NO782265L

NO782265L - BORKRONE.

Info

Publication number: NO782265L
Application number: NO782265A
Authority: NO
Inventors: Samuel Lee Penny; Robert Dale Clamon
Original assignee: Dresser Ind
Priority date: 1977-07-01
Filing date: 1978-06-30
Publication date: 1979-01-03
Also published as: FR2396152A1; JPS5414302A; BR7804216A; AU518619B2; IT1105345B; GB1602807A; SE7806864L; FI781181A; DE2828798A1; AU3618578A; IT7850099A0; NL7805380A; MX147222A

Description

Foreliggende oppfinnelse angår generelt boring i jorden og mer bestemt en fremgangsmåte for fremstilling av en rotasjons-borkrone og et system for å utligne trykkene i smøre-systemet til en borkrone. The present invention generally relates to drilling in the earth and more specifically a method for manufacturing a rotary drill bit and a system for equalizing the pressures in the lubrication system of a drill bit.

Ved kjente systemer har man tidvis problemer med å tilføre smøremiddel til lagrene som følge av moderne borkroners forholdsvis lange levetid og de store forskjeller i miljøforhol-dene man støter på under boreoperasjonen. Når en rullemeiselkrone senkes ned i et brønnhull, øker trykket som omgir borkronen med en hastighet på ca. 0,115 kg/cm 2 for hver meter dybde. Dette betyr at ved en dybde på 3000 meter vil det hydrostatiske trykk på utsiden av borkronen kunne være 345 kg/cm eller mer på grunn av vekten av borefluidet i brønnhullet over borkronen. For at det skal bli mulig å få et smøresystem til å virke tilfredsstil-lende ved de høye trykk nede i borehullet må det anvendes midler som kan utligne smøremidlets innvendige trykk i smøresystemet med borefluidets hydrostatiske trykk i brønnhullet. Mangel på effektivt trykkutligningssystem i kjente borkroner har medført ødeleggelse av ett eller, flere elementer i smøresystemet. De elementer i smøresystemet som har vært mest utsatt for ødeleggelse i kjente borkroner er tetningen og den fleksible membran i smøremiddel-reservoaret. With known systems, one occasionally has problems supplying lubricant to the bearings as a result of the relatively long life of modern drill bits and the great differences in the environmental conditions encountered during the drilling operation. When a roller bit is lowered into a wellbore, the pressure surrounding the bit increases at a rate of approx. 0.115 kg/cm 2 for each meter of depth. This means that at a depth of 3000 metres, the hydrostatic pressure on the outside of the drill bit could be 345 kg/cm or more due to the weight of the drilling fluid in the wellbore above the drill bit. In order for it to be possible to make a lubrication system work satisfactorily at the high pressures down the borehole, means must be used which can equalize the internal pressure of the lubricant in the lubrication system with the hydrostatic pressure of the drilling fluid in the wellbore. The lack of an effective pressure equalization system in known drill bits has led to the destruction of one or more elements in the lubrication system. The elements of the lubrication system that have been most exposed to destruction in known drill bits are the seal and the flexible membrane in the lubricant reservoir.

Mange andre omgivelsesforhold påvirker også ytelsen til et trykkutligningssystem. F.eks. vil temperaturen stige når brønnhullet trenger dypere ned i jorden og det kan ventes temperaturer i området mellom 250° og 350° ved 3000 meter dybde, og til og med høyere temperaturer ved større dybder. Når borkronen roterer og skjærvalsene griper inn i formasjonene utvikles store varmemengder som får borkronens omgivelsestemperatur til å stige. Den høye temperatur har en ugunstig innvirkning på smøremidlet, på borkronens konstruksjonselementer innbefattende smøresystemet, Many other environmental conditions also affect the performance of a pressure equalization system. E.g. the temperature will rise when the wellbore penetrates deeper into the earth and temperatures in the range between 250° and 350° can be expected at a depth of 3000 metres, and even higher temperatures at greater depths. When the drill bit rotates and the cutting rollers engage the formations, large amounts of heat are developed, causing the drill bit's ambient temperature to rise. The high temperature has an adverse effect on the lubricant, on the construction elements of the drill bit including the lubrication system,

på trykkutligningssystemet og på lagrene.on the pressure compensation system and on the bearings.

Vaklende trykkforhold, innbefattende vaklingens størrelse, må også tas i betraktning ved anskaffelse av et trykkutligningssystem. Periodiske trykkvariasjoner opptrer under boreoperasjonen og disse trykkvariasjoner kan ødelegge smøresystemets konstruksjonselementer samt trykkutligningssystemet. Under boring må rørseksjoner tilkoples borestrengen for,gradvis dypere inntrengning. Dette kan bety at 50 eller 60 rørseksjoner tilkoples borestrengen under den normale levetid for en rullemeiselkrone med avtettet lager. For å tilkople en rørseksjon, som vanligvis er 9,2 meter lang, må borkronens om-dreining stoppes og hele rørstrengen, innbefattende borkronen, må heves tilstrekkelig høyt til at kellyen går klar av rota-sjonsboret (10 - 15 ni) . Ettersom driftskostnadene for en olje-brønn-borerigg er temmelig høye,må den tiden som borkronen er borte fra bunnen og ikke borer holdes på et minimum. Derfor må tilkoplingen av en rørseksjon utføres hurtig og borestrengen må heves og senkes så hurtig som mulig. Denne heving og senking av borestrengen skaper trykkvariasjoner som påvirker smøresystemet og trykkutligningssystemet. Fluctuating pressure conditions, including the size of the fluctuation, must also be taken into account when purchasing a pressure equalization system. Periodic pressure variations occur during the drilling operation and these pressure variations can destroy the structural elements of the lubrication system as well as the pressure compensation system. During drilling, pipe sections must be connected to the drill string for progressively deeper penetration. This can mean that 50 or 60 pipe sections are connected to the drill string during the normal lifetime of a roller bit with a sealed bearing. To connect a pipe section, which is usually 9.2 meters long, the rotation of the drill bit must be stopped and the entire pipe string, including the drill bit, must be raised high enough for the kelly to clear the rotary drill (10 - 15 ni). As the operating costs for an oil well drilling rig are quite high, the time that the drill bit is away from the bottom and not drilling must be kept to a minimum. Therefore, the connection of a pipe section must be carried out quickly and the drill string must be raised and lowered as quickly as possible. This raising and lowering of the drill string creates pressure variations that affect the lubrication system and the pressure compensation system.

Når borkronen er på bunnen er trykket til smøremid-let det samme, eller tilnærmet det samme, som det hydrostatiske trykk i fluidet i brønnhullet. Når imidlertid borestrengen heves i brønnhullet virker borkronekroppen omtrent på samme måte som et stempel i en sylinder. Borkronekroppens utvidede diameter utøver en kraft på fluidsøylen over borkronen som følge av borkronens hastighet under bevegelsen oppover i brønnhullet. Flui-dets hastighet forbi borkronens utvidede diameterparti kan være temmelig høy og skape lavtrykksområde i sonen mellom skjærvalsene og borkronekroppen hvor tetningen er plassert. Trykkforskjellen mellom trykket i fluidet i tetningsområdet og trykket i smøre-midlet inne i. borkronen kan være av størrelsesorden 7 kg/cm<2>eller mer under perioder hvor borestrengen aksellererer hurtig. When the bit is on the bottom, the pressure of the lubricant is the same, or nearly the same, as the hydrostatic pressure in the fluid in the wellbore. However, when the drill string is raised in the wellbore, the bit body acts in much the same way as a piston in a cylinder. The expanded diameter of the bit body exerts a force on the fluid column above the bit as a result of the speed of the bit during its upward movement in the wellbore. The speed of the fluid past the extended diameter part of the drill bit can be quite high and create a low pressure area in the zone between the cutting rollers and the drill bit body where the seal is located. The pressure difference between the pressure in the fluid in the sealing area and the pressure in the lubricant inside the drill bit can be of the order of 7 kg/cm<2> or more during periods where the drill string accelerates rapidly.

I et stort antall rullemeiselkroner med avtettet lager, benyttes tetninger som motvirker strømning i begge ret-ninger. Et eksempel på denne type tetning er en O-ririg. Borkroner som benytter denne tetningstype kan erfare en betydelig trykkoppbygning i smøresystemet. Enkelte av de potensielle kil-der for trykkoppbygning er trykkforskjellen mellom smøremidlet i borkronen og fluidet i brønnhullet utenfor borkronen og varmeut- videlse i smøremidlet frembragt av de høye temperaturer som hers-ker under boreoperasjonen. In a large number of roller chisel bits with sealed bearings, seals are used which counteract flow in both directions. An example of this type of seal is an O-ring. Drill bits that use this type of seal can experience a significant pressure build-up in the lubrication system. Some of the potential sources of pressure build-up are the pressure difference between the lubricant in the drill bit and the fluid in the wellbore outside the drill bit and heat expansion in the lubricant produced by the high temperatures that prevail during the drilling operation.

Mange forskjellige systemer er blitt brukt (eller beskrevet i publikasjoner) for å kompensere for trykkvariasjoner som virker på smøremidlet i smøresystemet i en rullemeiselkrone. Det har vært foreslått å benytte et bevegelig' stempel plassert i smøremiddelreservoaret idet området over stemplet avluftes til borkronens utside for å utsette stemplets toppflate for brønn-hullets omgivelsestrykk. En tilbakeslag-avlastingsventil har vært anordnet til å virke ved lave trykk for å tillate strømning ut av smøremiddelreservoaret til borkronens utside, mens strøm-ning i motsatt retning blokkeres. Det har vært beskrevet et smøremiddelreservoar som har en permanent stengeplugg løsbart montert i innløpet til reservoaret og en midlertidig stengeplugg løsbart montert i innløpet til reservoaret istedenfor den permanente plugg når reservoaret er fylt med smøremiddel, slik at når reservoaret er således fylt og den permanente plugg er montert istedenfor den midlertidige plugg, frembringes et ekspansjonsrom mellom smøremidlet i reservoaret og den permanente pluggs inner-side. En frittpustende, porøs filterplugg er blitt plassert i en kanal for utligning av smøremidlets innvendige trykk i smøremid-delreservoaret og borefluidets hydrostatiske trykk i brønnhullet. Det har vært beskrevet hvorledes trykkompensasjon eller trykkut-ligning over en tetning som skiller smøremidlet i borkronen fra boreslammet på borkronens utside kan oppnås ved å tilveiebringe tilstrekkelig forskyvning av tetningen til å oppta forandringer i smøremiddelvolumet som følge av temperatur- og trykkendringer som opptrer under boring. Many different systems have been used (or described in publications) to compensate for pressure variations acting on the lubricant in the lubrication system of a roller chisel bit. It has been proposed to use a movable piston placed in the lubricant reservoir, as the area above the piston is vented to the outside of the drill bit in order to expose the top surface of the piston to the ambient pressure of the well-hole. A backflow relief valve has been arranged to operate at low pressures to allow flow out of the lubricant reservoir to the outside of the drill bit, while blocking flow in the opposite direction. A lubricant reservoir has been described which has a permanent closing plug releasably mounted in the inlet of the reservoir and a temporary closing plug releasably mounted in the inlet of the reservoir instead of the permanent plug when the reservoir is filled with lubricant, so that when the reservoir is thus filled and the permanent plug is fitted instead of the temporary plug, an expansion space is created between the lubricant in the reservoir and the inner side of the permanent plug. A free-breathing, porous filter plug has been placed in a channel to equalize the internal pressure of the lubricant in the lubricant sub-reservoir and the hydrostatic pressure of the drilling fluid in the wellbore. It has been described how pressure compensation or pressure equalization over a seal that separates the lubricant in the drill bit from the drilling mud on the outside of the drill bit can be achieved by providing sufficient displacement of the seal to absorb changes in the lubricant volume as a result of temperature and pressure changes that occur during drilling.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en borkrone-anordning og en fremgangsmåte for fremstilling av en borkrone som har et lukket smøresystem med et ekspansjonsrom anordnet i smøre-systemet for å oppta endringer i smøremiddelvdlum. En fleksibel membran er anordnet i et smøremiddelreservoar-hulrom i borkronen. Den fleksible membran deler hulrommet. i et smøremiddelparti og et ekspansjonsparti„ Den fleksible membran er fjærende. Smøremiddel-reservoarets smøremiddelparti fylles med smøremiddel og smøremid-let utsettes for trykk slik at den fleksible membran strekkes inn i ekspansjonspartiet. Trykket avlastes fra smøremidlet hvorved den fleksible membran avlastes og trekker seg tilbake fra ekspan-sjonspartieto Dette frembringer et ekspansjonsrom i borkronen som kan oppta enhver volumendring i smøremidlet under boring. Oven-nevnte samt andre trekk og fordeler vil fremgå av følgende be-skrivelse av oppfinnelsen i sammenheng med tegningen. Figur 1 illutsrerer et snitt gjennom en av armene i en borkrone og viser smøresystemet. Figur 2 er et riss i større målestokk av. smøremiddel-reservoaret vist i figur 1. Figur 3 er et riss lik figur 2, som illustrerer.utvidelsen av den fleksible membran i smøremiddelreservoaret. Figur 4 illustrerer en annen utføringsform av den The present invention provides a drill bit device and a method for manufacturing a drill bit which has a closed lubrication system with an expansion space arranged in the lubrication system to accommodate changes in lubricant volume. A flexible diaphragm is arranged in a lubricant reservoir cavity in the drill bit. The flexible membrane divides the cavity. in a lubricant part and an expansion part„ The flexible membrane is springy. The lubricant part of the lubricant reservoir is filled with lubricant and the lubricant is exposed to pressure so that the flexible membrane is stretched into the expansion part. The pressure is relieved from the lubricant whereby the flexible membrane is relieved and retracts from the expansion part. This creates an expansion space in the drill bit which can accommodate any volume change in the lubricant during drilling. The above-mentioned as well as other features and advantages will be apparent from the following description of the invention in connection with the drawing. Figure 1 illustrates a section through one of the arms of a drill bit and shows the lubrication system. Figure 2 is a drawing on a larger scale of. the lubricant reservoir shown in Figure 1. Figure 3 is a view similar to Figure 2, which illustrates the expansion of the flexible membrane in the lubricant reservoir. Figure 4 illustrates another embodiment of it

fleksible membran ifølge oppfinnelsen.flexible membrane according to the invention.

Figur 5 er en illustrasjon av utvidelsen av den fleksible membran i smøremiddelreservoaret. Figure 5 is an illustration of the expansion of the flexible membrane in the lubricant reservoir.

På tegningen, se særlig fig. 1, er med henvisnings-tallet 10 illustrert en rotasjons-borkrone med tre koniske skjær-valsér, idet en arm av borkronen 10 er vist i figur 1. Som illustrert innbefatter borkronen 10 en hoveddel innbefattet et øvre gjengeparti 11. Gjengepartiet 11 gjør det mulig å kople borkronen 10 til nedre ende av en borestreng (ikke vist). Tre vesentlig identiske armer hvorav bare én 13 er vist i figur 1, rager nedover fra hoveddelen 11. Nedre ende av hver arm er utformet med et lagertapparti og detaljer ved dette tapparti skal omtales i det følgende. Tre koniske skjærvalser, hvorav den ene 22 er vist i figur 1, er dreibart plassert på de tre lagertapper som rager ut fra armene. Hver skjærvalse er på sin ytre overflate utstyrt med en skjærstruktur som er innrettet til å nedbryte formasjonene idet borkronen 10 roteres og føres nedover. Skjærstrukturen 21 er vist i form av hardmetallinnsatser. Det skal imidlertid for-stås at andre skjærstrukturer som f.eks. ståltenner kan benyttes som skjærstrukturér på skjærvalsene. In the drawing, see especially fig. 1, a rotary drill bit with three conical shear rolls is illustrated with the reference number 10, an arm of the drill bit 10 being shown in figure 1. As illustrated, the drill bit 10 includes a main part including an upper thread part 11. The thread part 11 makes it possible to connect the drill bit 10 to the lower end of a drill string (not shown). Three essentially identical arms, of which only one 13 is shown in Figure 1, project downwards from the main part 11. The lower end of each arm is designed with a bearing pin part and details of this pin part will be discussed in the following. Three conical shear rollers, one of which 22 is shown in figure 1, are rotatably placed on the three bearing pins which protrude from the arms. Each cutting roller is equipped on its outer surface with a cutting structure which is designed to break down the formations as the drill bit 10 is rotated and guided downwards. The cutting structure 21 is shown in the form of hard metal inserts. However, it should be understood that other shear structures such as e.g. steel teeth can be used as cutting structures on the cutting rollers.

Skjærvalsen 22 er dreibart montert på lagertappen 18 til armen 13 og innrettet til å nedbryte jordformasjonene idet borkronen roteres, Skjærstrukturen 21 på skjærvalsens 22 ytter-flate berører og nedbryter formasjonene på kjent måte. Et antall lagersystemer er anordnet i lagerområdet mellom skjærvalsen 22 og lagertappen 18. Lagersystemene i lagerområdet innbefatter et ytre friksjonslager 20, en rekke kulelagre 27, et indre friksjonslager 26 samt et aksiallager 25. En O-ringtetning 19 er plassert mellom skjærvalsen 22 og lagertappen 18. Denne tetning hol-der smøremiddel i lagerområdet på plass i lagersystemene og hind rer materialet i brønnhullet fra å trenge inn i lagerene. Smøre-middel overføres til lagersystemene gjennom en kanal 17. Som vist kan kulene som utgjør kulelagersystemet 27 gjennom kanalen 17 innføres i stilling etter at skjærvalsen 22 er plassert på lagertappen 18. Rekken av kulelagre 27 virker til å låse skjærvalsen 22 på lagertappen 18. Etter at kulene er på plass inn-føres en plugg 16 i kanalen 17 og sveises fast ved hjelp av en sveis 15. Pluggen 16 har en redusert diameter over størstedelen av sin lengde slik at smøremiddel kan overføres til lagerområdet. Ytterligere kanaler 23, 24 og 28 strekker seg fra kanalen 17 til lagerområdet for å sikre tilstrekkelig tilførsel av smøremiddel til lagrene 20, 27, 26 og 25. The cutting roller 22 is rotatably mounted on the bearing pin 18 of the arm 13 and arranged to break down the soil formations as the drill bit is rotated, The cutting structure 21 on the outer surface of the cutting roller 22 touches and breaks down the formations in a known manner. A number of bearing systems are arranged in the bearing area between the shear roller 22 and the bearing pin 18. The bearing systems in the bearing area include an outer friction bearing 20, a number of ball bearings 27, an inner friction bearing 26 and an axial bearing 25. An O-ring seal 19 is placed between the shear roller 22 and the bearing pin 18 This seal holds lubricant in the bearing area in place in the bearing systems and prevents the material in the wellbore from penetrating into the bearings. Lubricant is transferred to the bearing systems through a channel 17. As shown, the balls that make up the ball bearing system 27 can be brought into position through the channel 17 after the shear roller 22 is placed on the bearing pin 18. The row of ball bearings 27 acts to lock the shear roller 22 on the bearing pin 18. After that the balls are in place, a plug 16 is introduced into the channel 17 and welded in place using a weld 15. The plug 16 has a reduced diameter over most of its length so that lubricant can be transferred to the bearing area. Further channels 23, 24 and 28 extend from channel 17 to the bearing area to ensure an adequate supply of lubricant to the bearings 20, 27, 26 and 25.

Et smøremiddelreservoar er utformet i armen 13 for å bringe smøremiddel til lagrene. En kanal 14 forbinder smøre-middelreservoaret med kanalen 17 hvorved smøremiddel kan overfø-res fra reservoaret direkte til lagrene. En fleksibel membran er plassert i boringen til smøremiddelreservoaret og lukker reservoarets nedre parti. Området inne i reservoarboringen men utenfor membranen har avløp til innhulningen i borkronen gjennom en kanal 29 som forbinder reservoarboringens nedre ende med innhulningen i borkronen. Reservoarboringens øvre ende er lukket ved hjelp av en kapsel som er låst på plass i armen 13 ved hjelp av en låsering. En O-ringtetning er plassert rundt kapselen for å holde smøremidlet i smøremiddelreservoaret. En kanal strekker seg gjennom kapselen slik at smøremiddel kan innføres i smøremiddelre-servoaret. En plugg 9 lukker kanalen. A lubricant reservoir is formed in the arm 13 to bring lubricant to the bearings. A channel 14 connects the lubricant reservoir with the channel 17, whereby lubricant can be transferred from the reservoir directly to the bearings. A flexible membrane is placed in the bore of the lubricant reservoir and closes the lower part of the reservoir. The area inside the reservoir bore but outside the membrane has drainage to the recess in the bit through a channel 29 which connects the lower end of the reservoir bore with the recess in the bit. The upper end of the reservoir bore is closed by means of a capsule which is locked in place in the arm 13 by means of a locking ring. An O-ring seal is placed around the capsule to keep the lubricant in the lubricant reservoir. A channel extends through the capsule so that lubricant can be introduced into the lubricant reservoir. A plug 9 closes the channel.

Borkornen 10 innbefatter en midtre kanal 12 som strekker seg langs borkronens 10 midtakse slik at borefluid kan komme inn fra borestrengens (ikke vist) øvre seksjon umiddelbart ovenfor og strømme nedover gjennom tre stråledyser (ikke vist) forbi skjærvalsenes skjærstruktur. The drill bit 10 includes a central channel 12 which extends along the central axis of the drill bit 10 so that drilling fluid can enter from the upper section of the drill string (not shown) immediately above and flow down through three jet nozzles (not shown) past the cutting structure of the shear rolls.

Ved bruk innkoples borkronen 10 som nedre element i en rotasjons-borestreng (ikke vist) og senkes ned i brønnhullet inntil skjærvalsene kommer i inngrep med brønnhullets bunn. Ved inngrep med bunnen i brønnhullet bringes borestrengen og derved også borkronen 10 til å rotere. Borefluid tvinges ned gjennom den innvendige kanal i borestrengen og fortsetter gjennom midt-kanalen 12 i borkronen 10, gjennom dysene forbi skjærvalsenes skjærstruktur til bunnen av brønnhullet, og dertter oppover i ringrommet mellom borestrengen og veggen i brønnhullet under med- In use, the drill bit 10 is engaged as the lower element of a rotary drill string (not shown) and is lowered into the wellbore until the cutting rollers engage with the bottom of the wellbore. When engaging with the bottom of the wellbore, the drill string and thereby also the drill bit 10 are brought to rotate. Drilling fluid is forced down through the internal channel in the drill string and continues through the center channel 12 in the drill bit 10, through the nozzles past the cutting structure of the shear rollers to the bottom of the wellbore, and flows upwards into the annulus between the drill string and the wall of the wellbore under

bringelse av borekaks og stenrester fra boreoperasjonen.bringing drilling cuttings and rock residues from the drilling operation.

Figur 2 er et riss i større målestokk av borkronensFigure 2 is a drawing on a larger scale of the drill bit

10 smøremiddel-reservoarområde, som illustrerer reservoarets konstruksjonselementer i større detalj. Reservoarboringen 30 strekker seg inn i borkronens 10 arm 13. Nedre ende av boringen 30 er avluftet til borkronens innhulning gjennom kanalen 29. Smøremiddelkanalen 14 strekker seg fra boringen 30 til lagerområdet. Et gjenget parti 36 i smøremiddelkanalen 14 er anordnet for å oppta en plugg under sveiseoperasjonen når kulepluggen 16 sveises på plass ved hjelp av sveisen 15. Armen 13 neddykkes i vann for å hindre skade på noen av elementene på grunn av varme. Pluggen som er låst i gjengene 36 hindrer vann fra å trenge inn 10 lubricant reservoir area, illustrating the reservoir's structural elements in greater detail. The reservoir bore 30 extends into the arm 13 of the drill bit 10. The lower end of the bore 30 is vented to the drill bit recess through the channel 29. The lubricant channel 14 extends from the bore 30 to the bearing area. A threaded portion 36 in the lubricant channel 14 is arranged to receive a plug during the welding operation when the ball plug 16 is welded in place by means of the weld 15. The arm 13 is immersed in water to prevent damage to any of the elements due to heat. The plug, which is locked in the threads 36, prevents water from penetrating

i lagerområdet.in the storage area.

En fleksibel og fjærende eller elastisk reservoarmembran 32 er plassert i boringen 30. Membranen er låst på A flexible and springy or elastic reservoir diaphragm 32 is placed in the bore 30. The diaphragm is locked on

plass ved hjelp av reservoarkapselen 37. En støpt tetning 35space using the reservoir cap 37. A molded seal 35

av O-ringtypen, som primært utgjør en aksialtetning og sekundært én radialtetning, sammentrykkes av reservoarkapselen 37 slik at den danner en positiv tetning mellom den fleksible membran 32 of the O-ring type, which primarily forms an axial seal and secondarily a radial seal, is compressed by the reservoir capsule 37 so that it forms a positive seal between the flexible membrane 32

og boringen 30. En O-ringtetning 38 er plassert mellom reservoarkapselen 37 og boringen 30 over kanalen 14 for å danne en positiv tetning for smøremiddelreservoaret. Reservoarkapselen 37 låses på plass ved hjelp av låsering 39. Et gjenget fyllehull 40 er anordnet slik at smøremiddelreservoaret kan fylles med smøremiddel. Det gjengede fyllehull 40 er lukket ved hjelp av en plugg 9. and the bore 30. An O-ring seal 38 is positioned between the reservoir cap 37 and the bore 30 over the channel 14 to form a positive seal for the lubricant reservoir. The reservoir capsule 37 is locked in place by means of a locking ring 39. A threaded filling hole 40 is arranged so that the lubricant reservoir can be filled with lubricant. The threaded filling hole 40 is closed by means of a plug 9.

Smøremiddelreservoaret som vist i fig. 2 er ennu ikke fylt med smøremiddel. Reservoarområdet 34 vil oppta smøremidlet som pumpes inn på plass gjennom det gjengede fyllehull 40. Smøre-midlet vil overføres til lagrene gjennom kanalen i kapselen 37 og smøremiddel-kanalen 14. Den fleksible og fjærende membran 32 fyller i sin avlastede tilstand ikke fullstendig boringen 30. Et ekspansjonsrom 31 er anordnet utenfor den fleksible membran 32. Som det skal forklares i det følgende har en funnet atekspansjons-rommet ikke bør være mindre enn omtrent 5 % av smøresystemets fulle kapasitet og ekspansjonsrommet 31 i smøremiddelsystemet vist i figur 2 er ca. 10 % av smøremiddelsystemets fulle kapasitet og smøremiddelområdet er ca. 90 % av smøremiddelsystemets fulle kapasitet. En metallplate 33 er festet i enden av den fleksible og fjærende membran 32» The lubricant reservoir as shown in fig. 2 is not yet filled with lubricant. The reservoir area 34 will receive the lubricant which is pumped into place through the threaded filling hole 40. The lubricant will be transferred to the bearings through the channel in the capsule 37 and the lubricant channel 14. The flexible and springy membrane 32 in its relieved state does not completely fill the bore 30. An expansion space 31 is arranged outside the flexible membrane 32. As will be explained below, it has been found that the expansion space should not be less than about 5% of the full capacity of the lubrication system and the expansion space 31 in the lubricant system shown in Figure 2 is approx. 10% of the lubricant system's full capacity and the lubricant range is approx. 90% of the lubricant system's full capacity. A metal plate 33 is fixed at the end of the flexible and springy membrane 32"

Fyllingen av smøremiddelreservoaret skal nå beskrives i forbindelse med figur 3. Et rør 8 er forbundet med det gjengede fyllehull 40. Smøremiddel-reservoarsystemet utsettes for et undertrykk for å evakuere hele smøremiddelsystemet„ Smøremid-del innføres så gjennom røret 8 inn i reservoarområdet 34, kanalene til lagrene og.lagerområdet. Smøremidlet som innføres gjennom røret 8 utsettes for et trykk hvorved den fleksible og fjærende membran 32 strekkes og ekspanderes slik at den vesentlig fyller hele området i reservoarboringen 30. Den fleksible membran 32 er vist i sin opprinnelige stilling i figur 2 før innfø-ring av smøremidlet og er vist i sin ekspanderte stilling i figur 3 når smøremidlet er utsatt for trykket. Trykket fjernes fra The filling of the lubricant reservoir will now be described in connection with figure 3. A pipe 8 is connected to the threaded filling hole 40. The lubricant reservoir system is subjected to a negative pressure in order to evacuate the entire lubricant system. The lubricant part is then introduced through the pipe 8 into the reservoir area 34, the channels to the warehouses and warehouse area. The lubricant which is introduced through the pipe 8 is subjected to a pressure whereby the flexible and springy membrane 32 is stretched and expanded so that it essentially fills the entire area in the reservoir bore 30. The flexible membrane 32 is shown in its original position in figure 2 before introduction of the lubricant and is shown in its expanded position in figure 3 when the lubricant is exposed to the pressure. The pressure is removed from

smøremidlet. Membranens 32 fjæringsevne gjør at den går tilbake til sin opprinnelige, ubøyde tilstand, hvorved en del smøremiddel tvinges tilbake gjennom fyllehullet 40. Dette vil tilveiebringe ekspansjonsrommet 31 som vist i figur 2 for opptagelse av enhver volumutvidelse i smøremiddelområdet under boreoperasjonen. the lubricant. The resilience of the diaphragm 32 causes it to return to its original, unbent state, whereby some lubricant is forced back through the filling hole 40. This will provide the expansion space 31 as shown in Figure 2 to accommodate any volume expansion in the lubricant area during the drilling operation.

Prøver ble utført for å bestemme den foretrukne størrelse av ekspansjonsrommet 31. ' Som følge av disse prøver ble det bestemt at ekspansjonsrommet 31 ikke burde være mindre enn ca. 5 % av smøresystemets fulle kapasitet. Analyser av prø-vene indikerte at ved den foretrukne utføringsform burde ekspansjonsrommet 31 kunne oppta ca. 10 % av smøremiddelsystemets fulle kapasitet og området inneholdende smøremiddel burde ta opp ca. 90 % av smøremidlets fulle kapasitet. Prøvene ble utført på den nedenfor beskrevne måte. Tests were conducted to determine the preferred size of the expansion space 31. As a result of these tests, it was determined that the expansion space 31 should not be smaller than approx. 5% of the lubrication system's full capacity. Analyzes of the samples indicated that in the preferred embodiment, the expansion space 31 should be able to occupy approx. 10% of the lubricant system's full capacity and the area containing lubricant should take up approx. 90% of the lubricant's full capacity. The tests were carried out in the manner described below.

PrøverSamples

En sløv 7-7/8 S86F ble anskaffet for å brukes i prøven. A blunt 7-7/8 S86F was procured for use in the test.

Borkronen ble renset og det gamle smørefett ble spylt ut. Nye membraner som ble sammensatt uten noen form for ventil, ble montert i borkronen sammen med nye reservoarkapsler, O-ringer, låse-ringer og fyllepluggerBorkronen ble evakuert ved hjelp av en vakuumpumpe og fylt med nytt smørefett. Under fettpåfyIlingen ble et ekspansjonsrom igjen i bunnen av reservoarboringen. Volu-met til dette rom ble kontrollert meget nøye. Det ble støpt voks-plugger med samme fasong som bunnen i reservoarboringen. Tykkel-sen av disse plugger ble kontrollert slik at det volum de opptok var kjent. Disse plugger var fremstilt av "Carbowax 1540" som har et smeltepunkt på 46°C. Under montering ble vokspluggen plassert i bunnen av reservoarboringen. Deretter ble membranen og kapselen montert. Under fettpåfyllingen ble membranen utvidet nedover mot pluggen. Når borkronen var full av smørefett ble fettfylleinnretningen fjernet fra fyllehullet og fett kunne fritt strøm-me ut inntil det indre trykk i fettet var lik atmosfæretrykket. Systemet ble deretter lukket. Borkronen ble plassert i en bøtte med olje ved romtemperatur, deretter oppvarmet til 100°C og holdt der i 1 time. Såsnart oljetemperaturen steg til 46°C smeltet vokspluggene og strømmet ut gjennom avløpshullet til uthulningen i borkronen, slik at det ble etterlatt et ekspansjonsrom for membranen. Etter 1 time ved 100°C ble borkronen og oljen oppvarmet til 121°C og holdt der i 1 time. Deretter ble den oppvarmet 149°C og holdt der i en ytterligere time. The drill bit was cleaned and the old grease was flushed out. New diaphragms, which were assembled without any kind of valve, were installed in the drill bit together with new reservoir caps, O-rings, locking rings and filler plugs. The drill bit was evacuated using a vacuum pump and filled with new lubricating grease. During the grease filling, an expansion space was left at the bottom of the reservoir bore. The volume of this room was very carefully controlled. Wax plugs with the same shape as the bottom of the reservoir bore were cast. The thickness of these plugs was checked so that the volume they occupied was known. These plugs were made from "Carbowax 1540" which has a melting point of 46°C. During assembly, the wax plug was placed in the bottom of the reservoir bore. The membrane and capsule were then fitted. During the grease filling, the membrane was extended downwards towards the plug. When the drill bit was full of lubricating grease, the grease filling device was removed from the filling hole and grease could freely flow out until the internal pressure in the grease was equal to atmospheric pressure. The system was then closed. The drill bit was placed in a bucket of oil at room temperature, then heated to 100°C and held there for 1 hour. As soon as the oil temperature rose to 46°C, the wax plugs melted and flowed out through the drain hole to the hollow in the bit, leaving an expansion space for the diaphragm. After 1 hour at 100°C, the drill bit and the oil were heated to 121°C and held there for 1 hour. It was then heated to 149°C and held there for a further hour.

Hele tiden under disse oppvarmingsperioder ble det innvendige trykk målt ved hjelp av trykkmålere festet til reservoarkapslene. Flere prøver ble utført som beskrevet ovenfor med forskjellige størrelser av vokspluggene for å bestemme hvor stort ekspansjonsrom som var nødvendig for å være sikker på at intet innvendig trykk ville bygges opp i smøremidlet. Det ble bestemt at dersom smøresystemet ikke ble fylt til mer enn ca. 5 % av sin fulle kapasitet ville det gjenværende ekspansjonsrom mellom bunnen av reservoarboringen og membranen være tilstrekkelig til å hindre at det ble dannet for store innvendige smøremiddeltrykk. At all times during these warm-up periods, the internal pressure was measured using pressure gauges attached to the reservoir capsules. Several tests were performed as described above with different sizes of wax plugs to determine how much expansion space was necessary to ensure that no internal pressure would build up in the lubricant. It was decided that if the lubrication system was not filled to more than approx. 5% of its full capacity, the remaining expansion space between the bottom of the reservoir bore and the diaphragm would be sufficient to prevent excessive internal lubricant pressures from building up.

På figur 4 og 5 er illustrert en annen utførings-form av foreliggende oppfinnelse. I denne utføringsform er kanalen fra bunnen av reservoarboringen til borkronens uthulning eliminert og O-ringtetningen 38 vist i figur 3 er eliminert. Av disse grunner er den utføringsform som er vist i figur 4 og 5 ansett som den foretrukne utføringsform. Figures 4 and 5 illustrate another embodiment of the present invention. In this embodiment, the channel from the bottom of the reservoir bore to the drill bit hollow is eliminated and the O-ring seal 38 shown in Figure 3 is eliminated. For these reasons, the embodiment shown in Figures 4 and 5 is considered the preferred embodiment.

Konstruksjonselementene for smøremiddelreservoaret er illustrert på figur 4. Reservoarboringen 45 strekker seg inn The construction elements for the lubricant reservoir are illustrated in Figure 4. The reservoir bore 45 extends into

. i borkronens 41 arm 42. Nedre ende av boringen 45 er lukket.. in the drill bit 41 arm 42. The lower end of the bore 45 is closed.

En smøremiddelkanal 43, strekker seg fra boringen 45 til lagerområdet. Et gjengeparti 44 i smøremiddelkanalen 43 er innrettet til å oppta en plugg under sveiseoperasjonen når kulepluggen sveises på plass. Under sveiseoperasjonen er borkronen.41 neddykket i vann for å hindre skade på noen av elementene som påvirkes av varme. Pluggen som er låst i gjengene 44 hindrer vann fra å trenge inn til lagerområdet. A lubricant channel 43 extends from the bore 45 to the bearing area. A threaded portion 44 in the lubricant channel 43 is adapted to receive a plug during the welding operation when the ball plug is welded in place. During the welding operation, the drill bit.41 is immersed in water to prevent damage to some of the elements affected by heat. The plug which is locked in the threads 44 prevents water from penetrating to the bearing area.

En fleksibel og fjærende reservoarmembran 4 7 er plassert i boringen 45. Membranen er låst på plass ved hjelp av reservoarkapselen 54. En støpt O-ringtetning 52 som primært ut- gjør en aksialtetning og sekundært en radialtetning, sammentryk-ket av reservoarkapselen 54 for å danne en positiv tetning mellom den fleksible membran 4 7 og boringen 45. O-ringtetningen 52 er plassert mellom reservoarkapselen 54 og en metallring 51 for å danne en positiv tetning for smøremiddelreservoaret. Reservoarkapselen 54 er låst på plass ved hjelp av en låsering 53. En kanal som strekker seg gjennom reservoarkapselen 54 danner kommuni-kasjon mellom fluid i borehullet og den fleksible membran 47. A flexible and resilient reservoir diaphragm 47 is placed in the bore 45. The diaphragm is locked in place by means of the reservoir capsule 54. A cast O-ring seal 52 which primarily constitutes an axial seal and secondarily a radial seal, compressed by the reservoir capsule 54 to forming a positive seal between the flexible diaphragm 47 and the bore 45. The O-ring seal 52 is positioned between the reservoir cap 54 and a metal ring 51 to form a positive seal for the lubricant reservoir. The reservoir capsule 54 is locked in place by means of a locking ring 53. A channel extending through the reservoir capsule 54 forms communication between fluid in the borehole and the flexible membrane 47.

En gjenget fyllekanal 56 er anordnet i armen 4 2 slik at smøremiddelreservoaret kan fylles med smøremiddel. Den gjengede fyllekanal 56 er lukket ved hjelp av en plugg 58 som passer til gjengene 55. A threaded filling channel 56 is arranged in the arm 4 2 so that the lubricant reservoir can be filled with lubricant. The threaded filling channel 56 is closed by means of a plug 58 that fits the threads 55.

Smøremiddelreservoaret vist i figur 4 er erinu ikke fylt med smøremiddel. Reservoarområdet 50 vil oppta smøremiddel som pumpes på plass gjennom kanalen 56. Smøremidlet vil overfø-res til lageret gjennom smøremiddelkanalen 43. Den fleksible og fjærende membran 47 fyller i sin avlastede tilstand ikke fullstendig boringen 45. Et ekspansjonsrom 49 er anordnet utenfor den fleksible membran 47. Som tidligere forklart har man funnet at ekspansjonsrommet ikke bør være mindre enn omtrent 5 % av smøresystemets fulle kapasitet. En metallplate 48 er fastgjort i enden av den fleksible og fjærende membran 47. En kanister 46 er anordnet for å beskytte membranen mot brudd på grunn av trykk fra fluid i borehullet. The lubricant reservoir shown in figure 4 is not filled with lubricant. The reservoir area 50 will receive lubricant that is pumped into place through the channel 56. The lubricant will be transferred to the bearing through the lubricant channel 43. The flexible and springy membrane 47 in its relieved state does not completely fill the bore 45. An expansion space 49 is arranged outside the flexible membrane 47 As previously explained, it has been found that the expansion space should not be less than approximately 5% of the lubrication system's full capacity. A metal plate 48 is attached to the end of the flexible and resilient diaphragm 47. A canister 46 is provided to protect the diaphragm against rupture due to pressure from fluid in the borehole.

Fyllingen av smøremiddelreservoaret skal nå forklares i forbindelse med figur 5. Et rør 57 er forbundet med den gjengede fyllekanal 56. Smøremiddel-reservoaret utsettes for et undertrykk for å evakuere hele smøresystemet. Smøremid-del innføres deretter gjennom røret 57 inn i reservoarområdet 50, kanalene til lagrene samt lagerområdet. Smøremidlet som innføres gjennom røret 57 utsettes for trykk som bevirker at den fleksible og.fjærende membran 47 strekkes og utvides slik at den fyller vesentlig hele det tilgjengelige områdete Den fleksible membran 47 er vist i sin opprinnelige stilling i figur 4 før innføring av smøremiddel og den er vist i sin utvidede stilling i figur 5 når smøremidlet er utsatt for trykk. Trykket fjernes fra smøremid-let. Membranens 4 7 elastisitet bevirker at den vender tilbake til sin opprinnelige, ubøyde tilstand, og derved tvinger en del smøremiddel tilbake ut gjennom fyllekanalen 56. Dette vil frem-bringe ekspansjonsrommet 49 som vist i figur 4 for opptagelse av enhver volumutvidelse i smøremiddelområdet under boreoperasjonen. Som tidligere omtalt ble det bestemt at dersom ekspansjonsrommet mellom reservoarkapselen og membranen ikke er mindre enn omtrent 5 % vil det hindre at det dannes for stort innvendig trykk i smøremidlet. The filling of the lubricant reservoir will now be explained in connection with figure 5. A pipe 57 is connected to the threaded filling channel 56. The lubricant reservoir is subjected to a negative pressure in order to evacuate the entire lubrication system. The lubricant part is then introduced through the pipe 57 into the reservoir area 50, the channels of the bearings and the bearing area. The lubricant which is introduced through the tube 57 is exposed to pressure which causes the flexible and resilient membrane 47 to stretch and expand so that it fills essentially the entire accessible area. The flexible membrane 47 is shown in its original position in figure 4 before the introduction of lubricant and the is shown in its extended position in Figure 5 when the lubricant is exposed to pressure. The pressure is removed from the lubricant. The elasticity of the membrane 4 7 causes it to return to its original, unbent state, thereby forcing some lubricant back out through the filling channel 56. This will create the expansion space 49 as shown in figure 4 for recording any volume expansion in the lubricant area during the drilling operation. As previously discussed, it was decided that if the expansion space between the reservoir capsule and the membrane is not less than approximately 5%, it will prevent excessive internal pressure from forming in the lubricant.

Claims

1. Method for manufacturing a rotary drill bit, characterized by the following steps: design of a lubricant reservoir cavity in the drill bit, placement of a flexible membrane in the reservoir cavity so that the flexible membrane divides the cavity into a lubricant part and an expansion part, the flexible membrane is elastic, filling the lubricant portion in the reservoir cavity with a lubricant and subjecting the lubricant to pressure so that the flexible membrane is stretched into the expansion portion, and removing the pressure from the lubricant so that the flexible membrane is relieved and retracted from the expansion the party.

2. Method for manufacturing a rotary drill bit, characterized by the following steps: design of a lubricant reservoir cavity in the drill bit, placement of a flexible membrane in the reservoir cavity so that the flexible membrane divides the cavity into a lubricant part and an expansion part, the flexible membrane is elastic, filling the lubricant part in the reservoir cavity with a lubricant and releasing the lubricant. for pressure so that the flexible membrane is stretched until it substantially fills the expansion part, and removal of the pressure from the lubricant so that the flexible membrane retracts from the expansion part. 3o Method for manufacturing a rotary drill bit, characterized by the following steps: design of a lubricant reservoir bore in the drill bit, which bore has a closed end and an open end, arrangement of a capsule near the open end of the reservoir bore, placement of a flexible membrane in the reservoir bore between the capsule and the closed end of the reservoir bore so that the flexible membrane divides the bore into a lubricant part between the closed end of the reservoir bore and the flexible membrane and an expansion part between the capsule and the flexible membrane, the flexible membrane being elastic, filling the lubricant part in the reservoir cavity with a lubricant and subjecting the lubricant to a pressure such that the flexible membrane is stretched until it substantially fills the expansion portion, and removing the pressure .ket from the lubricant so that the flexible membrane is pulled back from the expansion part.

4. " Drill bit, characterized in that it comprises a main part, a lubricant reservoir cavity in the main part, a flexible membrane in the reservoir cavity which divides the cavity into a lubricant part and an expansion part, the flexible membrane being elastic, means for filling the lubricant part of the reservoir cavity with lubricant and subjecting the lubricant to pressure so that the flexible membrane is stretched until it substantially fills the expansion area, as well as means for removing the pressure from the lubricant so that the flexible membrane retracts from the expansion area.

5. Procedure for manufacturing a rotary drill crown, characterized by the following steps: arrangement of a lubricant system for the drill bit including a lubricant reservoir cavity:i. the drill bit, placement of a flexible and elastic membrane in the reservoir cavity so that the membrane divides the cavity into a coolant part and an expansion part, the expansion part being no less than approximately 5% of the volume of the lubricant system, filling the lubricant part in the reservoir cavity with a. lubricant and subjecting the lubricant to pressure so that the flexible membrane is stretched into the expansion portion, and removing the pressure from the lubricant so that the flexible membrane is relieved and retracted from the expansion portion.

6. Method according to claim 5, characterized in that the expansion part is approx. 10% of the lubrication system's volume.

7. Method for manufacturing a rotary drill bit, characterized by the following steps: arrangement of a lubrication system for the drill bit including a lubricant reservoir cavity in the drill bit, placement of a flexible and elastic membrane in the reservoir cavity so that the membrane divides the cavity into a lubricant part and an expansion part , as the expansion part is not less than approx. 5% of the lubrication system, filling the lubricant portion in the reservoir cavity with a lubricant and pressurizing the lubricant such that the flexible membrane is stretched until it substantially fills the expansion portion, and removing the pressure from the lubricant such that the flexible membrane is retracted from the expansion portion.

8. Method according to claim 7, characterized in that the expansion part is approx. 10% of the lubrication system's volume.

9. Method for manufacturing a rotary drill bit, characterized by the following steps: arrangement of a lubrication system for the drill bit including a lubricant reservoir bore in the drill bit, which bore has a closed end and an open end, arrangement of a capsule to close the open end of the reservoir bore, placing a flexible membrane in the reservoir bore between the capsule and the closed end of the reservoir bore so that the flexible membrane divides the bore into a lubricant portion between the closed end of the reservoir bore and the flexible diaphragm and an expansion portion between the capsule and the flexible membrane, as the expansion part is not less than approx. 5% of the "lubrication system volume, filling the reservoir cavity lubricant- portion with a lubricant and subjecting the lubricant to pressure so that the flexible membrane is stretched until it substantially fills the expansion portion, and removing the pressure from the lubricant so that the flexible membrane is withdrawn from the expansion portion.

10. Method according to claim 9, characterized in that the expansion part is approx. 10% of the lubrication system's volume.

11. Drill bit, characterized in that it comprises a main part, a lubrication system in the main part including a reservoir cavity, a flexible and elastic membrane in the reservoir cavity which divides the cavity into a lubricant part and an expansion part, the expansion part being no less than approx. 5% off the volume of the lubrication system, means for filling the lubricant portion in the reservoir cavity with a lubricant and pressurizing the lubricant so that the flexible membrane is stretched until it substantially fills the expansion area, and means for removing the pressure from the lubricant so that the flexible membrane is retracted from the expansion area.

12. Drill bit according to requirements. 11, characterized in that the expansion part is approx. 10% of the lubrication system's volume.