KR20000016290A - 인덱싱 충격 드릴링 비트 - Google Patents

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KR20000016290A
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Abstract

드릴 동작 중에 처크와 드릴 비트를 선택적으로 결합 및 결합해제를 시키기 위해 클러스터 드릴 조립체의 일 파트를 형성하는 충격식 다운 홀 드릴의 전방 단부 내로 삽입되는 처크 및 드릴 비트 조합체는, 제 1 정지위치에서 서로 중첩 결합하는데 이용되고 부가로 제 2 정지 위치에서 서로 결합해제하는데 이용되는 스플라인 및 홈을 각각 가지는 비트 및 처크를 구비하며, 여기서 비트는 회전 운동으로부터 억제를 받지만 제 1 정지 위치에서의 축 이동성과 제 2 정지 위치에서의 축 및 회전 이동성은 있어서, 최대 보어홀 직경을 유지하도록, 드릴 중앙선의 양호한 위치 선외부에 비트의 게이지 드릴링 버튼이 위치하도록 비트의 자동 인덱싱을 제공하는 것이다.

Description

인덱싱 충격 드릴링 비트
비회전 드릴을 사용하는 클러스터 드릴이 갖는 일반적인 문제는 각각의 개별적 드릴에 한 개 또는 두 개 버튼만으로 홀의 게이지를 일단의 드릴이 절단한다는 것이다. 그 결과로는, 게이지 버튼의 밀집도가 필요한 만큼 크지 않고 드릴링 장치의 게이지 마모가 연마 형성물을 매개로 급하게 발생한다는 것이다. 고정된 비트와 상관된 게이지 마모 문제를 해결하는 방식으로, 홀 벽에 각각의 드릴 위에 게이지 버튼의 노출된 둘레를 청소하는 회전 비트가 개발되어져 있는 것이 있다. 각각의 비트는 그 각각의 드릴 내에서 회전하며, 가능한 많은 버튼을 가지는 게이지를 노출 절단하는 것이다. 그런데, 회전 비트 장치가 갖는 일반적인 문제는 이들이 하이 토오크 장착을 필요로 하고 그리고 반경방향 비틀림 베어링 마모를 받기가 쉬운 것이라는 것이다. 회전 및 축 비트 베어링의 교체 및 서빙용으로 설치되는 서비스 비용에 더해지는 적절한 토오크를 로터리 헤드에 설치하는데 소요되는 비용은 엄두를 못낼 만큼 엄청난 것이다.
상기 단점이 현재 클러스터 드릴 비트 및 처크 조합체에 있는 것으로 알려져 있는 것이다. 따라서 본원은 상기 단점을 한 개 이상 극복하는 종래 장치를 일층 개량시킨 것 양호한 것이며, 이하에 기술되는 잇점이 있는 클러스터 드릴 비트 및 처크 조합체를 제공하는 것이다.
본 발명은 충격식 다운 홀 드릴, 특정하게는 클러스터 드릴(cluster drill)을 형성하도록 함께 한 벌로 이루어진 다수 드릴을 이용하는 적용물에 사용되는 다운 홀 드릴 비트 및 처크 조합체(a down-the-hole drill bit and chuck combination)에 관한 것이다. 이러한 드릴링 장치의 예는 쿠르트(Kurt)의 미국 특허 제 5,174,390호 및 4,729,439호에 기재되어 있는 것이 있다.
도 1 은 본 발명에 따르는 클러스터 드릴을 종 방향으로 부분 단면하여 나타낸 도면.
도 2 는 본 발명에 따르는 클러스터 드릴의 하부 단부를 개략적으로 나타낸 평면도.
도 3 은 가상선으로 나타낸 드릴 비트가 있는 본 발명의 드릴의 전방 단부와, 제 1 정지 위치에 비트를 나타내는 중앙선의 좌측과, 제 2 정지 위치에 비트를 나타내는 중앙선의 우측을 종방향으로 나타내는 단면도.
도 4 는 비트 스플라인의 정상부에 둥근 홈 면을 나타내는 본 발명의 드릴 비트의 파트를 종 방향으로 나타내는 도면.
본 발명은, 드릴 가공 작업동안에 상기 처크 및 드릴 비트를 선택적으로 결합 및 결합해제하는 충격식 다운 홀 드릴의 케이싱 부재의 전방 단부 안으로 삽입되는 처크 및 드릴 비트 조합체에 있어서: 상기 처크 및 드릴 비트 조합체는, 케이싱 부재 내로 삽입되는 처크와; 처크 내로 삽입되는 드릴 비트와; 제 1 및 제 2 정지 위치 사이에서 비트의 축 방향 이동을 허용하면서 처크 내에 드릴 비트를 보유하는 수단을 포함하며; 처크와 비트 각각은 제 1정지 위치에서 서로 중첩 결합하고 부가로 제 2정지 위치에서 서로 결합해제하는 스플라인과 홈을 각각 가지며, 비트는 제 1 정지 위치에서의 축 이동과 제 2 정지 위치에서의 양축 및 회전 운동하는 것을 제외한 회전운동으로부터 억제되고; 비트는 최대 보어홀 직경을 유지하기 위한 다수의 내연마성 게이지 버튼이 내재된 외부 둘레부가 있는 헤드를 가진 것이다.
상술된 본 발명을 첨부 도면과 관련하여 이하에 설명한다.
도 1 은 본 발명에 따르는 클러스터 드릴을 종 방향으로 부분 단면하여 나타낸 도면이다. 클러스터 드릴(1)은 드릴 스트링(도시 않음)에 접속된 상부 단부(7)를 가진 원통형 케이싱(5)에 다수의 개별적 실외 충격식 드릴(2, 3)의 조립체에 의해 둘러싸여진 중앙 충격식 드릴(2)을 구비하고, 상기 케이싱(5)은 상기 충격식 드릴(3)을 전체적으로 둘러싼다. 공지된 바로서, 각각의 드릴(2, 3)을 개별적으로 동작시키는 압력 유체가 제공된다.
각각의 개별 드릴(3)은 다수의 연마성 드릴 버튼을 지닌 드릴 헤드(9)를 가진다. 드릴 보어홀(도시 않음)과 접촉하고 최대 보어홀 직경을 유지시킬 목적이 있는 게이지 버튼(24)이 드릴 헤드(9)의 외부 둘레부(22) 둘레에 원형 형태로 정렬 배치된다.
도 3 및 도 4에는, 종래의 다운 홀 드릴의 케이싱(32)의 전방 단부 내로 삽입되는 개별 비트(30)를 나타낸 도면이다. 비트(30)는 후술되는 바로서 제 1 및 제 2 정지 위치 사이에서 처크(34) 내에서 축 방향으로 활주 가능한 것이다. 공지된 바로서, 피스톤(36)은 드릴을 전진시키어 비트(30)를 타격하도록 왕복운동 한다.
비트(30)는 스플릿 보유 링(38)에 의해 케이싱(32) 내에 유지된다. 비트(30)는 생크 부분(40), 일 단부에 헤드 부분(42) 및 대향측 단부에 유지 어깨부(44)를 구비한다. 헤드 부분(40)에는 상술한 바와 같이 게이지 버튼(24)이 있다. 생크(38)는 드릴 중앙선(48)에 대한 제 1 직경부(46)를 가진 보유 어깨부(44)에 상부 단부까지 이어진다. 보유 어깨부(44)는 제 1 정지 위치를 제공하며 처크(34)에 비트(30)를 유지하도록 스플릿트 링(38)과 접촉하는데 이용된다. 비트 헤드(42)에 인접하여 있는 비트 구동 어깨부(52)는, 비트(30)가 제 2 정지 위치를 제공하며, 보어홀 하부와의 접촉 시에, 처크(34)의 전방 단부(54)에 대하여 안착되는 것이다.
보유 어깨부(44)에 인접한 외부 면(62)에 생크 부분(40)에 있는 환형상 절결 홈(6)은 중앙선(48)에 대한 제 2 직경부(64)를 가지고, 제 2 직경부(64)는 제 1 직경부(46)보다 작은 것이다. 환형상 절결부(60)는 후술되는 목적용으로 제 1 및 제 2 정지 위치와의 사이에 비트(30)의 축 이동을 허용하는 거리로 생크(40)를 축 방향으로 따라서 연장되는 것이다.
비트 생크 부분(40)에는 다수개의 교체식으로 이격진 축 방향 연장 비트 스플라인(66)과 홈(68)이 그 외부 면(62)에 형성된다.
처크(34)에는 다수개의 교체식으로 이격진 축 방향 연장 처크 스플라인(72)과 홈(74)이 형성된 내부 원주둘레 면(70)이 있다.
중앙선(48)의 우측으로, 도 3에 도시된 바로서, 비트(30)가 제 1 정지 위치에 있어서 비트(30)의 스플라인(66)과 홈(68)이 도면 번호 '80'으로 둘러싸인 겹침 지역에 처크(34)의 홈(74)과 스플라인(72)을 중첩 결합하고, 비트(30)는 축 이동성을 제외한 회전 운동으로부터 억제를 받는다. 제 1 정지 위치에서는 예를 들어 드릴링 작업에서의 실질 드릴링 상태 동안에 비트(30)의 면(82)이 보어홀의 하부와 접촉상태에 있게 된다.
중앙선(48)의 좌측으로, 도 3에 도시한 바와 같이, 비트(30)는 스플리트 링(38)과 보유 어깨부(44)와의 사이에 접촉을 일으키도록 하 방향으로 강하되는 비트(30) 상태로 제 2 정지 위치에 있으며, 비트(30)의 스플라인(66)과 홈(68)은 2세트의 스플라인과 홈과의 사이에 도면 번호 '80'으로 둘러싸인 자유 공간 틈을 남기고 처크(34)의 홈(74)과 스플라인(72)으로부터 축 방향으로 이격진다. 이러한 병렬 배치에서, 비트(30)는 양축 및 회전 운동을 할 수 있는 것이다. 제 2 정지 위치는 드릴이 동작 중에 보어홀 하부(도시 않음)로부터의 접촉부를 이탈하여 상승되는 위치이다. 드릴이 드릴링 위치 안으로 하 방향으로 다시 하강되면, 처크(34)의 스플라인(72)과 홈(74)은 후술되는 바와 같이 중앙선(48)에 대한 최대 선외 위치에 게이지 비트(24)를 위치시키고 또한 비트(30)의 회전 운동을 억제하도록 비트(30)를 랜덤하게 인덱스하는 비트(30)의 스플라인(66)과 홈(68)과 결합한다. 이러한 랜덤 인덱싱은 드릴링 주기 이상의 게이지 버튼(24)의 균일한 마모를 보장한다.
다수의 개별적 드릴(3)이 클러스터 드릴(1)로의 조립 시에는, 최대 보어홀 직경을 유지하도록, 제 1 정지 위치에 비트(30)가 있으면, 게이지 버튼(24)은 도 1 및 도 2 에 나타낸 바와 같이 클러스터 드릴 중앙선(49)에 대한 최대 선외 위치에서 케이싱(5)의 외경 너머로 배치되게 된다. 이것은 먼저 케이싱(5)의 외경에 인출되는 도 2에 도시된 접선(88)에 각각의 처크(34)의 스플라인(72)이 있도록 케이싱(5)에 대한 위치에서 각각의 실외 드릴(3)을 고착시키어 이루어지는 것이다. 두 번째, 게이지 버튼(24)은 각각의 비트 스플라인(66) 밑에 축 방향으로 정렬 배치되는 것이다. 처크(34)와 비트(30)의 스플라인(66, 72)의 결합 시에, 게이지 버튼(24)이 클러스터 케이싱(5)의 중앙선(49)에 대한 최대 선외 위치에서 자동적으로 배치되는 것이 보장되도록, 적어도 일개의 게이지 버튼(24)이 비트 스플라인(66) 당 적어도 1개 게이지 버튼(24)에 위치하도록 각각의 드릴 중앙선(48)에 대하여 각이지게 정렬 배치된다. 다르게는, 2개 이상의 게이지 버튼(24)의 클러스터가 각각의 비트 스플라인(66)에 정렬되는 헤드(9)의 둘레(22)에 배치되어, 둘레(22)에서의 최대 게이지 버튼 밀도를 보장한다.
드릴 작업 동안에 결합되는 스플라인(66, 72)과 홈(68, 74)의 전체 길이는 제 1 및 제 2 정지 위치 사이에서 비트(30)에 이용 가능한 전체 강하 량보다 약간 작어야 한다. 양호하게는 2인치 비트 강하용으로 스플라인(66, 72) 사이에 길이 차는 1/2인치인 것이다. 이것은 비트(30)가 스플라인(66, 72)의 결합해제 지점에 강하 시에 드릴이 양호하게 정지 동작이 되고 비트(30)가 드릴 작업 동안에 스플라인 결합부를 벗어나지 않게 보장하는 것이다.
스플라인(66, 72)이 비트의 제 1 정지 위치로의 하 방향 강하 시에 서로 간의 결합을 보장하도록, 처크(34)의 대응 홈(74)내로 각각의 스플라인(66)의 유도 단부를 안내하도록 둥그런 면(90)(도 4)이 각각의 비트 스플라인(66)의 하부 단부에 설치하는 것이 좋다. 다르게는, 둥그런 면이 처크 스플라인(72)의 상부 단부에 제공될 수 있다.

Claims (6)

  1. 드릴 작업 중에 처크와 드릴 비트를 선택적으로 결합 및 결합해제하는 충격식 다운 홀 드릴의 케이싱 부재의 전방 단부 내로의 삽입용 처크 와 드릴 비트 조합체에 있어서, 상기 처크 와 드릴 비트 조합체는:
    (a)케이싱 부재 내로의 삽입용 처크와;
    (b)상기 처크 내로의 삽입용 드릴 비트와;
    (c)제 1 및 제 2 정지 위치 사이에서 비트의 축방향으로의 이동을 허용하면서 처크 내에 드릴 비트를 보유하는 수단을 포함하며;
    (d)상기 비트 및 처크 각각은, 제 1 정지 위치에서 서로 중첩 결합하고 그리고 부가로 제 2 정지 위치에서 서로 결합해제 하는 스플라인 과 홈을 구비하고, 비트는 회전운동으로부터 억제되지만 상기 제 2 정지 위치에서 양축 및 회전운동성이 있으며 제 1 정지 위치에서 축 방향 이동성이 있으며;
    (e)상기 비트는 최대 보어홀 직경 보유를 하는 다수의 내연마성 게이지 버튼을 함유한 외측 둘레를 가진 헤드를 구비하는 것을 특징으로 하는 처크 및 드릴 비트 조합체.
  2. 제 1 항에 있어서, (a)다수개의 교체식으로 이격진 축방향 연장 처크 스플라인 및 홈을 형성하는 내부 원주 둘레 면을 가진 처크와;
    (b)상기 제 2 정지 위치에서 서로 결합해제하는데 사용되고 상기 제 1 정지 위치에서 서로 중첩 결합하는데 사용되는 비트 스플라인 및 홈과 처크 스플라인 및 홈이며, 다수개의 교체식으로 이격진 축 방향 연장 비트 스플라인 및 홈을 형성하는 외부 면이 있는 생크를 가진 비트와;
    (c)게이지 버튼이 비트 홈과 스플라인에 대하여 드릴 중앙선 둘레에 각지게 배치되어 제 1 정지 위치에서 1개 이상의 게이지 버튼이 각각의 비트 스플라인에 축 방향으로 정렬 배치되며, 다수개의 드릴링 게이지 버튼이 있는 외부 둘레를 가진 비트 헤드를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 처크 및 드릴 비트 조합체.
  3. 제 2 항에 있어서, (a)제 1 거리로 축선 길이부를 연장하며 형성된 처크 스프라인 및 홈과;
    (b)제 2 거리로 축선 길이부를 연장하며 형성된 비트 스플라인 및 홈과;
    (c)중첩 결합되는 병렬 위치에 처크 및 비트 스플라인과 홈을 배치시키는 상기 제 1 정지 위치와;
    (d)축선 방향으로 이격 분리되는 결합해제 병렬위치에 처크 및 비트 스플라인과 홈을 위치 설정하는 제 2 정지 위치를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 처크 및 드릴 비트 조합체.
  4. 제 3 항에 있어서, (a)보유 어깨부는 제 1 정지 위치를 제공하는 처크에 비트를 보유하도록 케이싱에 스플리트 링과 접촉하는데 이용되며, 드릴 중앙선에 대한 제 1 직경부를 가진 보유 어깨부에 상부 단부에서 마감되는 생크를 구비하는 비트를 부가로 포함하며;
    (b)보유 어깨부에 인접한 생크 외부 면에 환형상 절결 홈은, 드릴 중앙선에 대해서, 제 1 직경부보다 작은 제 2 직경부를 구비하고;
    (c)비트 헤드에 인접 위치된 비트 구동 어깨부는, 상기 비트가 제 2 정지 위치를 제공하는 보어홀 하부와 접촉할 시에, 상기 처크의 전방 단부에 대항하여 안착되는데 이용되며;
    (d)상기 환형상 절결 홈은 제 1 및 제 2 정지 위치 사이에서의 비트의 축 방향 운동을 허용하도록 생크를 따라서 축 방향 거리를 연장하는 것을 특징으로 하는 처크 및 드릴 비트 조합체.
  5. 제 4 항에 있어서, (a)상기 비트가 제 2 정지 위치로부터 제 1 정지 위치로 축선 방향으로 이동할 시에, 비트 스플라인과 홈이 결합되는 병렬 위치로 처크 스플라인과 홈을 향하게 하는 수단을 비트 스플라인에서 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 처크 및 드릴 비트 조합체.
  6. 케이싱이 전체적으로 각각의 드릴용으로 압축 유체를 공급하는 수단과 충격 드릴을 둘러싸고, 드릴 스트링에 접속된 상부 단부를 가진 원통형 케이싱에 다수개의 개별적 충격 드릴 조립체를 구비하는 클러스터 드릴에 있어서:
    (a)처크 및 비트 조합체가, 드릴 작업 중에 상기 드릴 비트 및 처크와 선택적으로 결합 및 결합해제를 이루도록 각각의 개별적 충격 드릴의 케이싱 부재의 전방 단부 내로 삽입되며;
    (b)상기 처크는 케이싱 부재 내로의 삽입용으로 이용되고, 다수개의 교체적으로 이격진 축선 방향 연장 처크 스플라인 및 홈을 형성하는 내부 원주 둘레 면을 구비하고;
    (c)상기 드릴 비트는 상기 처크 내로의 삽입용으로 이용되고;
    (d)처크 내에 드릴 비트를 보유하는 수단은, 제 1 및 제 2 정지 위치 사이에서 축 방향으로 비트가 이동하는 것을 허용하며;
    (e)상기 비트는 다수개의 교체식으로 이격진 축 방향 연장 비트 스플라인과 홈을 형성하는 외부 면이 있는 생크를 구비하고, 상기 비트 스플라인 및 홈 그리고 처크 스플라인 및 홈은 제 1 정지 위치에서 서로 대응하여 결합되고 부가로 제 2 정지 위치에서 서로로부터 결합해제하는데 이용되어, 상기 비트가 회전 운동으로부터는 억제되지만 제 1 위치에서의 축 이동성과 제 2 정지 위치에서의 축 및 회전 이동성이 있으며;
    (f)상기 비트는 다수개의 내연마성 버튼이 있는 외부 둘레부를 가진 헤드를 구비하고, 상기 버튼은 비트 홈과 스플라인에 대한 각진 위치로 있어서, 적어도 한 개의 드릴링 버튼이 상기 제 1 정지 위치에서 클러스터 드릴 케이싱 부재의 직경방향 외측부에 배치되어, 최대 보어홀 직경을 유지하는 것을 특징으로 하는 클러스터 드릴.
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