NO326553B1 - Fremgangsmate og innretning for a forminske slitasje pa nedihullsverktoy - Google Patents

Description

FREMGANGSMÅTE OG INNRETNING FOR Å FORMINSKE SLITASJE PÅ NEDIHULLSVERKTØY

Oppfinnelsen angår området borehulls- eller nedihullsverktøy, og den angår særlig utstyr for å beskytte områder av slike verktøy mot avskrubbing, erosjon eller slitasje.

Et eksempel hvor beskyttelsen av et nedihullsverktøy mot slik skamfering er viktig, er profil- eller kaliberdelen (engelsk: the gauge) av en borkrone. Borkroner (eller borehoder) omfatter typisk en frontflate med en skjærestruktur og en kaliberdel bak skjærestrukturen. Hensikten med kaliberdelområdet på en borkrone er å understøtte borkronen i borehullet som er boret på forhånd ved hjelp av skjærestrukturen på borkronens frontflate. Dette tjener til å holde borkronen konsentrisk med borehullaksen og opprettholder stabilitet, og hindrer dermed resonansvibrasjoner og annen sammensatt bevegelse. Det vil innses av fagfolk på området at i det tilfellet at bore-hodets kaliberdel blir deformert eller skamfert på annen måte på grunn av slitasje eller avskrubbing, reduseres borehullets integritet. Det er åpenbart viktig for en borkrone å bibehol-de sin form dersom den borestreng til hvilken den er festet,

skal opereres på vellykket måte.

Annet nedihullsutstyr, så som stabilisatorer og foringsrør-sentraliseringsanordninger, blir også mye mindre effektive dersom de deformeres eller skamferes på annen måte. Etter hvert som dimensjonsintegriteten til en stabilisator reduseres, er den mindre i stand til å kontrollere styrbarheten av en nedihullsverktøystreng.

Det er derfor et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en anordning for å styrke eller herde områder av nedihullsverk-tøy eller annet utstyr for å øke disses motstand mot avskrubbing, erosjon eller slitasje.

Hittil har det vært mest vanlig å beskytte borkroner ved å forsterke kaliberdelen. Dette gjøres vanligvis ved å belegge eller impregnere borkronen med et forholdsvis hardt materiale som understøtter den ytre struktur av kaliberdelen. Slike materialer kan for beskrivelsesformål klassifiseres i "harde" og "superharde" materialer. Harde materialer omfatter slike materialer som wolframkarbid, mens termisk stabile produkter (TSP) og naturlig diamant er eksempler på superharde materialer.

Disse forsterkningsmaterialer benyttes vanligvis ikke for å danne strukturen av nedihullskomponenten, idet de er vanske-lige å fabrikkere og dessuten kostbare. Det er derfor ønskelig å impregnere overflaten av en eksisterende nedihulls-struktur med harde eller superharde materialer. Når det dreier seg om harde materialer, kan dette oppnås ved å fast-sveise partikler av det harde materialet på overflaten av nedihullsutstyret, og deretter sprøytesmelte et bindemateriale rundt partiklene. Senere sliping eller materialfjernings-operasjoner setter deretter kaliberdelen eller et annet over-flateområde i stand til å fullføres til nærmere angitte dimensjoner.

På grunn av den generelle regel at superharde materialer ikke er elektriske ledere og derfor ikke er egnet for punktsveising, er imidlertid denne prosessen ikke blitt ansett som hensiktsmessig med hensyn til superharde materialer. Superharde materialer er ikke bare fordelaktige i betraktning av deres ytterligere hardhet, men de har også en tendens til å være overlegne med hensyn til sin toleranse overfor de høye temperaturer som påtreffes i borehullet. Selv om superharde materialer er klart mer ønskelige for benyttelse ved beskyttelse av nedihullsoverflater mot slitasje enn harde materialer, er det likevel tradisjonelt nødvendig å slaglodde de superharde komponenter. Dette er både tidkrevende og kostbart.

Amerikansk patent US 5,755,299 omtaler en fremgangsmåte for å beskytte overflaten til et nedihullsverktøy, hvor fremgangsmåten omfatter trinnene å feste de belagte diamanter til en overfalte og deretter sprøytesmelte et bindemateriale rundt diamantene.

Ved den foreliggende oppfinnelse erkjennes det derfor at det ville være ønskelig å styrke overflaten av nedihullskomponen-ter med TSP-materialer eller andre superharde materialer ved benyttelse av en annen teknikk enn slaglodding.

For å oppnå en løsning som svar på denne erkjennelse, er det et formål med oppfinnelsen å bestemme eller identifisere en anordning for å fastholde superharde materialer til en overflate av et nedihullsverktøy midlertidig mens et mer permanent fastgjørings- eller forankringsmiddel anvendes.

Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte for å fastholde det superharde materialet på det område som skal beskyttes, forut for anvendelsen av et

bindemateriale. Dette skal fortrinnsvis oppnås på en måte som tillater et spesifikt anbringelsesmønster for det superharde materialet, idet mønsteret kan opprettholdes under den senere bindeprosess.

Ifølge et første aspekt ved oppfinnelsen er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for beskyttelse av overflatene av nedi-hullsverktøy og boreutstyr, hvor fremgangsmåten omfatter trinnene a) å belegge et superhardt materiale med et elektrisk ledende material; b) å motstandssveise det belagte superharde materialet til overflaten av et nedihullsverktøy, i det minste midlertidig

før sprøytesmelting; og deretter

c) å sprøytesmelte et bindemateriale rundt det superharde materialet for å tilveiebringe et permanent bindemedium for

det superharde materialet til verktøyets overflate.

Sveisingen av den elektrisk ledende komponent vil typisk være punktsveising, idet det benyttes elektriske motstandsteknik-ker som er velkjente for fagfolk på området.

Den elektrisk ledende komponent kan for eksempel omfatte en nikkel-, kobber- eller krombasert legering som påføres på det superharde materialet ved elektroplettering.

Nedihullsverktøyet kan være en borkrone, rømmersko eller stabilisator, eller en liknende anordning som benyttes ved akti-viteter i borehull. Generelt finner oppfinnelsen anvendelse i forbindelse med hvilket som helst nedihullsverktøy med en me-tallisk overflate som er tilbøyelig til slitasje, avskrubbing eller erosjon.

Det superharde materialet kan være et termisk stabilt produkt, polykrystallinsk diamantkompositt eller naturlig diamant. Andre superharde materialer vil være kjente eller kan bli kjente for fagfolk på området, og kan også komme til anvendelse med hensyn til denne oppfinnelse.

Ifølge et andre aspekt ved oppfinnelsen er det tilveiebrakt et nedihullsverktøy som har i det minste et parti av sin overflate herdet mot slitasje eller annet angrep ved innlei-ring av et superhardt materiale ved bruk av fremgangsmåten nevnt i forbindelse med oppfinnelsens første aspekt.

For å gi en bedre forståelse av oppfinnelsen, skal utførelser av oppfinnelsen nå beskrives bare som eksempel og under hen-visning til tegningen, der Fig. 1 viser en borkrone som er forsterket av superhardt materiale som er festet til borkronens overflate ved hjelp av et høytemperatur-klebemiddel, Fig. 2 viser det varmebestandige produkt (TSP) som er for-synt med et elektrisk ledende belegg og deretter fastsveiset til en borkrone.

Som bakgrunnsinformasjon viser fig. 1 en borkrone 4 omfatten-de en kaliberdel (gauge) 5 som har en overflate forsterket av et superhardt materiale 6. Det superharde materialet 6 er tilveiebrakt som varmebestandig produkt (TSP) i form av små terninger som holdes på plass i et belegg av bindemateriale 2. I alternative utførelser kan andre superharde materialer benyttes, og andre former for terninger (så som kuler) kan like gjerne benyttes.

TSP-produktet fastgjøres i begynnelsen til borkronens overflate ved benyttelse av et høytemperatur-klebemiddel. Høytem-peratur-klebemidlet er typisk et alumina (aluminiumoksid)-basert klebemiddel som påføres på terningene av TSP i form av en "maling" som sprøytes på terningene. TSP-terningene kan også bades i klebemiddel-"malingen", og deretter festes til borkroneoverflaten, eller borkronens overflate kan selv være belagt med klebemidlet forut for festing av TSP-produktet. Dette holder TSP-produktet midlertidig på plass på borkronen forut for sprøytesmelting. Sprøytesmelting utføres med et bindemateriale for å forankre TSP-produktet permanent til borkroneoverflaten.

Fig. 2 viser en utførelse av oppfinnelsen hvor et superhardt materiale 3 er belagt med en elektrisk leder 1. Belegget 1 tillater det superharde materialet 6 som ellers ville være en elektrisk isolator, å fastsveises ved elektrisk motstands-sveising til overflaten av et nedihullsverktøy 7.

En fordel med oppfinnelsen er at anvendelsen av det superharde materialet tilveiebringer kaliber (engelsk: gauge) eller annen overflatebeskyttelse på grunn av sin større tetthet og holdbarhet av størrelse og form. Følgelig reduseres forekoms-ten av spordannelse mellom avsnittene av hardt materiale, noe som resulterer i en lengre brukstid for innretningen.

Som et resultat av at man er i stand til å impregnere nedi-hullsverktøyoverflater på en fleksibel og allsidig måte slik som her beskrevet, er det videre mulig å styrke eller forsterke et vidt område av former av verktøytverrsnitt og verk-tøyoverflater. Sprøytesmelting er også mer effektivt enn slaglodding av innleggsdeler på en dimensjons- eller kaliber-pute (gauge pad).

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for beskyttelse av overflatene på nedi-hullsverktøy (7) og boreutstyr, karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter trinnene a) å belegge et superhardt materiale (3) med et elektrisk ledende materiale (1); b) å motstandssveise det belagte superharde materialet til overflaten på et nedihullsverktøy (7), i det minste midlertidig før sprøytesmelting; og deretter c) å sprøytesmelte et bindemateriale rundt det superharde materialet (3) for å tilveiebringe et permanent bindemedium for det superharde materialet (3) til verktøyets overflate.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at nedihullsverktøyet (7) er en borkrone.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at nedihullsverktøyet (7) er en rømmersko.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at nedihullsverktøyet (7) er en stabilisator.

5. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de fore-gående krav, karakterisert ved at det superharde materialet (3) er et varmebestandig eller termisk stabilt produkt (TSP).

6. Fremgangsmåte ifølge ett hvilket som helst av de kra-vene 1-4, karakterisert ved at det superharde materiale (3) er naturlig diamant eller en polykrystallinsk diamantkompositt.

7. Nedihullsverktøy (7), karakterisert ved at i det minste et parti av dets overflate er herdet m0t eller annet