NO774124L - Anordning ved borkrone. - Google Patents

Description

Anor.dning ved borkrone.

Foreliggende oppfinnelse angår generelt.jord-boring og mer bestemt et skjærelement for skjærevalser i en borkrone .

Borkrone-skjærevalser har harde innsatselemen-ter montert i valsekroppen for utboring av hull i jorden.. De harde innsats-skjærelementér har evenen til'å trenge inn i jord-formasjoner. Ved tidligere kjente skjærevalser er lengden av innsatsenes irygg eller kam vinkelrett på innsatsens akse. Den indre innsatsrekké er i kontakt med formasjonene, og følgelig høyest belastet på den ytre hjørne- eller kantbue som dannes i skjæringslinjen mellom innsåtskammen og yttersiden. Denne ubalanserte enhetsbelastning på innsatsen kan være så høy at den fører til brudd. Den sykliske belastning som følge av skjærevalsens rotasjon bevirker høy enhetsbelastning på kantbuen, hvilket bidrar til tidligtretthetsbrudd.

I US patentskrift nr. 3 442 342 er vist en spesielt formet innsats for kompakte borkroner og skjærevalser og borkroner som anvender slike innsatser. De originale innsatser av sementert tungstenkarbid har halvkuleformede.skjær^spisser, og borkroner med slike innsatser brukes til å bore de hardeste slipende formasjoner, såsøm takonitt, bromid og flint. Denne form er ikke særlig effektiv for boring av slipende formasjoner av middels hardhet, f.eks. harde skiferarter, dolomitt og visse kalkstener, og oppfinnerne har utviklet innsatser med meisel- eller kileform for kutting av slik bergart. Samtidig unn-' gås ulempene ved den "møneformede" skjærspiss, dvs. en skjærspiss hvor to sideflanker med plane overflater konvergerer til en plan kam.

To.grunnformer for skjærspisser er vist:

(1) en modifisert meisel med konvekse flanker som konvergerer til en kam som er konveks både i kammens lengderetning og over dens jevne smale bredde, idet flankene er vinkelrett på et felles . plan gjennom innsatsens akse slik at deres projekterte skjæ-ringslinje er en kurve.som løper normalt på nevnte akse, og (2) en kileform hvor'flankene er vridd eller avskrådd bort fra hverandre, slik at der ikke forekommer noe enkelt plan gjennom innsatsaksen som er vinkelrett på begge flanker og den prosjek-terte sk■ jæringslinje er ikke vinkelrett på aksen, hvilket innebærer at den kam som dannes vinkelrett på aksen øker i bredde fra den ene ende til den andre.

I alle former er avrundede skjæringslinjer anordnet for å unngå de skarpe hjørner og skarpe kanter som.bevirker høy spenningskonsentrasjon. Oppfinnernes teori er at avrundingene og de konvekse overflater fordeler arbeidsbelastningen over innsatsens skjærekant og overfører denne belastning til midten av innsatsen, hvorved man unngår den høye spenning ved kantene som antas å være årsak til avskallingen og nedbrytingen av mønetak-innsatsene..

I US patentskrift nr.- 2 774 570 er vist en skjærevalse for borkroner. Skjærevalsen innbefatter en ringformet rekke av sylindriske innsatser av hardt slipefast materiale hvis akser strekker seg utenfor og vesentlig vinkelrett på valseoverflaten, hvilke innsatser danner fremspring på valseoverflaten for å bevirke desintegrasjon og opprettholde diameteren til brønnen som bores.

Foreliggende oppfinnelse motvirker brudd i innsatsene og øker innsatsenes levetid, særlig i den indre rad, ved å min-, ske den punktbelastning som opptrer ved de kjente innsatsformer. Lengden av kammene på innsatsene ifølge foreliggende oppfinnelse er ikke vinkelrett på innsatsaksen. Når innsatsene er plassert i stilling i en indre rad vil kammene kontakte formasjonen over hele kammens lengde. Belastningen fra formasjonen fordeles over kamlengden og konsentreres ikke på kammens kantbue. Oven-nevnte samt andre trekk og fordeler.ved foreliggende oppfinnelse vil fremgå av følgende detaljerte beskrivelse av oppfinnelsen i" tilknytning til tegningen; hvor: Figur 1 er en perspektivisk illustrasjon av- en av tre skjærevalser sammensatt borkrone, (3-valsebor) utformet i henhold til foreliggende oppfinnelse, Figur 2 er et.sideriss i større.målestokk av en innerrad-innsats i borkronen.vist i figur 1, Figur 3 er en skjematisk illustrasjon hvor skjære-vaIsene i et 3-valsebor av kjent type er vist lagt over hverandre (superimposéd), og Figur 4 er en illustrasjon av en annen utføringsform

av et 3-valsebor .ifølge foreliggende oppfinnelse.

På tegningens fig. 1 ajigir tallet 10 generelt en ro- j tasj:6ns-borkrone ifølge oppfinnelsen. Borkronen 10 omfatter en hoveddel som ved sin tappende er innrettet til å forbindes med nedre ende av en rotasjons-borestreng (ikke vist). Hoveddelen innbefatter en kanal som danner kommunikasjon for borés.lam eller lignende, idet kanalen strekker seg nedover gjennom borestrengen. slik at boreslam kan strømme til bunnen av brønnhullet , og oppover i rihgrommet mellom brønnhullveggen og-borerøret under medbringelse av borekaks og -fragmenter.

Tre vesentlig identiske armer rager ut fra hoveddelen.

Armer 11 og 12 er vist på .figur 1. Det nedre endeparti av hver arm- er forsynt med en konvensjonell lagertapp. På hver arm er roterbart opplagret en vesentlig konisk skjærevalse. Skjære-vals.ene er angitt'ved 13, 1:4 og 15 på figur 1. Lagertappene som bærer skjærevalsene 13, 14 og 15 har respektive omdreinings-akser om hvilke skjærevalsene dreier. Omdreiningsaksene skråner nedover og innover i vinkel.

Hver skjærevalse 13, 14 og 15 innbefatter et nese-parti som.er orientert met borkronens omdreiningsakse og en

basis beliggende i skjæringslinjen mellom brønnhullets vegg og bunn. Hver skjærevalse 13, 14 og 15. innbefatter en ringformet rad av innsatser 17 beliggende nær skjærevalsens basis. Innsatsraden 17. kutter i sk jæringslin jen mellom brønnhullveggen

og -bunnen. Skjærevalsen 14 omfatter en rad symmetriske innsatser 17A umiddelbart nær innsatsraden 17 og valsen 15 innbefatter en rad symmetriske innsatser 17B i avstand fra innsatsraden 17. Hver skjærevalse 13, 14 og 15 innbefatter minst én ringformet indre rad av innsatser 16 for oppbryting av hullets indre parti. Foreliggende oppfinnelse muliggjør større kontaktlengde mot formasjonen for kammene til den indre innsatsrad 16. .Derved minskes belastningen' på innsatsene i den indre rad, hvil-. ket medfører at borkronens levetid øker. Søkeren har tilveiebragt en innsats som kontakter formasjonene over den vesentligste del av den langstrakte kamoverflates lengdeutstrekning.

Figur 2 viser et sidériss av én av innsatsene 16 i den

.indre rad i større målestokk. Innsatsen 16 er formet ved å presse partikler av et slitefast materiale såsom wolframkarbid sammen med partikler av et bindstoff såsom, kobolt. De slite-faste materialpartikler og bindstoffpartiklene sammenpresses med voks og formes til denønskede innsatsform. Innsatshodet kan formes i en press form.. F.eks. kan hodet til innsatsen 16 j formes ved hjelp av et stanseelement som former innsatsens endeparti til den ønskede endelige form. Innsatsene avvokses i en ovn og sintres ved en høyere temperatur i en ovn. Innsatsen 16 innsettes så med presspasning i skjærevalsehs hoveddel med det asymmetriske hodet slik orientert at innsatsens 16 langstrakte kam 18 og skjærevalsens omdreiningsakse ligger i et, felles plan. Derved innrettes den langstrakte kam på skjærevalsen i en stilling som gir optimal virkning på formasjonene. Innsatsens 16 langstrakte kam 18 er ikke vinkelrett på aksen til innsatsen 16. Plassert i stilling i den indre rad vil kammen 18 kontakte formasjonen over hele lengden til kammen 18. Belastningen fra formasjonen fordele;s over hele lengden av kammen

18 og ikke bare på kammens kantbue.

Foreliggende oppfinnelse motvirker brudd i innerrad-innsatsene og øker levetiden ved å minske den punktbelastning som oppstår ved bruk av tidligere kjente innsatser. Innsatsen 16 er hovedsakelig en tanhformet innsats hvor vinkelen A mellom lengden av kammen 18 og aksen til innsatsen 16 er mellom 60° og 85°. Vinkelen B mellom en linje vinkelrett på aksen til innsatsen 16 og kammen 18 er mellom 5° og 30°.' ben langstrakte kammen 18 på innsatsen 16 vil kontakte formasjonene 19 og unngår den punktbelastning som ville oppstått ved bruk av en sym-metrisk innsats

Ovenstående bør sammenlignes med tidligere kjente innsatser. Tidligere kjente innsatser er i kontakt med formasjonene under belastning bare på den ytre kantbue som utgjøres av skjæringslinjen mellom kammen og utsiden. Denne ubalanserte enhetsbelastning ved tidligere kjente innsatser kan være så stor at brudd oppstår. Den sykliske belastning .på grunn av valseom-dreiningen bevirker høy enhetsbelastning langs kantbuen, hvil- , ket øker faren for tidlig tretthetsbrudd.

På fig. 3 er de tre skjærevalser i en borkrone 29 av kjent type prosjektert i samme plan. (superimposéd) f or. å illu-strere bélastningskonsentråsjonén på innsatsene 31. Et utsnitt av det nedre parti av de tre skjærevalser 30 i det kjente 3-valsebor 29 er vist og illustrerer hvorledes den ringformede inhsatsrad 31 i skjærevalsene 30 dekker brønnhullbunnen. Den kjente borkrone kontakter formasjonene 42 slik at det dannes et borehull ved innsatsenes 31 virkning på bunnen av borehul-

i let. Under borkronens 29 omdreining kontakter innsatsene 31 som rager ut fra de respektive skjærevalser 30 formasjonene 42 slik at deler av formasjonen brytes bort. Borefragmentene spy-les bort fra borehullet av det sirkulerende borefluid. Belastningen på innsatsene er ikke ensartet på grunn av kon.taktvinke-lén mellom innsatsene og formasjonene 42. Pilene 32 - 41 angir området med høyest belastning på hver- av de enkelte innsatser 31..Det skal bemerkes at innsatsene nær midten av skjærevalsene 30 er belastet nær innsatsenes midtakse, hvilket innebærer til-nærmet ensartet belastning, mens innsatsene'nær hver ende av sk jærevalsene 30 er belastet med den høyeste belas tningskonsen-'■ trasjon i avstand fra innsatsenes midtakse. Det skal bemerkes at lengden av kammen i hver innsats i den kjente borkrone 29 er vinkelrett på innsatsens akse, og åt innsatsene 31 er høyest belastet mot den ytre kantbue. Denne ubalanserte enhetsbelastning. på innsatsene kan være så stor at brudd oppstår. Den sykliske belastning som følge av valsenes omdreining bevirker høy enhetsbelastning på kantbuen hvilket fremmer tidlig tretthetsbrudd.

På figur 4 er vist en rotasjons-borkrone generelt angitt ved tallet 20, som utgjør en annen utføringsform av foreliggende oppfinnelse. Borkronen 20 innbefatter en hoveddel som ved sin endetapp er innrettet til å forbindes med nedre ende av en rotasjons-borestreng (ikke vist). Borkronens hoveddel innbefatter en kanal som danner kommunikasjon for boreslam eller lignende, hvilken kanal strekker seg nedover gjennom borestrengen slik at at boreslammet kan strømme'til bunnen av brønnhullet og oppover i ringrommet mellom brønnhullets vegg og bunn under med- • bringelse av borekaks og -fragmenter.

Tre vesentlig identiske armer rager ut ,fra hoveddelen. Armer 24 og 25 er vist på figur '4. Det nedre endeparti av hver arm er forsynt med en konvensjonell lagertapp. På hver arm er roterbart opplagret en vesentlig konisk skjærevalse. Skjærevalsene er angitt ved 21, 22 og 2 3 på figur 4. Lagertappene som bærer skjærevalsene 21, 22 og 23 har respektive omdreinings-.akser om hvilke skjærevalsene dreier. Omdreiningsaksene skråner nedover og innover i vinkel.

Hver skjærevalse 21, 22 og'23 innbefatter et nese-parti som er orientert mot borkronens omdreiningsakse og en basis beliggende i skjæringslinjen mellom brønnhullets vegg og bunn. Hver skjærevalse 21., 22 og 23 innbefatter en ringformet rad av innsatser 26 beliggende nær skjærevalsens basis. Innsatsraden 26 kutter i skjæringslinjen mellom brønnhullveggen og -bunnen. Skjærevalsen 21 omfatter en rad symmetriske innsatser 26A umiddelbart nær innsatsraden 26. Hver skjærevalse 21, 22 og 23 innbefatter minst én ringformet indre rad av inn-sastser for oppbryting av hullets indre parti. Foreliggendé oppfinnelse muliggjør' større kontaktlengde mot formasjonen for kammene til den ;indre innsatsrad. Derved minskes belastningen på innsatsene i den indre rad, hvilket medfører at borkronens levetid øker.. Søkeren har tilveiebragt en innsats som kontakter formasjonene over den vesentligste del åv den langstrakte kamoverflatens lengdeutstrekning. Innsatsene er formet ved å presse partikler av et slitefast materiale såsom wolframkarbid sammen med partikler av et bindstoff såsom kobolt. De slite-faste materialpartikler og bindstoffpartiklene sammenpresses med voks og formes til denønskede innsatsform. Innsatshodet kan formes i en pressform. F.eks. kan hodet til innsatsene formes ved hjelp .av et stanseelement som former innsatsens endeparti til den ønskede endelige form. Innsatsene avvoksés i-en ovn og sintres ved en høyere temperatur i en ovn. Innsatsene innsettes så med presspasning i valsene 21, 22 og 23 med det formasjonskontaktende hode orientert etter ønske.

Som vist på figur 4 er den indre innsatsrad 27 press-montert i hoveddelen til skjærevalsen 22 med de asymmetriske ho^der slik orientert at hver enkelt kamlengde på innsatsene 27 og omdreiningsaksen til valsen 25 ligger i et felles plan. Derved innrettes de langstrakte kammer på skjærevalsen 22 i én stilling som gir optimal virkning på formasjonene. De langstrakte kammer på innsatsen 27 er ikke.vinkelrett på aksene til innsatsen 27. Belastningen på innsatsen er mer ensartet enn for de tidligere kjente innsatser vist i figur 3. Belastningen på formasjonen fordeles jevnt over hele lengden av kammen 18 og'ikke bare på kammens kantbue.

Hver av sk j ærevalsene . 21, 22 og 2 3 innbefatter' minst én ringformet indre rad av innsatser 28 for oppbryting av hullets indre parti. Foreliggende oppfinnelse muliggjør større .

kontaktlengde mellom formasjonen og kammene til den indre inn-satsrajd 28. Derved minskes belastningen på den indre innsatsrad hvilketøker borkronens levetid. Søkeren har tilveiebragt innsatser som kontakter formasjonene- med hoveddelen av kamover-fla-tens lengdeutstrekning. Innsatsene 28 er innsatt med presspasning i hoveddelen til sk jærevalsene 21 > 22 og 23 med de asym-j metriske hoder orientert slik at hver enkelt langstrakt kam og<!>skjærevalsens omdreinihgsakse ligger i et felles plan. Derved

innrettes skjærevalsenes langstrakte kammer i en stilling som gir optimal virkning på formasjonene. Innsatsenes langstrakte.kammer er ikke vinkelrett på innsatsaksene. Plassert i stilling i indre rad..vil kammene-kontakte formasjonene over hele. kamlengden. Be-, lastningen.fra formasjonen fordeles over hele lengden av kammene og konsentreres ikké tungt på kammenes kantbue.

Ovenstående•bør sammenlignes med' tidligere kjente innsatser. Tidligere kjente innsatser er i kontakt med formasjonene under belastning bare på den ytre kantbue som utgjøres av skjæringslinjen mellom kammen og utsiden. Denne ubalanserte enhetsbelastning ved tidligere kjente innsatser kan være så stor

■ at brudd oppstår. Den sykliske belastning på grunn av valseom-dreiningen bevirker høy enhetsbelastning langs kantbuen, hvilketøker faren for tidlig tretthetsbrudd.

Claims (7)

1. ; Formet innsats for et jordboringsapparat, hvilken innsats har en akse og et antall overflater som kuliminerer i en.langstrakt kam, karakterisert ved at den langstrakte kam danner en spiss vinkel'med innsatsaksen.

2. Innsats ifølge krav 1, karakterisert ved at den. spisse vinkel er mellom 60° og 85°.

3,. Formet innsats for en. innerrad i. en skjærevalse, hvilken innsats har en midtakse og et fotparti integrerende forbundet med en spiss, hvilket fotparti er innrettet til å monteres i skjærevalsen og hvilken spiss har et antall konverge-rende overflater som kuliminerer i en. langstrakt, kam,, karakterisert ved at den langstrakte kam danner en spiss vinkel.med innsatsens midtakse.. '

4. Innsats, som angitt i krav 3, karakterisert ved at den spisse vinkel er mellom 60° og 85°.

5.., Rotasjons-borkrone med minst én skjærevalse for utforming av et borehull i jorden, hvilken skjærevalse har i det minste én ringformet innerrad,av innsatser montert i fatninger i skjærevalsen 'for utkutting av de indre partier av borehullet, karakterisert ved at innsatsene har en asymmetrisk form før.montering i fatningene, som innbefatter langstrakte, formasjonskontaktende, kammer som strekker seg vesentlig parallelt med de innvendige partier av borehullet som utformes og i spiss vinkel med innsatsenes akser.

6. Jordboringsapparat med en- skjærevalse for utforming av et borehul' 1 i jordf ormas joner, hvilken skjærevalse har i det minste én indre ringformet rad av. harde innsatser montert i fatninger i skjærevalsen, hvilke innsatser har en midtakse, karakterisert ved at innsatsene har en form før montering, i fatningene hvorved et hovedparti opptas i. fatningene og et hodeparti for kontakt mot jordformasjonene, hvilket hodeparti er asymmetrisk formet med et antall flater som kuliminerer i en langstrakt kam, og at den langstrakte kam danner en vinkel med midtaksen.

7. Borkrone med en skjærevalse for utforming av et borehull i jorden ved desintegrering av jordformasjonene, hvilken skjærevalse har en nese og en valsebasis med minst én indre ringformet rad av innsatser mellom nesen og basisen montert i fatninger i skjærevalsen, hvilke .innsatser har en midtakse, i karakterisert ved at innsatsene har en form før montering i fatningene som tilveiebringer et hovedparti som opptas i fatningene og et hodeparti med en langstrakt kam for kontakt mot jordf ormas-jonene, hvilket hodeparti er asymmetrisk formet med hodepartiets langstrakte kam i plan med og vesentlig parallelt med jordformasjonene, og at den langstrakte kam danner en spiss vinkel med innsatsens midtakse.