NO852852L - Anordning ved dreieboreskjaer. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører dreieborkroner for anvendelse ved boring eller driving av dype huller i undergrunnsformasjoner, og av den type som omfatter en kronesokkel med en overgangsdel for sammenkopling med en borstreng, et antall enkeltskjær som er montert på kronesokkelens ytterflate, og en gjennomgående kanal i kronesokkelen for fremføring av borevæske til kronesokkelens ytterflate, for avkjøling og/eller rengjøring av enkeltskjærene, hvor ihvertfall noen av enkeltskjærene er prefabrikkerte med en superhard, fremre skjæreflate. Oppfinnelsen er særlig, men ikke utelukkende, egnet for anvendelse ved borkroner av denne type, hvor enkeltskjærene er prefabrikkerte med et tynnt, fremre lag av polykrystallinsk diamant som er forbundet med et støttelag av wolframkarbid. Ulike metoder kan anvendes for mon-tering av slike enkeltskjær på kronesokkelen, men både disse metoder og den generelle konstruksjon av skjær av den type hvortil oppfinnelsne har tilknytning, er kjent i seg selv og vil derfor ikke bli detaljert beskrevet.

Det forekommer ofte ved boring av dype huller i undergrunnsformasjoner, at boret passerer gjennom en relativt bløt formasjon og treffer en betydelig hardere formasjon. Det kan dessuten forekomme harde partier i en generelt bløt formasjon. Når en borkrone med prefabrikkerte skjær treffer en slik hard formasjon, vil enkeltskjærene kunne utsettes for meget hurtig slitasje.

For å avhjelpe dette problem, har det vært foreslått at det, umiddelbart ved baksiden av ihvertfall visse enkeltskjær, anordnes en sokkel av materiale impregnert med naturlig diamant.

I det tilfelle at skjærsokkelen består av et matrisemateriale som er fremstilt ved en metallurgisk pulverprosess, er det således kjent å montere hvert enkeltskjær på en hard støttedel som er innstøpt eller fastgjort i skjærstøttematerialet, og i en slik utførelsesform har den harde støttedel vært impregnet med diamant.

Ved en slik anordning og under normal drift av borkronen, vil hoveddelen av borkronens skjære- eller slipefunksjon gjennom-føres av enkeltskjærene på normal måte. Skulle imidlertid et enkeltskjær nedslites hurtig eller knekke og derved bli ubrukbart, eksempelvis ved å støte mot en hard formasjon, vil den diamant-impregnerte støttedel hvorpå enkeltskjæret er montert, overta enkeltskjærets slipefunksjon og derved tillate fortsatt bruk av borkronen. Forutsatt at enkeltskjæret ikke er knekket eller full-stendig ødelagt, vil det kunne gjenoppta en viss skjære- eller slipefunksjon, når borkronen atter trenger inn i bløtere lag.

En alvorlig ulempe ved en slik anordning er at den diamant-impregnerte støttedels slipevirkning mot formasjonen medfører en betydelig varmeutvikling, og den derav følgende, høye temperatur som påvirker det tilgrensende enkeltskjær, har tendens til å for-årsake hurtig nedsliting og svikt av enkeltskjæret og/eller dets forankring til støttedelen. Den foreliggende oppfinnelse har derfor som formål å frembringe anordninger hvor denne ulempe er redusert eller opphevet.

I en dreieborkrone ifølge oppfinnelsen, for anvendelse ved boring eller driving av dype huller i undergrunnsformasjoner, omfatter en kronesokkel med en overgangsdel for sammeknopling med en borstreng, et antall enkeltskjær som er montert på kronesokkelens ytterflate, og en gjennomgående kanal i kronesokkelen, for frem-føring av borevæske til kronesokkelens ytterflate, for avkjøling og/eller rengjøring av enkeltskjærene, hvor ihvertfall noen av enkeltskjærene er prefabrikkert med en superhard, fremre skjæreflate og hvor det i avstand, i borkronens normale rotasjonsretning, fra ihvertfall visse enkeltskjær er anordnet et slipeelement bestående av partikler av superhardt materiale, såsom naturlig ellelr syntetisk diamant, som er innleiret i en holderdel som er montert på kronesokkelen. Hvert slipeelement er fortrinnsvis plassert i avstand, i den normale rotasjonsretning, fra det tilknyttete enkeltskjær. Slipeelementene kan være slik plassert i forhold til kronesokkelens forside, at de ikke bringes i skjærende eller slipende berøring med formasjonen, før enkeltskjærene er nedslitt i en viss grad.

Prefabrikkerte enkeltskjær vil være utsatt for større slitasje og risiko for skjærbrudd når skjærtemperaturen stiger, men ved å anbringe slipeelementene i avstand fra enkeltskjærene kan overoppheting av enkeltskjærene og/eller deres forankringer, grunnet slipelementenes kontakt med formasjonen, holdes på et minimum. Gjennom enkeltskjærene og slipeelementene kan det, for å minske varmeoverføringen til enkeltskjærene, være anordnet en strømningsbane for borevæske i kronesokkelens ytterflate.

Partiklene av superhardt materiele kan, være innleiret gjennom hele bæredelen og/eller innleiret i utadragende stilling fra ytterflaten av denne. Bæredlene kan være tilvirket av sementert wolframkarbid.

Bæredelen kan bestå av en tapp som opptas i en holder i kronesokkelen. Tappen kan eksempelvis være stort sett sylindrisk med en endeflate som er blottlagt ved kronesokkelens ytterside, når tappen er innført i holderen.

Slipeelementene kan være anordnet i et vilkårlig mønster i forhold til enkeltskjærene, men fortrinnsvis vil hvert slipelement som er plassert i avstand bakenfor et tilknyttet enkeltskjær, anordnet i stort sett samme radialavstand fra borkronens rotasjonsakse som dets tilhørende enkeltskjær. Enkeltskjæret vil derved avstøttes på sikker måte av slipelementet.

Hvert enkeltskjær kan eksempelvis være direkte forbundet med kronesokkelen. Alternativt kan hvert enkeltskjær være montert på en bæredel, såsom en tapp, som opptas i en holder i kronesokkelen .

På kronesokkelens ytterflate kan det på kjent måte være anordnet et antall støtteflater som strekker seg utad i forhold til borkronens rotasjonsakse, og i dette tilfelle kan hvert enkeltskjær og det tilhørende slipelement være montert på samme støtteflate, men med innbyrdes avstand i borkronens rotasjonsretning.

Som tidligere nevnt, kan hvert enkeltskjær være prefabrikkert med et tynnt, hardt forsidelag som er forbundet med et mindre hardt støttelag. Alternativt kan hvert enkeltskjær bestå av et prefabrikkert, enhetlig lag av varmestabilt, polykrystallinsk diamantmateriale.

Videre omfatter oppfinnelsen en dreieborkrone for anvendelse ved boring eller driving av dype huller i undergrunnsformasjoner, og bestående av en kronesokkel med en overgangsdel for sammenkopling med en borstreng, et antall prefabrikkerte enkeltskjær som er montert på kronesokkelens ytterflate, og en gjennomgående kanal i kronesokkelen for fremføring av borevæske til kroneytterflaten, for avkjøling og/eller rengjøring av enkeltskjærene, hvor kronesokkelen er tilvirket av stål og hvor hvert enkeltskjær er montert på en tapp som opptas i en holder i stålkronesokkelen, og hvor det i tappen, bakenfor enkeltskjæret i borkronens normale rotasjonsretning, er innleiret partikler av superhardt materiale, og hvor ihvertfall den del av tappen som innbefatter partiklene av superhardt materiale, rager utad fra kronesokkelen. Ved en slik anordning hvor både enkeltskjæret og den del av tappen som innbefatter slipepartiklene, rager utad fra kronesokkelen vil den utadragende del av tappen avkjøles av borevæsken, slik at varmeoverføringen til enkeltskjæret reduseres.

Oppfinnelsen omfatter videre en dreieborkrone for anvendelse ved boring eller driving av dype huller i undergrunnsformasjoner, og bestående av en kronesokkel med en overgangsdel for sammenkopling med en borstreng, et antall prefabrikkerte enkeltskjær som er montert på kronesokkelens ytterflate, og en gjennomgående kanal i kronesokkelen, for fremføring av borevæske til kronesokkelens ytterflate, for avkjøling og/eller rengjøring av enkeltskjærene, hvor kronesokkelen er tilvirket av stål, og hvor hvert prefabrikkert enkeltskjær består av et enhetlig lag av varmestabilt polykrystallinsk diamantmateriale som er forbundet med en bæredel som opptas i en holder i stålkronesokkelen.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori: Fig. 1 og 2 viser fremre enderiss av dreieborkroner ifølge oppfinnelsen. Fig. 3 viser et skjematisk snitt av et enkeltskjær med til-hørende slipeelement.

Fig. 4 viser et fremre enderiss av et slipelement.

Fig. 5-7 viser riss, i likhet med fig. 3, av alternative utførelseformer.

Dreieborkronen som er vist i fig. 1, omfatter en forside 10 som er utstyrt med et antall støtteflater 11 som rager oppad fra kronesokkelens ytterflate og derved avgrenser mellomliggende kanaler 12 for borevæske.Kanalene 12 forløper utad fra dyser 13 som tilføres borevæske gjennom en kanal (ikke vist) i kronesokkelen. Borevæske som strømmer utad langs kanalene 12, ledes

til skrotslisser 14 i borkronens styreseksjon.

Hver støtteflate 11 er forbundet med en rekke enkeltskjær 15. Enkeltskjærene strekker seg inn i den tilgrensende kanal 12 for å avkjøles og rengjøres av borevæske som strømmer utad langs kanalene fra dysene 13 og til skrotslissene 14. Det er, bakenfor de tre eller fire ytterste enkeltskjær på hver støtteflate, anordnet slipeelementer 16. I det viste eksempel er hvert slipeelement beliggende i stort sett samme radialavstand fra borkronens rotasjonsakse som det tilhørende enkeltskjær, men andre plas-seringsmønstre er også tenkbare.

Fig. 2 viser en alternativ og foretrukket utførelseform, hvor noen av dysene er plassert i tilgrensning til borkronens styreseksjon, som vist ved 13a i fig. 2. Fra en slik perifer dyse vil borevæsken strømme tangentialt langs perifere partier av borkronens forside til skrotslissene 14, hvorved det opprettes en hurtigløpende og turbulent strøm av borevæske over de mellomliggende slipeelementer og enkeltskjær som derved avkjøles og ren-gjøres på effektiv måte.

Ved hver av de beskrevne utførelsesformer kan enkeltskjærene 15 og slipeelementene 16 være av mange, forskjellige former, men fig. 3 viser som eksempel en spesiell utførelsesform.

Som det fremgår av fig. 3, er hvert av de prefabrikkerte enkeltskjær 15 sirkelformet med et tynnt og hardt, fremre lag 17 av polykrystallinsk diamant som er forbundet med et tykkere støttelag 18 av mindre hardt materiale, såsom wolframkarbid. Enkeltskjæret 15 er på kjent måte fastgjort til en skråflate på en generelt sylindrisk tapp 19 som opptas i en holder i kronesokkelen 10. Tappen 19 kan være fremstilt av sementert wolframkarbid og kronesokkelen 10 av stål eller matrisemateriale.

Slpeelementet 16 omfatter også en stort sett sylindrisk tapp 2 0 som opptas i en holder som er anordnet i kronesokkelen 10 i avstand bakenfor tappen 19. Tappen 20 kan være tilvirket av sementert wolframkarbid som er innsatt med partikler 21 av naturlig eller syntetisk diamant eller annet, superhardt materiale. Det innsatte, superharde materialet kan være fordelt gjennom hele tappen 20, eller bare innleiret i tappens ytterflateparti.

Som vist i fig. 4, innbefatter hvert slipee lement 16 en forside av delsirkelform.

Slipeelementet 16 kan raget utad fra ytterflaten av krone sokkelen 10 i samme grad som enkeltskjæret, men enkeltskjæret vil fortrinnsvis strekke seg litt lengre, eksempelvis 1-10 mm, utad enn det tilhørende slipeelement. Derved vil, i begynnelsen, innen det er påført vesentlig slitasje, utelukkende enkeltskjæret 15 bearbeide formasjoner 22, og slipeelementet 16 vil bare bringes i kontakt med formasjonen 22 og utslipe denne etter at enkeltskjæret er nedslitt i en viss grad, eller har sviktet grunnet skjærbrudd.

I den viste anordning er slipeelementtappen 20 plassert stort sett vinkelrett mot ytterflaten av formasjonen 22, men elementets virkemåte i bløtere formasjoner kan begunstiges ved å sørge for at aksen for tappen 20 heller fremad eller at slipe-elementets ytterflate heller bort fra formasjonen i rotasjons-retningen.

For å forbedre avkjølingen av enkeltskjærene og slipeelementene kan det være anordnet flere kanaler for borevæske mellom de to elementrader, som vist ved 23 i fig. 3.

Selv om slipeelementene 16 fortrinnsvis er atskilt fra enkeltskjærene 15, for å minske varmeoverføringen fra slipeelementet til enkeltskjæret, er det dessuten innenfor oppfinn-elsens ramme innbefattet anordninger hvor kronesokkelen er fremstilt av stål og hvert slipeelement er innmontert i bæretappen for et enkeltskjær. Slike anordninger er vist i fig. 6 og 7. I an-ordningen ifølge fig. 6 er partikler av diamant eller annet superhardt materiale innsatt i selve tappen 19, bakenfor det tilgrensende enkeltskjær 15. I den alternative anordning ifølge fig. 7 er det i tappen innmontert et separat fremstilt slipeelement som er innsatt med superharde partikler.

Enhver form for enkeltskjær 15 kan benyttes, og oppfinn-elsens ramme omfatter anordninger hvor enkeltskjæret er montert direkte på kronesokkelen eller på en bæredel av annen form i kronesokkelen, istedenfor på den sylindriske tapp 19.

Som tidligere nevnt, er det kjent anordninger med enkeltskjær som er montert direkte på diamantinnsatte bæredeler som er faststøpt eller fastlimt i kronesokkelmaterialet, I slike til-feller er enkeltskjærene vanligvis blitt fastloddet på bæredelene etter at disse er innmontert i kronesokkelen. Myklodding gjennom-føres ved relativt lav temperatur, for å forebygge varmebeskadig-else av enkeltskjærene, og den derved opprettete forbindelse er følgelig særlig tilbøyelig til å svekkes grunnet betydelig varme- overføring fra den diamantinnsatte bæredel. I slike tilfelle har derfor sammenføyningen en tendens til å briste, slik at enkeltskjæret løsner innen det selv er alvorlig påvirket.

Ifølge et annet trekk ved oppfinnelsen er det derfor foreslått at enkeltskjæret skal fastgjøres til en diamantinnsatt bæredel innen denne innmonteres i kronesokkelen. Enkeltskjærene vil derved kunne fastgjøres til bæredelen ved en såkalt LS-vedheft-ingsprosess eller ved diffusjonsvedhefting, hvorved det opprettes en sammenføyning som er meget mindre utsatt for nedbryting eller svikt grunnet varmeoverføring.

Figur 5 viser en utførelseform hvor enkeltskjæret 24 er anordnet i form av et enhetlig lag av varmestabilt, polykrystallinsk diamantmateriale som er fastgjort uten et støttelag til ytterflaten av en tapp 25, eksempelvis av sementert wolframkarbid, som opptas i en holder i en kronesokkel 26 som i dette tilfelle er tilvirket av stål. I overenstemmelse med oppfinnelsen er et slipeelement 27 anordnet i avstand bakenfor hvert enkeltskjær 24, men det vil innses at den form for enkeltskjær som er vist i fig. 5, også kan anvendes på konvensjonell måte i en stålkronesokkel, uten de ekstra slipeelementer ifølge foreliggende oppfinnelse.

Claims (19)

1. Dreieborkrone for anvendelse ved boring eller driving av dype huller i undergrunnsformasjoner, og bestående av en kronesokkel (10) med en overgangsdel for sammenkopling med en borstreng, et antall enkeltskjær (15) som er montert på kronesokkelens ytterflate, og en gjennomgående kanal i kronesokkelen, for fremføring av borevæske til kronesokkelens ytterflate, for av-kjøling og/eller rengjøring av enkeltskjærene, hvor ihvertfall noen av enkeltskjærene er prefabrikkert med en superhard, fremre skjæreflate (17), karakterisert ved at det, i avstand i borkronens rotasjonsretning, fra ihvertfall visse av enkeltskjærene (15) er anordnet et slipeelement (16) omfattende partikler (21) av superhardt materiale som er innleiret i en bæredel (20) som er montert på kronesokkelen.

2. Borkrone i samsvar med krav 1, karakterisert ved at kronesokkelen (10) er tilvirket av stål.

3. Borkrone i samsvar med krav 1, karakterisert ved at kronesokkelen (10) er tilvirket av matrisemateriale.

4. Borkrone i samsvar med et av kravene 1-3, karakterisert ved at hvert prefabrikkert enkeltskjær (15) omfatter et tynnt, fremre lag (17) av superhardt materiale som er forbundet med et mindre hardt støttelag (18).

5. Borkrone i samsvar med et av kravene 1-3, karakterisert ved at hvert prefabrikkert enkeltskjær (24) består av et enhetlig lag av varmestabilt, polykrystallinsk diamantmateriale.

6. Borkrone i samsvar med et av kravene 1-5, karakterisert ved at hvert slipeelement (16) er anordnet i avstand, i den normale rotasjonsretning, bakenfor det tilknyttete enkeltskjær (15).

7. Borkrone i samsvar med et av kravene 1-6, karakt erisert ved at slipeelementene (16) er slik plassert i forhold til forsiden av borkronen (10) at de ikke bringes i skjærende eller slipende kontakt med formasjonen (22) før enkeltskjærene (15) er nedslitt i viss grad.

8. Borkrone i samsvar med et av kravene 1-7, karakterisert ved at det er anordnet en strømningsbane (23) for borevæske i ytterflaten av borkronen (10) mellom enkeltskjærene (15) og slipeelementene (16), for minsking av varmeover-føringen til enkeltskjærene.

9. Borkrone i samsvar med et av kravene 1-8, karakterisert ved at partiklene (21) av superhardt materiale i hvert slipeelement (16) er innleiret gjennom hele bæredelen (20).

10. Borkrone i samsvar med et av kravene 1-9, karakterisert ved at partiklene (21) av superhardt materiale i hvert slipelement (16) er innleiret i utadragende stilling i ytterflaten av bæreelementet (20).

11. Borkrone i samsvar med et av kravene 1-10, karakterisert ved at bæredelen (20) er tilvirket av sementert wolframkarbid.

12. Borkrone i samsvar med et av kravene 1-11, karakterisert ved at hvert slipeelements bæredel (20) består av en tapp som opptas i en holder i kronesokkelen.

13. Borkrone i samsvar med krav 12, karakterisert ved at tappen (20) er av stort sett sylindrisk form med en endeflate som er blottlagt ved ytterflaten av kronesokkelen (10) når tappen er innført i holderen.

14. Borkrone i samsvar med et av kravene 1-13, karakterisert ved at hvert slipeelement (16) som er plassert i avstand bakenfor det tilhørende enkeltskjær (15), er anordnet i stort sett samme radialavstand fra borkrones rotasjonsakse som det tilhørende enkeltskjær.

15. Borkrone i samsvar med et av kravene 1-14, karakterisert ved at hvert enkeltskjær er montert direkte på kronesokkelen.

16. Borkrone i samsvar med et av kravene 1-14, karakterisert ved at hvert enkeltskjær (15) er montert på en bæredel (19) som opptas i en holder i kronesokkelen (10).

17. Borkrone i samsvar med et av kravene 1-16, karakterisert ved at det på kronesokkelens ytterflate er anordnet et antall støtteflater som strekker seg utad i forhold til borkronens rotasjonsakse, og at hvert enkeltskjær (15) med tilhørende slipeelement (16) er montert på samme støtteflate, men i innbyrdes avstand i borkronens normale rotasjonsretning.

18. Dreieborkrone for anvendelse ved boring eller driving av dype huller i undergrunnsformasjoner, og bestående av en kronesokkel med en overgangsdel for sammenkopling med en borstreng, et antall prefabrikkerte enkeltskjær som er montert på kronesokkelens ytterflate, og en gjennomgående kanal i kronesokkelen, for frem-føring av borevæske til borkronens ytterflate, for avkjøling og/ eller rengjøring av enkeltskjærene, karakterisert ved at kronesokkelen er tilvirket av stål, og at hvert enkeltskjær (15, fig. 6) er montert på en tapp (19) som opptas i en holder i stålkronesokkelen, hvor det i tappens parti, bakenfor enkeltskjæret i borkronens normale rotasjonsretning, er innleiret partikler av superhardt materiale, og hvor ihvertfall det parti av tappen hvori partiklene av superhardt materiale er innleiret, strekker seg utad fra kronesokkelen.

19. Dreieborkrone for anvendelse ved boring eller driving av dype huller i undergrunnsformasjoner, og bestående av en kronesokkel med en overgangsdel for sammenkopling med en borstreng, et antall prefabrikkerte enkeltskjær som er montert på kronesokkelens ytterflate, og en gjennomgående kanal i kronesokkelen for frem-føring av borevæske til kronesokkelens ytterflate, for avkjøling og/eller rengjøring av enkeltskjærene, karakterisert ved at kronesokkelen er tilvirket av stål, og at hvert prefabrikkert enkeltskjær (24, fig, 5) består av et enhetlig lag av varmestabilt, polykrystallinsk diamantmateriale som er forbundet med en bæredel (25) som opptas i en holder i stålkronesokkelen.