NO830155L - Borkrone. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en rotasjons-borkrone av typen rullemeiselkrone, egnet for boring i ekstremt harde formasjoner, og mer bestemt en rullemeiselkrone med et antall koniske meiselruller, såsom den velkjente trerulls-borkronen der hver meiselrull uavhengig utfører en sann rullebevegelse på en bunn som dannes av dens skjærstruktur, hvilket skiller seg'fra den bunn som dannes av skjærstrukturen til de øvrige meiselruller.

Rullemeiseikroner, særlig treirullskroner, er velkjent i forbindelse med boring av olje- og gassbrønner samt for boring av sprenghull i forbindelse med gruvedrift.

Generelt omfatter slike borkroner en hoveddel med et antall nedadragende ben (dvs. ett for hver meiselrull) som ender i en radielt innad- og aksielt nedadragende lagertapp på hvilken den koniske meiselrull er montert. Ettersom de formasjoner borkronen skal trenge gjennom har varierende hardhet etc. blir

.borkronene konstruert på bestilling med sikte på driftsøkonomisk optimale boreegenskaper ved boring i en jordformasjon av bestemt hardhet. I temmelig bløte formasjoner blir således boringen ut-ført med meiselruller som har en forholdsvis lang utstikkende

skjærstruktur. Videre muliggjør skjærstrukturens elastisitets-modul og fasthet i forhold til de bløtere jordformasjoner bruk av en forskyvning av meiselrullens omdreiningsakse i forhold til borkronens hoveddel (dvs. meiselrullens omdreiningsakse faller ikke sammen med hoveddelens omdreiningsakse) eller en større meiselrull kan benyttes i forhold til borehulldiameteren. I begge tilfeller utfører ikke skjærstrukturen som strekker seg fra meiselrullen noen sann rullebevegelse, slik at der under om-dreining av meiselrullen foregår en skrape- eller gravevirkning som hurtig smuldrer opp jorden.

For å forlenge meiselrullenes levetid ved bruk i gradvis hardere formasjoner, gjøres imidlertid skjærstrukturen kortere og hardere og følgelig mer sprø. For de hardeste jordformasjoner er skjærstrukturen vanligvis laget av innsatser av wolframkarbid eller liknende'som stikker et kort stykke ut fra meiselrullens overflate. Da dette materiale forholdsvis lett avskal-les, søker man å unngå sidebelastning på dette, og med dette

for øye elimineres skrape- eller gravevirkningen under boring ved å ha sammenfallende akser for meiselrullen og borkronen og ved å gi meiselrullens effektive utvendige koniske dimensjon

den riktige størrelse for sann rullebevegelse. En slik meiselrull nedbryter bergartene hovedsakelig gjennom trykkpåvirkning og deravfølgende oppspalting av bergformasjonen umiddelbart under innsatsen idet den kommer i kontakt med formasjonen.

En trerulls-rullemeiselkrone hvis meiselruller er beregnet for sann rullebevegelse er vist i søkerens US paténtskrift nr. 4 056 153. Som det fremgår av ovennevnte patentskrift har imidlertid alle de koniske meiselruller samme størrelse (dvs. den sanne rullekonus som hver av dem danner har samme vinkel). Således vil hvert areal av formasjonen som skjærstrukturen kommer i kontakt med ha en betydelig sidestøtte fra den tilstøtende del av formasjonen i borehullbunnen, ettersom bunnprofilen på grunn av den felles konusvinkel er i det vesentlige flat, som vist i figur 6 i ovennevnte patentskrift.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en trerulls-rota-sjonsborkrone av rullemeiseltypen, særlig egnet for de harde formasjoner, hvor hver konisk meiselrull utfører en sann rullebevegelse rundt en bunn forskjellig fra den bunn som utskjæres av de øvrige meiselruller slik at visse skjærstrukturer ser eller kon-takter en bunnutforming som har vesentlig redusert sidestøtte slik at dens nedbryting lettes. Dette blir hovedsakelig oppnådd ved hjelp av koniske meiselruller for sann rullebevegelse, med separate og ulike konusvinkler slik at hver skjærprofil utfører en sann rullebevegelse rundt og skjærer sin egen bunn. Den sammensatte bunnhullprofil som dannes av de vekslende ringformede rader av skjærelementer på meiselrullen og er beliggende ved ulike radier fra borkronens omdreiningssenter blir derved bølge-formet slik at man får en bunnprofil med bølgetopper som har redusert sidestøtte. Selv om de vekslende bølgedaler har side-støtte blir de nedbrutt like lett som den flate bunn som dannes med borkroner av kjent type, men bølgetoppene nedbrytes meget lettere, hvilket gir mer effektiv boring i slike harde formasjoner .

Oppfinnelsen er i det følgende beskrevet nærmere i tilknyt-ning tii tegningen som i fig. 1 viser et standard grupperiss av dé koniske meiselruller i en trerulls-rullemeisel-borkrone som er konstruert ifølge foreliggende oppfinnelse, mens figur 2 viser et overlagret aksialsnitt gjennom de sammensatte koniske meiselruller i anlegg mot borehullbunnen, og borehullets bunnprofil som

derved dannes.

Hovedtrekkene ved konstruksjonen av en rullemeisel-borkrone er velkjent og er utførlig beskrevet i søkerens US patentskrift nr. 3 788 408. I førnevnte US patentskrift nr. 4 056 153 er dessuten beskrevet det koniske meiselrullparti i en rullemeiselkrone og forholdet mellom rotasjonsaksene og skjærstrukturprofi-len som gir den sanne rullekontakt mellom skjærelementene og bergformasjbnen.

Det henvises således til figur 1 i foreliggende søknad,som viser en vanlig gruppe-uttegning av de koniske meiselruller i en trerulls-rullemeiselkrone. Som det fremgår av figuren danner alle de tre meiselruller 10, 12 og 14 (meiselrull 14 er vist i to halvdeler for å illustrere den relative beliggenhet av skjærelementer på nabo-rullene 10 og 12) danner et i det vesentlige triangulært aksialsnitt som viser deres koniske form hvor toppunktet av hver konus strekker seg mot borkronens omdreiningssenter 0.

Hver meiselrull omfatter videre en sentral boring henholdsvis 16, 18 og 20, som er åpen i bunnen av rullen og sammen med lagertappen på hvert av borkronens nedadragende ben (ikke vist) danner et lager- og smørekammer for dreibar opplagring av de koniske meiselruller på borkronens hoveddel. Meiselrullen 10 dreier således om aksen 22, rullen 12 dreier om aksen 24 og rullen 14 dreier om aksen 26 når borkronen dreier om midtaksen 0. Ettersom hver rullakse skjærer midtaksen 0 er ingen av meiselrullene forskjøvet.

De koniske meiselruller innbefatter ringformede rader av skjærelementer som stikker ut fra hullenes overflate for inngrep med og nedbryting av jordformasjonene. For harde formasjoner omfatter disse elementer vanligvis innsatser såsom 28 av wolframkarbid, innpresset i passende dimensjonerte og innbyrdes fordelte hull, såsom 29, i meiselrullene.

I hver meiselrull er der anordnet enkelte ringformede innsatsrader for inngrep ,med og utforming av den større del av borehullbunnen, mens andre rader hovedsakelig bryter ned borehullet nær borkronens omdreiningsakse og de øvrige rader nedbryter borehullet nær dets vegg for å opprettholde borehullets diameter.

Videre fremgår det av figur 1 at en linje trukket gjennom ytterpunktene på innsatsene 28 i de mellomliggende ringrader

R1, R2, R3 og R4 på meiselrullen 10 danner en rett linje 30 som også skjærer midtaksen 0, og at en slik.linje 30, på diametralt motsatte sider av meiselrullen, skjærer midtaksen 0, slik at der mellom de to linjer 30 dannes en første konusvinkel A. Disse mellomliggende ringer av innsatser utgjør drivrullinnsatsene. Det skal også bemerkes at innsatsene i ringraden N1 og toppunkt-innsatsen N strekker seg ikke ut til linjen 30 og dette gjør heller ikke innsatsene i diameterraden G1.

Meiselrullen 12 har likeledes mellomliggende ringformede rader R5, R6, R7 og R8 med innsatser hvis radielt ytterstliggende punkter ligger på en felles linje 32 som også skjærer midtaksen 0 og danner en vinkel B med den diametralt motsatt beliggende linje 32, hvilken vinkel er forskjellig fra rullens 10 konusvinkel A.

Likeledes har meiselrullen 14 mellomliggende innsatsrader R9, R10 og R11 hvis radielt ytterstliggende punkter ligger på en felles linje 34 som også skjærer midtaksen 0 og danner en vinkel C med den motsatt beliggende linje 34, hvilken vinkel er forskjellig både fra vinkel A og vinkel B.

I likhet med meiselrullen 10 har meiselrullene 12 og 14 innsatsrader nær henholdsvis toppunktet N2, N3 og N4, N5 og henholdsvis diameterrader G2 og G3 som ikke strekker seg til

de mellomliggende innsatsers respektive felles linjer.

Hver meiselrull vil således på kjent måte utføre en sann rullebevegelse i forhold til innsatsene i de mellomliggende ringformede rader angitt med prefikset R. Som følge av at konusvinklene A, B og C for inngrepet til hver "santrullende" meiselrull er forskjellige, mens vinkelen D (se figur 2) mellom lagertappene og omdreiningsaksen er den samme for alle.lagertappene i borkronen, vil imidlertid de koniske meiselruller 10, 12 og 14 utføre sann rullebevegelse på hver sin særskilte borehullbunn.

På figur 2 er således vist profilen av en typisk borehullbunn slik den utskjæres eller utformes ved virkningen av de tre koniske meiselruller 10, 12 og 14. Som det fremgår av figuren danner innsatser i ringradene R1, R2, R3 og R4 på meiselrullen 10 en bunn langs rullelinjen 30, innsatser i ringradene R5, R6, R7 og R8 på meiselrullen 12 skjærer og utformer en bunn langs rullelinjen 32 og innsatser i ringradene R9, R10 og R11 på meisel rullen 14 danner en bunn langs rullelinjen 34. Den resulterende profil er bølgeformet med konsentrisk vekslende bølgetopper 42 og -daler 41, hvor bølgetoppene har begrenset sidestøtte slik at de lettere nedbrytes under trykkpåvirkning.

Videre innebærer de konsentriske bølgetopper og -daler større stabilitet ved styring av borkronen (dvs. søker å be-grense eksentrisk bevegelse av borkronen over forhøyningene) hvilket gir lettere hull og mindre slitasje på innsatsene i ytterdiameterradene. De santrullene meiselruller innebærer dessuten mindre slitasje på skjærstrukturen og færre brudd i de rader som danner inngrep med bunnen, hvilket fører til lenger levetid for borkronen.

Claims (4)

1. Rullemeisel-borkrone for boring av et borehull, omfattende et antall koniske meiselruller (10, 12, 14) som er dreibart opp-lagret på lagertapper hvis akser (22, 24, 26) danner én og samme vinkel med borkronensomdreiningsakse (0), karakterisert ved at hver meiselrull har et antall mellomliggende rader (R1 - R4, R5 - R8, R9 - R11) utspringende skjærstruktur hvor utspringenes ytterpunkter, ved dreining til et felles plan, kan forbindes med en i det vesentlige rett linje (30, 32, 34) som skjærer borkronens omdreiningsakse (0) og rullens omdreiningsakse (22, 24, 26), hvorved den mellomliggende skjærstruktur har sann rullekontakt mot borehullbunnen, at diametralt motsatte rette forbindelseslinjer (30-30, 32-32, 34-34) konvergerer til de skjærer hverandre i en vinkel (A, B, C), og at nevnte vinkel (A, B, C) for hver meiselrull er tydelig forskjellig fra den tilsvarende vinkel for hver av borkronens øvrige meiselruller.

2. Borkrone ifølge krav 1, karakterisert ved at hver mellomliggende rad skjærstruktur på hver meiselrull har tydelig forskjellig radius fra borkronens omdreiningsakse (0).

3. Borkrone ifølge krav 2, karakterisert ved at de koniske meiselrullers omdreiningsakser (22, 24 26) danner samme vinkel med borkronens omdreiningsakse (0), hvorved den mellomliggende skjærstruktur på hver meiselrull danner inngrep med og utformer en borehullbunn langs en bunnlinjeprofil som er forskjellig fra den mellomliggende skjærstruktur på hver av de øvrige meiselruller.

4. Borkrone ifølge krav 3, hvor der er minst tre meiselruller i borkronen, karakterisert ved at de mellomliggende ringformede råder (R1 - R4, R5 - R8, R9 - R11) på minst én av meiselrullene hver ligger på en radius mellom men nær radien til mellomliggende rader på hver av de øvrige meiselruller og danner en borehullvegg-bunnlinje mellom de øvrige meiselrullers bunnlin-jer for å danne en borehullbunn med konsentriske forhøyninger (42) og fordypninger (41).