JPS6020554B2 - 吸引ジエツト装置を備えるボーリング用ビツト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ボーリング用ビットに関する。

本発明は、特に、これに限定するものではないがボーリ
ング用ストリングの下端に固定し得るボーリング用ビッ
トに関する。本発明のビットは、掘削歯ないしインサー
トを有する複数の回転自在な要素を願え、該要素が、ビ
ットの中心軸線に対して傾斜した回転軸線を有するロー
ラ軸受に装架された例えば円錐形型カッタである型式の
ものである。従来、地層を掘削するのに使用される該ボ
−リング用ビットの効率は、カッ夕を分離する異なる自
由空間の間で孔底に加わる流体ジェットの同時作用によ
り改善された。ビットのレベルでは、このボーリング用
流体は、主として、ビットの冷却と「ビットと孔底との
清掃とを受持ち、ボーＩＪング用ストリングと掘削孔壁
との間の環状空間へ地中掘削物を迅速に搬送する。

従来技術のボーリング用ビットの第１型式では、流体ジ
ェットは、カッタの上方でかなりな距離に排出される。

従って、孔底に到達する以前に〜ジェットは「孔底を充
満する掘削物で既に負荷されたボーリング用流体中を流
れる。従って、このレベルにおけるジェットの流速は、
著しく低減され、これはその効果を低減する。更に、ジ
ェットは、掘削物で負荷されたボーリング用流体の一部
を孔底に向いジヱットと共に押圧し「 これ等の掘削物
は、孔底でビットにより再橘砕され、これによりビット
の効率が悪くなる。更に「 この流体ジェットは「他層
を包む過圧を孔底に形成し、掘削物が形成されると孔底
とビットとの間の接触領域は、ボーリング用流体で充分
に清掃されないことになる。種々の変更例が提案され「
特に、上記のビットは、ボーリング用流体ジェットを出
来るだけ孔底に接近させて排出する様に変更され、ある
場合には、ジェットは「ビット軸線に沿い追加された。

しかしながら、この改善は、完全に満足すべきものでは
なく、地中掘削物の再溜砕を排除し得ないと共に、孔底
のレベルにおける過圧の除去し得ないものである。従来
技術のボーリング用ビットの第２型式では、流体ジェッ
トで形成されるフラッシュ装置と、地中掘削物を負荷さ
れたボーリング用流体の吸引装置とを組合わせることが
提案され、該吸引装置は、ビットの掘進方向に反対の方
向のジェットを有している。

従って」米国特許第３，ｉｌｌ，１７少号もこ開示され
たボーリング用ビットは「ビットのカツ夕闇にフラッシ
ュ用ジェットを形成するノズルと、ビットのカッタ支持
フランジないし胸を貫通して設けられた溝から供給され
る吸引ないし抽出ジェットとを備えている。

この様なビットでは、フラッシュ用ジェットが孔底から
あま仇こも遠くで放出され上述の欠点を生じるだけでな
く、吸引ジェットの位置は、排除された流体が掘削孔の
壁に衝突し、壁の破壊を導き得ると共にジェットの吸引
作用を大部分無効にする如く設けられている。更に「
ビットの鞠線の方向に沿う吸引ジェットとフラッシュ用
ジヱツトとの夫々のオリフイスの間隔が小さく、これは
、フラッシュ用ジェットの作用を著しく抵滅する。米国
特許第２，７７６，１１５号は、１つのフラッシュ用ジ
ェットと、２つの抽出用ジェットとを使用する３円錐型
ビットを開示する。

フラッシュ用ジェットは、孔底の中心に向い傾斜し「即
ち、カッタ鱗線の収敵領域と、カッタ間の自由空間とに
向い傾斜する。この結果、フラッシュ用流体の最大部分
は、カッタ歯と土との接触領域を清掃することなく該自
由空間の１つから他の自由空間へ流れる。従って、上記
米国特許に記述されたボーリング用ビットの効率は、初
めに述べた型式のビットのものよりもあまり高くなく、
これはハ談ビットが工業的規模で発展しない理由である
。

本特許出願人の仏国特許第２，２７７，９６８号は、良
好な効率を有する第２型式のボーリング用ビットを開示
しているが、これは「孔壁と、ボーリング用ストリング
との間に形成される環状空間から孔底に隣接する空間を
分離するスカートを使用する。

この実施例は、大径孔の掘削、空気式ボーリング等の様
なある用途に特に好適であるが、その製造は、ビットの
かなりな長さにわたり掘削孔の直径と殆んと変れない外
径を有しそれによりある地層の場合、特に欧質層の場に
ビットを係止される危険を生じることに関する附加的な
ある欠点による因難性を提供し得る。本発明の目的は、
上述の欠点が排除されると共に、従来技術のボーリング
用ビットに比し著しく向上された効率を有するビットを
提供することである。

本発明によると、ビットホルダにより回転自在な本体部
材を備え、該本体部材が、前記ビットホルダを介してボ
ーリング用加圧流体を供給し得る内部空所を有し、更に
、該本体部材で支持され孔底に接触する掘削装置を有す
る複数の回転自在な要素と、孔底の方向の少なくとも１
つのフラッシュ用流体ジェットを供給するフラッシュ装
置とを備え、該フラッシュ装置が、前記本体部材に設け
れ前記空所に直接連通して２つの隣接する回転自在な前
記要素間に形成される第１空間に開口する少くとも１つ
の基準化された第１孔を有し「更に、前記回転自在な要
素をフラッシュしたボーリング用流体の吸引装置を備え
、該吸引装置が、少くとも１つの上方の方向の流体ジェ
ットを供給する如く構成され、前記本体部材に設けられ
２つの隣接する回転自在な前記要素間に形成される第２
空間の上方に位置する少くとも１つの第２孔を有する如
く構成されたボーリング用ビットによる上記目的が達成
される。

本発明によるボーリング用ビットは、前記第１空間には
ゞ位置する少くとも１つのフラッシュ用ノズルを備え、
該ノズルが、前記第１空間とその間に形成する２つの回
転可能な前記要素へ夫々向う流体ジェットを形成する様
に構成された少くとも２つの孔をその下端に有している
。

本発明と、その利点とは、添附図面を参照する下記の説
明によって明瞭になる。

図示のボーリング用ビットは、３つのフランジないし脚
２，３，４を有する本体部村１を備え、該胸の２つのみ
が第２「第３図に示されている。

これ等の脚は、図示していない軸受に回転自在に装架さ
れその藤線がビットの垂直軸線に対して傾斜する例えば
ローラないし円錐形カッタ５，６，７で形成される地中
擬肖り部材を支持する。これ等の回転自在な各部材は、
任意の公知の型式のものでもよく、第１図に示す如く、
歯ないしィンサ−トまたは孔底で地層を掘削する任意の
他の装置を備える。本体部材１の上部８（第２、第３図
）は、ビットを回転するビットホルダにビットをねじ込
み得る如くねじを有している。

符号９で示すこのビットホルダは、回転式ボーリングの
場合には、ボーリング用ストリングで形成してもよい。

ビットが底部モー夕で直接回転されるときには、ビット
ホルダは、該モータのローラで形成される。ビッの本体
部材１の内部には、ストリングの内部ボアに直接連通す
る空所ｌａが設けられる。

本体部材は、空所ｌａに蓮適する基準化された孔１０ｂ
，１０ｃ，１１ｂ，１１ｃ，１２を有するノズル１０ａ
，１１ａ，１２ａを備えている。ノズル１０ａ，竃ｌａ
は、カツタ間の自由空間の２つ、好ましくは、これ等の
自由空間の２扇形面に設けられる。孔１０ｂ，１０ｃ，
１１ｂ？ １１ｃの組は、ビットが掘削する際、孔底を
フラッシュする一対のジェットを回転自在な要素５，６
，７間に包含される自由空間の２つに形成される如く、
空所ｌａに供給される流体がこれ等の孔１０ｂ，１０ｃ
，１１ｂ，１１ｃを通って排出される様に位置し、これ
等のジェットは、操作中のビットの掘進方向の成分を有
している。基準化された第３孔竃２は、ビットが掘削す
る際「上方の方向のジェット、即ち、孔底から離隔する
方向で吸引ないし抽出作用を有するジェットを形成し回
転自在な要素５，６，７間に形成される第３自由空間の
上方に流体が排出される如く位置する。

この上昇するジェットは、ビットの上部連結部と掘削孔
壁との間に成形される環状空間内に負圧を作る。これは
、孔底と、吸引ジェットが位置する領域との間に差圧を
生じる。

この表圧は、掘削物で負荷された泥水の上方への流れを
かなり増大し、この流れは「高圧領域から低圧領域へ非
常に早く流れる。掘削物は、従って形成されると直ちに
孔底から離隔して搬送され、従って、ビットは、永続的
に清浄これ「 これにより、増大する掘削速度と、ビッ
トの異なる部分（カツ夕歯、軸受等）の長に使用寿命と
が得られる。

第２、第３図に示す如く、流体の流れにおける圧力降下
を出来るだけ低減する如く形成された導孔、特に「空所
ｌａの壁に切線方向の連結部を介して空所ｌａからボー
リング用流体を基準化された孔１０ｂ，１０ｃ，１１ｂ
，１１ｃに供給するのが有利であり得る。

第１図乃至第３図に示す実施例では、孔１０ｂ，１０ｃ
，１１ｂ，１１ｃ，１２は、ノズル１０ａ，１１ａ，１
２ａの円形閉口部で夫々形成される。

第４、第５図は、フラッシュ用ジェットが排除されるノ
ズル１０ａまたは１１ａの形状を図式的に示す。

第４図では、鎖線で図式的に示す如く、回転可能な要素
の間の間隔内に位置するノズル１０ａの垂直方向断面が
示されている。

第４図に示す如く、ノズル１０ａは、２つの孔１０ｂ，
１０ｃを備え、これ等の孔を通って排出される流体ジェ
ットは、孔底に直ぐ隣接して回転自在な要素に到達する
如く方向づけられる。換言すれば、孔１０ｂ，１０ｃか
ら排出されるジェットの鞠線は、回転自在な要素７，６
に対して夫々はゞ切線方向である。これ等の基準化され
た孔は、円形でもよいが、好ましくは、第４図の下方か
ら部分図の第５図に示す如く〜スロットの形状を有して
いる。

これ等の条件の下では、流体ジヱットの最大効率は、こ
れ等のスロットに回転自在な要素の母線に対してはゞ平
行な方向を与えるか、または流体ジェットがカッ外こ到
達する様にし、該母線の最大の可能な長さをジェットが
覆う如くスロットを形成することが達成される。

優れた結果は〜ビット軸線に垂直な面に対して角度Ｂだ
けフラッシュ用ジェットを煩斜することで得られ、角度
８の値はへ度数で示すと、１１触ノ日乃至１５皿ノ蝿の
範囲内であり、ｈ‘よ、１０ｂヲ 亀ｏｃの様な孔を孔
底から分離する距離でありト日は、ビット軸線に平行な
方向で測定した回転自在な要素ないしカッタ５，６また
は７の高さである。

例として、ＸＸ′は、２つの回転自在な要素間の２分割
面ないし対称面であり、スロット１０ｂ，１０ｃは、該
面に対して対称的であり、相互の間に角度Ｑを形成し、
角度のは、３円錐型ビットでは３？乃至４００を形成す
る。

第６図は、吸引装置の他の実施例の平面図で、該装置は
、隣接するノズル１２ａ，，１２ａ２、１２ａ３の少く
とも１つのグループか、または更に一般的には、広い角
度間隔にわたり分布する吸引装置で構成され、これ等の
隣接するノズルは、広い角度の扇形にわたって延びる細
長い断面を有するノズルに所望により交換し得る。

３つのノズルが図示されているが、この数は、これに限
定されるものではない。

ノズルは、明白に着脱可能に固定され、フラッシュ用流
体の流量と圧力とによって使用者が選択し得る。

しかしながら、本発明の範囲を逸脱することなく変更は
実施可能である。

例えば「第７図に示す如く、１０ａの様なフラッシュ用
ノズルは、ねじ１４の様な任意の公知の装置を介してビ
ットの本体部材に固定された延長部１３に設けられれて
もよく、該延長部は、掘削される地層の地質学的性質に
より、使用者が選定する値に上部で限定した範囲の限界
内で距離ｈの調節を可能にする如く容易に交換可能であ
る。また、ボーリング用ストリングと、掘削孔壁との間
に形成される環状空間における掘削物で負荷されたボー
リング用流体の上方への速度を増大する如く、吸引ジェ
ットの上方に装置を設置することも可能である。

ボーＩＪング用流体の上方への流れを増速することの装
置は、流体吸引ジェットと共に水ェジェクタを形成する
ベンチュリ式導孔を備える。

第８図に示す様な一実施例では、安定化部材１６は、ビ
ットの直ぐ上に位置し、掘削孔壁とボーリング用ストリ
ングとの間に形成される環状空間に直接運通する各空間
１５間に限定される複数のフレードを備えている。

この場合には、第９図に示す如く、安定化部材１６のブ
レード２１の１つにベンチュリ式導孔１８を形成するこ
とが有利であり、部村１６は、導孔１８が排出用流体ジ
ェットにほ）、同Ｄ状の位置にねじ１７の様な任意の適
当な装置で固定される。

この場合には、導孔１８は、ボーリング用流体の流れが
中断されたとき、掘削物がベンチュリ式導孔へ逆流する
のを防止する如く、ビットの軸線に対して傾斜した閉口
部２０を介してブレード２１の２つの半径方向壁に開□
する２つの導孔を通り前記環状空間に有利に蓮適する。
導孔１８の軸線に対する開□部２０の端縁の煩斜は、有
利に４５０よりも小さい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のボーリング用ビットの下方からの平面
図、第２図、第３図は同上の×−Ｘ線とＹ−Ｙ線に沿う
夫々の断面図、第４図、第４Ａ図、第５図はフラッシュ
用ノズルの形伏の図式的な図、第６図は吸引装置の他の
実施例の図式的な図、第７図はフラッシュ用ノズルの他
の実施例の図式的な図、第８図はビットの上方に位置し
得る安定化部材の断面図、第９図はブレードの１つのベ
ンチュリを有する安定化部材の実施例の縦断面図を示す
。 １・・・…本体部材、ｌａ・・・・・・空所、５，６，
７・・・・・・円錐形カツタ、９・・・・・・ビットホ
ルダ、１０ａ，１１ａ，１２ａ……ノズル、１０ｂ，１
０ｃ，１１ｂ，１１ｃ，１２・…・・基準化された孔、
Ｑ・・・・・・基準化された孔の間の角度、８・・・・
・・フラッシュ用ジェットの角度、１２ａ，，１２ａ２
，１２ａ３・・・・・・グループの／ズル、１６…・・
・安定化部材、１７・・・・・・ねじ、１８・・・・・
・ベンチュリ式導孔、２０・・・・・・開口部、２１…
…ブレード。 ＦＩＧＩ ＦＩＧ．７ ＦＩＧ．２ ＦＩＧ．３ ＦＩＧ．４ ＦＩＧ．４Ａ ＦＩＧ．５ ＦＩＧ，６ 【！Ｇ．８ 【！Ｇ．９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ビツドホルダにより回転自在な本体部材を備えた、
   該本体部材が、前記ビツドホルダを介して加圧流体を供
   給し得る空所を有し、更に、該本体部材で支持され孔底
   に接触する掘削装置を有する複数の回転自在な要素と、
   孔底の方向の少くとも１つのフラツシユ用流体ジエツト
   を供給するフラツシユ装置とを備え、該フラツシユ装置
   が、前記本体部材に設けられ前記空所に直接連通して２
   つの隣接する回転自在な前記要素間に形成される第１空
   間に開口する少なくとも１つの基準化された第１孔を有
   し、更に、前記回転自在な要素をフラツシユしたボーリ
   ング用流体の吸引装置を備え、該吸引装置が、少なくと
   も１つの上方の方向の流体ジエツトを供給する如く構成
   され、前記本体部材に設けられた２つの隣接する回転自
   在な前記要素間に形成される第２空間の上方に位置する
   少くとも１つの第２孔を有し、更に、前記第１空間にほ
   ゞ位置する少くとも１つのフラツシユ用ノズルを備え、
   該ノズルが、前記第１空間をその間に形成する２つの回
   転可能な前記要素へ夫々向う流体ジエツトを形成する様
   に構成された少なくとも２つの孔をその下部に有する如
   く構成されたボーリング用ビツト。 ２ 前記フラツシユ用ノズルが、前記第１空間の２扇形
   面内にほゞ位置している特許請求の範囲第１項記載のビ
   ツト。 ３ 前記ノズルの孔で形成される流体ジエツトが、前記
   回転自在な要素の外面に対してほゞ切線方向の方位を有
   する特許請求の範囲第２項記載のビツト。 ４ 前記フラツシユ用流体ジエツトが、度数で表わすと
   き１１０ｈ／Ｈ乃至１５０ｈ／Ｈの範囲内の値の角度だ
   け前記ビツト軸線に垂直な面に対して傾斜する方向を有
   し、ｈが、前記フラツシユ用ノズルの２つのの孔と、孔
   底との間の距離であり、Ｈが、前記ビツト軸線に平行に
   測定した前記回転自在な要素の高さである。 特許請求の範囲第１項乃至第３項のいづれかの項記載の
   ピツト。 ５ 前記回転自在な要素が、ほゞ円錐形の形状を有し、
   前記フラツシユ用ノズルの孔が、回転自在な要素の母線
   にほゞ平行なスロツトで形成される特許請求の範囲第２
   項記載のビツト。 ６ ３つの回転自在な要素を備え、前記スロツトが、相
   互の間に３５°乃至４０°の角度を形成する特許請求の
   範囲第５項記載のビツト。 ７ 前記吸引装置が、広い角度間隔にわたり分布された
   隣接する基準化された孔の少なくとも１つのグループを
   備える特許請求の範囲第１項乃至第６項のいづれかの項
   記載のビツト。 ８ 前記吸引装置が、広い角度間隔にわたつて延びる細
   長い断面と少くとも１つの孔を有する特許請求の範囲第
   １項乃至第６項のいづれかの項記載のビツト。 ９ 前記吸引装置の上方への地中掘削物の上昇速度を増
   大する装置を備える特許請求の範囲第１項乃至第８項の
   いづれかの項記載のビツト。 １０ 前記掘削物の上昇速度を増大する装置が、ベンチ
   ユリを備える特許請求の範囲第９項記載のビツト。 １１ 前記ビツトが、ボーリング用ストリングの下端に
   固定され、複数のブレードを有する安定化部材と関連し
   、該安定化部材が、前記ビツトの上に位置し、前記ベン
   チユリが、前記安定化部材のブレードの１つに形成され
   、該ベンチユリを前記第２孔の直上に位置させる装置を
   備える特許請求の範囲第１０項記載のビツト。 １２ 前記ベンチユリが、前記安定化部材のブレードの
   ２つの半径方向に夫々位置する２つのオリフイスを介し
   てその上部に開口する特許請求の範囲第１１項記載のビ
   ツト。 １３ 前記ベンチユリの２つのオリフイスの端縁が、該
   ベンチユリ軸線に対して最大で４５°傾斜する特許請求
   の範囲第１２項記載のビツト。