JPS6144193B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、地層への孔あけ法に関して居り、更
にこれを特記すれば、ビツトの挿入体或は歯の間
の可変ピツチを有する、ローリングカツタの回転
ロツクビツトに関している。 油およびガス、および採鉱技術によつて取出さ
れる、種々の型の鉱石のような、地下資源に対す
る需要が急速に増大したことによつて、改良され
た孔あけビツトの必要を生じた。本発明を具現す
る型の回転ロツクビツトは、回転ドリル連鎖体の
最下部の部材として連結されるようになつてい
る。このドリル連鎖体が回転されるとき、ビツト
が地層を崩して孔を作る。ドリルビツトの切削寿
命および効率は、このような掘削孔を錐進するの
に最も重要な影響がある。何ぜならばその錐進の
速度は、ビツトの状態および作動効率に関連して
いるからである。 ローリングカツタの回転ロツクビツトは、伝統
的にビツトの本体から角度的に下方へ延びている
３つの独立の腕を具えているものとされている。
この腕の下端は、軸或は軸受ピンを作るように形
付けられている。各々の軸受ピンには、ローリン
グコーンカツタが装架され、これがその上で回転
するようになつている。各々のカツタは、孔の底
の地層において孔あけするため、他のカツタ上の
対応的列に関してずらされている、互に離隔して
円周上に並べられた挿入体或は歯の列を含んでい
る。この切削機構によつて破壊された地層部分
は、掘削用泥水或は空気のような、押し流し用の
流体によつて孔から取出される。ローリングコー
ンカツタの回転ロツクビツトは、一般に２つの大
なる級類に分けることができる。その第１のもの
は、コーンカツタと一体的な、概ねのみ状の歯を
有する歯先である。その第２のものは、挿入され
た、即ち詰め物のビツトで、この場合個々の詰物
は、円錐本体の中の孔へ圧入嵌合されている。挿
入体の頭は、円錐カツタの本体から突出して、孔
の底で地層を破壊するように作用する。本発明
は、上記両部類のビツトに適用することができ
る。 ローリングカツタの回転ロツクビツトは、この
カツタ上の挿入体（歯）の列のゲージが、ビツト
の回転に関係的なカツタの回転を決定する。若し
カツタが全く真のローリングを行うならば、カツ
タの回転は、孔の周縁をゲージ尖端におけるカツ
タの周縁で割つたものに、ビツトの回転を掛けた
ものに等しくなるであろう。カツタはビツトの回
転の約1.7倍回転する。併し、カツタは、真のロ
ーリングを行うように設計されては居らず、且つ
カツタの表面は突出した挿入体（歯）を持つてい
る。カツタは、ビツトの回転の約1.2乃至1.5倍だ
け回転する。真のローリング回転と、カツタの実
際の回転との間の相違は、スリツプ或は底におけ
る仕事となる。 従来の技術のビツトは、「トラツキング」
（tracking）および「スタンブリング」
（stumbling）のめに、その作用に制限を受けて
いる。ロツクビツトの回転中各錐体は、総ての３
つのコーンカツタの踵挿入体（歯）組合せによつ
て、孔の底へ切り込まれる凹入部と噛合う一列の
踵（外側）挿入体（歯）によつて駆動（driven）
される。個々のコーンカツタ上の踵挿入体（歯）
の、孔の底の組合わされた踵のくぼみに対する関
係が、内側列の挿入体（歯）が、それ自身の以前
のくぼみへ落込むようなものであるならば、そこ
にトラツキングが現れる。その以前の凹入部へ当
てることによつては、挿入体（或は歯）は有効に
掘さくし得ないのであるからトラツキングは回避
されねばならない。或るコーンカツタ上の駆動歯
が、組合せられた踵の歯の型によつて前に作られ
た地層の歯凹入部の側面部上を打撃し、その地層
の歯の凹入部中に滑り込む、すなわちつまづいて
入り込む（stumble）ことにより、タンブリング
がトラツキンクと関係づけられる。その原因は、
多数の駆動歯のピツチ展開が不充分なことにある
と思われる。 ロツクビツトの挿入体（歯）間の「ピツチ」と
は、隣接挿入体（歯）の尖端における中心線間で
測定された直線距離を指示する。挿入体（歯）の
間のピツチは、異る設計間の比較に役立てられ
る。何ぜならば、或る所与のピツチにおいて、或
る硬さおよび（或は）磨耗性の地層へは、そのピ
ツチで切込み得ても、硬さを異にする地層へは満
足に切込むことができないからである。尚又ビツ
トの設計が軟質地質から硬質地層へと進むにつれ
て、ピツチは広い方から狭い方へ向う。或る型が
与えられたビツトに関しては、ピツチはビツトの
直径および挿入体（歯）の直径に相伴つて増減す
る。即ち、より大なるビツトは、通常より大なる
直径および長さの挿入体（歯）を求め、従つてよ
り大なる挿入体（歯）の間には間隙が必要とされ
る故、より大なるピツチが必要となる。「ピツ
チ」は往々、トラツキングおよび（或は）スタン
ブリングに関連ある問題を起す。 均等に隔てられた幅広いピツチの挿入体（歯）
を有するカツタは孔の底に基本的な図形を切り込
む。底部の切り込みの間の岩部分すなわち成形体
は、岩歯と呼ばれる。一つのビツト上に一つのカ
ツタ設けられる場合、これ等の岩歯は寸法におい
て増大する。何ぜならば、カツタ上の挿入体
（歯）は、底へ落込むように、即ち噛合せを得る
ことを試みるからである。カツタが正確に転動す
るならば、カツタは底と噛み合い、ビツトは孔あ
けしないことになる。この状態が「トラツキン
グ」である。カツタは正確に転動するものではな
いので、挿入体（歯）はトラツクに落ち込むこと
なく、前述した岩歯は除去されてしまう。各々の
カツタ上に、一列の挿入体（歯）を持たせて、孔
の外周部分に同一の走路において切削することに
より、岩歯は取除かれ或はサイズを小さくされ、
それによつてビツトは更に掘削を進める。２つの
カツタを設けゲージ間のピツチをより小ならしめ
れば、挿入体（歯）は、粗いロツク歯を伴つてト
ラツク中へ落ち込むように試みるであろう。 従来の技術のビツトを用いた場合に出会う今一
つの問題は、内側の列の支配である。往々、挿入
体（歯）の数の組合せにより、駆動図形を設定す
る最外列の挿入体（歯）の代りに、内側列の、通
常孔の壁から第２或は第３列の挿入体が該図形を
支配し、そして該特定のコーンカツタに対する駆
動図形を設定する。この駆動の図形が、最外列の
挿入体（歯）をして、非正常の図形で走行させ、
この図形が前記挿入体（歯）に側方から力を及ぼ
し、挿入体（歯）の破壊を起す傾向を生ずる。本
発明は内側の列の支配を阻止し、そして外側列の
破壊の阻止に助勢を与える。 米国特許第3727705号には、改良されたゲージ
詰込み装置付のドリルビツトが示されている。こ
れにおいては、ゲージ磨耗に対する抵抗力が増大
され、ゲージの磨耗が釣合わされ、そして偏心的
磨耗の傾向を低減させるようなゲージ詰込み装置
を有するドリルビツトが発表されている。各々の
コーン上の踵の列の詰物は、概ね均等に隔てられ
ている。併し、踵列の詰物間の間隔は、コーン同
志の間で異るようにされ、前に孔の底に作られた
凹入部の中に詰物のトラツキングを起すことが防
止されている。各々のコーンのゲージ面から突出
してこのゲージ面を保護するゲージ詰物の断面寸
法は、コーン同志の間で異つている。その結果と
して、一つのコーンのあらゆるゲージ詰物の総露
出面積は、他の各々のコーンの総てのゲージ詰物
の総露出面積に近い値を持つている。 米国特許第3726350号には、非トラツキング的
大地孔あけドリルが示されている。或る大地孔あ
け錐における、該ビツトの回転中、トラツキング
を生じないような、又カツタの殻体の腐蝕を防止
するような仕方において、孔の底の選択された環
状区域と係合するように配置された切削歯付カツ
タが発表されている。異る周囲的列のカツタにお
ける歯の間隔は、歯の間に最良距離を維持するよ
うに変えられている。更に歯は、中断的な間隔を
有する群として配置され、そして中断的な歯は歯
の図形を選択的に配置して、トラツキングおよび
カツタ殻体の腐蝕を防止するようになつている。 米国特許第3126973号おいては、一つの回転ド
リルのビツトが示されている。カツタ上に成形さ
れた歯の周囲的列は互に隔てられ、しばしば隣接
カツタ上の列に関してずらされており、コーンの
回転を妨げないように、且つ井戸の底に対してて
実質的に完全な接触を生ずるようにされている。
コーンは非円形で、ドリルビツトへ振動効果を及
ぼし、これにより錐進効率を増進し得るようにな
つている。外側例の歯は、非円形の周縁を形成
し、そして内側列の歯は円の周縁を形成してい
る。外側列は、歯が大地に対して回転されるとき
ドリルビツト上に振動効果を与え、一方内側列は
ドリルビツトを安定化し、これを直線的孔あけ通
路上に維持するのに役立つている。 米国特許第2994390号においては、一つのロツ
クビツトカツタが示されている。こゝに示された
円錐カツタ素子の壁の周囲面には、複数の峰が示
されている。各々のカツタ素子上の峰は、素子の
ベース部分に略々平行で、該素子の周囲を囲つて
中途まで延びている。隣り合つた峰は、互に、
各々の峰の高さの略々半分に等しい距離だけ隔て
られている。隣り合つた峰は、各々の素子の対向
する半周の周りに延び、そのため一つの峰の始点
が隣接する両峰の両端間に落ちている。即ち個々
の峰は、事実上千鳥式に配置され、従つて各々の
側の、次に隣接する峰によつて取入れられる通路
の間をたどることになる。 米国特許第2533260号においては、回転ドリル
ビツトとこれに対するカツタとが示されている。
この場合、その深さ全体に、略々均等な断面を有
するカツタが設けられ、これ等の素子は、その外
端において基本歯として終つて居り、従つてこの
ような歯の磨耗する間、最初の切削速度が高く、
この素子の内側の部分は、基本歯が摩耗したと
き、そして切削素子が全く破壊されるまで、有効
な切削作用を生ずるようになつている。ここに
は、カツタ本体から周囲的に隔てられ、そして隣
接カツタの、その頂部に基本歯が設けられている
そのような切削素子の少くとも若干と相互的係合
を生ずるように上記カツタ本体に沿い千鳥に配置
された、部分的切削素子を有する１組のカツタが
示されている。尚外側列の踵歯と相補い且つ共動
する素子が設けられて、上記カツタの回転を保証
している。 米国特許第2533259号には、歯群カツタが記載
されている。これには、該回転カツタ上の或る縦
続歯の間隔が、残りの歯の間隔の和に略々等しく
されている、回転カツタのドリルビツトが設けら
れている。一つのロツクカツタには、円周列をな
す群として配置され各群中の隣接する歯が比較的
小さいピツチを有する如き歯を具えており、その
ため底部上に形成される岩歯も又ピツチが小さ
く、従つてカツタの切削作用によつて容易に破壊
されるようになつている。あらゆる群の組合せピ
ツチが、該歯群の端部間のカツタ上の空所のスパ
ンよりも小となるように、互にピツチ関係を有す
る１群の歯が設けられている。 次に米国特許第2533258号には、一つのドリル
カツタが記載されている。該円錐形のカツタに対
しては、円形の、平旦な頂部の切削素子が設けら
れ、その頂部の面積は、切削素子が磨耗する程急
速には増大しない故、不当に大きな重量をかける
ことを要せずに、該ビツトがカツタの寿命を通じ
て所望の錐進速度を維持することになる。この場
合多数の内側の列の、平坦頂の切削素子と組合わ
された、外側の列の縦の歯が設けられている。上
記外側の列の縦の歯は、カツタの回転時にその助
けとなる。更に前記カツタの一つから縦に隔てら
れた、周囲的に配置され且つ平坦頂の強力な部分
的素切削素子を有する、１組の略々円錐形のカツ
タが設けられている。何れの列の部分的子の連鎖
的頂部の和も、その列の全周よりは短かく、従つ
て錐進される物質を一層急速に掘削するために、
前記切削素子を地層へ進入させる際に要する最初
の重量がより少くなる。そこで、該カツタから縦
に隔てられ、該切削素子を隣りの列のものと千鳥
に並べるように、周囲的に延び平坦頂部を有する
セグメント的切削素子を有する、１組の略々円錐
形のカツタが設けられると共に、前記各々のカツ
タ上の切削素子は、周辺方向に千鳥の関係にさ
れ、従つて前記カツタが回転する場合、それが井
戸の底で転動するとき重量が各カツタの周りによ
りよく分布されるのみならず、前記重量は、トラ
クシヨン（traction）をより一層高め、そして間
欠的過負荷を防止するように、該組の相手のカツ
タ間により均等に重量が分布されることになる。 そこで本発明は、各良されたローリングカツタ
の大地孔あけビツトを提供する。即ち、大地を掘
削するための、少くとも一つのローリングカツタ
部材を有する回転ロツクビツトが構成される。そ
のローリングカツタ部材は、地層の孔の切削部分
に対するカツタ部材の中に、少くとも一つの環状
列の切削素子を含んでいる。カツタの挿入体
（歯）の間には、種々変化するピツチが与えられ
る。本発明が有利に具現されたものにおいては、
各対の挿入体（歯）間のピツチは、列域は群の中
の如何なる２対の挿入体（歯）間のピツチも、同
一とならないように、変えられている。如何なる
２対の挿入体（歯）も、同一ピツチを持たない
故、トラツキングを起す公算は遠くなる。これが
ビツトの、地層へ進入する速度を増大させ、そし
て挿入体（歯）が地層内で破壊する公算を著しく
低減させる。本発明は、従来の大地孔あけビツト
が経験したような、トラツキングよびスタンブリ
ングを低減或は排除する。次に本発明の実施例を
示す図面を参照して、本発明を更に具体的に説明
しよう。 図面、特に第１図を参照するに、概括的に１０
と指示された回転ロツクビツトは本発明を具現し
たものである。ビツト１０は、そのピン端１４に
おいて、回転ドリル連鎖体（図示されていない）
の下端に連結されるようになつているビツト本体
１３を含んでいる。このビツト本体１３は、内側
の通路系統を含み、これが該ドリル連鎖体を通し
て流下する孔あけ泥等のような流体に通流を与
え、この流体が、井戸の孔の底へ案内され得るよ
うにしている。この掘削用流体は、それと共に切
削砂礫等を運び、ドリルパイプと孔の壁との間の
環状部を経て上昇させられる。 上記ビツトの本体からは、略々同一な３本の腕
が垂下している。第１図には腕１１，１２が示さ
れている。各々の腕の下部には軸受ピンが設けら
れている。各々の腕は、略々円錐の切削部材１５
を回転的に支えている。切削部材１５を担持する
軸受ピンは、カツタ部材１５が回転するその回転
軸を限定する。この回転軸は下向きに内側へ或る
角度で傾けられている。 各々のカツタ部材１５は、鼻部分１６と基底部
１７とを含んで居り、鼻部分はビツトの回転軸の
方へ向けられて居り、そして基底部は、孔の壁と
底との交差線上に位置ぎめされている。各々のカ
ツタ部材１５は、各々のカツタ部材の基底部に隣
接して位置ぎめされている環状列の、踵の挿入体
域は歯を含んでいる。上記踵の挿入体（歯）の列
は、孔の壁と底との間の交差線と交差している。
各々のカツタ部材１５は、孔の内側の部分を破壊
するための少くとも一つの内側の環状列をなす挿
入体或は歯を含んでいる。この歯はカツタ部材上
に切り出されいるが、上記挿入体の場合は、カツ
タ部材にあけられたソケツトの中に装架される。 こゝで第２図を参照するに、この図面には、本
発明によつて構成された、ローリングコーン回転
ロツクビツトの、一列の挿入体（歯）に対する挿
入体（歯）の隔て方を表わす図形が示されてい
る。この図形は、第１図に示されたビツト１０の
ような、ローリングコーン回転ロツクビツトの、
一列の挿入体（歯）に対するものである。この列
は、17個の個々の挿入体（歯）１８を含む。360
゜を17で割れば、正常の角度ピツチが計算され
る。即ち挿入体（歯）が均等に配置されているな
らば、この角度ピツチは21.176゜に等しくなる。
本発明は、先づビツトが回転することによつて描
かれる図形を、スキツプ的に錐孔あけ（切削）し
て破砕する形式を利用している。何れの２つのピ
ツチも同等ではなく従つて無秩序に配置される。
又２対の挿入体（歯）が同一ピツチを持つことが
ない故、トラツキングを生ずる公算が遠のけられ
ることになる。これが、ビツトの地層へ浸透する
速度を増大し、そしてトラツキングによる挿入体
（歯）の破壊する公算が著しく低減する。挿入体
（歯）間の間隔は、乱数表或は乱数発生器を用い
順次個々のピツチの位置を割当ることによつて得
られる。次の表は、第２図に示された歯の間隔図
形の挿入体（歯）１８のピツチを表わす。

【表】 内側の列上の挿入体（歯）の乱数的間隔は、こ
れ等の列の歯によつて切削されるロツクのサイズ
を低減し、その結果錐進速度を増大することにな
る。これがロツクビツトがトラツキングを起す機
会を排除し、ビツトの掘進作用を助長する。この
型の切削は、何れの内側の列もカツタを駆動させ
ること、或はゲージ歯を破壊させ或は摩耗させる
であろうようなカツタの回転を決定することをさ
せないようにする。これは、錐進の速度と切削機
構の寿命とを増大する。カツタ上の挿入体（歯）
を無秩序的に配置すれば、可能最小のロツク歯を
用いて、ビツトをして底を清潔に切削させ、全体
として浸透の速度を増大することができるように
する。 或るカツタ上に挿入体（歯）を無秩序に配置す
ることは困難である。歯の機械加工或は挿入体に
対する孔の孔あけ加工は精確に制御する要があ
る。テープ制御の機械加工が可能ならば、この形
の加工が可能となる。歯或は挿入体を無秩序に配
置すれば、隣り合つた何れの２つの挿入体（歯）
もその間に同一ピツチを持つことがなくなる。そ
の間のピツチは、次のように、１インチを基準ピ
ツチとして、これより、次のように、順次ピツチ
を作ればよい。即ち１インチ、15/16インチ、7/8
インチ、１1/16インチ、および１1/8インチピツ
チとなる。これは６個の歯に対する一つの形態を
作る。若しカツタヘツドが18個の歯を有するなら
ば、該歯の列の上には、このような３つの形態が
与えられることになる。この配置は群毎に配置
し、各群には任意の数の歯を含ませ、或はこれを
カツタ上全体に亘つて変化させることもできる。
３つのカツタの何れにも上記型の間隔を与えるな
らば、歯が底における岩歯に対してトラツクを生
じ或は噛み合うようなことがなくなる。これによ
りロツク歯のサイズが小にされ、従つて掘進速度
を増大する。上述のように無秩序に間隔が与えら
れることにより、スキツプ切削法において生ずる
ような、歯がトラツクへ後退的に落込む傾向が制
圧される。 若し、基本ピツチの１1/2倍に等しいピツチを
有する２ケ所以外には均等なピツチを有するカツ
タ上に歯が配置される、いわゆるスキツプ切削法
によるならば、広いピツチのものが孔の底部を通
過する度毎に歯は走路から投出されてしまうであ
ろう。このような型の切削、或は歯の形態は、岩
歯の形成を一層低減して、錐進の度合を増大す
る。或るカツタがその間に幅広いピツチを有する
２群の歯を具えて居り、その一群内の歯の数が４
個以上であるならば、その歯は押戻されてトラツ
クへ落込み、そして歯の両側に磨耗を生ずる傾を
持つことになる。この磨耗は切削機構の寿命を低
下させる。若し歯が、４つの群において、16の歯
を有する或るカツタ上に置かれるならば、４つの
幅広ピツチが与えられることになる。これはビツ
トを手荒に走行させて、歯の破損を起す。上記ス
キツプ切削法は、或るカツタ上に置かれる歯の数
を制限するが、そうしなければ群が４つ以上の歯
を持つ場合、歯が押戻されてトラツクへ落込むで
あろう。従来の技術においては、この型のミリン
グ、即ち挿入体の配置が、岩歯を除去するのに役
立てられた。このスキツプ形ミリングは、一つの
カツタ上へ、２つのカツタ上へ、或は３つの総て
カツタ上へ置くことができる。 第３図には、従来の型の回転コーンロツクビツ
トの、挿入体（歯）の間隔の図形が例示されてい
る。第３図に示されているように、従来の間隔づ
けは均等に行われた。挿入体１９間のピツチＰ
は、何れも同一である。このような型の間隔づけ
においては、ロツクビツトの挿入体（歯）が、前
に形成された凹入部へはまり込み、そして破壊
し、甚だしく磨耗し、或は新規凹入部を切り損ず
るを以て、最良の速度で錐進することができな
い。この型のビツトは、既に述べた「トラツキン
グ」および「スタンブリング」両作用を受け易
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によつて構成された大地掘削
ビツトを表わす斜視図、第２図は、有利なカツタ
挿入体（歯）の間隔配置を略示するレイアウトを
表わし、第３図は、従来のカツタ挿入体（歯）の
間隔配置を略示するレイアウトである。 図において、１０：回転ロツクビツト、１１，
１２：腕、１３：ビツト本体、１４：ピンの端、
１５：カツタ部材、１６：鼻部分、１７：基底
部、１８：挿入体（或は歯）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ローリングカツタ部材が、該カツタ部材上
   に、孔の切削部分に対する少なくとも一つの環状
   列の切削素子を具えている、大地に孔をあけるた
   めの少なくとも一つのローリングカツタ部材を有
   する回転ロツクビツトを構成する方法において、 前記切削素子が互いに著しく非均等に隔てられ
   るように、前記環状の列をなす前記カツタ部材上
   に前記切削素子を位置ぎめする段を含む、回転ロ
   ツクビツトを構成する方法。 ２ ローリングカツタ部材が、孔の切削部分に対
   する切削部材の中に、少なくとも１環状列の切削
   素子を有する、大地に孔を形成するための少なく
   とも一つのローリングカツタ部材を具えた回転ロ
   ツクビツトにおいて、 前記切削素子が、前記環状の列の中で互いに著
   しく不平等に隔てられていることを改良点とす
   る、 少なくとも一つのローリングカツタ部材を有す
   る回転ロツクビツト。