NO153742B - Rotasjons-borkrone. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en rotasjons-borkrone for boring av hull i grunnen, omfattende en hoveddel som kan tilkoples roterende drivorganer, hvilken hoveddel er utstyrt med et antall, fortrinnsvis to, koniske skjæreruller montert dreibart opplagret i armer på hoveddelen, et innvendig hulrom for til-føring av borefluid under trykk, samt spyledyser og sugedyser som via kanaler er forbundet med hulrommet slik at spyledysene er innrettet til å avgi fluidstråler med en komponent orientert i borkronens fremdriftsretning, og sugedysene er innrettet til å avgi fluidstråler hovedsakelig i retning motsatt borkronens fremdriftsretning.

Som eksempler på teknikkens stilling på området kan nevnes GB patentskrifter 1 477 069, 872 076 og 1 049 843 samt US patentskrifter nr. 2 776 115 og 3 111 179.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en borkrone av den innledningsvis nevnte art hvis konstruksjon medfører en mer effektiv rensing av borkronen og hullbunnen,

og følgelig til en ytterligere øking av borkronens effektivitet.

Dette formål oppnås i første rekke ved at hver skjærerulle er tilknyttet et par dyser bestående av en spyledyse og en sugedyse, idet de respektive dysepars åpninger er beliggende på motsatte sider av et plan gjennom borkronens akse og omdreiningsaksen til de respektive dysepars tilhørende skjærerulle, og idet aksen til spyledysens stråleåpning danner en vinkel på minst 20° med nevnte plan, og er slik orientert at ved bruk spyles borehullbunnen med borefluid i det område der bunnen berøres av skjærerullens skjæreorganer.

Ovennevnte, samt ytterligere trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av følgende beskrivelse i sammenheng med tegningen som viser eksempler på en borkrone ifølge oppfinnelsen med to skjæreruller, og hvor: Figur 1 viser et perspektivriss av borkronen ifølge foreliggende oppfinnelse, Figur 2 er en skjematisk illustrasjon av borkronen i et borehull,

Figur 2A er et grunnriss sett nedenfra av borkronen

ifølge utføringsformen av oppfinnelsen vist på fig. 1 og 2,

og

Figur 3 er et grunnriss sett nedenfra av en alternativ utføringsform av borkronen ifølge oppfinnelsen. Figur 1 og 2 viser en borkrone bestående av en hoveddel 1 forsynt med to armer hvorav bare én, armen 2, er vist på tegningen, hver av hvilke armer bærer en konisk skjærerulle, hhv.' 3 og 3a. Skjærerullen 3, 3a er dreibart montert på ikke viste rullelagre, hvis akser danner en vinkel med borkronens vertikal-akse. Skjærerullene kan være av kjent type og omfatte tenner som vist på tegningen, eller hvilke som helst andre skjæreorganer som er istand til å skjære og oppsmuldre grunnen i bore-nivået.

Borkronen er ved sin øvre del 4 gjenget for tilkopling av borkronen til en borkroneholder 5 for omdreining av borkronen. Borkroneholderen kan ved rotasjonsboring utgjøres av borestrengen. Dersom borkronen er direkte tilkoplet en rotasjonsmotor nede i borehullet, kan borkroneholderen utgjøres av rotoren til denne motor.

I borkrone-hoveddelen 1 er utformet et hulrom 6 som står

i direkte forbindelse med den indre boring i borestrengen.

Borkronen omfatter, for hver av skjærerullene 3 og 3a, spylemidler og avledingsmidler for bortføring av det kaksinneholdende borefluid.

Spylemidlene til skjærerullen 3 omfatter en kalibrert dyseåpning 7 som via en kanal kommuniserer med hulrommet 6. Denne åpning 7 er anordnet så nær skjærerullen 3 som mulig og slik at berøringssonen mellom skjærerullen 3 og hullbunnen får effektiv spyling. Åpningen er fortrinnsvis slik plassert at fluidstrålen som avgis fra åpningen har en komponent i borkronens fremdriftsretning og en komponent parallelt med hullbunnen orientert i samme retning som skjærerullens 3 bevegelses-retning i den sone hvor rullen berører hullbunnen.

Vinkelen a mellom aksen Y'Y til den kalibrerte åpning 7 og planet X'X som dannes av borkronens akse og skjærerullens omdreiningsakse kan anta en verdi på minst 20°. Prøver utført på en torullskrone har gitt utmerkede resultater med en vinkel a nær 60 .

For å sikre god spyling av berøringssonen mellom skjærerullen 3 og hullbunnen er aksen Y'Y til den kalibrerte åpning 7 beliggende i et plan nær mellomplanet til den teoretiske be-røringslinje 12 mellom skjærerullen 3 og hullbunnen. Dette mellomplan danner en rett vinkel med ovennevnte plan X'X.

Den kalibrerte åpning 7 kan ha sirkulær form som vist i fig. 2A, men har fortrinnsvis, som vist i fig. 3, form av en sliss hvis største dimensjon er parallell med ovennevnte linje 12, dvs. parallell med skjæringslinjen mellom nevnte plan gjennom dysens tilhørende skjærerulle 3, 3a og borehullbunnen.

Suge- eller avledingsmidlene utgjøres av minst én kalibrert åpning 8 som kommuniserer med hulrommet 6. Denne åpning er beliggende på motsatt side av skjærerullen 3 i forhold til åpningen 7 og slik konstruert at det utstrømmende fluid under drift av borkronen danner en avledingsstråle som strømmer inn i ringrommet 11 mellom borestrengen 5 og borehullet i en retning som har en komponent orientert i retning motsatt borkronens fremdriftsretning. Denne avledningsåpning befinner seg i en avstand L fra hullbunnen som er minst lik høyden H av skjærerullen 3, målt parallelt med borkronens fremdriftsretning .

Som det fremgår av figur 2 etableres kommunikasjonen mellom de kalibrerte åpninger 7 og 8 samt hulrommet 6 gjennom pro-filerte kanaler henholdsvis 9 og 10, slik at trykkfall i fluid-strømmen minskes til et minimum, idet disse kanaler er tangen-tielt forbundet med veggen i hulrommet 6.

Under drift av borkronen strømmer fluidet ut gjennom den kalibrerte åpning 7 for spyling av borehullbunnen på skjærerullens 3 aktive parti og fører bort formasjonspartikler som løsrives av skjæreorganene. Det kaksinneholdende fluid føres så umiddelbart inn i ringrommet 11 under påvirkning av under-trykket som dannes på grunn av fluidstrålen gjennom åpningen 8 (se fig. 2) .

Forsøk har vist at denne konstruksjon ikke bare medfører god avkjøling av borkronen, men også effektiv rensing av borkronen, hurtig utspyling av hullbunnen og fullstendig fjerning av borekakset i løpet av meget kort tid. Derved oppnår man en vesentlig øking av borkronens effektivitet, sammenliknet med tidligere kjent verktøy med en sugevirkning på borefluid inne-holdende borekaks.

Tegningen viser en borkrone med to skjæreruller 3 og

3a. Som vist på figurene er hver skjærerulle 3 eller 3a tilknyttet to dyser, hvorav den ene er en spyledyse 7 eller 7a, mens den andre er en suge- eller avledningsdyse 8 eller 8a av kaksmedbringende fluid F, Fa (dysepar 7-8 for rullen 3, dysepar 7a - 8a for rullen 3a).

Ved borkronen ifølge oppfinnelsen er dysene, som vist på fig 2A og 3, fordelt symmetrisk rundt borkronens akse, med vekselvis en spyledyse 7, 7a og en avledningsdyse 8, 8a hver gang man passerer et plan gjennom borkronens rotasjonsakse og aksen til en rulle i retning motsatt rotasjonen, hvilket til-later borefluidet å strømme utelukkende fra spyledysen 7 mot avledningsdysen 8, under passering av alle skjæreorganene på rullen 3 og fra spyledysen 7a mot avledningsdysen 8a, under passering av alle skjærelementene på rullen 3a.

Selv om tegningene som eksempler viser borkroner med to skjæreruller skal det forstås at oppfinnelsen kan anvendes uavhengig av antall ruller, idet hver rulle utstyres med spylemidler og suge- eller avledningsmidler, adskilt fra spyle- og avledningsmidlene til de andre rullene.

Endringer kan utføres uten å avvike fra oppfinnelsens ramme. F.eks. kan de kalibrerte åpninger bestå av utskift-bare dyser, idet operatøren velger diameteren til slike dyser i avhengighet av operasjonsforholdene. Kanaler såsom kanalene 9 og 10 kan enten utformes direkte i borkronens hoveddel eller de kan bestå av separate elementer som er løsbart festet til borkronens hoveddel eller fast montert til denne.

Ytterligere sugeorganer for kaksmedbringende borefluid, som f.eks. kan omfatte en venturi, kan være plassert over hver sugestråle.

Claims (4)

1. Rotasjons-borkrone for boring av hull i grunnen, omfattende en hoveddel (1) som kan tilkoples roterende drivorganer (5), hvilken hoveddel er utstyrt med et antall, fortrinnsvis to, koniske skjæreruller (3, 3a) montert dreibart opplagret i armer på hoveddelen, et innvendig hulrom (b) for tilføring av borefluid under trykk, samt spyledyser (7, 7a) og sugedyser (8, 8a) som via kanaler er forbundet med hulrommet (6) slik at spyledysene (7, 7a) er innrettet til å avgi fluidstråler med en komponent orientert i borkronens fremdriftsretning, og sugedysene (8, 8a) er innrettet til å avgi fluidstråler hovedsakelig i retning motsatt borkronens fremdriftsretning, karakterisert ved at hver skjærerulle (3, 3a) er tilknyttet et par dyser (7,8 hhv. 7a, 8a) bestående av en spyledyse (7 hhv. 7a) og en sugedyse (8 hhv. 8a), idet de respektive dysepars (7, 8 hhv. 7a, 8a) åpninger er beliggende på motsatte sider av et plan (X'X) gjennom borkronens akse og omdreiningsaksen til de respektive dysepars (7, 8 hhv. 7a, 8a) tilhørende skjærerulle (3 hhv. 3a), og idet aksen til spyledysens stråleåpning danner en vinkel på minst 20° med nevnte plan, og er slik orientert at ved bruk spyles borehullbunnen med borefluid i det område der bunnen berøres av skjærerullens (3, 3a) skjæreorganer.

2. Borkrone ifølge krav 1, karakterisert ved at spyledysen (7 hhv. 7a) for en skjærerulle (3 hhv. 3a) er slik anordnet at spylestrålen rettes i bevegelsesret-ningen til skjærerullens skjæreorganer.

3. Borkrone ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at i det minste én av spyledysenes (7, 7a) åpninger har form av en sliss hvis stør-ste dimensjon er parallell med skjæringslinjen mellom nevnte plan gjennom dysens tilhørende skjærerulle (3, 3a) og borehullbunnen.

4. Borkrone ifølge krav 1, karakterisert ved at aksen til spyledysens (7, 7a) åpning danner en skråvinkel vesentlig lik 60° i forhold til nevnte plan.