements, the bottom of the blades and the radially oriented surfaces of the tool heads, the coatings are expected to remain in other areas, such as the fluid paths on the face of the tip and the scrap grooves, for an extended period of time. Since agglomeration at the tip of schist materials has been shown to begin with clogging of the scrap grooves, coatings are believed to reduce such tendencies. Different coatings offered by SW Impregion of Houston, Texas may be suitable: Impregion 964, a very high flow (smoothness) ceramic reinforced Teflon <®> with medium toughness and adhesion to the tip body; Impregion 872-R, a Teflon <®> reinforced with PPS (polyphenylene sulphide) resin with medium-high smoothness and medium-high toughness and adhesion to the tip body; and CeRam-Kote 54, a flexible ceramic material with low to medium flowability and extremely high toughness and adhesion to the tip body. However, it is believed that with further experimentation an optimal combination of smoothness together with tip longevity can be achieved. In this sense, it is further believed that the application or formation of a porous base coat on the tip or selected areas thereof, followed by subsequent impregnation of the base coat pores with Teflon <®>, can achieve the desired combination of smoothness and longevity, and such a technique is considered to be within the scope of the present invention.

Inoltre, materiali super abrasivi come diamante, diamante policristallino, il carbonio di tipo diamante (DLC), il carbonio nanocristallino, il carbonio amorfo ed i relativi rivestimenti a base di carbonio depositati da fase vapore (ad esempio, deposizione di plasma da fase vapore o deposizione chimica da fase vapore), come nitruro di carbonio e nitruro di boro, possono essere applicati a grandi aree superficiali a temperature (minori di 300 °) al di sotto di quelle che intaccherebbero l'integrità metallurgica del materiale di rivestimento della punta. I rivestimenti a base di carbonio depositati da fase vapore aggiungono preferibilmente una durezza di almeno 3000 Vikers, presentano un coefficiente di attrito radente di 0.2 o meno, e presentano una superficie non bagnata con acqua (nonwater-wet). Come sopra citato, materiali ceramici possono inoltre presentare una superficie a bassa adesione efficace da applicare alla superficie della punta. Un ulteriore vantaggio dei precedenti materiali super abrasivi e ceramici è l'alta resistenza all'erosione, che può essere utilizzata vantaggiosamente per ritardare l'erosione del guscio del cono rotante. In addition, super abrasive materials such as diamond, polycrystalline diamond, diamond-like carbon (DLC), nanocrystalline carbon, amorphous carbon and related vapor-deposited carbon-based coatings (e.g., vapor-phase plasma deposition or chemical vapor deposition), such as carbon nitride and boron nitride, can be applied to large surface areas at temperatures (less than 300 °) below those that would affect the metallurgical integrity of the tip coating material. Vapor-deposited carbon-based coatings preferably add a hardness of at least 3000 Vikers, have a sliding friction coefficient of 0.2 or less, and have a nonwater-wet surface. As mentioned above, ceramic materials can also have a low adhesion surface effective to be applied to the tip surface. A further advantage of the foregoing super abrasive and ceramic materials is the high erosion resistance, which can be advantageously used to retard erosion of the rotating cone shell.

Le proprietà intrinseche di questi materiali di rivestimento o placcatura utilizzati per trattare la superficie della punta permettono di realizzare un rivestimento a bassa adesione e/o resistente all'abrasione sia per le punte a lame rotanti che per le punti a coni rotanti. Comunque, le proprietà di bassa adesione possono essere ulteriormente migliorate trattando chimicamente, levigando, rettificando, lappando o altrimenti trattando la superficie del materiale applicato alla punta, o la superficie del corpo della punta stessa, mediante metodi noti nella tecnica per ottenere una superficie ancora più liscia e a bassa adesione. Quindi, la superficie della punta scelta per il trattamento mediante applicazione di un materiale differente da questa può dapprima essere selettivamente abrasa, attaccata chimicamente o altrimenti irruvidita per produrre anomalie nella superficie per la penetrazione del materiale differente in modo tale da ottenere un miglior legame. Se vengono utilizzati stampi per definire la superficie esterna di un rivestimento con tale materiale differente, le pareti della cavità dello stampo possono essere finemente rifinite per ottenere una superficie di rivestimento esposta sulla punta estremamente liscia. The inherent properties of these coating or plating materials used to treat the tip surface allow for a low adhesion and / or abrasion resistant coating for both rotary blade tips and rotary cone points. However, the low adhesion properties can be further improved by chemically treating, polishing, grinding, lapping or otherwise treating the surface of the material applied to the tip, or the surface of the body of the tip itself, by methods known in the art to obtain an even better surface. smooth and low adhesion. Hence, the surface of the tip selected for treatment by applying a material other than this may first be selectively abraded, etched chemically or otherwise roughened to produce surface anomalies for penetration of the different material in order to obtain a better bond. If molds are used to define the outer surface of a liner with that different material, the cavity walls of the mold can be finely finished to achieve an extremely smooth exposed liner surface on the tip.

Secondo un altro più particolare aspetto dell'iivenzione, la rifinitura della superficie ricopre almeno una porzione della faccia di una punta a lame rotanti, e cioè la porzione o le porzioni della punta adiacenti agli elementi di taglio. Creando una superficie di bassa porosità in questa posizione si permette agli sfridi della formazione generati dagli elementi di taglio di fluire facilmente nelle scanalature per sfridi della punta di trivellazione. Inoltre, le scanalature per sfridi stesse possono essere rivestite internamente con una rifinitura superficiale liscia in modo tale che gli sfridi scivolino attraverso le scanalature per sfridi e quindi nel foro del pozzo. Questa struttura può essere ottenuta preformando il materiale di rivestimento in una pellicola che viene successivamente attaccata al corpo della punta mediante una resina epossidica o altri metodi e/o materiali noti nella tecnica. Queste stesse tecniche possono essere utilizzate sulle punte a coni rotanti. Ad esempio, ciascun cono rotante, gli inserti o porzioni di questo, come anche le porzioni del corpo della punte come l'area a gola fra i gambe che supportano i coni rotanti, possono essere trattati in modo che la finitura superficiale del cono rotante crei una superficie liscia o antiagglomerante. According to another more particular aspect of the invention, the finishing of the surface covers at least a portion of the face of a tip with rotating blades, that is, the portion or portions of the tip adjacent to the cutting elements. Creating a low porosity surface at this location allows formation scraps generated by the cutting elements to flow easily into the drill bit scraps grooves. In addition, the scrap grooves themselves can be coated internally with a smooth surface finish such that the scrap slips through the scrap grooves and then into the well bore. This structure can be achieved by preforming the coating material into a film which is subsequently attached to the tip body by an epoxy resin or other methods and / or materials known in the art. These same techniques can be used on rotating cone tips. For example, each rotating cone, the inserts or portions thereof, as well as portions of the drill body such as the groove area between the legs that support the rotating cones, can be treated so that the surface finish of the rotating cone creates a smooth or anti-caking surface.

Secondo un altro più particolare aspetto dell’invenzione, il materiale di rivestimento o placcatura viene applicato attraverso le varie interfacce tra i componenti della punta per smussare ogni vuoto, interstizio o altre discontinuità fra essi. Ad esempio, quando gli elementi di taglio vengono attaccati alla faccia della punta, o inserti vengono fissati in alloggiamenti dei coni rotanti mediante metodi noti nella tecnica, interstizi, vuoti o discontinuità possono essere presenti fra il corpo della punta od il cono ed gli elementi di taglio o gli inserti. Smussando queste discontinuità con il materiale di riempimento resistente all'abrasione, come un uretano, si forma una transizione più uniforme e idrodinamicamente regolare che riduce il rischio potenziale di perdita dell'elemento di taglio o dell'inserto indotto dall'abrasione o dall'erosione, e che consente agli sfridi prodotti durante la trivellazione di fluire facilmente dagli elementi di taglio sopra la superficie della punta. Il riempimento completo delle discontinuità può non essere necessario. Di conseguenza, le superfici topografiche esterne della punta come gli elementi di taglio, la faccia della punta, i coni rotanti, gli inserti e le scanalature per sfridi rimangono in migliori condizioni man mano che la trivellazione procede, e rimangono liberi da detriti generati durante il processo di perforazione. Inoltre, se desiderato, le aree esterne dei coni rotanti fra le linee di inserti, o sostanzialmente l'intera superficie esterna del cono, possono essere trattati mediante rivestimento placcatura secondo la presente invenzione. According to another more particular aspect of the invention, the coating or plating material is applied through the various interfaces between the components of the tip to smooth out any voids, interstices or other discontinuities between them. For example, when the cutting elements are attached to the face of the tip, or inserts are fixed in housings of the rotating cones by methods known in the art, gaps, voids or discontinuities may be present between the body of the tip or the cone and the elements of cut or inserts. By smoothing these discontinuities with abrasion resistant filler material, such as urethane, a smoother and hydrodynamically smooth transition is formed which reduces the potential risk of cutting element or insert loss induced by abrasion or erosion , and which allows the scraps produced during drilling to flow easily from the cutting elements above the surface of the tip. Complete filling of the gaps may not be necessary. As a result, the external topographical surfaces of the drill such as the cutting elements, the face of the bit, the rotating cones, the inserts and the scrap flutes remain in better condition as the drilling progresses, and remain free of debris generated during drilling. drilling process. Also, if desired, the outer areas of the rotating cones between the insert lines, or substantially the entire outer surface of the cone, can be treated by plating coating according to the present invention.

Generalmente, una condizione di superficie a basso attrito o non bagnabile con acqua su una punta favorisce il trasporto di sfridi dalla faccia della punta nelle scanalature per sfridi e nello spazio anulare del foro tra la stringa di perforazione e la parete. La riduzione significativa di adesione consente un miglior trasporto degli sfridi e un minor intasamento degli sfridi sulla faccia della punta generando un effetto fresante più efficace. Quindi, lo sforzo di taglio o la resistenza al movimento della punta dovuti alla formazione a contatto vengono quindi sostanzialmente ridotti, consentendo una maggiore velocità di penetrazione del corpo della punta nella formazione. Inoltre per profondità del taglio e velocità di penetrazione date, la coppia richiesta per ruotare la punta può essere sostanzialmente ridotta. Generally, a low-friction or non-water-wettable surface condition on a drill bit promotes the transport of scrap from the face of the drill into the scrap grooves and annular hole space between the drill string and the wall. The significant reduction of adhesion allows a better transport of the scraps and less clogging of the scraps on the face of the tip generating a more effective milling effect. Hence, the shear stress or resistance to tip movement due to contact formation is then substantially reduced, allowing for a higher rate of penetration of the tip body into the formation. Furthermore, for given depth of cut and penetration speed, the torque required to rotate the tip can be substantially reduced.

La presente invenzione ovvia agli svantaggi presenti nella tecnica nota, associati con le formazioni di trivellazione che cedono plasticamente o che si comportano in modo duttile. Predisponendo una condizione di superficie liscia lungo una superficie esposta della punta, gli sfridi tendono a fluire sulla punta senza aderire a quella superficie. Quindi, il potenziale legame chimico degli sfridi della formazione a quella superficie della punta viene significativamente ridotto scegliendo materiali adatti. The present invention overcomes the disadvantages present in the prior art associated with boring formations which yield plastically or behave in a ductile manner. By setting a smooth surface condition along an exposed surface of the tip, the scraps tend to flow onto the tip without adhering to that surface. Hence, the potential chemical bonding of the formation scraps to that tip surface is significantly reduced by choosing suitable materials.

Nella figura 1 dei disegni, una punta a lame rotanti 10 secondo la presente invenzione è illustrata. La punta 10 ha una faccia 12 comprendente una via d'acqua 13 ad un'estremità distale 14, ed un connettore 16 ad un'estremità prossimale 18. Una pluralità di elementi di taglio 20 è attaccata alla faccia 12, orientata in modo tale da tagliare una formazione sotteranea durante la rotazione della punta 10. La punta 10 è dotata inoltre di una pluralità di scanalature per sfridi 22 sulla faccia della punta 12, in modo tale che il fluido di perforazione e gli sfridi della formazione possono fluire attraverso le scanalature per sfridi 22 e nello spazio anulare del foro attorno alla punta (non illustrato) . Generalmente, le scanalature per sfridi 22 sono definite da una porzione rientrata 23 e da una porzione sollevata o testa porta utensili 25 che può opzionalmente contenere uno o più elementi di taglio 20. In Figure 1 of the drawings, a rotary blade tip 10 according to the present invention is illustrated. Tip 10 has a face 12 comprising a waterway 13 at a distal end 14, and a connector 16 at a proximal end 18. A plurality of cutting elements 20 are attached to face 12, oriented so as to cut a subterranean formation during the rotation of the drill 10. The drill 10 is further provided with a plurality of scrap grooves 22 on the face of the drill 12, so that the drilling fluid and the formation debris can flow through the grooves to scraps 22 and in the annular space of the hole around the tip (not shown). Generally, the scrap grooves 22 are defined by a recessed portion 23 and by a raised portion or tool holder head 25 which can optionally contain one or more cutting elements 20.

Facendo ora riferimento alla figura 2, una vista in prospettiva di un elemento di taglio 20 con una vista in sezione della faccia della punta 12 della forma di realizzazione illustrata nella figura 1. L'elemento di taglio 20 presenta una faccia di taglio 21 generalmente comprendente una tavoletta di diamante 24 accoppiata e supportata da un substrato 26. L'elemento di taglio 20 è quindi attaccato alla faccia della punta 12 mediante metodi noti nella tecnica (ad esempio, mediante brasatura) , in modo tale che approssimativamente una metà della superficie di taglio 21 è esposta sopra la faccia della punta 12. Tipicamente, gli elementi di taglio sono collocati vicino ad una via d'acqua 13 sulla faccia della punta o ad una scanalatura per sfridi 22 in modo tale che le scaglie della formazione generate durante il processo di trivellazione possano fluire attraverso la porzione rientrata 23 e quindi nel foro del pozzo (non illustrato). Referring now to Figure 2, a perspective view of a cutter 20 with a sectional view of the face of the tip 12 of the embodiment illustrated in Figure 1. The cutter 20 has a cutting face 21 generally comprising a diamond tablet 24 coupled to and supported by a substrate 26. The cutting element 20 is then attached to the face of the tip 12 by methods known in the art (e.g., by brazing), such that approximately one half of the surface of cut 21 is exposed above the face of the tip 12. Typically, the cutters are located near a waterway 13 on the face of the tip or a scrap groove 22 such that the formation scales generated during the process can flow through the recessed portion 23 and then into the borehole (not shown).

Come si può vedere dalle figure 2 e 3, un materiale di rivestimento o placcatura 28 ricopre almeno una porzione della faccia 12 in modo da realizzare una superficie sostanzialmente senza vuoti e senza cavità. Possono essere utilizzati strati multipli dello stesso materiale o di materiali differenti. Quindi, il materiale di rivestimento o placcatura 28 può ricoprire una porzione dell'elemento di taglio 20 in modo tale da creare una transizione continua o senza linee di giunzione fra l'elemento di taglio 20 e la faccia 12. Più in particolare, come illustrato nella figura 3, il materiale di rivestimento o placcatura 28 può inoltre coprire o creare una transizione più uniforme fra le interfacce 30 e 32, o in qualunque altra posizione in cui ci possa essere un vuoto o un interstizio. Il materiale di rivestimento o placcatura non deve necessariamente riempire i vuoti o gli interstizi, ma deve solo realizzare una superficie continua attraverso essi. As can be seen from Figures 2 and 3, a coating or plating material 28 covers at least a portion of the face 12 so as to provide a surface substantially without voids and without cavities. Multiple layers of the same or different materials can be used. Hence, the coating or plating material 28 may coat a portion of the cutter 20 in such a way as to create a seamless or seamless transition between the cutter 20 and face 12. More particularly, as illustrated in Figure 3, the coating or plating material 28 may further cover or create a smoother transition between interfaces 30 and 32, or in any other location where there may be a void or gap. The coating or plating material does not necessarily have to fill the voids or interstices, it just has to make a continuous surface through them.

Facendo ora riferimento alla figura 4, è illustrata una vista in elevazione laterale di una punta a coni rotanti 40 secondo la presente invenzione. La punta 40 ha una porzione filettata 42 ad un'estremità prossimale 44 per la connessione ad una stringa di perforazione (non illustrata). Ad un'estremità distale 46 della punta 40, sono illustrati due dei coni rotanti 48 e 50. I coni rotanti 48 e 50 sono ognuno disposti in modo girevole sopra un albero portante 47 e assicurati ad esso mediante cuscinetti a sfera 70 disposti in una scanalatura anulare 71 che si estende attorno all'albero portante 47 (vedere la figura 5). I coni rotanti 48 e 50 hanno una pluralità di denti o inserti 52 che si estendono dalle superfici esterne 56. Un plenum interno si estende dall'estremità prossimale 44 nella punta a coni rotanti 40 fino ad un canale che si estende ad un orifizio di ugello, nel quale è assicurato l'ugello 45. Il fluido di perforazione viene fatto circolare dalla stringa di perforazione (non illustrate) nel plenum, attraverso il canale e al di fuori attraverso l'ugello 45 assicurato alla bocca di ugello. Il fluido di perforazione viene così diretto verso i denti 52 dei coni rotanti 48 e 50. I denti 52, la superficie esterna 56 e i coni rotanti 48 e 50 sono ricoperti da un materiale di rivestimento o placcatura 28. Il materiale di rivestimento o placcatura 28 realizza una superficie liscia e continua sopra i denti 52 e le rispettive superfici esterne 56. Quindi, il materiale di rivestimento o placcatura 28 crea una superficie di transizione più uniforme attraverso ogni vuoto, interstizio o altre irregolarità o discontinuità che possono esistere sulla superficie del cono rotante 48 o fra i denti 52 e le superfici esterne 56. Come menzionato in precedenza, il materiale di rivestimento o placcatura 28 non deve necessariamente riempire completamente gli interstizi o i vuoti alle interfacce fra i componenti. Inoltre, il materiale di rivestimento o placcatura 28 può essere utilizzato per realizzare tolleranze più strette negli interstizi 64 tra il corpo della punta 62 e i coni rotanti 48 e 50. La superficie 60 del corpo della punta 62 può inoltre avere il materiale di rivestimento o placcatura 28 che ricopre almeno una porzione di questo. Di conseguenza, gli sfridi della formazione generati durante il processo di trivellazione aderiranno meno facilmente alle superfici esterne 56 dei coni 48 e 50, dei denti 52, o alla superficie 60 o al corpo della punta 62. Referring now to Figure 4, a side elevation view of a rotating cone tip 40 according to the present invention is shown. Tip 40 has a threaded portion 42 at a proximal end 44 for connection to a drill string (not shown). Two of the rotating cones 48 and 50 are illustrated at a distal end 46 of the tip 40. The rotating cones 48 and 50 are each rotatably disposed over a bearing shaft 47 and secured thereto by ball bearings 70 arranged in a groove annular 71 extending around the bearing shaft 47 (see Figure 5). Rotating cones 48 and 50 have a plurality of teeth or inserts 52 extending from outer surfaces 56. An inner plenum extends from the proximal end 44 in the rotating cone tip 40 to a channel extending to a nozzle orifice , in which the nozzle 45 is secured. The drilling fluid is circulated from the drill string (not shown) into the plenum, through the channel and out through the nozzle 45 secured to the nozzle mouth. The drilling fluid is thus directed towards the teeth 52 of the rotating cones 48 and 50. The teeth 52, the outer surface 56 and the rotating cones 48 and 50 are covered with a coating or plating material 28. The coating or plating material 28 creates a smooth, continuous surface over the teeth 52 and their respective outer surfaces 56. Hence, the coating or plating material 28 creates a smoother transition surface across any voids, gaps or other irregularities or discontinuities that may exist on the cone surface rotating 48 or between the teeth 52 and the outer surfaces 56. As previously mentioned, the coating or plating material 28 need not completely fill the gaps or voids at the interfaces between the components. Also, the coating or plating material 28 can be used to make tighter tolerances in the gaps 64 between the tip body 62 and the rotating cones 48 and 50. The surface 60 of the tip body 62 may also have the coating or plating material 28 which covers at least a portion of this. As a result, formation scraps generated during the drilling process will less readily adhere to the outer surfaces 56 of the cones 48 and 50, the teeth 52, or the surface 60 or the body of the bit 62.

La figura 5 illustra un singolo cono rotante 48 in sezione trasversale, montato su un albero portante a sbalzo 47 sostanzialmente cilindrico, che si estende generalmente radialmente orientato verso l'interno e verso il basso (assumendo che la punta stia trivellando verticalmente verso il basso) dal gamba 63 del corpo della punta 32. E' illustrato un tappo per sfere 68 che trattiene una pluralità di cuscinetti a sfera 70 disposti in una scanalatura anulare 71 che si estende attorno all'albero portante 47, i cuscinetti a sfera 70 assicurando in modo girevole il cono rotante 48 sull'albero portante 47. Il cono rotante 48 è illustrato come avente una pluralità di elementi di taglio, inserti o denti 52 inseriti in aperture estendentesi dalla superficie esterna 56 nel cono rotante 48, benché tali elementi di taglio o denti 52 possono essere formati integralmente con il cono rotante 48 (ad esempio, in una punta a denti fresanti), come è noto nella tecnica. E' illustrato il materiale di placcatura o rivestimento 28 che ricopre almeno una porzione della superficie esterna 56 del cono rotante 48. Più in particolare, il materiale di placcatura o rivestimento 28 si estende su sostanzialmente l'intera superficie esterna 56 del cono rotante 48 e ricoprendo almeno parzialmente ogni vuoto, interstizio o recesso tra i denti 52 e la superficie esterna 56. E' inoltre da notare che un rivestimento antiaderente nell'area 67 in cui il cono rotante 48 incontra il gamba 63 può essere vantaggioso per prevenire l'adesione di un qualunque con3⁄4>onente dell'argilla nel fango di perforazione in questa area, poiché l'argilla favorisce l'adesione di altre particelle. Il compattamento meccanico delle particelle viene anche evitato da un rivestimento a bassa adesione in quest'area evitando l'accumulazione di particolato negli spazi relativamente confinati fra il cono rotante e il corpo della punta che altrimenti potrebbe realizzare un'interferenza meccanica tra le superfici della punta e il materiale della formazione contattato. Il termine "bassa adesione" qui utilizzato indica una ridotta tendenza di sostanze (come ad esempio il materiale della formazione) a contatto con un rivestimento o un altro trattamento superficiale su un componente di una punta di aderire a questi . Figure 5 illustrates a single rotating cone 48 in cross section, mounted on a substantially cylindrical cantilever bearing shaft 47, extending generally radially oriented inward and downward (assuming the bit is drilling vertically downward) from the leg 63 of the tip body 32. Shown is a ball plug 68 which retains a plurality of ball bearings 70 disposed in an annular groove 71 extending around the bearing shaft 47, the ball bearings 70 thus securing rotating cone 48 on carrier shaft 47. Rotating cone 48 is illustrated as having a plurality of cutting elements, inserts or teeth 52 inserted into openings extending from outer surface 56 in rotating cone 48, although such cutting elements or teeth 52 can be integrally formed with the rotating cone 48 (for example, in a drill with milling teeth), as is known in the art. Shown is the plating or coating material 28 covering at least a portion of the outer surface 56 of the rotating cone 48. More particularly, the plating or coating material 28 extends over substantially the entire outer surface 56 of the rotating cone 48 and by at least partially covering any void, gap or recess between the teeth 52 and the outer surface 56. It should also be noted that a non-stick coating in the area 67 where the rotating cone 48 meets the leg 63 can be advantageous in preventing adhesion of any con3⁄4> of the clay in the drilling mud in this area, as the clay promotes the adhesion of other particles. Mechanical particle compaction is also avoided by a low adhesion coating in this area avoiding the accumulation of particulates in the relatively confined spaces between the rotating cone and the tip body which could otherwise create mechanical interference between the tip surfaces and training material contacted. The term "low adhesion" used herein indicates a reduced tendency for substances (such as training material) to contact a coating or other surface treatment on a component of a tip to adhere to these.

Il maggior contributo al prematuro cedimento delle tenute dei cuscinetti della punta da roccia (punta a tre coni) è dovuto all'adesione e all'accumulazione dei solidi sospesi nel fluido di perforazione sulle superfici dei componenti adiacenti alla tenuta. E' stato dimostrato che il compattamento dei solidi di perforazione aumenta la velocità di usura sulle tenute a facce metalliche, e aumenta il verificarsi di rotazione o scorrimento dell'O-ring di tensione elastico della tenuta a facce metalliche. In punte con tenuta ad O-ring, l'accumulazione di solidi di perforazione sotto la tenuta provoca un'usura accelerata della superficie dell'O-ring al di sopra della flangia di testa della tenuta. Perciò può essere vantaggioso trattare anche le superfici vicino ad una tenuta del cuscinetto che sono in contatto con il fluido di perforazione. L'area trattata non sarà quindi "bagnata" dal fluido di perforazione, e quindi verrà ritardata ogni accumulazione di solidi nel fluido di perforazione attorno alla tenuta. Un trattamento superficiale preferito può essere in un materiale come, a titolo esclusivamente di esempio, politetrafluoroetilene (PTFE), propilene etilene fiorinato (FEP), perfluoroalcossi (PFA) in una matrice dura, porosa, metallica o ceramica. Un tale materiale dovrebbe essere non bagnabile con acqua, avere un'energia libera superficiale bassa, e presentare una bassa adesione al materiale della formazione. Naturalmente, le dimensioni e le tolleranze dei componenti adiacenti possono essere variate per accogliere i trattamenti superficiale e consentire comunque il funzionamento adeguato della punta. The greatest contribution to premature failure of rock drill (triple cone) bearing seals is due to adhesion and accumulation of suspended solids in the drilling fluid on the surfaces of components adjacent to the seal. Compaction of drill solids has been shown to increase the rate of wear on metal face seals, and increase the occurrence of rotation or sliding of the metal face seal elastic tension O-ring. In O-ring sealed bits, accumulation of drill solids under the seal causes accelerated wear of the O-ring surface above the seal head flange. Therefore, it may also be advantageous to treat surfaces near a bearing seal that are in contact with the drilling fluid. The treated area will therefore not be "wetted" by the drilling fluid, and therefore any accumulation of solids in the drilling fluid around the seal will be delayed. A preferred surface treatment may be in a material such as, by way of example only, polytetrafluoroethylene (PTFE), florinated propylene ethylene (FEP), perfluoroalkoxy (PFA) in a hard, porous, metallic or ceramic matrix. Such a material should be non-wettable with water, have a low surface free energy, and exhibit low adhesion to the formation material. Of course, the dimensions and tolerances of adjacent components can be varied to accommodate surface treatments and still allow proper operation of the drill.

E' da notare che un trattamento superficiale secondo la presente invenzione può essere applicato direttamente, ad esempio ad una superficie di un componente della punta di perforazione, come un cono rotante o un gamba di un corpo della punta. Alternativamente, e in qualche caso preferibilmente, il trattamento superficiale può essere realizzato sulla superficie di un inserto supplementare separato, o comprendere esso stesso un inserto, che viene quindi assicurato al componente del corpo della punta mediante metodi ben noti nella tecnica, comprendenti, ad esempio, accoppiamento forzato a caldo, accoppiamento bloccato alla pressa, brasatura, accoppiamento con adesivo, ecc., la tecnica preferita essendo in funzione della forma e del materiale dell'inserto e della collocazione sul componente del corpo della punta. It should be noted that a surface treatment according to the present invention can be applied directly, for example to a surface of a component of the drill bit, such as a rotating cone or a leg of a drill body. Alternatively, and in some cases preferably, the surface treatment may be performed on the surface of a separate supplementary insert, or comprise an insert itself, which is then secured to the tip body component by methods well known in the art, including, for example , forced hot coupling, press locked coupling, brazing, adhesive coupling, etc., the preferred technique being a function of the shape and material of the insert and the location on the body component of the tip.

Le figure 5A-5E forniscono ima raffigurazione più specifica di quelle aree del corpo della punta che possono beneficiare del trattamento secondo la presente invenzione, per quanto riguarda la protezione della tenuta del cuscinetto utilizzante ima tenuta a facce metalliche. Punte a tenuta ad O-ring, come illustrato nelle figure 5F e 5G possono, naturalmente, beneficiare di un simile trattamento per evitare l'accumulazione di solidi e la conseguente usura della tenuta. Figures 5A-5E provide a more specific depiction of those areas of the tip body which can benefit from the treatment according to the present invention, with respect to the protection of the bearing seal using a metal face seal. O-ring sealing tips, as shown in Figures 5F and 5G can, of course, benefit from a similar treatment to avoid solids accumulation and subsequent seal wear.

Le caratteristiche nelle figure 5A-5E già identificate mediante riferimenti numerici nella figura 5 sono per chiarezza designate con gli stessi riferimenti numerici. La figura 5A illustra un singolo cono rotante 48 in sezione trasversale montato su un albero portante a sbalzo 47 montato sul gamba 63 del corpo della punta 62. Il cono rotante 48 presenta una pluralità di elementi di taglio, inserti o denti 52 inseriti in aperture estendentisi dalla superficie esterna 56 in un cono rotante 48. E' illustrato un tappo per sfere 68 che trattiene una pluralità di cuscinetti a sfera 70 disposti in una scanalatura anulare 71 attorno all'albero portante 47, i cuscinetti 70 assicuranti in modo girevole il cono rotante 48 all'albero portante 47. Un anello rigido di tenuta dell'albero 72 è disposto attorno all'albero portante 47 verso l'interno (verso il gamba 63) di un inserto a boccola tubolare 73 che è inserito a forzamento nel cono rotante 48, ed un anello di tenuta elastico 74 è compresso fra l'anello di tenuta dell'albero 72 e la superficie radialmente interna della scanalatura della tenuta dell'albero 76. Un anello ausiliario 78 può opzionalmente essere impiegato all'estremità prossimale (gamba) della scanalatura della tenuta dell'albero 76, come illustrato nella figura 5B. Una tenuta a facce metallo su metallo sollecitata in modo elastico è così realizzata in 75 fra la superficie estendentesi radialmente dell'anello di tenuta del labbro 72 e la superficie estendentesi radialmente dell'inserto a boccola 73. E' illustrato un materiale di placcatura o rivestimento 28 comprendente un trattamento superficiale secondo la presente invenzione, che ricopre almeno una porzione della superficie esterna del gamba 63 vicino alla base dell'albero portante 47. Più in particolare, se non viene impiegato alcun anello ausiliario 78 (vedere la figura 5C), il materiale di placcatura o rivestimento 28 si estende sostanzialmente attorno alla base dell'albero portante 47 e verso l'alto sul gamba 63, come illustrato nelle figure 5B e 5E. Se viene utilizzato un anello ausilario 78, l'area di contatto 80 all'estremità prossimale della scanalatura di tenuta dell'albero 76 comprendente una scanalatura dell'anello di riserva estendentesi nel gamba 63 rimane non trattata, ma l'area del gamba radialmente al di fuori dell'anello di riserva 78 ed un'area estesa al di sopra di questa è preferibilmente trattata. Inoltre, il materiale di placcatura o rivestimento 28 può essere applicato alla superficie radialmente esterna 82 dell'anello di tenuta dell'albero 72, e sulla superficie radialmente interna 84 del cono rotante 48 che circonda l'anello di tenuta dell'albero 72. Come illustrato nelle figure 5A a 5E, trattamenti superficiali a bassa adesione (e preferibilmente a bassa energia libera superficiale, non bagnabile con acqua) secondo l'invenzione, realizzano un ambiente che ritarda l'accumulazione di solidi di perforazione in queste aree confinate, e con ciò evitano un'accumulazione di questi in modo sufficiente ad evitare il compattamento meccanico delle particelle nello spazio confinato definente l'area di tenuta del cuscinetto alla base dell'albero portante 47. Come sopra citato, i trattamenti superficiali secondo l'invenzione possono non solo essere previsti direttamente sulle superfici di, ad esempio, un gamba 63 od un albero portante 47, ma anche su altri componenti come, ad esempio, l'anello di tenuta dell'albero 72 (vedere le figure 5B e 5C). Inoltre, i trattamenti superficiali secondo l'invenzione possono essi stessi essere realizzati come inserti che vengono assicurati ad altri componenti. Si veda, ad esempio , la figura 5C in cui le collocazioni degli inserti II e 12 a titolo di esempio sono illustrate mediante linee tratteggiate. The characteristics in Figures 5A-5E already identified by means of numerical references in Figure 5 are for clarity designated with the same numerical references. Figure 5A illustrates a single rotating cone 48 in cross section mounted on a cantilevered bearing shaft 47 mounted on the leg 63 of the drill body 62. The rotating cone 48 has a plurality of cutting elements, inserts or teeth 52 inserted into extending openings from the outer surface 56 into a rotating cone 48. Shown is a ball plug 68 which holds a plurality of ball bearings 70 arranged in an annular groove 71 around the bearing shaft 47, the bearings 70 rotatably securing the rotating cone 48 to the carrier shaft 47. A rigid shaft seal ring 72 is disposed around the carrier shaft 47 inward (towards leg 63) of a tubular bushing insert 73 which is forcibly inserted into the rotating cone 48 , and an elastic seal ring 74 is compressed between the shaft seal ring 72 and the radially inner surface of the shaft seal groove 76. An auxiliary ring 78 may optionally be employed at the proximal (leg) end of the shaft seal groove 76, as illustrated in FIG. 5B. An elastically stressed metal-to-metal face seal is thus formed at 75 between the radially extending surface of the lip seal ring 72 and the radially extending surface of the bushing insert 73. A plating material is shown. 28 comprising a surface treatment according to the present invention, which covers at least a portion of the outer surface of the leg 63 near the base of the support shaft 47. More particularly, if no auxiliary ring 78 is employed (see Figure 5C), the plating or cladding material 28 extends substantially around the base of the carrier shaft 47 and upward on the leg 63, as illustrated in FIGS. 5B and 5E. If an auxiliary ring 78 is used, the contact area 80 at the proximal end of the shaft sealing groove 76 including a reserve ring groove extending into the leg 63 remains untreated, but the leg area radially at outside the reserve ring 78 and an extended area above it is preferably treated. Further, the plating or coating material 28 can be applied to the radially outer surface 82 of the shaft seal ring 72, and to the radially inner surface 84 of the rotating cone 48 surrounding the shaft seal ring 72. As illustrated in Figures 5A to 5E, surface treatments with low adhesion (and preferably with low surface free energy, not wettable with water) according to the invention, provide an environment which retards the accumulation of drilling solids in these confined areas, and with this avoids an accumulation of these sufficiently to avoid the mechanical compaction of the particles in the confined space defining the sealing area of the bearing at the base of the bearing shaft 47. As mentioned above, the surface treatments according to the invention can not only be provided directly on the surfaces of, for example, a leg 63 or a bearing shaft 47, but also on other components such as, for example, the shaft seal ring 72 (see Figures 5B and 5C). Furthermore, the surface treatments according to the invention can themselves be made as inserts which are secured to other components. See, for example, Figure 5C in which the locations of the inserts II and 12 by way of example are illustrated by dashed lines.

Facendo riferimento alle figure 5F e 5G, sono illustrate porzioni di una punta a cono rotante 40 a tenuta con O-ring a titolo di esempio. I riferimenti numerici utilizzati per indicare caratteristiche simili rispetto a quelle delle figure 4 e 5A a 5E sono gli stessi nella figura 5F. Le aree che possono potenzialmente beneficiare del materiale di rivestimento o placcatura 28 non bagnabile dal fluido di perforazione impiegavano tenute elastomeriche ravvicinate nella forma di O-ring 90 per ritardare l'accumulazione di solidi di perforazione e la conseguente usura della superficie dell'O-ring sono contornate da linee tratteggiate nella figura 5G, che comprende un ingrandimento dell'area di tenuta dell'O-ring fra l'albero portante 47 ed il cono rotante 48 illustrato nella figura 5F. Naturalmente, tali trattamenti superficiali possono come sopra citato comprendere trattamento superficiali di inserti collocati in modo strategico, o comprendere essi stessi degli inserti. With reference to Figures 5F and 5G, portions of a rotary cone tip 40 sealed with an O-ring are illustrated by way of example. The numerical references used to indicate similar characteristics with respect to those of Figures 4 and 5A to 5E are the same in Figure 5F. Areas that could potentially benefit from the coating or plating material 28 not wettable by the drilling fluid used closely spaced elastomeric seals in the form of O-ring 90 to retard the build-up of drill solids and subsequent wear of the O-ring surface are surrounded by dashed lines in Figure 5G, which includes an enlargement of the O-ring sealing area between the bearing shaft 47 and the rotating cone 48 illustrated in Figure 5F. Of course, such surface treatments can, as mentioned above, comprise surface treatment of strategically placed inserts, or themselves comprise inserts.

Mentre i trattamenti superficiali della presente invenzione per quanto riguarda le punte a cono rotante sono state discusse ed illustrati con riferimento alle punte a cuscinetti portanti, un tecnico medio del settore può naturalmente comprendere ed apprezzare che tali trattamenti superficiali sono ugualmente applicabili a punte a cuscinetti di rotolamento, che comprendono tipicamente punte di diametro maggiore che presentano velocità relativamente maggiori di rotazione dei coni. Invece le punte a cuscinetti portanti sono tipicamente punte a diametro tipicamente minore, che presentano carichi unitari relativamente maggiori sui coni rotanti sugli alberi portanti. While the surface treatments of the present invention with respect to rotating cone drills have been discussed and illustrated with reference to load-bearing bearing drills, one of ordinary skill in the art can of course understand and appreciate that such surface treatments are equally applicable to bearing bearing drills. rolling, which typically include larger diameter tips that exhibit relatively higher speeds of rotation of the cones. On the other hand, load-bearing bearing drills are typically drills with a typically smaller diameter, which exhibit relatively higher unit loads on the rotating cones on the bearing shafts.

Facendo riferimento alle figure 6A-6F dei disegni, la differenza fra le topografie superficiali delle superfici 108 di una punta di perforazione 10 comprendenti un trattamento superficiale secondo la presente invenzione e la superficie 108' di una punta secondo la tecnica anteriore 10' verrà ora facilmente apprezzata. Ciascuna figura illustra una raffigurazione a titolo di esempio di una finitura superficiale risultante ottenuta mediante differenti processi utilizzati durante la fabbricazione, e non una copia di effettive microfotografie. Come si può vedere nelle figure 6A-6F, le superficie sono illustrate come contenenti microscopici "picchi" 110 e "valli" 112 sulla superficie 108. Tali piccole variazioni sulla superficie 108 possono essere sempre presenti. Comunque, riducendo l'altezza complessiva dei picchi 110 in rapporto alle valli 112, può essere ottenuta una rugosità della finitura superficiale relativamente bassa. Fra le finiture superficiali illustrate nelle figure 6A-6E e la finitura superficiale secondo la tecnica anteriore illustrata nella figura 6F si può vedere una marcata differenza. La linea tratteggiata 114 funge da linea di riferimento in ciascuna figura, rispetto alla quale vedere la rugosità superficiale relativa della superficie 108. Facendo riferimento alla figura 6A, si può vedere una rappresentazione di una superficie della punta 108 che è stata ottenuta per colata, rivestita od altrimenti formata secondo la presente invenzione e quindi lavorata meccanicamente per ridurre la rugosità della finitura superficiale (RMS) a 32 μρollicik meno. Utilizzando varie tecniche finora menzionate e note nella tecnica, può essere ottenuta una superficie liscia avente una rugosità superficiale relativamente bassa. La figura GB illustra una rappresentazione di una superficie di punta 108 che è stata formata e successivamente rettificata ad una bassa rugosità della finitura superficiale. La figura 6B è una rappresentazione di una superficie della punta 108 che è stata placcata o rivestita, e la figura 6E è la rappresentazione di ima superficie della punta 108 che è stata levigata. Controllando le necessarie tolleranze di fabbricazione, scegliendo i materiali in trattamento adatti come anche i processi per l'applicazione e la finitura di questi, si possono ottenere nelle superfici 108 qui descritte a costi contenuti. Referring to FIGS. 6A-6F of the drawings, the difference between the surface topographies of the surfaces 108 of a drill bit 10 comprising a surface treatment according to the present invention and the surface 108 'of a prior art drill 10' will now easily be appreciated. Each figure illustrates a depiction by way of example of a resulting surface finish obtained by different processes used during manufacturing, and not a copy of actual photomicrographs. As can be seen in FIGS. 6A-6F, the surfaces are illustrated as containing microscopic "peaks" 110 and "valleys" 112 on the surface 108. Such small variations on the surface 108 may always be present. However, by reducing the overall height of the peaks 110 in relation to the valleys 112, a relatively low surface finish roughness can be obtained. A marked difference can be seen between the surface finishes illustrated in FIGS. 6A-6E and the prior art surface finish illustrated in FIG. 6F. The dashed line 114 serves as a reference line in each figure, with respect to which to see the relative surface roughness of the surface 108. Referring to Figure 6A, a representation of a surface of the tip 108 that has been cast, coated, can be seen. or otherwise formed according to the present invention and then mechanically machined to reduce the roughness of the surface finish (RMS) to 32 μρollicik less. Using various techniques heretofore mentioned and known in the art, a smooth surface having a relatively low surface roughness can be obtained. GB illustrates a representation of a tip surface 108 which has been formed and subsequently ground to a low surface finish roughness. Figure 6B is a representation of a surface of the tip 108 which has been plated or coated, and Figure 6E is the representation of a surface of the tip 108 which has been polished. By controlling the necessary manufacturing tolerances, choosing the suitable materials being treated as well as the processes for their application and finishing, the surfaces 108 described herein can be obtained at low cost.

Facendo ora riferimento alla figura 7 dei disegni, è illustrato un elemento di taglio 20' montato sulla faccia 12' di una punta a denti rotanti secondo la tecnica anteriore 10', ed orientata per la perforazione di una formazione sotterranea 120. La formazione 120, che può essere ad esempio in materiale schistoso sopra citato, viene impegnata dall'elemento di taglio 20' che può comprendere un elemento di taglio superabrasivo avente una superficie di taglio levigata secondo gli insegnamenti dei brevetti statunitensi precedentemente citati 5,447,208 e 5,653,300 a nome Lund et al.. Il bordo di taglio 122' impegna la porzione 124 intatta o non compietamente tagliata della formazione 120. Quando la scaglia della formazione 126 si muove attraverso la superficie di taglio 21' e viene a contatto con la faccia 12' all'interfaccia 30', fra l'elemento di taglio 20' e la facci 12' si forma un grosso accumulo di sfridi della formazione 130. Infine, l'accumulo di sfridi della formazione 130 si raccoglie e si estende sopra la faccia di taglio 21', al di sotto del bordo di taglio 122', e contrasta l'efficacia del taglio dell'elemento di taglio 20'. La scaglia irregolare di formazione 132 sarà effettivamente più o meno estrusa dall 'accumulo massivo di scaglie di formazione che vanno contro la faccia 21' dell'elemento di taglio 20', e non tagliata direttamente dalla formazione 120. Di conseguenza, il cedimento della formazione 120 si verificherà eventualmente in cima all'elemento di taglio 20', e non sul bordo di taglio di questo. Una volta che si verifichi un accumulo degli sfridi di formazione 130, la forza normale, od in termini reali, il peso sulla punta che deve essere applicato alla punta per ottenere profondità di taglio e velocità di penetrazione desiderate attraverso la formazione 120 deve essere reso indesiderabilmente e, in alcuni casi, irragionevolmente alto. In modo simile, le forze tangenziali o la coppia richiesta per ruotare la punta in fondo al foro di trivellazione in tale situazione sono di nuovo indesiderabilmente accresciute, mentre l'elemento di taglio 20' semplicemente sposta la scaglia di formazione 126' fuori del percorso con forza bruta, non essendo assistito dal bordo di taglio relativamente affilato 122' dell'elemento di taglio 20'. Detto in un altro modo, le forze normali e tangenziali necessarie sono entrambe accresciute a causa della grossa area di spinta formata dall'accumulo di sfridi di formazione 130 sul bordo di taglio 122' dell'elemento di taglio 20'. Il risultato netto consiste in una modalità di rimozione degli sfridi della roccia estremamente inefficiente, che in alcuni casi ed in certe formazioni può effettivamente provocare un arresto della perforazione. Referring now to Figure 7 of the drawings, a cutting element 20 'mounted on the face 12' of a prior art rotating tooth drill 10 ', and oriented for drilling an underground formation 120, is illustrated. which may be for example of aforementioned shale material, is engaged by the cutting element 20 'which may comprise a superabrasive cutting element having a smooth cutting surface according to the teachings of the previously cited US patents 5,447,208 and 5,653,300 in the name of Lund et al. .. The cutting edge 122 'engages the intact or incompletely cut portion 124 of the formation 120. As the scale of the formation 126 moves across the cutting surface 21' and contacts the face 12 'at the interface 30' , between the cutting element 20 'and the face 12' a large accumulation of scraps of the formation 130 is formed. Finally, the accumulation of scraps of the formation 130 is collected lie and extends over the cutting face 21 ', below the cutting edge 122', and counteracts the cutting efficiency of the cutting element 20 '. The irregular formation scale 132 will actually be more or less extruded from the massive accumulation of formation scales which go against the face 21 'of the cutting element 20', and not directly cut by the formation 120. Consequently, the formation failure 120 will eventually occur at the top of the cutting element 20 ', and not at the cutting edge of this. Once an accumulation of the forming scraps 130 occurs, the normal force, or in real terms, the weight on the tip that must be applied to the tip to achieve the desired depth of cut and penetration rate through the formation 120 must be undesirably rendered and, in some cases, unreasonably high. Similarly, the tangential forces or torque required to rotate the drill at the bottom of the borehole in such a situation are again undesirably increased, while the cutter 20 'simply moves the forming scale 126' out of the path with brute force, not being assisted by the relatively sharp cutting edge 122 'of the cutting element 20'. Stated another way, the necessary normal and tangential forces are both increased due to the large thrust area formed by the accumulation of forming scraps 130 on the cutting edge 122 'of the cutting element 20'. The net result consists in an extremely inefficient method of removing rock scraps, which in some cases and in certain formations can actually cause the drilling to stop.

Facendo ora riferimento alla figura 8 dei disegni, è illustrato un elemento di taglio 20 simile all'elemento di taglio 20' montato sulla faccia 12 della punta 10 secondo l'invenzione, nel processo di impegnare e tagliare la stessa formazione sotterranea 120. La differenza sostanziale fra i due elementi di taglio consiste nel fatto che la faccia della punta 12 è stata fisicamente modificata, mediante rivestimento, placcatura e/o levigatura od altri mezzi noti nella tecnica per una finitura superficiale relativamente liscia, a basso attrito ed a bassa adesione superficiale vicina alla finitura a basso attrito della faccia di taglio superabrasiva 21 insegnata da Lund ed altri. Come illustrato, si può facilmente vedere che il bordo di taglio 122 dell'elemento di taglio 20 è in plenum impegno con la porzione 124 intatta o precedentemente non tagliata e disturbata della formazione sotterranea 120. Così, il bordo di taglio 122 è in grado di tagliare o fresare una scaglia di formazione 126 dalla formazione 120 in un modo non ostacolato. Come illustrato, la scaglia di formazione 126 di spessore sostanzialmente uniforme si muove relativamente liberamente dal punto di contatto o linea di contatto dal bordo di taglio 122 della faccia di taglio 21 verso l'alto, lungo la superficie di taglio 21, sopra la faccia della punta 12 attraverso un percorso per fluidi che conduce ad una scanalatura per sfridi 22 (vedere la figura 1). La finitura superficiale relativamente liscia prevista sulla faccia 12, che prolunga quella della faccia di taglio 21, abbassa gli sforzi complessivi applicati alla roccia nell'area di taglio e permette alla scaglia 126 di scorrere in modo regolare via dall'elemento di taglio 20 per il ridotto attrito radente in modo non ostacolato attraverso la faccia 12. Referring now to Figure 8 of the drawings, there is illustrated a cutting element 20 similar to the cutting element 20 'mounted on the face 12 of the tip 10 according to the invention, in the process of engaging and cutting the same underground formation 120. The difference substantial between the two cutting elements consists in the fact that the face of the tip 12 has been physically modified, by coating, plating and / or polishing or other means known in the art for a relatively smooth surface finish, with low friction and low surface adhesion close to the low friction finish of super abrasive cut face 21 taught by Lund et al. As illustrated, it can be readily seen that the cutting edge 122 of the cutting member 20 is in full engagement with the intact or previously uncut and disturbed portion 124 of the underground formation 120. Thus, the cutting edge 122 is capable of cutting or milling a formation scale 126 from formation 120 in an unobstructed manner. As illustrated, the forming scale 126 of substantially uniform thickness moves relatively freely from the nip or nip from the cut edge 122 of the cut face 21 upward along the cut surface 21 over the face of the tip 12 through a fluid path leading to a scrap groove 22 (see Figure 1). The relatively smooth surface finish provided on face 12, which extends that of the cut face 21, lowers the overall stresses applied to the rock in the cut area and allows the scale 126 to flow smoothly away from the cutting element 20 for the reduced sliding friction in an unobstructed way across face 12.

Oltre alle precedenti modificazioni nelle finiture superficiali dei componenti della punta, è contemplato il caso che le finiture superficiali degli elementi di taglio della punta a denti rotanti e degli inserti della punta con i rotanti possano essere significativamente migliorate (levigate) mediante una varietà di altre tecniche. Ad esempio un rivestimento sottile di nitruro di silicio può essere applicato ad una faccia di taglio di nitruro di boro cubico od a diamante, e quindi levigato. Elementi sinterizzati in carburo (inserti), utilizzati per la perforazione della roccia su punte a coni rotanti, possono essere rifiniti mediante EDM (elettroerosione) con la lavorazione ad immagine rovesciata della forma per ridurre le microanomalie nella finitura superficiale provocate dalle operazioni di pressatura e sinterizzazione utilizzate per formare gli inserti. Se necessario, la superficie potrebbe essere levigata con una pasta di diamante . In addition to the previous modifications in the surface finishes of the tip components, it is contemplated that the surface finishes of the cutting elements of the rotary tooth drill and the tip inserts with the rotary can be significantly improved (smoothed) by a variety of other techniques. . For example, a thin silicon nitride coating can be applied to a cubic or diamond boron nitride cut face, and then polished. Sintered carbide elements (inserts), used for rock drilling on rotating cone drills, can be finished by EDM (electroerosion) with reverse image processing of the shape to reduce micro-anomalies in the surface finish caused by pressing and sintering operations used to form the inserts. If necessary, the surface could be sanded with a diamond paste.

Successivamente, uno strato sottile in diamante potrebbe essere depositato mediante tecniche di deposizione chimiche da fase vapore per legarsi alla superficie del sinterizzato di carburo. Invece che con la deposizione di uno strato di diamante, il sinterizzato elettroeroso potrebbe essere lappato con diamante o rifinito con una pietra di diamante superrefinente . Un carburo di tungsteno cementato a doppia proprietà od un altro materiale a base di carburo con basso contenuto in peso di cobalto (3%-16%) potrebbe altresì essere adatto per tale applicazione. Un carburo a doppia proprietà è un materiale in carburo multistratificato che può presentare molteplici proprietà fisiche o metallurgiche nella sua forma completa. Ad esempio, il contenuto di cobalto può variare fra la regione esterna (superficie) ed una regione interna della struttura di carburo. Se la regione esterna ha un contenuto di cobalto inferiore, essa esibirà una maggiore resistenza all'usura ed all'affaticamento termico rispetto alla regione più interna. Tali carburi a grado doppio possono essere formati pressando in una forma desiderata un carburo carente di carbonio con una percentuale in peso iniziale di cobalto, ad esempio 6%. Quindi, durante la sinterizzazione in un'atmosfera controllata di gas metano, le regioni esterne della struttura perdono diverse percentuali in peso di cobalto rispetto alla regione interna della fase età (fase carente di carbonio nel carburo sinterizzato). Così, la porzione esterna della struttura può trattenere al più il 3% in peso di cobalto, mentre la regione interna può presentare fino a 9% in peso di cobalto con la fase età. In alternativa, una tale struttura potrebbe essere formata rivestendo un substrato di un grado scelto con una mistura di un carburo di un grado differente prima di sinterizzarli insieme. Inoltre, una tale struttura potrebbe essere ottenuta pressando insieme due differenti carburi, utilizzando il processo ROCTEC offerto dalla Dow Chemical Company. Subsequently, a thin diamond layer could be deposited by chemical vapor deposition techniques to bond to the surface of the carbide sinter. Instead of the deposition of a diamond layer, the electro-eroded sinter could be honed with diamond or finished with a super-fine diamond stone. A dual property cemented tungsten carbide or other carbide-based material with low cobalt weight content (3% -16%) could also be suitable for such an application. A dual property carbide is a multilayer carbide material that can exhibit multiple physical or metallurgical properties in its full form. For example, the cobalt content can vary between the outer region (surface) and an inner region of the carbide structure. If the outer region has a lower cobalt content, it will exhibit greater resistance to wear and thermal fatigue than the innermost region. Such double grade carbides can be formed by pressing a carbon deficient carbide with an initial weight percentage of cobalt, for example 6%, into a desired shape. Thus, during sintering in a controlled atmosphere of methane gas, the outer regions of the structure lose different weight percentages of cobalt than the inner region of the age phase (carbon-deficient phase in the sintered carbide). Thus, the outer portion of the structure can retain at most 3% by weight of cobalt, while the inner region can have up to 9% by weight of cobalt with the age phase. Alternatively, such a structure could be formed by coating a substrate of a chosen grade with a mixture of a carbide of a different grade before sintering them together. Furthermore, such a structure could be obtained by pressing two different carbides together, using the ROCTEC process offered by the Dow Chemical Company.

Mentre la presente invenzione è stata descritta con riferimento ad alcune forme di realizzazione preferite, essa non è a queste limitata, ed il tecnico medio del settore riconoscerà facilmente ed apprezzerà che sono possibili svariate aggiunte, eliminazioni e modificazioni alle forme di realizzazione qui descritte, senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione come nel seguito rivendicato. While the present invention has been described with reference to some preferred embodiments, it is not limited thereto, and the person skilled in the art will easily recognize and appreciate that various additions, deletions and modifications to the embodiments described here are possible, without for this to go beyond the scope of the invention as claimed below.

Claims (30)

RIVENDICAZIONI 1 . Punta, di trivellazione per trivellare formazioni sotterranee comprendente: un gruppo di corpo che include una superficie esposta su di esso per la disposizione vicino ad una formazione sotterranea; e almeno un trattamento .superficiale su almeno tana porzione della superficie esposta che conferisce caratteristiche di adesione ridotte à detta almeno una porzione della superficie esposta per il materiale della formazione sotterranea. CLAIMS 1. Drill bit for drilling underground formations comprising: a body assembly which includes an exposed surface thereon for arrangement near an underground formation; And at least one surface treatment on at least one portion of the exposed surface which confers reduced adhesion characteristics to said at least a portion of the exposed surface for the underground formation material. 2. Punta di trivellazione secondo la rivendicazione 1, in cui 1'almeno un trattamento superficiale presenta almeno una delle seguenti caratteristiche: (a) una scabrosità di finitura superficiale di circa 32 (pollici o meno, RMS; (b) un coefficiente di scorrimento di attrito di circa 0,2 o meno; (c) una durezza di almeno circa 3000 Vickers; (d) una finitura non bagnabile con acqua; (e) una superficie con energia libera superficiale inferiore e bagnabilità ridotta con almeno un fluido in confronto alla porzione non trattata della superficie esposta; e (f) una finitura non bagnata o di bassa bagnabilità in fluidi acquosi. Drill bit according to claim 1, wherein the at least one surface treatment has at least one of the following characteristics: (a) a surface finish roughness of approximately 32 (inches or less, RMS; (b) a sliding coefficient of friction of about 0.2 or less; (c) a hardness of at least about 3000 Vickers; (d) a non-wettable finish with water; (e) a surface with lower surface free energy and reduced wettability with at least one fluid compared to the untreated portion of the exposed surface; And (f) a non-wet or low wettability finish in aqueous fluids. 3. Punta di trivellazione secondo la rivendicazione 1, in cui l'almeno un trattamento ssuperficiale comprende almeno in parte un materiale non metallico. A drill bit according to claim 1, wherein the at least one surface treatment comprises at least in part a non-metallic material. 4 . Punta di trivellazione secondo la rivendicazione 3, in cui il materiale non metallico è selezionato dal gruppo comprendente polimeri che includono uretani e resine epossidiche, PTFE, FEP, PFA, ceramiche e plastiche. 4. A drill bit according to claim 3, wherein the non-metallic material is selected from the group comprising polymers including urethanes and epoxy resins, PTFE, FEP, PFA, ceramics and plastics. 5. Punta di trivellazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 3 oppure 4, in cui il materiale non metallico à almeno parzialmente riempito con un materiale metallico. A drill bit according to any one of claims 3 or 4, wherein the non-metallic material is at least partially filled with a metallic material. 6. Punta di trivellazione secondo una qualsiasi delle rivendicazióni 3 oppure 4, in cui il materiale non metallico riempie almeno parzialmente un materiale poroso selezionato dal gruppo comprendente metalli, leghe, cermeti e ceramiche. A drill bit according to any one of claims 3 or 4, wherein the non-metallic material at least partially fills a porous material selected from the group comprising metals, alloys, cermets and ceramics. 7. Punta di trivellazione secondo la rivendicazione 1, in cui l'almeno un trattamento superficiale comprende almeno uno strato di un materiale di rivestimento duro, non metallico, selezionato dal gruppo comprendente una pellicola di diamante, diamante monocristallino, diamante policristallino, carbonio di tipo diamante, carbonio nanocristallino, carbonio amorfo o carbonio relativo depositato dalla fase di vapore, boro-nitruro cubico e silicio-nitruro . Drill bit according to claim 1, wherein the at least one surface treatment comprises at least one layer of a hard, non-metallic coating material selected from the group comprising a film of diamond, monocrystalline diamond, polycrystalline diamond, type carbon diamond, nanocrystalline carbon, amorphous carbon or relative carbon deposited by the vapor phase, cubic boron nitride and silicon nitride. 8. Punta di trivellazione secondo la rivendicazione 1, in cui l'almeno un trattamento superficiale include almeno tino strato di un materiale metallico selezionato dal gruppo comprendente nichel, cromo, rame, magnesio, cobalto, metalli preziosi, metalli nobili, e combinazioni e leghe di ciascuno dei precedenti. Drill bit according to claim 1, wherein the at least one surface treatment includes at least vat layer of a metal material selected from the group comprising nickel, chromium, copper, magnesium, cobalt, precious metals, noble metals, and combinations and alloys of each of the above. 9. Punta di trivellazione secondo la rivendicazione 1, in cui la punta di trivellazione comprende una punta a lame rotanti avente un'estremità distale che include una faccia ed almeno un elemento di taglio fissato alla faccia, 1'almeno un elemento di taglio definendo una faccia di taglio. The drill bit according to claim 1, wherein the drill bit comprises a rotary blade bit having a distal end that includes a face and at least one cutting element attached to the face, the at least one cutting element defining a cutting face. 10. Punta di trivellazione secondo la rivendicazione 9, in cui l'almeno un trattamento superficiale si estende ad almeno una porzione della periferia dèlia faccia di taglio. 10. A drill bit according to claim 9, wherein the at least one surface treatment extends to at least a portion of the periphery of the cutting face. 11. Punta di trivellazione secondo la rivendicazione 9, in cui l'almeno un trattamento superficiale si estende su almeno una porzione dell'almeno un elemento di taglio. The drill bit according to claim 9, wherein the at least one surface treatment extends over at least a portion of the at least one cutting element. 12. Punta di trivellazione secondo la rivendicazione 1, conprendente inoltre un'interfaccia tra la faccia e l'almeno una porzione dell'almeno un elemento di taglio, ed in cui 1'almeno un trattamento superficiale collega a ponte almeno una porzione dell'interfaccia per rendere uniforme la transizione tra la faccia e 1'almeno una porzione dell'almeno un elemento di taglio. The drill bit according to claim 1, further comprising an interface between the face and the at least one portion of the at least one cutting member, and wherein the at least one surface treatment bridges at least a portion of the interface to smooth the transition between the face and the at least a portion of the at least one cutting element. 13. Punta di trivellazione secondo la rivendicazione 1, in cui il gruppo del corpo include almeno una gamba che sostiene un cono rotante girevolmente fissato ad essa, ed almeno una struttura di taglio portata dal cono rotante, e l'almeno un trattamento superficiale presenta almeno una delle seguenti caratteristiche: (a) l'almeno un trattamento superficiale si estende su almeno una porzione di una superficie esterna del cono rotante e contatta almeno una porzione dell'almeno una struttura di taglio; (b) l'almeno un trattamento superficiale si estende su almeno una porzione dell'almeno una gamba; (c) l'almeno un trattamento superficiale crea una transizione sostanzialmente senza giunzioni tra 1'almeno una struttura di taglio ad una porzione adiacente del cono rotante; (d) 1'almeno un trattamento superficiale si estende sostanzialmente continuamente in una modalità sostanzialmente ininterrotta sulla superficie esterna del cono rotante; e (e) 1'almeno un trattamento superficiale è localizzato su almeno una di una superficie dell'almeno una gamba adiacente al cono rotante ed almeno una porzione del cono rotante vicino all'almeno una gamba. The drill bit according to claim 1, wherein the body assembly includes at least one leg supporting a rotating cone rotatably attached thereto, and at least one cutting structure carried by the rotating cone, and the at least one surface treatment has at least one of the following features: (a) the at least one surface treatment extends over at least a portion of an outer surface of the rotating cone and contacts at least a portion of the at least one cutting structure; (b) the at least one surface treatment extends over at least a portion of the at least one leg; (c) the at least one surface treatment creates a substantially seamless transition between the at least one cutting structure to an adjacent portion of the rotating cone; (d) the at least one surface treatment extends substantially continuously in a substantially uninterrupted fashion on the outer surface of the rotating cone; And (e) the at least one surface treatment is located on at least one of a surface of the at least one leg adjacent the rotating cone and at least a portion of the rotating cone near the at least one leg. 14. Punta di trivellazione rotante per trivellare formazioni sotterranee conprendente: un corpo che include almeno una gamba; un albero di supporto a sbalzo che definisce un asse longitudinale e che include una base fissata all'almeno una gamba ed una superficie sostanzialmente cilindrica estendentesi dalla base lungo l'asse longitudinale; un cono rotante disposto attorno all'albero di supporto per la rotazione attorno all'asse longitudinale, il cono rotante includendo una prima estremità estendentesi oltre l'albero di supporto ed una seconda estremità situata vicino all'almeno una gamba; almeno un elemento di tenuta sostanzialmente anulare disposto attorno all'albero di supporto vicino alla sua base; e almeno un trattamento superficiale che presenta caratteristiche di adesione ridotte per il materiale della formazione sotterranea, 1'almeno un trattamento superficiale essendo disposto vicino alla base dell'albero di supporto in associazione con almeno una di almeno una porzione dell'almeno una gamba e almeno una porzione del cono rotante. 14. Rotary drill bit for drilling underground formations including: a body that includes at least one leg; a cantilevered support shaft defining a longitudinal axis and including a base attached to the at least one leg and a substantially cylindrical surface extending from the base along the longitudinal axis; a rotating cone disposed about the support shaft for rotation about the longitudinal axis, the rotating cone including a first end extending beyond the support shaft and a second end located near the at least one leg; at least one substantially annular sealing element disposed around the support shaft near its base; And at least one surface treatment having reduced adhesion characteristics for the underground formation material, the at least one surface treatment being arranged near the base of the support shaft in association with at least one of at least a portion of the at least one leg and at least one portion of the rotating cone. 15. Punta di trivellazione rotante secondo la rivendicazione 14, in cui l'almeno un trattamento superficiale è configurato come almeno un'area anulare sull 'almeno una gamba sostanzialmente circondante la base dell'albero di supporto. The rotary drill bit according to claim 14, wherein the at least one surface treatment is configured as at least an annular area on the at least one leg substantially surrounding the base of the support shaft. 16. Punta di trivellazione rotante secondo la rivendicazione 14, in cui l'almeno un trattamento superficiale si estende inoltre superiormente siali'almeno una gamba, quando la punta è orientata per la trivellazione, distante dall'albero di supporto per una distanza superiore al -diametro del cono rotante in corrispondenza della sua seconda estremità. 16. A rotary drill bit according to claim 14, wherein the at least one surface treatment further extends above the at least one leg, when the drill is oriented for drilling, away from the support shaft for a distance greater than - diameter of the rotating cone at its second end. 17. Punta di trivellazione rotante secondo la rivendicazione 14, comprendente inoltre una scanalatura per la tenuta dell'albero anulare formata attorno alla base dell'albero di supporto, ed in cui l'almeno un trattamento superficiale è disposto almeno parzialmente adiacente alla scanalatura per la tenuta dell'albero. 17. A rotary drill bit according to claim 14, further comprising a groove for the annular shaft seal formed around the base of the support shaft, and in which the at least one surface treatment is disposed at least partially adjacent the groove for the shaft seal. 18. Punta di trivellazione rotante secondo la rivendicazione 14, in cui l'almeno un trattamento superficiale è portato dal cono rotante e disposto vicino alla sua seconda estremità. 18. The rotary drill bit according to claim 14, wherein the at least one surface treatment is carried by the rotary cone and disposed near its second end. 19. Punta di trivellazione rotante secondo la rivendicazione 14, in cui 1'almeno un trattamento superficiale vicino alla seconda estremità del cono rotante comprende una superficie sostanzialmente anulare che fronteggia 1'albero di supporto. 19. The rotary drill bit of claim 14 wherein the at least one surface treatment near the second end of the rotary cone comprises a substantially annular surface facing the support shaft. 20. Punta di trivellazione rotante secondo la rivendicazione 14, comprendente inoltre una scanalatura per la tenuta dell'albero anulare formata attorno ala base dell'albero di supporto, un anello di tensione elastico ricevuto almeno parzialmente nella scanalatura per la tenuta dell'albero ed un anello di tenuta dell'albero .disposto attorno all'anello di tensione elastico, l'anello di tenuta dell'albero includendo una superficie circonferenziale esterna che fronteggia il cono rotante e portante l'almeno un trattamento superficiale su di essa. 20. A rotary drill bit according to claim 14, further comprising a groove for the annular shaft seal formed around the base of the support shaft, a spring tension ring received at least partially in the groove for the shaft seal and a shaft seal ring disposed around the spring tension ring, the shaft seal ring including an outer circumferential surface facing the rotating cone and carrying the at least one surface treatment thereon. 21. Punta di trivellazione rotante secondo la rivendicazione 14, comprendente inoltre una scanalatura anulare per un anello ausiliario formata nell'almeno una gamba vicino alla base dell'albero di supporto, ed un anello ausiliario almeno parzialmente ricevuto nella scanalatura anulare per l'anello ausiliario, in cui 1'almeno un trattamento superficiale è portato sull'almeno una gamba radialmente verso l'esterno dell'anello ausliario. 21. A rotary drill bit according to claim 14, further comprising an annular groove for an auxiliary ring formed in the at least one leg near the base of the support shaft, and an auxiliary ring at least partially received in the annular groove for the auxiliary ring , wherein the at least one surface treatment is carried on the at least one leg radially outwardly of the auxiliary ring. 22. Punta di trivellazione rotante secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 14 a 21, in cui l'almeno un trattamento superficiale presenta almeno una delle seguenti caratteristiche: (a) una scabrosità di finitura superficiale di circa 32 μpollici o meno, RMS; (b) un coefficiente di scorrimento di attrito di circa 0,2 o meno; (c) una durezza di almeno circa 3000 Vickers; (d) una finitura non bagnabile con acqua; (e) una superficie con energia libera superficiale inferiore e bagnabilità ridotta con almeno un fluido in confronto ad una superficie adiacente non trattata; e (f) una finitura non bagnata o di bassa bagnabilità in fluidi acquosi. A rotary drill bit according to any one of claims 14 to 21, wherein the at least one surface treatment has at least one of the following characteristics: (a) a surface finish roughness of approximately 32 μin or less, RMS; (b) a sliding coefficient of friction of about 0.2 or less; (c) a hardness of at least about 3000 Vickers; (d) a non-wettable finish with water; (e) a surface with lower surface free energy and reduced wettability with at least one fluid compared to an adjacent untreated surface; And (f) a non-wet or low wettability finish in aqueous fluids. 23. Punta di trivellazione rotante secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 14 a 21, in cui almeno una porzione dell'almeno un trattamento superficiale comprende un materiale non metallico. 23. A rotary drill bit according to any one of claims 14 to 21, wherein at least a portion of the at least one surface treatment comprises a non-metallic material. 24 . Punta di trivellazione rotante secondo la rivendicazione 23, in cui il materiale non metallico è selezionato dal gruppo comprendente polimeri che includono resine epossidiche, PTFE, FEP, PFA, ceramiche e plastiche . 24. Rotary drill bit according to claim 23, wherein the non-metallic material is selected from the group comprising polymers including epoxy resins, PTFE, FEP, PFA, ceramics and plastics. 25. Punta di trivellazione rotante secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 23 oppure 24, in cui almeno una porzione del materiale non metallico è riempita con un materiale metallico. A rotary drill bit according to any one of claims 23 or 24, wherein at least a portion of the non-metallic material is filled with a metallic material. 26. Punta di trivellazione rotante secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 23 oppure 24, in cui il materiale non metallico riempie almeno parzialmente un materiale poroso selezionato dal gruppo comprendente metalli, leghe, cermeti e ceramiche. A rotary drill bit according to any one of claims 23 or 24, wherein the non-metallic material at least partially fills a porous material selected from the group comprising metals, alloys, cermets and ceramics. 27. Punta di trivellazione rotante secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 14 a 21, in cui l'almeno un trattamento superficiale comprende almeno uno strato di un materiale di rivestimento duro, non metallico, selezionato dal grippo comprendente una pellicola di diamante, diamante monocristallino, diamante policristallino, carbonio di tipo diamante, carbonio nanocristallino, carbonio amorfo o carbonio relativo depositato dalla fase di vapore, boro-nitruro cubico e silicio-nitruro . A rotary drill bit according to any one of claims 14 to 21, wherein the at least one surface treatment comprises at least one layer of a hard, non-metallic coating material selected from the group comprising a diamond film, monocrystalline diamond, polycrystalline diamond, diamond-like carbon, nanocrystalline carbon, amorphous carbon or relative carbon deposited by the vapor phase, cubic boron nitride and silicon nitride. 28 . Punta di trivellazione rotante secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 14 a 21, in cui l'almeno un trattamento superficiale include almeno uno strato di un materiale metallico selezionato dal grippo comprendente nichel, cromo, rame, magnesio, cobalto, metalli preziosi, metalli nòbili, e combinazioni e leghe di ciascuno dei precedenti . 28. Rotary drill bit according to any one of claims 14 to 21, wherein the at least one surface treatment includes at least one layer of a metal material selected from the group comprising nickel, chromium, copper, magnesium, cobalt, precious metals, nickel metals, and combinations and alloys of each of the above. 29. Punta di trivellazione rotante secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 14 a 21, in cui l'almeno un trattamento superficiale è portato su una superficie di almeno un inserto sostenuto da almeno uno tra gamba e cono rotante. Rotating drill bit according to any one of claims 14 to 21, wherein the at least one surface treatment is carried on a surface of at least one insert supported by at least one of the rotating leg and cone. 30. Punta di trivellazione rotante secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 14 a 21, in cui l'almeno un trattamento superficiale è configurato come almeno un inserto sostenuto da almeno uno tra gamba e cono rotante. Rotating drill bit according to any one of claims 14 to 21, wherein the at least one surface treatment is configured as at least one insert supported by at least one of the rotating leg and cone.
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