Opis patentowy opublikowano: 15.04.1U81 109504 Int. Cl.2 E21B 9/10 Twórca wynalazku: Uprawniony z patentu: Dresser Industries Inc., Dallas, Texas (Stany Zjednoczone Ameryki) Koronka wiertnicza Praediniotem wynalazku jest kortrala wialmcza do wiercenia otworów w ziemi, zwlaszcza wkladka w jej czesci frezowej.Czesci freziowe korc^ek wiertniczych maja twar¬ de wkladki tnace zamontowane w Jnarpnsie, które sa zdolne do przechodzenia przez formacie ziemi.W znanych korcookach wiertniczych dlugosc szczytu wkladki jest prostopadla do osi wkladki Wkfedki umieszczone w rzedzie wewmetrziaym stykaja sie z formacja i sa najbardziej obciazone na skrajnie zewnetrznym promieniu naroznika utworaonego przez szczyt i zewnetrzny tok. To nierównomierne obciazenie jednostkowe wkladki nanze powodowac jej zlamanie. Okresowe .obciazanie wywalane clwso- tem czesci frezowej powoduje duze obciazenie jed¬ nostkowe promienia naroznika prowadzace do przyspieszonego zuzycia.Znane sa z opisu patentowego Stanów Zjedno¬ czonych nr 3 442 342 nalezacego* do _F. H. Mc Erya i R. A. Curmingham, wydane w dniu 6 maja i£ti9, specjalnie uksztaltowane wiiadki do zwartych ko¬ ronek do skal i frezów obrotowych oraz koronki do skal z tymi wkladkami Wktariki z cementowego wegliku wolframu posiadaja pólkuliste koncówki tnace a koronki do skal wypasari»rre w &kie wkladki sa uzywane do wiercenia najtwardszych formacji sciernych takich jak takonit, taroraid, i czert. Ksztalt ten nie jest skuteczny przy wier¬ ceniu formacji sciernych sredniej twardosci takich jak twarde lupki, dolomit oraz niektóre wapienie li u 30 i dlatego opracowano do ciecia takich skal wkladki majace ksztalt zblizony do dluta lub klina. Tym samym uniknieto niedogodnosci, która stanowi „dachowy" ksztalt koncówki tnacej gdzie dwa boki o plaskich powierzchniach przechodza w plaski szczyt.Znane sa dwa podstawowe ksztalty koncówek wkladek tnacych. Ksztalt zmodyfikowanego dluta z wypuklymi bokami przechodzacymi w szcz^t, który jest wypukly zarówno wzdluz swej dlugosci jak i wzdluz szerokosci^ przy czym boki sa prosto¬ padle do wspólnej plaszczyzny przechodzacej przez os wkladki, tak ze ich przeciecie, które ma miejsce w ich przedluzeniu, przebiega wzdluz krzywej pro¬ stopadlej do tej osi, oraz ksztalt klina, którego boki sa skrecone lub odgiete od siebie tak ze nie istnieje jakakolwiek plaszczyzna przechodzaca pracz -os wkladki prostopadla do obu boków, a ich, wypadajace w przedluzesJtu, przeciecie nie jest prostopadle do osi, w wyniku czego szczyt uksztal¬ towany prostopadle do osi zwieksza swa szerokosc od jednego konca do drugiego.W znanych rozwiazaniach przeciecia sa zaokra¬ glane by uniknac ostrych narozy i ostrych kra¬ wedzi powodujacych duze naprezenia. Zaokragle¬ nia i wypukle powierzchnie rozkladaja obciazenie na tnacej krawedzi wkladki i skierowywuja je na srodek wkladki, przez do unika sie duzych napre¬ zen na krawedziach, bedacych przyczyna wykru¬ szania i pekania wkladek o plaskim saczycie. 109 904a 109 504 Znany jest z opisu patentowego Stanów Zjedno¬ czonych nr 2 774 570 nalezacego do R. A. Cunnin- ghham i wydanego 18 grudnia 1956, frez toczny do wiercenia ziemi, który zawiera pierscieniowe szeregi wkladek cylindrycznych z twardego i od¬ pornego na zuzycie materialu, których osie sa skierowane na zewnatrz i sa zasadniczo prosto¬ padle do powierzchni korpusu wykazujac wystepy wystajace z jego powierzchni przyspieszajace akcje dezintegracyjna i pozwalajace na utrzymanie wy¬ miaru wierconego otworu studziennego.Celem wynalazku jest wyeliminowanie wad zna¬ nych koronek wiertniczych polegajacych na szyb- rkinf zuzyciu i lamaniu sie wkladek tnacych przez zmniejszenie obciazenia punktowego wkladek.Cci wynalazku osiagnieto przez opracowanie ko- ironki wiertniczej, w której kazda wkladka o nie¬ symetrycznym^iksatalcie ma os oraz szereg po¬ wierzchni zakonczanych rozszerzonym szczytem nachylonym pod katem ostrym wzgledem osi wkladki. Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia trójstozkowa koronke wiertnicza wedlug wynalazku, fig. 2 — wewnetrzny szereg wkladek koronki z fig. 1, w widoku z boku, w po¬ wiekszeniu, fig. 3 — czesc znanej trójstozkowej koronki wiertniczej, fig. 4 — trójstozkowa koronke wiertnicza w innym przykladzie wykonania, w per¬ spektywie Koronka wiertnicza 10 (fi. 1) ma kar^us. przystosowany do polaczenia za pomoca kolka z dolnym koncem obrotowej struny wiertniczej (nie pokazanej). Korpus koronki 10 ma przelot dla szlamów wiertniczych i im podobnych przechodza¬ cych do dolu poprzez strune wiertnicza, który umozliwia skierowanie szlamu wiertniczego na dno otworu t studziennego i przejscie tego szlamu do góry przez otwór pierscieniowy pomiedzy sciana otworu studziennego a rura wiertnicza wraz z wy¬ cieciami i zlomem wiertniczym.Z korpusu koronki J0 wystaja trzy zasadniczo jednakowe ramiona 11 i 12. Dolna czesc kazdego z ramion 11, 12 jest wyposazona w4 kolek lozysko¬ wy. Na kazdym z ramion 11* 12 jest zamocowana obrotowo, zasadniczo stozkowa czesc frezowa 13, 14 i 15. Kolki lozyskowe na których sa osadzone czesci frezujace 13, 14, 15 okreslaja ich osie obrotu, kjóre sa nachylone pod katem w Kazda czesc frezowa 13, 14 i 15 ma czesc czolowa skierowana w strone osi obrotu koronki 10 oraz podstawe, umiejscowiona na przecieciu sciany i dna ot&oru studziennego. Kazda czesc frezowa 13, 14, 15fcawiera pierscieniowy szereg wkladek 17 umiesz- cjjpnych w sasiedztwie jej podstawy. Szereg wkla^ $k 17 przecina linie przeciecia sciany i dna otworu studziennego. Czesc frezowa 14 zawiera szereg symetrycznych wkladek 17A sasiadujacych bez¬ posrednio z szeregiem wkladek 17 a czesc frezowa 13 zawiera szereg Wkladek symetrycznych 17B od¬ dalonych ód szeregu wkladek 17. Kazda czesc fre- Wwa 13, 14 i 15 zawiera co najmniej jeden wew- •* jr^trzny szereg pierscieniowy wkladek 16 do des¬ trukcji wewnetrznej czesci otworu. Szczyty wkla¬ dek 16 szeregu wewnetrznego stykaja sie na wiekszej dlugosci z formacja, co zmniejsza obcia¬ zenie wkladek 16 i zwieksza tym samym zywotnosc koronki10. .;' \ 'r Wkladka 16 (fig. 2) jest formowana przez spra¬ cowanie granulek materialu odpornego na zuzyci? s takiego jak weglik wolframu z granulkami rpoiwa takiego -jak kobalt..:Granulki materialu odpornego na zuzycie i granulki spoiwa sa sprasowywane wraz z woskiem i formowane w zadany ksztalt.Czolo wkladki 16 moze byc formowane w formie, 10 lub za pomoca stempla, który jej nadaje ostatecznie zadany ksztalt. Wkladki 16 sa pozbawione wosku w piecu, po. czym sa spiekane w piecu w wyzszej temperaturze. Nastepnie wkladka 16 jest wtlaczana w korpus czesci frezowej 13, 14, 15, przy czym jej 15 asymetryczne czolo jest tak ustawione, ze rozsze¬ rzony szczyt 18 wkladki 16 lezy w tej samej plasz¬ czyznie co os obrotu czesci frezowej 13, 14, 15, co zapewnia optymalne oddzialywanie na formacje.Rozszerzony szczyt 18 wkladki 16 nie jest prosto- 10 padly do osi wkladki 16. Po umieszczeniu wkladki 16 w szeregu wewnetrznym, szczyt 18 styka sie z formacjami wzdluz calej £wej dlugosci. Obcia¬ zenie jest rozlozone wzdluz calej dlugosei szczytu 18, a, nie tylko na, promieniu naroznika szczytu, u co opóznia pekanie wkladek 16 wewnetrznego sze¬ regu i zwieksza zywotnosc przez zmniejszenie na¬ cisku który wystepuje w znanych wkladkach.Wkladka 16 ma zasadniczo ksztalt zeba w którym kat A pomiedzy dlugoscia szczytu 18 a osia wkladki jo' I61wynosi* 60 do 85°. Kat B pomiedzy linia prosto¬ padla do osi wkladki 16 a szczytem 18 wynosi 15 do 30°. Powiekszona dlugosc szczytu 13 wkladki 16 styka sie z formacjami IC, przy czym unika sie obciazenia punktowego spotykanego we wkladkach 39 symetrycznych. Znane wkladki w zetknieciu z for¬ macja, sa obciazone wylacznie na skrajnym pro¬ mieniu naroza powstajacego przy przecieciu szczytu i i boku zewnetrznego. Takie niewyrównane obciaze¬ nie wkladki jest wystarczajaco duze dla spowodo- 11 wania jej zlamania. Okresowe obciazanie powo¬ dowane obrotami stozkowej czesci frezowej jest przyczyna duzego obciazenia jednostkowego na f; promieniu naroznika, prowadzacego do przedwczes¬ nego zuzycia. u Na fig. 3 pokazano nalozony na siebie widok trzech czesci frezowych 30 znanej; koronki wiertni¬ czej 29, celem ilustracji koncentracji obciazenia na wkladkach 31. Koronka 29 styka sie z formacjami 42 celem wykonania otworu wiertniczego wskutek M oddzialywania wkladek 31 na dno otworu. Przy obracajacej sie koronce 29, wkladki 31 wystajace z czesci frezowej 310 stykaja sie z formacjami 42 t powodujac ich kruszenie. Zlom skalny jest wyplu¬ kiwany z otworu wiertniczego przez krazaca ciecz u wiertnicza. Obciazenie wkladek 31 nie jest jedna¬ kowa ze wzgledu na: kat styku wkladek z for¬ macjami 42. Najwieksze obciazenie wkladek 31 wystepuje w obszarach 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41. Wkladki 31 polozone w poblizu srodka oo czesci frezowej 30 sa obciazone w poblizu central¬ nej osi co powoduje ich prawie ze równomierne obciazenie, zas wkladki 31 polozone w poblizu kaz¬ dego z konców czesci frezowej 30 sa tak obciazone, ze obszar najwiekszego obciazenia jest oddalony od N centralnej osi wkladki 31. W koronce 29, dlugosc10*504 6 ^ szczytu kazdej wkladki 31 jest prostopadla do osi wkladki, a wkladki 31 sa najbardziej obciazone przy skrajnym promieniu naroza. To nierówno¬ mierne obciazenie jednostkowe wkladek 31 moze powodowac ich pekniecia. Okresowe obciazenie powodowane obrotami czesci frezowych-jest przy^-/ czyna duzego obciazenia jednostkowego na pro¬ mieniach narozy, co powoduje przedwczesne zu¬ zycie wkladek.Koronka wiertnicza 20 (fig. 4) ma korpus przy¬ stosowany do polaczenia za pomoce zakonczenia kolkowego z dolnym koncem (niepokazanej) obro¬ towej struny wiertniczej. Korpus koronki 20 ma przelot dla szlamów wiertniczych i im podobnych przechodzacych do dolu poprzez strune wiertnicza celem skierowania do dna otworu studziennego a nastepnie przejscia do góry przez pierscieniowy otwór pomiedzy sciana otworu studziennego a rura Wiertnicza, wraz z unoszonymi wycinkami i zlo¬ mem wiertniczym.Z korpusu koronki 20 wystaja trzy zasadniczo jednakowe ramiona 24 i 25. Dolny koniec kazdego z ramion 24, 25 jest wyposazony w znany kolek lozyskowy. W kazdym z ramion 24, 25 jest umieszr czcna obrotowo zasadniczo stozkowa czesc frezowa 21, 22, 23. Kolki lozyskowe, na których sa umiesz¬ czone czesci frezowe 21, 22 i 23 okreslaja osie ich cbrotu, skierowane pod katem w dól i ku sredkowi.- Kazda czesc frezowa 21, 22, i 23 zawiera.-czesc czolowa skierowana w strone osi obrotu koronki 4s(L, oraz podstawe umieszczona na przecieciu sciany i dna otworu studziennego. Kazda czesc frezowa 21, 22 i 23 zawiera pierscieniowy szereg wkladek 2G umieszczonych w sasiedztwie jej podstawy. Szereg wkladek 26 przecina linie przeciecia sciany i dna otworu studziennego. Czesc frezowa 21 zawiera szereg symetrycznych wkladek 26 A umieszczonych bezposrednio przy szeregu wkladek 26. Kazda cze.rc frezowa 21, 22 i 23 zawiera co najmniej jeden pierscieniowy wewnetrzny szereg wkladek 27 do destrukcji wewnetrznej czesci otworu. Wkladki 27 szeregu wewnetrznego maja szczyt o wiekszej dlugosci stykajacy sie z formacja. Zmniejsza to obciazenie wkladek 27 a przez to zwieksza zywot¬ nosc koronki 20. Wkladka 27 styka sie z formacja¬ mi na wiekszej czesci dlugosci rozszerzonej po¬ wierzchni szczytu. Wkladki 27 sa formowane przez sprasowanie granulek materialu odpornego na zuzycie takiego jak weglik wolframu z .granulkami spoiwa takiego jak kobalt. Granulki materialu od¬ pornego na zuzycie i granulki spoiwa sa spraso- wywane wraz z woskiem i formowane w zadany ksztalt. Czolo wkladki 27 jest ksztaltowane w for¬ mie lub za pomoca stempla, który nadaje zakon¬ czeniu wkladki 27 zadany ksztalt. Wkladki sa pozbawiane wosku w piecu, po czym sa spiekane w piecu w wyzszej temperaturze. Wkladki sa nastepnie sprasowywaine w czesci frezowej 21, 22 .$ «4j83, przy czym ich czola stykajace sie z formacja sj£* usltawiane w zadany sposób. v" wewnetrzny szereg wkladek 27 zostal wpraso- wany w korpus czesci frezujacej 22 w taki sposób, ze asymetryczne czola sa tak ustawione by roz- 10 ..szerzone szczyty poszczególnych wkladek 27 lezaly w tej samej plaszczyznie co i os obrotu czesci fre¬ zowej 22. Rozszerzone szczyty wkladek 27 znajduja /^ie wówczas w polozeniu zapewniajacym ich opty¬ malne oddzialywanie na formacje. Rozszerzone 15 szczyty wkladek 27 nie sa prostopadle do ich osi.Obciazenie wkladek 27 jest bardziej równomierne niz obnazenie znanych wkladek 31 (fig. 3) i jest rozlozone na calej dlugosci szczytu 18.Kazda czesc frezowa 21, 22 T 23 zawiera co naj- 20 mniej jeden wewnetrzny pierscieniowy szereg wkladek 23 do destrukcji srodkowej czesci otworu.Wkladki 28 stykaja sie z formacja na wiekszej dlugosci szczytu, co zmniejsza obciazenie wkladek 28 i zwieksza zywotnosc koronki 20. Wkladki 23 25 sa wtlaczane w korpusy czesci frezowych 21,22 i 23 tak, ze ich asymetryczne czola sa ustawione tak, ze rozszerzone szczyty leza w tej samej plasz¬ czyznie co i os obrotu czesci frezowej 21, 22, 23, co pozwala na ich optymalne oddzialywanie na 30 formacje. $Loz$zeVzone szczyty wkladek 28 nie sa prostopadle do osi wkladek. Szczyty wkladek 28 stykaja sie z formacjami na calej swojej dlugosci.Obciazenie powodowane przez formacje jest roz¬ lozone na calej dlugosci szczytów i nie jest skon- 3 centrowane na promieniu naroznika szczytu. PL PL PL PL PL