NO851055L - Borkrone - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår generelt jordboring og mer bestemt en borkrone.

Rotasjons-borkroner kan generelt klassifiseres i to kate-gorier: 1) skrapeborkrone og 2) rulleborkrone. Skrapeborkroner blir vanligvis hurtig nedslitt ved bruk i harde fjellformasjoner. F.eks. har man erfart at ved boring av et 6V (16,51 cm) diameter hull med en skrapeborkrone og en slaghammer i en lengde på ca.

100 fot (30,5 m) i meget hardt fjell, vil skrapeborkronens karbid-innsatser hurtig bli sterkt nedslitt idet borkronens diameter re-duseres til 6 3/8" (16, 19 cm). Borkronen kan ikke utskiftes med en ny 6h" borkrone ettersom sistnevnte ville bli ødelagt i det trangere hull. En borkrone med mindre diameter vil bevirke av-viksproblemer i hullet ettersom den nye borkrone mest sannsynlig ikke vil kunne sentreres. Dessuten er det dyrt og ofte umulig å ha til rådighet utskiftingskroner av forskjellige størrelser for å kunne møte forskjellige uforutsette boretilfeller.

En rulleborkrone (også kalt en torull- eller trerull-borkrone), som opprinnelig ble utviklet med sikte på oljebrønn-boring, få gjennomtrengningsproblemer etter for sterk slitasje. Disse borkroner svikter i nærvær av meget hardt fjell. Selv om deres nøy-aktighet er tilfredsstillende vil disse borkroner ofte svikte for-di deres små lagre ikke klarer de ekstraordinært høye spenninger som borkronen utsettes for i hullet.

Kort sagt har kjente borkrone-konstruksjoner kort levetid. Deres slitasjemønster fører til avsmalnende hull, og slitte borkroner skaper unøyaktige hull. Som følge av disse vanskeligheter er prisen høy pr. fot grunnboring. Boreindustrien søker kontinuerlig etter midler som kan senke omkostningene i forbindelse med boring.

Følgelig tilveiebringes en sfærisk rotasjons-borkrone som: øker boreeffektiviteten, reduserer borekostnadene, og har lenger effektiv levetid. Med lenger effektiv levetid kan borkronen utskiftes mindre hyppig. Likeledes bibeholdes hulldiameter og

-nøyaktighet over lengre tidsperioder.

Borkronen omfatter to skjærekuler som dreier om en aksel som rager ut fra en sentral hoveddel. Kraftige lagerorganer er anordnet mellom akslene og kulene. Hoveddelen omfatter aksel-tapper for tilførsel av luft og olje til borkronen samt for å

løse opp borekaks bort fra borkronen.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningene hvor: Figur 1 er et frontriss av en utføringsform av oppfinnelsen.

Figur 2 er et riss sett fra linjen 2-2 i figur 1.

Figur 3 er et riss sett fra linjen 3-3 i figur 1.

Figur 4 er et riss sett langs linjen 4-4 i figur 3.

Figur 5 er et riss sett langs linjen 5-5 i figur 1.

Figur 6 er et tverrsnitt sett ovenfra av en utføringsform

av oppfinnelsen.

I figur 1 og 4 er der vist henholdsvis et frontriss og et tverrsnitt av den sfæriske borkrone 10. Borkronen 10, som er laget av et tilstrekkelig sterkt materiale (f.eks. herdet stål), omfatter et skaft 12, en tunge 14, aksel 16 og halvkuler 18 og 20. Halvkulene 18 og 20 dreier om akselen 16 og hver er forsynt med et ulikt antall forsatte skjær 22 og 24 av ulik størrelse. Spor 26 strekker seg rundt halvkulene 18 og 20. Smøreorganer 42 og 44 grener av fra en sentral bæretapp 30 og strekker seg gjennom akselen 16 for å komme i forbindelse med gjennomløp 54 og 56.

I den viste utføringsform tillater et par rullelagre 46 de to halvkuler 18 og 20 å rotere om akselen 16. Indre lagerringer 58 er anordnet mellom akselen 16 og lagrene 46. Som et alternativ til lagrene 46 og lagerringene 58, kan herdete, karbontilsatte foringer (ikke vist) anvendes for å tillate halvkulene 18 og 20 å rotere om akselen 16. Trykkskiver 48 hindrer lagerringene 58 fra å komme ut av stilling og minsker slitasje på de roterende deler. Holderringer 50, tetninger 36, og endedeksler 34 beskytter og avtetter de innvendige deler i borkronen 10 fra boreomgivelsenes ødeleggende innvirkning.

Tungen 14 innbefatter skjær 28 som er anordnet ved tungens bunn, samt den sentrale bæretapp 30. Den sentrale bæretapp 30 kommuniserer med oljereservoar 32. Skaftet 12 omfatter en an-ordning (ikke vist) for befestigelse til en borestang (ikke vist).

I den viste utføringsform omfatter halvkulen 18 et større antall skjær 22 og 24 enn halvkulen 20. Selv om skjærene 22, 24 og 28 er i form av karbidknaster, skal det videre forstås at andre skjærformer (dvs. tenner, fortannete skjæregger etc.) og materialer (dvs. diamant) også kan anvendes. Det skal også be-merkes at skjærene 22 og 24 er forsatt over halvkulenes 18 og 20 overflate. Ved at skjærene 22 og 24 er anordnet i avstand fra

hverandre på denne måte får borkronen 10 bedre skjæreevne.

Figur 2 og 3 viser borkronen 10 sett fra henholdsvis venstre og høyre side. Kanaler 38 og 40 fører luft ladet med høytrykks-olje til bunnen av borkronen 9 for å rense borekaks fra borkronen 10 når borkronen 10 skjærer. (se figur 5).

Figur 5 viser bunnen av borkronen 10. Bemerk kanalene 3 8

og 40 samt de faste skjær 28 ved bunnen av tungen 14.

Figur 6 er et grunnriss av borkronen 10 uten halvkulene 18

og 20. Tallet 50 angir akselen 16's sideforskjøvne symmetriakse mens tallet 52 angir borkronens 10 symmetriakse. De to symmetri-akser 50 og 52 er innbyrdes forskjøvet med en forutbestemt avstand for å gi borkronens 10 skjærflate (frontflate) en fremad-rettet tendens.

Oppfinnelsen og dens virkemåte vil kanskje forstås bedre gjennom en kort omtale av de prinsipper som ligger til grunn for oppfinnelsen. Størrelser og fysiske dimensjoner er angitt, men det skal forstås at tallene bare er angitt i anskueliggjørende hensikt, og de skal ikke oppfattes som noen begrensning.

Borkronen 10 kan være laget av to halvkuler 18 og 20 med

7" (17,78 cm) diameter. Halvkulen 18 omfatter 16 skjær 22 med diameter 5/8" (1,59 cm) og 8h" (1,27 cm) diameter skjær 24. Halvkulen 20 omfatter 12 skjær 22 med diameter 5/8" (1,59 cm) og seks h" (1,27 cm) diameter skjær 24. Skjærene 28 er 5/8" (1,59 cm) i diameter.

I midten av skaftet 12 er den sentrale bæretapp 30 1/4"

(0,64 cm) i diameter. Rørledningene 38 og 40 har en diameter på 13/16" (2,06 cm) og er gjennomgående i tungen 14. Oljeorganene 42 og 44 har diameter på 1/16" (0,16 cm).

De to halvkuler 18 og 20 er fortrinnsvis innbyrdes forskjøvet på borkronen 10. Det fremgår av figur 6 at akselen 16 (eller symmetriaksen 52) er sideforskjøvet 1/32" (0,08 cm) fra borkronens 10 symmetriakse 50. Denne lille forskyvning gjør at halvkulene 18 og 20 bevirker halvkulenes 18 og 20 ledende flater eller skjæreflater, og følgelig får skjærene 22 og 24 bedre kontakt med grunnen som skal utbores. Av samme grunn gir den de bakre flater på halvkulene 18 og 20 med skjærene 22 og 24 en liten klaring fra hullet som kan oppta borekaksen. Som følge av forskyvningen kreves mindre krefter for omdreining av borkronen og dette gir mindre slitasje på skjærene 22 og 24.

Følgelig forbedres bore-effektiviteten og kostnadene redu-seres. I f.eks. den viste utføringsform er diameteren til hele borkronen 10 7 1/4" (18,42 cm). Med 1/32" (1,08 cm) forskyvning vil hulldiameteren bli 7,3125" (18,57 cm) [7-l/4 + 2x(1/32 )J , hvilket er noe større enn borkronens diameter. Disse omstendig-heter tvinger borkronen 10 forover og gir en klaring på borkronens 10 bakside. Uten denne fremad-forskyvning ville borkronen 10 faktisk kunne søke å skrue seg inn i grunnen og stoppe å rotere. I alle tilfeller foretrekkes at så mange som mulig av skjærene 22 og 24 er frilagt mot grunnen som bores. Det antas at de store skjær 22 bryter opp grunnen, og de små skjær 24 renser bort borekaksen. I den viste utføringsform er ca. 23 av skjærene 22 og 24 alltid i kontakt med arbeidsflaten. Skjærene 28 bidrar i boreoperasjonen.

Forsetningen av skjærene 22 og 24 rundt halvkulene 18 og 20 bedrer borkronens 10 skjærevirkning. Når den akseforskjøvne borkrone 10 roterer er der en kontinuerlig gnidningsvirkning langs hele overflaten av hullet som bores. Skjærene 22 og 24 er fortrinnsvis forsatt slik at de ikke vil gå i et spor som tidligere er utformet av et annet skjær. Skjærene 22 og 24 vil isteden kontinuerlig bryte opp bergarten i hullet. Likeledes økes bryte-virkningen ved at der anvendes et ulikt antall skjær 22 og 24.

Følgelig foretrekkes at sporene 26 er asymmetrisk plassert på forskjellige plan på halvkulene 18 og 20 for å oppta de forsatte skjær 22 og 24 og hindre erosjon på halvkulene 18 og 20. Skjærene 22 på halvkulen 20 vil søke å spore inn i "kjølvannet" til sporet 26 på halvkulen og skjærene 24 på halvkulen 18 vil søke å spore inn i "kjølvannet" til sporet 26 på halvkulen 20 når borkronen 10 roterer.

Skjærene 22, 24 (og 28) bryter opp grunnen og er anordnet over halvkulene 18 og 20 i forskjellige vinkler. Vinklene, som er en funksjon av halvkulenes 18 og 20 størrelse, velges på en slik måte at når borkronen 10 har utført flere omdreininger, vil skjærene ha berørt den harde grunnen over hele borkronens skjæreflate. I den viste utføringsform er vinkel "A" 90°; vinkel "B" 22°, 30 min.; vinkel "C" er 60°; og vinkel "D" er 15". Beliggen-heten og antallet av skjærene 22 og 24 vil påvirke halvkulenes 18 og 20 omdreiningshastighet. Både vinklene og den forsatte rad av skjær bidrar til å bedre borkronens 10 skjærevirkning.

Under boreoperasjonen overføres olje inneholdende luft gjennom borestrengen til borkronen 10. 01jeblandingen tvinges gjennom kanalene 38 og 40 og ut til arbeidsområdet både for å smøre borkronens 10 skjæreflate og for å føre bort borekaksen. Dessuten samles noe av oljen i reservoaret 32. Når oljen samles i dette, tvinges den på grunn av lufttrykket gjennom den sentrale bæretapp 30 inn i smøreorganer 42 og 44 og kanaler 54 og 56 for å smøre lagrene 46 (eller foringene) samt trykkskivene 48.

Ved bruk anvendes borkronen 10 fortrinnsvis sammen med to andre hovedkomponenter. En "in-the-hole" ("ITH") boreanordning (ikke vist) påfører et kontinuerlig nedadrettet trykk (i stør-relsesorden 2000-3000 psi [8896,44-13344,66n]) og rotasjons-bevegelse på borestengene og -rørene som er anordnet mellom boreanordningen og borkronen 10. En slaghammer (ikke vist), som er anordnet over borkronen 10, forårsaker dynamiske støtkrefter på borkronens 10 skaft 12 som i sin tur overfører kreftene til skjærene 22, 24 og 28. Gjennom kombinasjonen av hammerslagene og borkronens omdreining under trykk, vil skjærene 22, 24 og 28 bryte opp og fjerne materialstykker (borekaks) fra den harde grunnen.

En luftkilde leverer trykkluft til ITH-boreanordningen. Den med luft blandede olje tvinges ned gjennom midten av borerøret. Luften setter slaghammeren i drift. Utstrømmende luft fra ham-meren blir så ledet til borkronen 10. Luften strømmer gjennom borkronen 10 og ut ved bunnen av borkronen 10. En del av oljen samler seg i reservoaret 32 og tvinges inn i borkronens 10 indre. Luftstrømmen vil så fange opp borekakset og føre det bort fra borkronen 10 via sporene 26 og hulrommet som dannes mellom hull-veggen og borerøret.

Det skal forstås at borkronen 10 kan anvendes til alle boretilfeller; dvs. gruver under jorden, åpne gruver, oljefelt etc. Borkronen 10 kan faktisk brukes istedenfor skrape- og rullebor-kroner.

Selv om det her er forskriftsmessig vist og beskrevet spe-sielle utførelsesformer av oppfinnelsen vil fagmenn på området forstå at endringer kan utføres i den form for oppfinnelsen som dekkes av kravene og at visse trekk ved oppfinnelsen tidvis med fordel kan anvendes uten en tilsvarende bruk av de andre trekk.

Claims (18)

1. Rotasjons-borkrone som har en symmetriakse, karakterisert ved at den omfatter en hoveddel, en aksel som strekker seg fra hoveddelen, et antall motsatt an-ordnede halvkuler som er dreibart anordnet på akselen, skjær som strekker seg fra halvkulene, organer for å minske reduksjon anordnet mellom akselen og halvkulene, samt organer for innføring av fluid i borkronen.

2. Borkrone ifølge krav 1, karakterisert ved at skjærene er karbidknaster.

3. Borkrone ifølge krav 1, karakterisert ved at skjærene er anordnet i to rader på halvkulene.

4. Borkrone ifølge krav 1, karakterisert ved at skjærene er av minst to forskjellige størrelser.

5. Borkrone ifølge krav 1, karakterisert ved at et spor er utformet på halvkulene.

6. Borkrone ifølge krav 1, karakterisert ved at lagre er anordnet mellom akselen og halvkulene.

7. Borkrone ifølge krav 1, karakterisert ved at foringer er anordnet mellom akselen og halvkulene.

8. Borkrone ifølge krav 1, karakterisert ved at et smøremiddelreservoar er anordnet i hoveddelen.

9. Borkrone ifølge krav 1, karakterisert ved at gjennomløp er anordnet i hoveddelen for fremføring av et smøre-middel til akselen.

10. Borkrone ifølge krav 1, karakterisert ved at en kanal er anordnet i hoveddelen for bortføring av borekaks fra borkronen.

11. Borkrone ifølge krav 1, karakterisert ved at skjær er anordnet ved borkronens bunn.

12. Borkrone ifølge krav 1, karakterisert ved at halvkuler er innbyrdes forskjøvet en forutbestemt avstand fra symmetriaksen.

13. Borkrone ifølge krav 1, karakterisert ved at hoveddelen omfatter organer for befestigelse av borkronen til en del av et gruvedriftutstyr.

14. Borkrone ifølge krav 1, karakterisert ved at skjærene er innbyrdes forsatt rundt halvkulene.

15. Borkrone ifølge krav 1, karakterisert ved at akselen er sideforskjøvet en forutbestemt avstand fra symmetriaksen .

16. Borkrone ifølge krav 1, karakterisert ved at antallet skjær på en halvkule er ulikt antallet skjær på en annen halvkule.

17. Borkrone ifølge krav 1, karakterisert ved at fluidet innbefatter luft og olje.

18. Borkrone ifølge krav 1, karakterisert ved at spor er anordnet asymmetrisk på halvkulene.