ITTO991063A1 - Elementi fresanti a calotta diamantata con spianature. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE -dell'invenzione industriale dal titolo: "Elementi fresanti a calotta diamantata con spianature"

Questa invenzione si riferisce in generale a punte per la perforazione del terreno ed in particolare ad una punta per la perforazione del terreno avente elementi fresanti in carburo di tungsteno con calotte diamantate.

Il successo della trivellazione rotativa ha permesso la scoperta di giacimenti profondi di petrolio e di gas. La punta rotativa da roccia fu un'invenzione importante che rese economica la trivellazione rotativa.

Nella trivellazione di fori di'scavo in formazioni rocciose mediante il metodo rotativo, si utilizzano tipicamente punte da roccia dotate di tre frese rotolanti. La punta viene vincolata all'estremità inferiore di una batteria di perforazione che viene ruotata dalla superficie o mediante motori o turbine situate nel foro di scavo. Le frese montate sulla punta rotolano e scivolano sul fondo del foro di scavo quando la batteria viene ruotata, così da impegnare e disgregare il materiale della formazione di terreno da rimuovere. Le frese rotolanti sono provviste di denti o elementi fresanti che sono costretti a penetrare e a fresare il fondo del foro di scavo per il peso proveniente dalla batteria di trivellazione. I detriti dal fondo e dalle parete laterali del foro di scavo vengono allontanati per lavaggio tramite un fluido di perforazione che viene pompato giù dalla superficie attraverso la batteria di perforazione cava e rotante, e sono trasportati in sospensione nel fluido di perforazione fino alla superficie.

Per diversi anni è stata pratica convenzionale quella di realizzare elementi o inserti fresanti diamantati o super-duri in punte per la perforazione del terreno note come PDC, o punte a frese fisse. Le caratteristiche eccellenti di durezza, resistenza all'usura e dissipazione del calore dei materiali diamantati ed altri materiali super-duri sono particolarmente benefiche nelle punte a frese fisse o a lame dentate, in cui il meccanismo di fresatura primario è il raschiamento. Gli elementi fresanti diamantati in punte a frese fisse o a lame dentate comprendono comunemente un disco o tavola di diamante policristallino formato integralmente su un sottostrato di carburo di tungsteno cementato o di un metallo duro simile in forma di perno o di corpo cilindrico che viene successivamente brasato o accoppiato meccanicamente su un corpo della punta.

La realizzazione di elementi fresanti diamantati come struttura fresante primaria nelle punte per la perforazione del terreno della varietà a frese\rotolanti è stata leggermente meno comune rispetto alle punte da perforazione della varietà a frese fisse. Nella varietà a frese rotolanti, una calotta diamantata è formata su una base cilindrica di carburo di tungsteno; la calotta può essere conica, emisferica, o di altre forme. Nonostante questa tecnica abbia avuto successo, si desidera ottenere dei perfezionamenti nella resistenza all'usura e nella velocità di penetrazione.

In questa invenzione, gli elementi fresanti hanno basi cilindriche di carburo di tungsteno. Ciascun elemento fresante ha una calotta diamantata che si estende verso l'alto da una giunzione con la base, terminando con un apice arrotondato. Nella parete laterale della calotta attorno all'apice sono formate delle spianature. Ciascuna spianatura è localizzata in un piano singolo ed ha un perimetro di forma ovale; una porzione di ciascun perimetro è contigua con spianature adiacenti, dando luogo a bordi affilati.

La figura 1 è una vista in alzato laterale di una punta per la perforazione del terreno avente elementi fresanti di un tipo noto;

la figura 2 è una vista in alzato laterale di un elemento fresante costruito secondo questa invenzione per la punta di perforazione di figura 1; e

la figura 3 è una vista prospettica dell’elemento fresante di figura 2.

Facendo riferimento alla figura 1, ciascuna punta 11 per la perforazione del terreno comprende un corpo 13 che è filettato nel suo tratto superiore 15 per collegarsi ad una batteria di perforazione. Ciascun braccio o sezione della punta 11 è provvisto di un compensatore di lubrificante 17. Almeno un ugello 19 è previsto nel corpo 13 della punta per spruzzare un fluido di perforazione dall'interno della batteria di perforazione per raffreddare e lubrificare la punta 11 durante le operazioni di trivellazione. Tre frese coniche 21, 23, 25 sono fissate in modo girevole ad alberi di supporto associati con ciascun braccio del corpo 13. Ciascuna fresa 21, 23, 25 ha una superficie di guscio che costituisce un elemento di supporto per elementi fresanti 27. Gli elementi fresanti 27 sono disposti in file generalmente circonferenziali sulla superficie di guscio della fresa. Gli elementi fresanti 27 potranno avere una varietà di forme, compresa la configurazione emisferica o conica mostrata nelle figure. Ciascuna punta di perforazione 11 come illustrato nella figura 1 è di tipo tradizionale .

Facendo riferimento alla figura 2, in questa invenzione è formata una pluralità di elementi fresanti 28 (ne è illustrato uno solo) da installare su frese 21, 23,.25 nello stesso modo e nella stessa posizione degli elementi fresanti 27 di tipo noto. Ciascun elemento fresante 28 ha un corpo 29 di carburo di tungsteno. Nella forma di realizzazione mostrata, il corpo 29 ha una base cilindrica 29a che è inserita a pressione in un foro di forma corrispondente in una delle frese 21, 23, 25. Il corpo 29 ha un'estremità fresante convessa 29b che sporge verso l’alto a partire dalla base 29a come indicato in linea tratteggiata. L'estremità fresante 29b sporgerà dal foro in una delle frese 21, 23, 25. Una calotta 31 si estende verso l’alto dalla base 27, coprendo l'estremità fresante 29b. I termini "superiore" e "inferiore" sono usati solo per convenienza, poiché in uso l'estremità fresante 29b non sarà sempre orientata al disopra della base 29a. La calotta 31 è conica nella forma di realizzazione illustrata, ma potrà essere di altre forme, quale quella emisferica.

La calotta 31 è uno strato di diamante che è stato unito sotto pressione e temperatura elevate alla sottostante estremità fresante 29b di carburo di tungsteno. Una procedura per applicare la calotta di diamante 31 alla sottostante estremità fresante 29b di carburo di tungsteno è descritta nel brevetto statunitense n. 5.758.733 del 2 giugno 1998, a nome Scott et al. La calotta 31 ha una giunzione 33 con la base 29a. Le pareti laterali della calotta 31 terminano con un apice arrotondato 35 sull'estremità superiore della calotta 31; l'apice 35 è di sezione arcuata.

Una pluralità di spianature 37 vengono smerigliate nella calotta 31 dopo che questa è stata unita al corpo 29. Le spianature 37 sono formate attorno all'apice 35 e sono preferibilmente identiche tra di loro. Come illustrato anche in figura 3, ciascuna spianatura 37 è localizzata in un singolo piano ed ha un perimetro 39 di forma ovale. Il perimetro 39 ha una estremità superiore 39a che si estende in una porzione inferiore dell'apice 35. Il perimetro 39 ha una estremità inferiore 39b che termina al disopra della giunzione 33. Il perimetro 39 ha anche due porzioni laterali contigue opposte 39c che uniscono spianature 37 adiacenti su ciascun lato. La congiunzione delle porzioni laterali contigue 39c dà luogo ad uno spigolo vivo. A causa della forma ovale del perimetro 39, solo una porzione del perimetro 39 su ciascun lato è contigua con spianature adiacenti 37.

Ciascuna spianatura 37 ha un punto mediano 41. La lunghezza di ciascuna spianatura 37 dall'estremità superiore 39a all'estremità inferiore 39b quando misurata attraverso il punto mediano 41, è maggiore della sua larghezza in qualsiasi punto. La larghezza massima nella porzione superiore di ciascuna spianatura 37 al disopra del punto mediano 41 è superiore della larghezza nella porzione inferiore al disotto del punto mediano 41. La porzione superiore e la porzione inferiore sono ellittiche. Nella forma di realizzazione illustrata, vi sono quattro spianature 37, ciascuna identica all'altra. Si potrà anche usare un numero diverso da quattro. La porzione dell'apice 35 che si estende al disopra delle spianature 37 è generalmente in forma di diamante. La larghezza massima 43 di questa porzione di apice 35 è meno di un quarto (1/4) del diametro della base 29a nella forma di realizzazione illustrata.

Durante la produzione, gli elementi fresanti 28 vengono costruiti in modo tradizionale unendo la calotta diamantata 31 al corpo 29. Gli elementi fresanti 28 vengono poi ridotti alla dimensione voluta mediante smerigliatura. La smerigliatura include anche la smerigliatura delle spianature 37. Gli elementi fresanti 28 verranno poi inseriti a pressione nei corrispondenti fori nelle frese 21, 23, 25.

Durante il funzionamento, la punta di perforazione Il è usata in modo tradizionale. Quando la punta 11 viene ruotata, le frese 21, 23, 25 rotolano attorno al fondo del foro di scavo. Gli elementi fresanti 28 contattano il fondo del foro di scavo, provocando la rottura e disgregazione della formazione rocciosa.

L'invenzione comporta dei vantaggi significativi. Il processo di smerigliatura per formare le spianature perfeziona la resistenza all'usura mediante la rimozione di imperfezioni nella calotta. La calotta diventa più affilata per la molatura delle spianature, aumentando la pressione di contatto con la formazione rocciosa; ciò aiuta nella disgregazione della formazione rocciosa, specialmente se si tratta di una formazione di tipo più duro o più fragile.

Nonostante l'invenzione sia stata illustrata solo in una delle sue forme, alle persone esperte del settore sarà chiaro che l'invenzione non è limitata a questa forma, ma è suscettibile di numerosi cambiamenti senza esulare dall'ambito dell'invenzione .

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Elemento fresante per una punta per la perforazione del terreno, comprendente: un corpo di carburo di tungsteno avente una base cilindrica adatta ad essere inserita in un foro corrispondente in una punta da perforazione; una calotta diamantata vincolata al corpo, la calotta avendo una parete laterale che termina con un apice arrotondato; e una pluralità di spianature formate nella parete laterale attorno all'apice, ciascuna delle spianature essendo localizzata in un singolo piano.
2. 2. Elemento fresante secondo la rivendicazione 1, in cui il perimetro di ciascuna delle spianature ha una porzione laterale che è contigua con una porzione del perimetro di una spianatura adiacente.
3. 3. Elemento fresante secondo la rivendicazione 1, in cui le spianature sono sostanzialmente identiche e collocate in modo simmetrico attorno all'apice.
4. 4. Elemento fresante secondo la rivendicazione 1, in cui ciascuna delle spianature hà perimetro ovale.
5. 5. Elemento fresante per una punta per la perforazione del terreno, comprendente: un corpo di carburo di tungsteno avente una base cilindrica adatta ad essere inserita in un foro corrispondente in una punta da perforazione; un'estremità fresante formata nel corpo e congiunta alla base cilindrica, l'estremità fresante avendo una calotta diamantata vincolata ad essa, la calotta avendo una parete laterale che termina con un apice arrotondato; e una pluralità di spianature formate in una schiera simmetrica nella parete laterale attorno all'apice, ciascuna delle spianature avendo un perimetro con una porzione laterale che è contigua con una porzione del perimetro di una spianatura adiacente, le spianature essendo distanziate da una congiunzione tra la base cilindrica e l'estremità fresante .
6. 6. Elemento fresante secondo la rivendicazione 5, in cui il perimetro di ciascuna delle spianature è generalmente ovale.
7. 7. Elemento fresante secondo la rivendicazione 5, in cui le spianature sono sostanzialmente identiche .
8. 8. Elemento fresante secondo la rivendicazione 5, in cui la calotta è conica.
9. 9. Punta per la perforazione del terreno, comprendente : un corpo di punta conico avente almeno un braccio; una fresa montata in modo girevole al braccio della punta; una pluralità di elementi fresanti montati sulla fresa per disgregare una formazione del terreno; ciascuno degli elementi fresanti avendo una base cilindrica di carburo di tungsteno adatta ad essere inserita in un foro corrispondente nella fresa ed un'estremità fresante sporgente dalla base e formante una giunzione con essa; l'estremità fresante avendo una calotta diamantata vincolata ad essa, la calotta avendo una parete laterale che si estende verso l'alto verso un apice che ha sezione arcuata; e una pluralità di spianature formate secondo una schiera simmetrica nella parete laterale attorno all'apice, ciascuna delle spianature essendo collocata in un singolo piano ed avendo perimetro generalmente ovale, i perimetri ovali avendo porzioni laterali contigue con le spianature localizzate su ciascun lato, il perimetro di ciascuna delle spianature avendo un'estremità superiore distanziata al disotto dell'apice ed un'estremità inferiore distanziata al disopra della giunzione tra la base cilindrica e l'estremità fresante.
10. 10. Elemento fresante secondo la rivendicazione 9, in cui ciascuna delle spianature ha una lunghezza misurata dall'estremità superiore all'estremità inferiore, ed in cui le porzioni laterali contigue sono localizzate al disopra di un punto mediano della lunghezza.
11. 11. Elemento fresante secondo la rivendicazione 9, in cui ciascuna delle spianature ha una larghezza massima maggiore, misurata perpendicolarmente alla lunghezza, al disopra del punto mediano rispetto che al disotto.
12. 12. Elemento fresante secondo la rivendicazione 9, in cui una porzione dell'apice al disopra delle spianature ha una larghezza massima, misurata perpendicolarmente ad un asse della base, che è minore di un quarto del diametro della base.