JPS63134782A - 各カッタに対して指向性を有する水流を供給するコンパクトな大型カッタを具えた回転型ドリルビット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、地層ポーリングの分野に関し、特に多結晶質
ダイヤモンドの大型のコンパクトカッタ又はその他の同
様な材料の複合タイプの大型のカッタを具えた、“ガン
モ（ｇｕｍｂｏ）”と呼ばれる頁岩。

粘土等の粘性のある地層を穿孔するのに使用される回転
式ドラグビットに関する。

Ｃ従来の技術〕 頁岩や粘土等の水と反応する粘性のある地層を穿孔する
場合に遭遇する重大な問題の一つは、穿孔の際にビット
が団子状になったり、詰まったりする傾向があることで
ある。このような軟らかい粘り気のある地層を取り扱う
従来技術の典型的なものは、例えば、米国特許４１１６
２８９　（１９７８年）“リッジ付きロータリビット”
に開示されているように、カッタの近傍に強力な水圧手
段を設け、大量の高速な水のジェン［・によってカッタ
面から破砕屑を除去するようにしている。

この従来技術のカッタは、“ｃｏｍｐａｘ”なる商品名
でゼネラルエレクトリック社によって製造されている埋
め込み型ダンヤモンドカソタ、焼結型ダイヤモンドコン
パクトカッタ等を含んでいるが、これらはそのサイズに
限定があり、１３．３　Ｍｍの直径又はそれ以下のもの
しか得られない。そのため、粘性の大きい地層の穿孔に
必要な又は望ましいサイズのカッタを得るには、米国特
許３１５３４．５８　（１９６４年）に開示されている
“ブレード型ドリルビット”と略称されている埋め込み
型ダイヤモンドエレメントが使用されている。

しかし、最近は、３／４インチ〜２インチの直径を有す
る大型サイズのダイヤモンドのコンパクトディスクが市
販されるようになった。しかし、この大型サイズのダイ
ヤモンドディスクは、ゼネラルエレクトリック社から商
標”　５ｔｒａｔａｐａｘ”の名で市販されているダイ
ヤモンドのスタッドカッタ等の小さな先行工具として使
われることが多い。

従って、この大きなダイヤモンドディスクは、粘性があ
り、可塑性で水に反応する地層に関しては、先行技術の
ブレードビットと同じ欠点を有する。

それ故、必要なことは、粘土や頁岩等の可塑性の地層を
掘削するのに、大きなダイヤモンドカッタを採用して、
先行技術におけるビットの団子化等の欠点を防止するこ
とである。

〔発明の概略〕

本発明は、多数の多結晶質ダイヤモンドのカッタを具え
た可塑性地層を掘削するための回転ビットの改良に関す
る。少なくとも一つのカッタは、少なくとも１／３イン
チの直径を有する大きなダイヤモンド掘削面を有する。

この大きなカッタに水流を指向させるノズルが設けられ
ている。このノズルから噴出した水流は、この大きなカ
ッタによって掘削されたチップに対して力を及ぼすよう
に配列され、且つ形成される。この力は、チップをカッ
タの表面から剥ぎ取るように作用する。その結果、可塑
性の地層はビットを団子化することなしに掘削される。

このビットは、多数の大型カッタとこれに対応する複数
のノズルを具えている。各大型カッタには少なくとも一
つのノズルが設置され、各カッタの面に対して水流を指
向させる。

ノズルは大型カッタの掘削面のチップの重心近傍に水流
を指向させる。

ノズルは水流をチップの重心の近傍に指向させ、チップ
の重心に対して半径方向に内側に指向させる。かくして
、トルクがチップに作用して、大型カッタの掘削面から
チップを引き剥がしてビノトのゲージの方に送る。

ノズルの水流は、ジェットによって特徴付けられる。こ
のジェットの特徴の一つは、ノズルのオリフィスの外径
の４〜７倍の長さを持った内部コアである。コア内にお
いて、中心線速度は実質的に出口速度に等しい。ジェッ
トのもう一つの特徴は、ジェ・７トの巾とこれに関連す
る圧力コーンであり、これはコアが全長にわたっている
場合、ノズルの外径の約２倍である。これに関しては１
９８４年９月２１日発行のＤＴＩＩ　ｌ１ｙｄｒａｕｌ
ｉｃ　Ｃｏｎ５ｕｌｔａｎｔ　Ｍ、Ｂ。

Ｆｒｉｅｄｍａｎ著“円形ノズルからの自由ジエ、２ト
の予備的解析”を参照されたい。

このジェットは、ノズルの配向によって主として決定さ
れる方向と速度を有するノズルからの水流で規定される
。前記コアは長手方向軸に関して実質的に対称的である
。このジェットは長手方向軸に垂直な巾と、これに沿う
長さとを有する。ジェットの長手方向軸上でノズルから
最も離れた点は、ジェットの衝撃点として定義される。

このジェットの衝撃点は、岩石地層へのチップの固着点
の近くに向いている。

コアの最大エネルギが発揮される場合には、ジェットの
衝撃点は図示の設計に対する対応するチップの重心の少
なくとも０．４〜０．フインチ以内に存在する。しかし
、これは限定的な要件ではない。

本発明の要旨は、積極的に即ち一点を狙って掘削流体に
よってチップを攻撃することにある。ジェットの特性と
カッタとチップとに対する関係が上述の最適範囲から全
く外れている場合も、本発明の精神と範囲内にあること
がある。事実、カッタは最適でないジェットによっても
最適なジェットによるのと殆ど同じ効果を得ることが可
能である。

勿論、最適なジェットを用い、カッタに対する最適な関
係を持つ方が好結果が期待できる。

ジェットの長手方向軸は、少なくとも一点においてチッ
プとこれに対応するカッタの掘削面との間にあることが
望ましい。

本発明は、中心とゲージを有するビットによって、地層
から掘削されたチップを除去する方法をも提供する。こ
の方法は、カッタによってチップを掘削し、該チップに
向けて水流を指向させ、該水流から前記チップに向けて
、チップを掘削するカッタから離れる方向に力を加え、
それによってカッタからチップを引き剥がす各ステップ
を含む。

この結果、ビットが団子化することなく、地層を掘削す
ることが可能に・なる。

力を加えるステップにおいて、この力はチップの重心の
近傍内の点に加えられ、これによってチップ上にトルク
が与えられる。

チップにトルクを与えるステップにおいて、このトルク
はチップに付与され、チップをカッタからゲージの方に
引き剥がす。

地層を掘削するステップにおいて、チップは少なくとも
０．７５インチの直径の円と同じ面積を有する掘削面を
具えたカッタによって掘削される。

本発明は、ビットのゲージ内に規定された少なくとも一
つのジャックスロットを具えたビット面とゲージを有す
る回転ビットの改良でもある。このジャックスロットは
、ゲージと反対側にその長さに沿って延びた複合輪郭を
有する。この複合輪郭は前記ジャックスロットの長手方
向軸に垂直な少なくとも二つの別の断面形状を有し、滑
らかな水力学的推移部が前記少なくとも二つの輪郭の間
に設けられている。この結果、ジャックスロット内の水
流は実質的に改善される。

ジャックスロットの二つの輪郭は対称的な輪郭と非対称
的な輪郭を含んでいる。

対称的な輪郭は、非対称的な輪郭よりもビット面から遠
いジャックスロット内に長手左行に形成されている。

非対処的な輪郭の少なくとも一部は、対称的な輪郭と同
じである。

本発明は、図面に示す例によって、更に詳細に説明され
よう。図において同じ部品には同じ符号が記しである。

〔実施例〕

可塑性の粘り気のある水と反応する粘土や頁岩等を掘削
するための改良された回転式ドラグビソトは、直径が０
．７５インチ以上またはこれに等しい円形の掘削面を有
する複数の大型ダイヤモンドカッタを具えている。この
好適実施例においては、カッタは１インチ以上の直径を
有する。各カッタは少なくとも一つの水流ノズルを具え
、該ノズルは対応するカッタ面に指向性を有する水流を
供給する。この指向性を有する水流は、カッタの掘削面
からチップを水力によって引き剥がすような力を、チ・
ノブに与えるように位置している。その上、この水流は
、チップに対して中心を外れたトルクを付与してカッタ
の面からチップを引き剥がし、ビットのゲージの方に向
かわせるような姿勢を有する。特に、ノズルは、ジェッ
トの特性によって決められる水流の方向と速度に特徴を
有するジェットを規定している。コアはその長手方向軸
に対して略対称的であり、その長手方向に沿う長さとこ
れに垂直な巾とを有している。ノズルから最も遠いジェ
ットの点は、地層、チップ及び／又はカッタ面に対する
ジェットの衝撃点を形成する。ジェットの長手方向軸は
、ジェットの少なくとも一部が、チップがカッタから引
き剥がされる際に、カッタ面とチップとの間に位置する
ように選ばれる。チップの水流による除去は、複合表面
を有する（Ｍ数のジャックスロットによって更に助長さ
れる。

回転ドリルビットは、１〜２インチ又はそれ以上の直径
を有する大型のダイヤモンドコンパクトスラグを具え、
そのそれぞれは少なくとも一つの水ノズルを具えている
。水流は加圧下にノズルから、対応する大型ダイヤモン
ドカッタとそれのチップの特定の点に向かって噴射され
る。特に、ノズルからの水流は、対応するカッタによっ
て掘削された岩石チップに対して所定の位置にある特定
点に集中して、最大衝撃点を形成し、力が千ノブに作用
してチップに不均衡なトルクを与え、これをダイヤモン
ドカッタから分離するようにする。

要するに、ノズルから噴射された水流の焦点はヘース又
はその近傍の点を指向し、ダイヤモンドカッタの面に対
するチップの接着個所の内側に向かう。第１図は、本発
明のビットが公知のマトリックス浸透法によって成形さ
れるのに使用されるモールドの内部平面図である。

第１図に示されているのは、ダイヤモンドビットがマト
リックス浸透法によって作製されるモールド内をのぞい
た時のビット面上の大型ダイヤモンドコンパクトカッタ
のセント状態を示す平面図である。符号１０で示される
ビットは、符号１４で示された底面上に載っている円筒
形の外面即ちゲージ１２に特徴がある。ゲージ１２内に
は複数のジャックスロット１６．１８が形成されている
。。

ジャックスロット１６は、ジャックスロット１８と異な
って均一な輪郭を有する。

第１図に図示された例では、１２ｚインチの直径を有す
るビットが示され、その中に９個の大型カッタ２１〜２
９が設けられている。図面を明瞭にするために、各カッ
タはダイヤモンドカッタを所定の位置に具えた中間断面
図で示されている。

実際は、このダイヤモンドスラグは後の段階でビットに
固定又はろう付けされ、第１図に描かれているモールド
内には見られないものである。ビット本体の鋳込み、カ
ッタ形状並びに材料、カッタの取付は法等の背景情報に
関しては、米国特許４０９８３６３　（１９７８年）“
硬中軟地層用ダイヤモンド掘削ビット”を参照されたい
。しかし、概念的把握を容易にするために、第１図は、
岩石層に向かってダイヤモンドビットを見下ろした場合
に、ダイヤモンドカッタが所定の位置にあるように描か
れている。実際上は、モールドの平面図においては、ダ
イヤモンドスラグが後にろう付けされるべきポケットが
見えるのみである。

各カッタに対応して、ノズル３１〜３９が設けられ、こ
れらは次に述べるように指向性を有する水流を供給する
。ノズル３１はカッタ２１に指向性水流を供給し、ノズ
ル３２はカッタ２２に、そして同じようにノズル３９は
カッタ２９に指向性水流を供給する。カッタ２１〜２９
の他に、複数のゲージカッタ４０がビット１０の肩とゲ
ージ内に形成されている。これは第２図に関連して以下
に説明されるが、第１図にも一部重なった状態で示され
ている。ゲージカッタ４０の第１図における図示は重な
って示されている。なぜならば、カツタは縦方向に分か
れているので、第１図では重なってしまうからである。

ジャックスロット１６〜１８の他に、ゲージ１２内には
同様に複数のコレクタ４２が設置されている。これらの
コレクタはゲージカッタ４０を清掃し冷却する機能を有
する。ゲージカッタ４０は、普通に作られた５ｔｒａｔ
ａｐａｘ又はＣｏｍｐａｘのカッタを含む。従来技術に
おいては、ゲージカッタ４０は、９通は頁岩等の可塑性
地層に使用可能な大型の一体化されたダイヤモンドコン
パクトであった。本発明においては、従来の多結晶質ダ
イヤモンド゛コンパクトビットでは主たるカッタであっ
たものが、ゲージカッタとして二次的を機能を持つに過
ぎない。

ノズル３１〜３９からの指向性を有する水流とこれに対
応するカッタ２１〜２９との関係について詳しく考察す
る前に、先ず、カッタが一つだけ図示されている第５図
を参照されたい。カッタ２４はＡｒＩ　ｘとして選ばれ
たものである。カッタ２４は１．５０インチの直径と約
０．３インチの厚さを有するタングステンカーバイドの
スラグ４４を有している。このスラグ４４の面には、一
体化されたダイヤモンドのコンパクトテーブル４６が取
付けられている。このダイヤモンドテーブル４６とスラ
グ４４は、ダイヤモンドプレスの中で製造され且つ共に
接合されたもので、南アフリカのＤｅ　Ｂｅｅｒ社から
一つのユニットとして販売されている。スラグカッタを
浸透型ビット内にろう付けすることに関する背景技術は
、Ｐｅ５ｃｈｅの米国特許４２００１５９　（１９８０
年）″カッタヘッド。

ドリルビット並びに同種の掘削工具”、特にＰｅ５ｃｈ
ｅｌの特許の第７図とこれに関連する明細書の記載を参
照されたい。ダイヤモンドテーブル４６はスラグ４４に
実質的に等しい直径を有する。

担持体４５はポケット４８内にろう付けされている。次
に、スラグ４４が担持体４５の前方のポケット４８内に
ろう付けされる。ポケット４Ｂは、底面１４の溝付き突
起である島部５０内に形成されている。現在では、Ｄｅ
　Ｂｅｅｒ社がスラグ４４とテーブル４６とを一体化さ
れたユニットとして供給している。このユニットは、約
８ｍｍ（０，３１５インチ）の長さ方向の厚さを有し、
適当な耐衝撃性と荷重強度のためには厚さが不足してい
る。従って、タングステンカーバイドで作られた約１４
ｍ園の厚さを有する担持体４５がこれにろう付は又は接
合されている。一般に、第１図に示されたカッタ２１〜
２９は、島部５０の機械仕上げされたレーキ角度によっ
て決められるダイヤモンドテーブル４６の所定のレーキ
角度を有する。しかし、第１図においては、図を判り易
くするために、各カッタ２１〜２９は中間部の断面での
み示されている。それ故、ダイヤモンドテーブル４６の
面の部分は、実際には、各カッタのレーキ角度に応じた
量だけ第１図の中間断面の線の前後に延びていることに
留意されたい。

この好適例は、担持体によってポケット内にろう付けさ
れたダイヤモンドのコンパクトディスクである。このカ
ッタは、例えば三角形、六角形。

正方形又はへ角形等の異なった形状をとることができる
。カッタは熱的に安定なダイヤモンド、又はシリコンカ
ーバイド、タングステンカーバイド。

ボロンカーバイド等のその他の材料で作られることもで
きる。ビットの製造に際し、カッタはビットに固定され
るためにビット本体と共に炉で焼かれる。ここに開示さ
れたものは、カッタの清掃と冷却のために少なくとも一
つの指向性ノズルを具えた大型カッタである。

次に、各ノズル３１〜３９からの水流の方向とこれに対
応するカッタ２１〜２９との関係について考察しよう。

特に、第１図に描かれたカッタ２４とノズル３４につい
て考察する。第１表にカッタの設置場所の概要を示す。

以下余白 第１表 ２１０．７８０　　　　３　　　１５ ２２　　１．８９　　１３５　　５　　　１３２３　　
２．９０　　２４５　　５　　　１０２４　　３．７５
　　２８　　　５　　　１０２５　　４．３９　　１５
０　　、　５　　　１１２６　　４．９８　　２７０　
　５　　　１３２７　　５．４４　　７０　　　５　　
　１５２８　　５．４４　　１９０　　５　　　１５２
９　　５．４４　　３１０　　５　　　１５上の表の場
所は、ビットを作るグラファイトのモールド内に機械加
工される位置を示す。炉での処理の後、これらの場所は
冷却時の収縮のために小さくなる。カッタ２４は、収縮
前にピントの中心から半径方向に３．７５インチの地点
にダイヤモンドテーブル４６の中間断面の中心を持って
いる。

カッタ２１の中心を任意の規準点０度とすれば、カッタ
２４の方位は２８度の角度位置で表される。

カッタ２４の面４６は半径と平行ではなく、５度の側面
レーキ（ＳＲ）を有する。換言すれば、第１図において
、カッタ２４は面４６が半径と同一線Ｆにはなく、ビッ
トの輪郭に平行な面内で反時計方向に５度だけ傾斜して
いる。同様に、図示されていないが、カッタ２４の後面
レーキ（ＢＲ）は１０度である。換言すれば、カッタ２
４のダイヤモンド面４６が三次元で示されたならば、第
１図に示すように、ビットの輪郭に垂直に１０度の回転
が観察されるであろう。

次にノズル３４についての設置場所を、第２表に基づい
て説明する。

以下余白 第２表 ３１　　　０．７７　　２４８　　２０　　１？２３２
　　　１．６０　　１０３　　２０　　６９３３　　　
２．３０　　２２５　　３５　　６７３４　　　３．２
０　　　１４　　３５　　６１３５　　　３．８９　　
１３８　　３５　　５７３６　　　４．５５　　２５９
　　３５　　５０３７　　　４．７９　　　５９　　４
０　　４８３８　　　４．７９　　１７９　　４０　　
４８３９　　　４．７９　　２９９　　４０　　４８ノ
ズル３４は、ビット１０の中心から３．２０インチだけ
半径方向に離れた場所にその中心を有する。矢印６８は
、ノズル３４の水流方向を概略的に示している。ノズル
３４の中心の方位は、第２表に角αで示されたように、
カッタ１の面の規準線から１４度の方向にある。矢印６
８で示された水流の方向のオフセット角度は、規準方向
から６１度ずれている。更に、ノズル３４は、第１図の
描かれている面に垂直な方向に３５度だけビット１０の
長手方向軸、即ち垂直軸から傾斜している。６１度のオ
フセット角とこれら二つの角度配向とが組み合わされて
、符号６６で示された地点が決まり、ここにおいて矢印
６８が地層に衝突する。地点６６はカッタ２４のダイヤ
モンド面４６のヘースに位置し、その前面にある。矢印
６８とこれに対応する地点６６の物理的意味については
後述する。

ダイヤモンド面４６に対する指向性ノズル水流は、第３
図並びに第４図を参照すると理解されよう。第３図はカ
ッタの概略平面図である。後方にあり、ダイヤモンドテ
ーブル４６に接合されている基体４４は概略平面図で示
され、チップ５６の直ぐ後ろ側は岩石層から切り出され
ている。第４図の側面図に更によく示されているように
、チ、７プ５６は符号５８で示された岩石層から剪断さ
れる。岩石層５８は粘性に冨んでいるため、チ・７ブ５
６は実質的にそのまま残り、カッタ２４のダイヤモンド
面４６を横断して上方に移動し、通常、面４６に付着し
ようとする。カッタ２４に対応するノズル３４は、指向
性水流を提供して第４図に示すようにジェット６０を形
成する。ジェット６０は、ノズル３４によって主として
決定される方向と速度を有する水流領域に特徴がある。

一般的に、コア６１はノズル３４のオリフィスの外径の
４〜７倍の寸法６２（第４図）の長さと、ノズル３４の
オリフィスの外径の約２倍の巾６４を有するジェットに
関連する圧力コーンとを有する。

トーチの火焔の頂部のように、コア６１はジェット６０
の衝撃点を形成する頂部６６を有する。更に、コア６１
はノズル３４の中心から衝撃点６６に至る長手方向軸に
対して略対称である。衝撃点６６は、対応するノズルの
オリフィスから最も遠方の主たる又は最大の力点として
の特徴を有する。

第３図に示されているように、ジェット６０の軸６８は
チップ５６の基部を指向し、衝撃点がチップ５６の基部
の近傍、好ましくはダイヤモンド面４６の下半分内に、
そしてチップ５６又は面４６の中心から外れた所に来る
ようになされている。

理想的には、衝撃点６６は、第４図に示すように、チッ
プ５６の重心７０から０．４〜０．フインチ離れた所に
存在している。これによって、第３図及び第４図に示す
ように、ダイヤモンド面４６からチップ５６を引き剥が
す力が付与される。さもなければ、チップ５６はダイヤ
モンド面４６に固着するであろう。

更に、衝撃点６６と重心７０との間のモーメントのアー
ムのために、チップ５６にはトルクが付与される傾向も
ある。従って、チップ５６は面４６から捩じり取られた
り引き剥がされたりする。

好適例においては、各カッタ上のチップ５６に付与され
るトルクは、ビット１０のゲージ１２の方へチップ５６
を剥がす作用を有する。

この特色は第２図に更に良く示されている。第２図はピ
ッ）１０の輪郭の半分の断面を表し、ビット１０の完全
一回転によって得られる輪郭上に重なったカッタ２１〜
２９の円形ダイヤモンド面４６のそれぞれを示している
。先ず、カッタ２１〜２９はビット１０の中心線からゲ
ージ１２までをカバーしていることが直ちに判る。実際
、最も外側のカッタ２７〜２９は、掘削速度と衝撃が通
常最大になるゲージ１２において３倍過剰になっている
。更に、カッタのオーバラップ密度はゲージ１２の方へ
向かって増加している。換言すれば、カッタ２１と２２
の掘削面がオーバラップするのよりも大きい割合で、カ
ッタ２６がカッタ２７〜２９の掘削面とオーバラップし
ている。

第２図はゲージ保護カッタ４０の垂直分布も示している
。完全なカッタ４０のそれぞれは、部分カッタ４０ａを
例外として、ビット１０上で３倍の過剰となっている。

この部分カッタ４０ａは完全ディスクの一部をレーザー
切断又は放電加工（ＥＤＭ）によって切断し、ゲージ１
２を形成する外側を向いた平坦な辺７４を設けてなる。

ビットｌＯ上にはカッタ４０ａが６イ圓重なっている。

カッタ４０と４０ａは積極的には岩石層を掘削しない。

これらのカッタは孔の大きさを維持するものである。こ
れらは孔の底を掘削するものではなく、従って直接的な
清掃を必要としない。

ノズル３１〜３９の指向性水流と第２図に示されたカッ
タ２１〜２９の掘削面との関係について考察する。再び
カッタ２４を取り上げる。各カッタと同じく、カッタ２
４はチップ５６の重心を通る仮想線７６と連携している
。綿７６に沿うチップ５６の重心の正確な地点は、カッ
トの深さと摩耗した後に残ったカッタの量とに依有する
。かくして、！ｌ、’ｉ７６は時間経過に対するチップ
５６の重心の軌跡を表す。同様に、カッタ２４の掘削面
上への水流ジェット６０の軸６８の突出は、仮想線７８
を規定する。第２図に示すように、ジェット６０の中心
の指標である線７８は、チップ５６の重心上の位置を表
す線７６の内側に存在する。かくして、カッタの摩耗量
並びに地層５８内へのカッタ２４の食い込み度に無関係
に、カッタ２４に対して引き剥がしトルクが与えられる
。

各カッタについて、ジェット６０の中心力の指標である
線７８はこれに対応する線７６の内側にあると言える。

第１図を参照すると、衝撃点６６はそれぞれの場合につ
いて、対応するカッタのカッタ面４６から同じ距離には
ない。これは、ノズル３１〜３９をビット１０内の限定
された空間内に設置する必要性から生じた結果であり、
このような配置は本発明の設計の特色として取り上げる
ことができる。

図示の例においては、ノズル３１〜３９はビットの面１
４の外面から交換可能である。従って、各ノズル３１〜
３９とこれらに対応するカッタとの間に充分な空間が設
けられ、ノズルの挿入と取り外しが可能であると共に、
適宜な工具を使用できるようになされている。ノズルが
恒久的に固定されていても、ビット１０の内部から取り
外し可能であっても、第１図に示されているように、衝
撃点６６と対応するカッタ面４６の間の距離の変動は起
こらないようにすることが可能である。水流は、所望に
応じてカッタとチップ５６との間のカッタ面４６に衝撃
を与えることができる。

ジャックスロットは少なくとも二つの異なった断面の輪
郭、即ちビット面から最も離れた上部における対称的な
輪郭と、その下部に沿う非対称的な輸シ５とを持つ点に
特徴を有する。この非対称的並びに対称的輪郭は滑らか
な流線形の推移曲線を有する表面によって接続されてい
る。

第１図に示されたジャックスロット１８について考察す
る。このジャックスロット１８は、掘削屑を円滑に取り
除くようにゲージ１２内に形成された細長い空洞である
。ビット面１４に最も近いジャックスロット１８の下部
において、ジャックスロット１８は第１図に点線で示さ
れている第１非対称輸郭８０に特徴を有する。面１４か
ら最も離れたジャックスロット１８の上部は、第１図に
実線で示された第２輪郭８２を有する。かくして、ジャ
ックスロット１８の中間領域にある輪郭８０と８２の間
の推移部分は、大幅に異なった輪郭８０と８２の間が円
滑な流線で接続された断面となるように接続されている
。

図示の例においては、第１輪郭８０は模型の前部領域を
有し、該領域はその底から第２輪９１！８２に等しい部
分にまで達する推移部を具えている。

輪郭８０は倒立してもよく、即ち全深さに達する前部領
域からこれに続く模型の領域に推移するような形状であ
ってもよく、これも本発明の範囲内である。更に、第１
図に示す輪郭８０．８２の他に、公知の全てのジャック
スロットの輪郭を使用することも可能であり、又これの
種々の組み合わせも可能である。同様に、長手方向にお
ける前記領域の位置関係の逆転可能である。例えば、非
対称的な輪郭８０がジャンクスロッ）１８の上部区域を
特徴付け、一方、対称的な輪郭８２がビット面１４近傍
の下部区域を特徴付けることもできる。

本発明による輪郭８０．８２によって形成された複合表
面が使用された場合には、長さ方向にわたって一つの輪
郭を有する従来のジャックスロットにおいて観察された
ような逆流、乱流、不安定な流れ、渦流等は防止される
か、又は少なくとも実質的に消失する。

本発明の精神と範囲から逸脱することなく、当業者によ
って多くの変形や代替がなされることは明らかである。

従って、以上の説明に使用された例はあくまでも例示の
ためのものであり、本発明を限定するものではなく、本
発明は特許請求の範囲に規定される事項によってのみ限
定される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を組み入れたマトリックスビットを作製
するためのモールドの内側の平面図、第２図は第１図に
示すモールドによって作製されるビットの概略断面図、
　　゛ 第３図は第１図及び第２図に描かれたカッタ面並びに単
一のカッタのチップに関する水流の方向の１既略、 第４図は第３図のがいりこく側断面図、第５図は第１図
〜第４図に示された一つのカッタの斜視図である。 １０・・−ビット、１２−ゲージ、１４−・・ピント面
、１６．１８−・−ジャックスロット、 ２１〜２９−・カッタ、　　３１〜３９−ノズル、４０
−ゲージカッタ、　４４−スラグ、４５・・−担持体、
　４６−・ダイヤモンドテーブル、４８−ポケット、　
　　　５０−・島部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、可塑性の地層を掘削するための回転型ビットの改良
   であって、 少なくとも一つのカッタが少なくとも１インチの直径を
   有する円形の大型ダイヤモンド掘削面を有し、各カッタ
   が前記地層からチップを掻き取るように構成された複数
   の多結晶質ダイヤモンドカッタと、 前記大型カッタに対して指向性を有する水流を供給する
   少なくとも一つのノズルとを具え、前記ノズルから供給
   される水流は、前記大型カッタによって掻き取られた前
   記チップに力を付与するように配置されると共にこれに
   適した形状を有し、この力によって前記カッタの掘削面
   から前記チップを引き剥がすように構成され、 これによって、前記ビットが団子化する傾向を最小にし
   ながら粘性を有する前記地層を掘削する回転型ビットの
   改良。 ２、前記ビットが複数の前記大型カッタと複数の前記ノ
   ズルとを具え、少なくとも一つのノズルが前記各大型カ
   ッタに対して設けられ、且つ各カッタの掘削面に対して
   前記指向性を有する水流を供給する特許請求の範囲第１
   項に記載された改良。 ３、前記ノズルが、前記大型カッタの前記掘削面に対し
   て、前記チップの重心の近傍の点に前記水流を指向させ
   る特許請求の範囲第１項に記載された改良。 ４、前記ノズルが、前記大型カッタの前記掘削面に対し
   て、前記チップの重心の近傍の点に前記水流を指向させ
   る特許請求の範囲第２項に記載された改良。 ５、前記ビットが中心とゲージとを有し、前記ノズルが
   、前記大型カッタの前記掘削面に対して、前記チップの
   重心の近傍の、前記ビットに関して前記チップの重心の
   半径方向の内側の点に前記水流を指向させ、前記チップ
   にトルクを付与してこれを前記大型カッタの掘削面から
   引き剥がして前記ビットのゲージの方へ送るようにした
   特許請求の範囲第３項に記載された改良。 ６、前記ノズルが、前記大型カッタの前記掘削面に対し
   て、前記チップの重心の近傍の、前記ビットに関して前
   記チップの重心の半径方向の内側の点に前記水流を指向
   させ、前記チップにトルクを付与してこれを前記大型カ
   ッタの掘削面から引き剥がして前記ビットのゲージの方
   へ送るようにした特許請求の範囲第４項に記載された改
   良。 ７、前記ノズルの指向性を有する水流がジェットに特徴
   を有し、該ジェットは前記ノズルによって主として決定
   される方向と速度とを有する水流によって形成され、前
   記ジェットは長手方向軸に関して実質的に対称的なコア
   を有し、前記ジェットは前記長手方向軸に垂直な巾と前
   記長手方向軸に沿った長さとを有し、前記ノズルから最
   も離れた前記ジェットの長手方向軸上の点がジェットの
   衝撃点を形成し、該衝撃点は前記岩石層に対する前記チ
   ップの固着個所の近傍に存在している特許請求の範囲第
   １項に記載された改良。 ８、前記ノズルの指向性を有する水流がジェットに特徴
   を有し、該ジェットは前記ノズルによって主として決定
   される方向と速度とを有する水流によって形成され、前
   記ジェットは長手方向軸に関して実質的に対称的なコア
   を有し、前記ジェットは前記長手方向軸に垂直な巾と前
   記長手方向軸に沿った長さとを有する圧力コーンを有し
   、前記ノズルから最も離れた前記ジェットの長手方向軸
   上の点がジェットの衝撃点を形成し、該衝撃点は前記岩
   石層に対する前記チップの固着個所の近傍に存在してい
   る特許請求の範囲第２項に記載された改良。 ９、前記ジェットの衝撃点が、対応するチップの重心の
   ０．４〜０．７インチ以内に存在している特許請求の範
   囲第７項に記載された改良。 １０、前記コアの長さが、前記ノズルのオリフィスの外
   径の４〜７倍である特許請求の範囲第８項に記載された
   改良。 １１、前記圧力コーンの巾が前記ノズルのオリフィスの
   外径の約２倍である特許請求の範囲第８項に記載された
   改良。 １２、前記ジェットの長手方向軸が、前記チップとこれ
   に対応するカッタの掘削面との間の少なくとも一点を通
   る特許請求の範囲第７項に記載された改良。 １３、中心とゲージとを具えたビットによって地層から
   チップを掻き取って除去する方法であって、重心を有す
   る前記チップをカッタによって掻き取り、 前記チップの方へ指向性を有する水流を供給し、前記チ
   ップを掻き取るカッタに向かう水流によって前記チップ
   に力を加え、これによってカッタからチップを引き剥が
   し、 これによって前記ビットを団子化する危険性を回避して
   、前記地層を掘削する各ステップを含む方法。 １４、前記力を加えるステップにおいて、前記チップの
   重心の近傍の点に力が加えられ、これによって前記チッ
   プ上にトルクを発生させる特許請求の範囲第１３項に記
   載された方法。 １５、前記チップにトルクを付与するステップにおいて
   、前記トルクが前記チップに付与されて前記カッタから
   チップが引き剥がされてゲージの方へ送られる特許請求
   の範囲第１４項に記載された方法。 １６、前記チップが、少なくとも３／４インチの直径の
   円に等しい面積を有する掘削面を有するカッタによって
   掻き取られる特許請求の範囲第１３項に記載された方法
   。 １７、ビット面とゲージとを具えた回転型ビットの改良
   であって、 少なくとも一つのジャックスロットが前記ビットのゲー
   ジ内に形成され、前記ジャックスロットはその長手方向
   の辺が前記ゲージと反対側にある複合輪郭を有し、該複
   合輪郭は前記ジャックスロットの長手方向軸に垂直な異
   なった断面形状を有する少なくとも二つの部分を具え、
   前記両輪郭の間は滑らかな推移曲線で接続され、 これによって、前記ジャックスロット内の水流が実質的
   に改善される回転型ビットの改良。 １８、前ジャックスロットの両輪郭が、対称部分と非対
   称部分とを具えている特許請求の範囲第１７項に記載さ
   れた改良。 １９、前記非対称輪郭が、前記対称輪郭よりも、前記ジ
   ャックスロット内の前記ビット面の近くに存在している
   特許請求の範囲第１８項に記載された改良。 ２０、前記非対称輪郭の少なくとも一部が、前記対称輪
   郭と同一である特許請求の範囲第１９項に記載された改
   良。