NO760360L - - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår boring i jord- og fjellgrunn, og mer bestemt en borkrone med erosjonsbeskytteIse på kutteren, ved boring av borehull med en borkrone av innsatstypen arbeider kutterlegemet i meget slitåsjefremmende forhold. Slike slitasjefremmende forhold foreligger ved boreoperasjoner hvor et boreslam anvendes, som medium for kjøling av borkronen og medbringer kaksen ..fra borehullet, samt ved boreoperas joner hvor luft eller gass anvendes som sirkulering-, kjøle- og spylemedium.

Borkronens levetid og effektivitet er av vesentlig betydning ved boring av olje- og gassbrenner, mineringshull, stigehull eller andre typer borehull, ettersom gjennomtrengnings-hastigheten er mer eller mindre direkte forbundet med borkronens tilstand. Når hardere formasjoner påtreffes under boring av borehullet anvendes vanligvis en borkrone med hardmetall-innsatser som rager ut fra kutterlegemet på grunn av innsatsenes evne til å trenge inn i harde jordformasjoner. Hardmetall-innsatsene ér imidlertid montert i et forholdsvis bløtt metall som utgjør kutterlegemet. Når slike borkroner utsettes for slitasjefremmende tilstander i borehullet vil det forholdsvis bløte materiale i kutterlegemet som holder innsatsene på plass slites eller eroderes bort. Dette skyldes hovedsakelig forekomsten av forholdsvis fint boremel eller borekaks fra formasjonen og/eller den direkte slipevirkning fra fluidet som anvendes i boreprosessen.Bortsli-ting av materiale i kutterlegemet er vanligvis mest fremtredende langs den innsatsrad i kutterlegemene som har størst diameter, i det følgende kalt diameterraden (gage row). Når materialet som understøtter innsatsene er tilstrekkelig bortslitt eller erodert vil borekraften som virker på innsatsene, når disse griper inn i formasjonen, enten brekke innsatsene eller tvinge dem helt ut av kutterlegemet, med det resultat at borkronen ikke lenger kan skjære effektivt i formasjonen.

Ved boring i visse slitasjefremmende formasjoner hvor borkronen trenger inn med stor hastighet, kan det ventes at den slitasjefremmende formasjon vil berøre rullemantelen i områder mellom innsatsene som følge av inntrengningsdybden til de individuelle kutterinnsatser . Når denne rullemantelberøring opptrer vil det bløtere rullemantelmateriale eroderes bort rundt de hardere innsatsmaterialer inntil innsatsen blottlegges og holdet i rullemantelen svekkes, med den følge at innsatsen tapes og borkronens levetid minskes. Innsatsene som benyttes i denne bor-kronetype fastholdes i kutterlegemet ved "periferispenning" som oppstår når innsatsen presses inn i det relativt bløte kutter-legeme. Følgelig må enhver fremgangsmåte som tar sikte på å av-hjelpe erosjonen i kutterlegemet ta hensyn til at periferispen-ningen som holder innsatsen må bibeholdes.

I US patent nr. 3 461 983 er vist et skjære- eller ., kutterverktøy som har en hardmetall-innsats i et hull omgitt av hardsveising. Et apparat som innbefatter et element med en overflate som utsettes for slitasjefremmende omgivelser er vist. Elementet har en relativt hard innsats innpresset i et hull i elementet med et hardsveisemateriale på overflaten til elementet som omgir innsatsen. Der er beskrevet en fremgangsmåte for fremstilling av apparatet hvor hullet plugges og hardsveisematerialet påføres overflaten rundt pluggen. Etter at hardsveisematerialet er permanent bundet til overflaten fjernes pluggen og den harde innsats presses inn i hullet for å fullstendiggjøre apparatet.

I US patent 3 513 728 er vist en fremgangsmåte for fremstilling av apparater som er gunstige i slitasjefremmende omgivelser. Apparatet innbefatter et. element med en overflate som utsettes for slitasjefremmende omgivelser. Elementet har en forholdsvis hard innsats innpresset i et hull i elementet og et hardsveisemateriale på elementets overflate som omgir innsatsen. Der er beskrevet en fremgangsmåte for fremstilling av apparatet hvor hullet plugges og hardsveisematerialet tilsettes overflaten rundt pluggen. Etter at hardsveisematerialet er permanent bundet til overflaten fjernes pluggen og den harde innsats innpresses i hullet for å fullstendiggjøre apparatet.

Foreliggende oppfinnelse reduserer kuttermantelero-sjonen på en rullemeiselkutter ved at små kompaktperler plaseres i de utsatte områder på kuttermantelen, idet perlenes overflate er stort sett jevn med manteloverflaten. Opprinnelig ventet man ikke at visse av disse områder ville bli utsatt for slitasje ettersom det var ventet at kuttermantelen ble holdt borte fra formasjonene i faste formasjoner på grunn av innsatsforlengelsen. Når det imidlertid ble vanlig å anvende tannformede innsatsskjær i bløtere formasjoner og innsatsene viste seg å trenge inn i sin fulle dybde ble forventingene ikke lenger innfridd. Dagens høye gjennomtrengningshastigheter med tannformede innsatsskjær har gjort kuttermantelerosjon til en betydelig faktor som begrenser borkronens levetid, og der foreligger et sterkt behov for en enkel, økonomisk fremgangsmåte for å beskytte den utsatte kuttermantel.

Borkronen ifølge foreliggende oppfinnelse omfatter et rullekutterlegeme med en rad utadragende kutter- eller skjær-innsatser fordelt rundt omkretsen. En.rad stort sett jevntliggen-de innsatser, dvs. innsatser hvis overflater ligger stort sett i flukt med mantelflaten, er innsatt i kutterlegemet med de jevnt-'liggende innsatser plasert vekselvis mellom de utadragende skjær-innsatser. I en utføringsform av oppfinnelsen er små kompaktperler plasert i områdene mellom diameterrad-skjærinnsåtsene som ruller ned til en stilling nær veggen ved borehullets bunnhjørne hvor kaksmassen på bunnen har en tendens til å sammenklemmes mellom diameterrad-innsatsene og borehullveggen, slik at det oppstår en sterkt slitasjefremmende virkning. Dagens høye gjennomtrengningshastigheter med tannformede kompaktskjær har gjort kuttermantelerosjon til en betydelig faktor som reduserer borkronens levetid, og foreliggende oppfinnelse for beskyttelse av den verdifulle kuttermantel tilveiebringer en enkel, økonomisk måte for beskyttelse av den verdifulle kuttermantel. Ovennevnte samt andre trekk og fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil fremgå av følgende beskrivelse av oppfinnelsen i forbindelse med tegningen.

Figur 1 viser en tre-rulls rullemeiselkrone som er

konstruert i henhold til oppfinnelsen.

Figur 2 viser en stigekronekutter som er konstruert i henhold til oppfinnelsen.

På tegningen, spesielt f-igur 1, er vist en borkrone som generelt er angitt ved henvisningstallet 8.Borkronen 8 innbefatter en hoveddel 10som bærer tre roterbare koniske rullekut-tere hvorav én rullekutter 14 er vist i figur 1. Hver av rullekutterne er slik anordnet at dens rotasjonsakse er orientert generelt mot borkronens 8 midtlinje som sammenfaller med lengdeaksen til borehullet 52.

En midtre kanal 44 strekker seg nedover inn i hoveddelen 10.Hoveddelen 10 innbefatter også et utvendig gjenget bolt-parti hvorved borkronen 8 kan tilkoples nedre ende av en streng av hule borerør. En nedadragende arm 50 er utformet med et akseltapp-parti eller en lagertapp 12 for roterbar opplagring av rullekutteren 14. Hver av borkronens tre armer ender i et skjørtformet ende-parti som er beliggende nær borehullets 52 vegg.

Rullekutteren 14 er montert på lagertappen 12. Rullekutteren 14 omfatter et innvendig hulrom for opptagelse av lagertappen 12.Lagerorganer er anordnet mellom rullekutteren 14 og lagertappen 12 i det innvendige hulrom.Lagerorganene innbefatter et system av rullelagre 40, et system av kulelagre 38, et friksjons-lager 46 samt et•aksiallager 48. Et antall wolfram-hardmetall-innsatser 16, 18, 20 og 24 er nedsenket i rullekutterens 14 ytre overflate for desintegrering av formasjonene, idet borkronen roteres

sog beveges nedover. Små kompaktperler 22 med flate (eller svakt avrundede eller spissede) toppartier er plasert i områdene mellom diameterrad-skjærinnsatsene 20 som ruller ned til en stilling nær veggen ved bunnhjørnet til borehullet 52 hvor kaksmassen på.bunnen har en tendens til å sammenklemmes mellom diameterrad-innsatsene 20 og borehullveggen, slik at det opptrert en sterk slitasjefremmende virkning. Dagens høye gjennomtrengningshastigheter med tannformede kompaktskjær har gjort rullemantelerosjon til en vesentlig faktor som begrenser skjærets levetid, og foreliggende oppfinnelse for beskyttelse av den verdifulle rullemantel tilveiebringer en enkel, økonomisk metode for å bekytte den verdifulle rullemantel.

Borefluidum presses nedover gjennom midten av de hule borerør og strømmer inn i det midtre hulrom 44. Kanaler 26

og 42 deler fluidumstrømmen fra' hulrommet 42 i to adskilte strøm-mer. Den ene av strømmene strømmer nedover gjennom kanalen 42 gjennom en dyse bg ledes mellom kutterne til bunnen av borehullet. Den andre fluidumstrømmen strømmer nedover gjennom kanalen 26 inn

i kanal 28 og inn i boringer 30 og 32, hvor den ledes til avkjø-ling av lagrene som er anordnet mellom lagertappen 12 og den relativt roterbare rullekutter 14. En forholdsvis liten mengde av sirkulasjonsfluidet strømmer gjennom kjølekanalene 26, 28, 30 og 32 til lagrene mens en forholdsvis stor mengde med stor hastighet

strømmer gjennom kanalen 42 og renser borehullet 52 og fører kaksen til overflaten.

Som en kan vente er rullekutteren 14 utsatt for direkte anslag av fluidum som strømmer gjennom kanalen 42 såvel som for virkningen av fluidum som avledes fra bunnen av borehullet 52. Kutteren 14 roterer dessuten kontinuerlig i borekaksen som dannes, idet kutterne griper inn i borehullets 52 bunn. Rullekutterne utsettes således for meget slitasjefremmende og/eller erosjonsfremmende forhold som søker å slite, slipe eller erodere bort materialet som utgjør kutterlegemene. Under boring i forholdsvis bløte slitasjefremmende formasjoner hvor borkronen trenger inn med stor hastighet kan en vente at de slitasjefremmende formasjoner vil berøre rullemantelen i områder mellom innsatsene på grunn av inntrengningsdybden til de individuelle hardmetall-kutterinnsatser. Når rullemantelkontakt oppstår vil det bløtere rullemantelmateriale eroderes bort rundt det hardere innsåtsmaterialet inntil innsatsen blir blottlagt og holdes i rullemantelen svek-ckes, slik at kompaktelementet tapes og borkronens levetid reduseres.

Etter at de konstruksjonsmessige detaljer ved en borkrone 8 som er konstruert i henhold til foreliggende oppfinnelse nå er beskrevet, skal virkemåten til borkronen 10nå betraktes i forbindelse med figur 1.Borkronen 8 er tilkoplet som nederste element i en rotasjonsborstreng. Et gassformet borefluidum sirkulerer gjennom borstrengen inn i det innvendige kammer 44 i borkronen 8. En del av det gassformede borefluidum strømmer fra det indre kammer 44 gjennom kanal 26, kanal 28, og boringer 30 og 32. Denne del av det gassformede borefluidum ledes inn i det indre hulrom i rullekutteren 14 for avkjøling av lagrene og bortspyling av fremmede materialer fra lagerområdet. Den andre del av borefluidet strømmer gjennom kanal 42 til bunnen av borehullet.Innsatsene 16, 18, 20 bg 24 i rullekutteren 14 virker til å desintegrere formasjonene og utforme det ønskede borehull.

Der foreligger ofte tilstander hvor trykk og volum i det sirkulerende borefluidum er utilstrekkelig for spyling av borekaks fra borehullet. Under disse forhold blir den borekaks som dannes ved virkningen av borkronen på bunnen av borehullet ikke tilstrekkelig løftet opp fra bunnen, og borekaksen har. en tendens til å falle tilbake til bunnen inntil borkronen har gjen-'oppmalt kaksen til de individuelle partikler er minsket til små partikler som kan løftes i det sirkulerende fluidum. Det vil straks- forstås at borkronen arbeider i et lag av borekaks under disse forhold.. Kutteren 14 utsettes også for direkte anslag av fluidum som strømmer gjennom kanalen 42 samt også for virkningen av fluidum som avledes fra bunnen av borehullet 52.

Kutteren 14 utsettes for meget slitasje- og/eller erosjonsfremmende forhold som søker å slite, erodere eller slipe bort materialet som utgjør rullekutteren 14. Ved boring i forholdsvis bløte slitasjefremmende formasjoner hvor borkronen 14 trenger inn med høy hastighet kan det ventes at de slitasjefremmende formasjoner vil berøre, rullemantelen i områder mellom innsatsene på grunn av inntrengningsdybden til de individuelle hardmetall-kutterinnsatser. Når slik kuttermantelkontakt oppstår vil det bløtere rullemantelmateriale erodere bort rundt det hardere innsatsmaterialet inntil innsatsen blir blottlagt og holdet i yttermantelen svekkes, slik at kontaktelementet tapes og borkro-=nens levetid reduseres. De små kompaktperler 2 2 med flate toppartier, som er plasert i områdene mellom diameterrad-innsatsene 20 beskytter innsatsene 20. Når innsatsene 20 ruller ned til en stilling nær veggen ved borehullets 52 bunnhjørne, vil borekaks-massen i bunnen ha en tendens til å sammenklemmes mellom diameterrad-innsatsene 20 og borehullveggen, slik at det dannes en sterk slipevirkning. Dagens høye gjennomtrengningshastigheter med tannformede innsatsskjær har gjort kuttermantelerosjon til en vesentlig faktor som begrenser borkronens levetid.Foreliggende oppfinnelse beskytter den verdifulle kuttermantel og tilveiebringer en enkel, økonomisk metode for beskyttelse av innsatsene 20, slik at de ikke tapes under boring.

På figur 2 er vist en annen utføringsform av en rullekutter som er konstruert i henhold til foreliggende oppfinnelse. Kutteren er generelt angitt med henvisningstallet 54. Kutteren

54 innbefatter et antall utadragende hardmetall-innsatser 90 som

skal berøre og desintegrere jordformasjonene.Hardmetall-innsatsene 90 er montert i en kuttermantel 62. Kuttermantelen 62 er anordnet rundt en lagermantel 60 og lagermantelen 60 er fastlåst i et sadelelement 56. Sadelelementet 56 kan være forbundet med rotasjonshodet til en boremaskin eller til hoveddelen i en borkrone.

Lagermantelen 60 er låst i stilling i sadelelementet 56 ved hjelp av en hovedpinne 58. Lagermantelen 60 forblir fastlåst i stilling under hele boreoperasjonen ved hjelp av et tapp-og sporarrangement vist i US patent 3 203 492. Et antall lager- systemer innbefattende en rekke kulelagre 76, en rekke indre rullelagre 74 samt en rekke ytre rullelagre 78 muliggjør rota-sjon av kuttermantelen 62 om lagermantelen 60. Smøremiddel fastholdes i lagerområdet ved hjelp av to sett tetningselementer. Det indre tetningselementsett innbefatter et par ringformede metalltetninger 68 og 72 som er plasert nær indre ende av kutteren 54. En fleksibel gummi-O-ring 66 er plasert mellom tetningsringen 58 og en ringformet forlengelse 64 av lagermantelen 60 for å fastholde tetningsringen 68 i den ønskede stilling og fjærende trykke tetningsringen 68 mot tetningsringen 72. En fleksibel gummi-O-ring 70 er plasert mellom kuttermantelen 62 og tetningsringen 72 for å fastholde tetningsringen 72 i den ønskede stillingbg fjærende trykke tetningsringen 72 mot tetningsringen 68. Det ytre sett tetningselementer innbefatter et par ringformede metalltetningsringer 82 og 86 som er plasert nær ytre „ende av kutteren 54. En fleksibel gummi-O-ring 84 er plasert mellom tetningsringen 86 og en ringformet forlengelse 88 av lagermantelen 60 for å fastholde tetningsringen 86 i den ønskede stilling og fjærende trykke tetningsringen 86 mot tetningsringen 82. En fleksibel gummi-O-ring, 80. er plasert mellom kuttermantelen 62 og tetningsringen 82 for å fastholde tetningsringen 82 i den ønskede stilling og fjærende trykke tetningsringen 82 mot tetningsringen 86.

Hardmetall-innsatser 90 berører og desintegrerer formasjonene under boreoperasjonen. Et antall små kompaktperler 92 med flate toppartier er plasert i områdene mellom kutterinnsatsene 90 for å beskytte den verdifulle kuttermantel 62. Rullemantelerosjon er blitt en vesentlig faktor som begrenser kutterens levetid, og foreliggende oppfinnelse for beskyttelse av den verdifulle kuttermantel tilveiebringer en enkel og økonomisk metode for beskyttelse av den verdifulle kuttermantel.

Etter at de konstruksjonsmessige detaljer av en rullekutter 54 som er konstruert i henhold til foreliggende oppfinnelse nå er beskrevet, skal virkemåten til rullekutteren 54 betraktes i forbindelse med figur 2.Borkronen er forbundet med en roterende enhet i en boremaskin såsom rotasjonshodet i en tun-nelmaskin eller stigekronelegemet i en stigeborkrone med stor diameter.Innsatsene 90i kuttermantelen 62 tjener til å desintegrere formasjonene og utforme det ønskede hull.

Kutteren 54 er utsatt for meget slitasjefremmende og/eller erosjonsfremmende betingelser som virker til å slipe, erodere eller slite vekk materialet som utgjør kuttermantelen 62. Under boring i forholdsvis bløte slipende formasjoner hvor kutteren 54 trenger inn med høy hastighet kan en vente at de slipende formasjoner vil berøre kuttermantelen 62 i områder mellom

innsatsene 90 som følge av inntrengningsdybden til de individuelle hardmetall-kutterinnsatser 90. Når denne kuttermantelkontakt opptrer vil det bløtere kuttermantelmateriale erodere bort rundt det hardere innsatsmateriale inntil innsatsen blir blottlagt og holdet i kuttermantelen svekkes, med den følge at innsatsen tapes og kutterens levetid reduseres. De små kompaktperler 92 med

flate topper som er plasert mellom kutterinnsatsene 90beskytter kuttermantelen 62 og innsatsene 90. Foreliggende oppfinnelse beskytter den verdifulle kuttermantel 62 og tilveiebringer en enkel og økonomisk metode for å beskytte innsatsene 90 fra å tapes un-.der boreoperasjonen.

Claims (2)

1. Rotasjonskutter i slitasjefremmende omgivelser, karakterisert ved et legeme (14) med en overflate som utsettes for omgivelsene, en rad kutterinnsatser (16, 18, 20) som rager ut fra overflaten, hvilken rad innbefatter et antall individuelle med innbyrdes avstand anordnede innsatser, og et antall innsatser (22) for erosjonsbeskyttelse av mellomliggende flate partier, nedsenket i nevnte.legeme idet overflaten til de erosjonsbeskyttende innsatser (22) er stort sett i flukt med nevnte overflate og idet de erosjonsbeskyttende innsatser er vekselvis plasert mellom kutterinnsatsene.

2. Rotasjonskutter som angitt i krav 1, karakterisert ved at legemet (14) er en rullekutter som hår-et legeme med i det minste én ringformet rad av nevnte utadragende omkretsmessig fordelte kutterinnsatser nedsenket i legemet og at innsatsene (22) er et antall innsatser som er nedsenket i legemet i den ringformede rad omkretsmessig fordelt mellom de utadragende innsatser og med overflater stort sett i flukt med legemets overflate.