ITTO20000404A1

ITTO20000404A1 - Punti per perforazione di terreno con gambe inclinate.

Info

Publication number: ITTO20000404A1
Application number: IT2000TO000404A
Authority: IT
Inventors: Glenn R Zadrapa; Gregory L Ricks; Kenneth C Brannon; Robert E Grimes
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 1999-04-29
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2001-10-28
Also published as: IT1320060B1; GB0009991D0; US6227314B1; GB2349661A; GB2349661B; ITTO20000404A0

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo: "Punta per perforazione di terreno‘con gambe inclinate "

DESCRIZIONE

Campo tecnico

Questa invenzione si riferisce in generale a punte per la perforazione di terreno ed in particolare a punte per la perforazione di terreno con una stabilizzazione a sei punti per contrastare la vibrazione laterale.

Tecnica anteriore

Un tipo di punta per la perforazione di terreno ha un corpo con tre gambe formate su di esso. Una fresa è montata girevole su ciascuna delle gambe, la fresa avendo denti o inserti di metallo duro. Del fluido di perforazione è pompato giù lungo la serie di utensili di perforazione e scaricato da tre ugelli. Ciascun ugello è collocato fra due delle gambe della punta. Gli ugelli sono alloggiati in un risalto di ugello, che è una porzione cilindrica sporgente su di una superficie esterna curva del corpo della punta. Il fluido di perforazione colpisce il fondo e ritorna indietro su per canali adiacenti ciascun lato di ciascuno dei risalti di ugello. La punta entrerà in contatto con la parete del foro di perforazione in tre punti, ciascuno dei punti essendo sulla fila di estremità di ciascuna delle frese. Il punto di contatto è su di una porzione avanzata di ciascuna fresa. In certe circostanze una punta può subire rapidi spostamenti laterali, come quando si perfora in un foro sovradimensionato, durante una perforazione orizzontale, entro gomiti, o entro sedi di chiavette. Questi spostamenti laterali determinano scostamenti dalla rotazione desiderata intorno alla linea centrale geometrica della punta, che è l'asse di rotazione voluto. Gli spostamenti laterali possono causare un'usura accelerata ed un'avaria catastrofica degli elementi di taglio. Sono stati impiegati inserti resistenti all'usura sulle porzioni superiori delle gambe della punta per contrastare la vibrazione laterale. In questo tipo di tecnica anteriore, la linea centrale della disposizione di inserti resistenti all'usura è generalmente direttamente al disopra dell'asse di rotazione di ciascuna fresa. Mentre tali inserti resistenti all'usura sono benefici, essi non contrastano adeguatamente una forte vibrazione laterale.

Un'altra punta della tecnica anteriore ha un'area di stabilizzazione contenente inserti resistenti all'usura fra ciascuna delle gambe della punta. Ciascuna porzione stabilizzante o cuscinetto racchiude uno degli ugelli, sostituendo il risalto di ugello sporgente utilizzato in altri tipi di punte. La linea centrale di ciascun cuscinetto stabilizzante è diametralmente opposta al punto di contatto con la parete del foro di perforazione di una delle frese. I cuscinetti stabilizzanti aggiungono tre ulteriori punti di stabilizzazione sfalsati circonferenzialmente o rotazionalmente rispetto ai punti di stabilizzazione sulle frese. Questo contatto a sei punti provvede più stabilità laterale alla punta delle precedenti punte con contatto a tre punti. Tuttavia il cuscinetto di stabilizzazione relativamente grande su ciascuna gamba di punta tende a ridurre l'area del flusso di ritorno per il fluido di perforazione e frammenti tagliati su punte di diametro inferiore più di quanto faccia su punte di diametro superiore, ove questo tipo di cuscinetto stabilizzante è utilizzato con successo in molte applicazioni commerciali.

Compendio dell 'invenzione

Nella punta di questa invenzione, ciascuna delle gambe della punta ha una porzione superiore ^che sporge radialmente dal corpo della punta ed una porzione inferiore che si estende al disotto del corpo della punta. La porzione inferiore dì ciascuna gamba della punta è sfalsata circonferenzialmente rispetto alla porzione superiore. La porzione inferiore è inclinata così da posizionare il punto di contatto fra fresa e foro di perforazione in una direzione avanzata relativamente alla porzione superiore della gamba della punta. La porzione superiore della gamba della punta ha elementi resistenti all'usura a basso attrito, che sono preferibilmente leggermente al disotto del diametro di calibro, fornendo aree di stabilizzazione. La linea centrale di ciascuna area di stabilizzazione è approssimativamente diametralmente opposta al punto di contatto con il foro di perforazione di una delle frese. Le aree di stabilizzazione addizionali risultano in un contatto con il foro di perforazione a sei punti atto a contrastare la vibrazione laterale durante la perforazione.

Un risalto di ugello è collocato fra ciascuna delle gambe della punta. Ciascun risalto di ugello sporge radialmente all’esterno dalla superficie esterna ricurva del corpo della punta. Ciascun risalto di ugello è generalmente cilindrico e spaziato fra due delle gambe della punta. Ulteriormente ciascun risalto di ugello può essere inclinato sostanzialmente del medesimo angolo di inclinazione della porzione inferiore della gamba della punta. Questa inclinazione determina un canale di flusso inclinato fra il risalto di ugello ed il bordo avanzato della porzione inferiore inclinata della gamba della punta. C'è anche un canale di flusso inclinato fra il risalto dell'ugello ed il bordo arretrato della gamba di punta adiacente.

Breve descrizione dei disegni

La figura 1 è una vista in elevazione laterale di una punta per la perforazione di terreno realizzata secondo questa invenzione.

La figura 2 è una vista in pianta dall'alto della punta di figura 1.

La figura 3 è una vista in sezione di una delle gambe della punta di figura 1, eseguita sostanzialmente secondo la linea III-III di figura 1.

Modo migliore di realizzazione dell'invenzione Facendo riferimento alla figura 1, una punta 11 ha un corpo 13 che è formato da tre segmenti che sono saldati insieme. Il corpo 13 ha una superficie esterna ricurva che è generalmente cilindrica. Un piolo filettato 15 si estende verso l'alto dal corpo 13 per il fissaggio ad una serie di utensili di perforazione. Il corpo 13 ha tre gambe 17 di punta spaziate simmetricamente intorno ad esso. Ogni gamba di punta 17 ha una porzione superiore 17a che sporge radialmente dalla superficie esterna ricurva del corpo 13. La porzione superiore 17a inizia approssimativamente alla base del piolo filettato 15 e si estende verso il basso fino ad un punto al disopra dell1estremità inferiore del corpo 13. Una porzione inferiore 17b si congiunge alla porzione superiore 17a e si estende al disotto del corpo 13. La linea centrale della porzione superiore 17a è parallela all’asse 19 della punta. La linea centrale della porzione inferiore 17b, tuttavia, è inclinata di un angolo 21 relativamente alla porzione 17a, fornendo una configurazione a gomito. L’inclinazione è nella direzione di rotazione della punta 11 ed è approssimativamente di 30° relativamente alla verticale nella forma di attuazione illustrata. Questo pone l'estremità inferiore della porzione inferiore 17b in una posizione avanzata rispetto alla porzione superiore 17a.

Una pluralità di inserti,resistenti all'usura 23 sono collocati sulle gambe 17 di punta, sia nella porzione superiore 17a sia nella porzione inferiore I7b. Gli inserti 23 hanno generalmente superfici esposte piane, lisce, a basso attrito e sono collocati secondo una disposizione generalmente inclinata. Alternativamente, gli inserti 23.possono essere a cupola o avere creste arrotondate. Ogni gamba di punta 17 ha un bordo avanzato 25 e un bordo arretrato 27. I bordi avanzato ed arretrato 25, 27 si estendono generalmente radialmente verso 1'esterno dalla superficie esterna del corpo 13. I bordi avanzato ed arretrato 25, 27 sono generalmente paralleli, risultando in un'ampiezza circonferenziale per ciascuna gamba 17 di punta che è approssimativamente costante dalla sommità al fondo. I bordi avanzati 25 ed i bordi arretrati 27 hanno porzioni superiori che sono orientate parallelamente all'asse della punta 19, e porzioni inferiori che sono inclinate di un angolo approssimativamente uguale all'angolo 21. Gli inserti 23 sono più vicini al bordo avanzato 25 che al bordo arretrato 27 nella porzione inferiore I7b. Nella porzione superiore 17a, alcuni degli inserti 23 sono più vicini al bordo arretrato 27 che al bordo avanzato 25 per fornire una stabilizzazione. Alcuni inserti 23 o un riporto duro potrebbero anche essere collocati adiacenti al bordo avanzato 25 per provvedere resistenza all'usura.

Dna fresa 29 è montata girevole su ciascuna gamba 17 di punta. La fresa 29 è generalmente conica ed ha una pluralità di elementi di taglio 31 per disintegrare le formazioni di terreno. Nella forma di attuazione illustrata, gli elementi di taglio 31 comprendono inserti di carburo di tungsteno pressati con interferenza in fori complementari nel corpo della fresa 29. Alternativamente la fresa 29 potrebbe avere denti realizzati di macchina nel corpo della fresa 29. Ogni fresa 29 ha una superficie di calibro 33 e una fila di estremità di elementi di taglio 31 adiacente alla superficie di calibro 33. Quando la fresa 29 è fatta ruotare, le punte degli elementi di taglio 31 della fila di estremità passeranno attraverso un punto situato approssimativamente al diametro di calibro del foro di perforazione.

Facendo riferimento alla figura 3, ogni fresa 29 è montata girevole su di un piolo di sopporto 37 che è formato integralmente sull'estremità inferiore di ciascuna gamba 17 di punta. Un serbatoio di lubrificante 39, illustrato schematicamente, contiene lubrificante che è fornito attraverso passaggi alle superfici di sopporto sul piolo di sopporto 37.

Facendo riferimento alla figura 2, la linea circolare punteggiata 41 rappresenta la parete laterale del foro di perforazione che è perforata dalla punta 11. Poiché l'asse di ciascuna fresa 29 è usualmente obliquo, non su di una linea radiale che si diparte dall'asse 19 della punta, generalmente solo un singolo punto 43 sulla fila di estremità di inserti 31 di ciascun tagliente entrerà in contatto con la parete laterale 41 del foro di perforazione quando la fresa 29 ruota. Il punto di contatto 43 è su di una porzione avanzata di ciascuna fresa 29 quando è utilizzata obliqua. La porzione superiore 17a di ciascuna gamba di punta è dimensionata in modo tale che almeno uno dei suoi inserti 23 resistenti all'usura è leggermente al disotto del diametro di calibro cosicché esso entrerà in contatto con la parete laterale 41 del foro di perforazione così da provvedere una stabilizzazione laterale, si fa riferimento qui alla linea centrale della disposizione di inserti 23 resistenti all'usura che entrano in contatto con la parete laterale 41 del foro di perforazione come al punto di contatto 45 della gamba di punta. Il punto di contatto 45 di ciascuna gamba di punta è al disotto del compensatore di lubrificante 39 ed è collocato in una direzione arretrata da un punto centrale fra bordi avanzati ed arretrato 25, 21 all'estremità superiore di ciascuna gamba di punta 17. Il punto di contatto 45 di gamba di punta per ciascuna gamba 17 di punta si trova circonferenzialmente a 50-70 gradi dal punto di contatto 43 della fresa della stessa gamba di punta. Ogni punto di contatto 45 di gamba di punta è approssimativamente diametralmente opposto ad uno dei punti di contatto 43 della fresa di un'altra gamba di punta, come illustrato in figura 2. I punti di contatto 43, 45 risultano in sei punti di contatto spaziati circonferenzialmente o rotazionalmente, ciascuno essendo approssimativamente spaziato di 50-70° dall'altro.

Facendo riferimento di nuovo alla figura 1, un risalto di ugello 47 è collocato fra ciascuna delle gambe 17 di punta. Un risalto 47 di ugello è un elemento generalmente cilindrico che è formato integralmente con e sporge radialmente dall'esterno ricurvo del corpo 13 di punta. Ciascun risalto 47 di ugello alloggia un ugello 49 che scarica un getto 51 di fluido di perforazione. Ciascun risalto 47 di ugello è inclinato relativamente all’asse 19 di punta. L'asse 53 di ciascun risalto 47 di ugello è inclinato approssimativamente dello stesso angolo dell'angolo 21 nella forma di attuazione illustrata, tuttavia l'angolo potrebbe essere differente. Ciascun risalto 47 di ugello è preferibilmente spaziato da entrambe le gambe 17 di punta adiacenti, creando canali di flusso 55, 57 su entrambi i lati di ciascun risalto 47 di ugello. Il canale di flusso 55 si colloca fra il bordo avanzato 25 di una gamba di punta ed un risalto 47 di ugello. Il canale di flusso 55 ha una porzione inferiore che è generalmente parallela al risalto 47 di ugello e alla porzione inferiore del bordo avanzato 25. Questa porzione inferiore di canale di flusso 55 è di sezione trasversale sostanzialmente uniforme. Il canale di flusso 55 ha una porzione superiore che è parallela alla porzione superiore del bordo avanzato 25. La porzione superiore ha un'ampiezza leggermente inferiore rispetto alla porzione inferiore. Tuttavia non c'è una significativa riduzione nell'area di flusso quando si procede dalla porzione inferiore verso la porzione superiore del canale di flusso 55. Il canale di flusso 57 è anche inclinato similmente al canale di flusso 55, poiché esso è delimitato dal pròfilo del risalto 47 di ugello su di un lato e dal bordo arretrato 27 della gamba adiacente sull'altro lato.

Nel funzionamento il piolo filettato 15 è fissato all'estremità inferiore della serie di utensili di perforazione, che può includere un motore di perforazione. La punta di perforazione 11 è fatta ruotare in senso orario come visto dall'alto in figura 2. Questo fa sì che la fresa 29 per ciascuna gamba 17 di punta sia avanzata rispetto alla porzione superiore 17a di gamba di punta. La punta 11 è stabilizzata nei confronti della vibrazione laterale dai punti di contatto 43 della fresa e dai punti di contatto 45 delle gambe di punta come illustrato in figura 2. Il fluido di perforazione è pompato giù lungo la serie di utensili di perforazione e scaricato fuori dagli ugelli 49. Il getto 51 di fluido di perforazione si scarica da ciascun ugello 49 verso il bordo arretrato della fresa adiacente avanzata 29. Il fluido di perforazione ritorna indietro attraverso i canali di flusso 55, 57 su entrambi lati di ciascun risalto 47 di ugello.

L'invenzione ha significativi vantaggi. Le porzioni di gamba inferiori inclinate determinano sei punti di contatto circonferenzialmente spaziati così da accrescere la stabilità della punta. Inclinando gli ugelli e fornendo canali di flusso sui lati dei risalti di ugello, l'area a disposizione del flusso di ritorno è più che adeguata.

Mentre l'invenzione è stata illustrata in solo una delle sue forme, dovrebbe essere evidente ai tecnici del settore che essa non è limitata in questo modo, ma è suscettibile di varie modificazioni senza uscire dalla sua portata. Ad esempio, sebbene la porzione superiore di ciascuna gamba di punta sia illustrata come orientata assialmente, anch’essa potrebbe essere inclinata nello stesso modo della porzione inferiore di ciascuna gamba di punta.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Punta per la perforazione di terreno, comprendente : un corpo avente un asse longitudinale ed una superficie esterna ricurva; un piolo filettato su di un'estremità superiore del corpo per la connessione ad una serie di utensili di perforazione; una pluralità di gambe di punta formate simmetricamente sulla superficie esterna del corpo, ciascuna delle gambe di punta avendo una porzione superiore che sporge dalla superficie esterna del corpo ed una porzione inferiore che si estende al disotto del corpo, la porzione inferiore di ciascuna delle gambe di punta essendo sfalsata circonferenzialmente rispetto alla porzione superiore di ciascuna delle gambe di punta,· una fresa montata sulla porzione inferiore di ciascuna delle gambe di punta per la rotazione intorno ad un asse della fresa; e una pluralità di risalti di ugello formati sulla e sporgenti dalla superficie esterna del corpo, ciascuno dei risalti di ugello alloggiando un ugello per scaricare fluido di perforazione, ciascuno dei risalti di ugello essendo spaziato fra due delle gambe di punta, definendo almeno un passaggio di ritorno per il fluido di perforazione sulla superficie esterna del corpo fra ciascuno dei risalti di ugello ed almeno una delle gambe di punta.
2. Punta secondo la rivendicazione 1, in cui la porzione inferiore di ciascuna delle gambe di punta è avanzata rispetto alla porzione superiore di ciascuna delle gambe di punta, relativamente ad una direzione di rotazione del corpo.
3. Punta secondo la rivendicazione 1, in cui la porzione inferiore di ciascuna delle gambe di punta è inclinata relativamente all'asse longitudinale del corpo.
4. Punta secondo la rivendicazione 1, in cui la porzione superiore di ciascuna delle gambe di punta si estende verso il basso generalmente parallelamente all'asse longitudinale, e la porzione inferiore di ciascuna delle gambe di punta è inclinata relativamente alla porzione superiore ed è avanzata rispetto alla porzione superiore relativamente ad una direzione di rotazione del corpo.
5. Punta secondo la rivendicazione 1, ulteriormente comprendente un organo resistente all'usura collocato sulla porzione superiore di ciascuna delle gambe di punta per provvedere stabilizzazione alla punta.
6. Punta secondo la rivendicazione 6, in cui la porzione inferiore di ciascuna delle gambe di punta è inclinata relativamente all'asse longitudinale, e ciascuno dei risalti di ugello è inclinato relativamente all'asse longitudinale.
7. Punta secondo la rivendicazione 6, in cui le gambe di punta e i risalti di ugello sono inclinati in una direzione avanzata relativamente ad una direzione di rotazione della punta.
8. Punta secondo la rivendicazione 1, in cui la porzione inferiore di ciascuna delle gambe di punta ed una porzione inferiore dei esulali di flusso sono inclinati relativamente all'asse longitudinale.
9. Punta secondo la rivendicazione 1, in cui ciascuna delle gambe di punta ha un bordo avanzato considerando una direzione di rotazione della punta, ed in cui una porzione inferiore di ciascuno dei bordi avanzati è inclinata relativamente all'asse longitudinale; e il canale di flusso per ciascuno dei risalti di ugello è collocato fra ciascuno dei risalti di ugello ed il bordo avanzato di una delle gambe di punta, il canale di flusso avendo una porzione inferiore che è inclinata relativamente all'asse longitudinale sostanzialmente dello stesso angolo della porzione inferiore di ciascuno dei bordi avanzati.
10. Punta per la perforazione di terreno, comprendente : un corpo avente un asse longitudinale ed una superficie esterna ricurva; un piolo filettato su di una estremità superiore del corpo per la connessione ad una serie di utensili di perforazione; una pluralità di gambe di punta formate simmetricamente sulla superficie esterna del corpo, ciascuna delle gambe di punta avendo una porzione superiore che sporge dalla superficie esterna del corpo ed una porzione inferiore che si estende al disotto del corpo, la porzione inferiore avendo un bordo avanzato che si trova ad un angolo inclinato relativamente all'asse longitudinale; una fresa montata sulla porzione inferiore di ciascuna delle gambe di punta per la rotazione intorno ad un asse della fresa, ciascuna delle frese fornendo un punto di stabilizzazione della fresa che è suscettibile di entrare in contatto con una parete laterale del foro di perforazione; la porzione superiore di ciascuna delle gambe di punta avendo bordi avanzato ed arretrato ed una linea centrale collocata fra questi, la linea centrale di ciascuna delle gambe di punta essendo sfalsata circonferenzialmente rispetto a ciascuno dei punti di stabilizzazione della fresa; una pluralità di elementi resistenti all'usura montati sulla porzione superiore di ciascuna delle gambe di punta per provvedere punti di stabilizzazione della gamba di punta che sono sfalsati circonferenzialmente rispetto ai punti di stabilizzazione della .fresa; una pluralità di risalti di ugello formati sulla e sporgenti dalla superficie esterna del corpo, ciascuno dei risalti di ugello alloggiando un ugello per scaricare fluido di perforazione, ciascuno dei risalti di ugello essendo collocato fra due delle gambe di punta, ed in cui ciascuno dei risalti di ugello è inclinato relativamente all'asse longitudinale; e un canale di flusso inclinato collocato fra ciascuno dei risalti di ugello e il bordo avanzato della porzione inferiore di ciascuna delle gambe di punta.
11. Punta secondo la rivendicazione 10, in cui ciascuna delle frese è avanzata rispetto alla porzione superiore di ciascuna delle gambe di punta, relativamente ad una direzione di rotazione del corpo.
12. Punta secondo la rivendicazione 10, in cui ciascuna delle gambe di punta ha un bordo arretrato relativamente alla direzione di rotazione della punta, che ha una porzione inferiore che è inclinata relativamente all'asse longitudinale della punta.
13. Punta secondo la rivendicazione 10, in cui la porzione superiore di ciascuna delle gambe di punta si estende verso il basso generalmente parallelamente all1asse longitudinale.
14. Punta secondo la rivendicazione 10, in cui i risalti di ugello sono inclinati nella direzione di rotazione della pianta.
15. Punta secondo la rivendicazione 10, in cui i risalti di ugello sono inclinati così da scaricare un getto del fluido di perforazione in una direzione avanzata relativamente ad una direzione di rotazione della punta per un contatto in un pianto più vicino alla fresa adiacente ad un lato avanzato di ciascuno dei risalti di ugello che alla fresa adiacente ad un lato arretrato di ciascuno dei risalti di ugello.
16. Punta per la perforazione di terreno, comprendente: un corpo avente un asse longitudinale ed una superficie esterna; un piolo filettato su di un'estremità superiore del corpo per la connessione ad una serie di utensili di perforazione; una pluralità di gambe di punta formate simmetricamente sulla superficie esterna del corpo, ciascuna delle gambe di punta avendo una porzione superiore che sporge dalla superficie esterna del corpo ed una porzione inferiore che si estende al disotto del corpo, ciascuna delle gambe di punta avendo una configurazione generalmente a gomito, che colloca un'estremità inferiore di ciascuna delle gambe di punta in una posizione avanzata relativamente alla porzione superiore; una pluralità di elementi resistenti all'usura sulla porzione superiore di ciascuna delle gambe di punta, almeno una delle quali è posizionata così da provvedere stabilizzazione alla punta; una fresa montata sulla porzione inferiore di ciascuna delle gambe di punta per la rotazione intorno ad un asse della fresa; e una pluralità di risalti di ugello formati sulla e sporgenti dalla superficie esterna del corpo, ciascuno dei risalti di ugello alloggiando un ugello per scaricare fluido di perforazione, ciascuno dei risalti di ugello essendo collocato fra due delle gambe di punta ed essendo inclinato relativamente all'asse longitudinale così da definire un canale di flusso di ritorno collocato fra ciascuno dei risalti di ugello e una delle gambe di punta, il canale di flusso di ritorno avendo una porzione inferiore che è inclinata relativamente all'asse longitudinale in una direzione avanzata.
17. Punta secondo la rivendicazione 16, in cui la porzione superiore di ciascuna delle gambe di punta si estende generalmente parallelamente all'asse longitudinale.
18. Punta secondo la rivendicazione 16, in cui ciascuno dei canali di flusso è collocato fra uno dei risalti di ugello ed un bordo avanzato di una delle gambe di punta.
19. Punta secondo la rivendicazione 16, in cui ciascuna delle gambe di punta ha bordi avanzato ed arretrato che sono generalmente paralleli l'uno al-1'altro.
20. Punta secondo la rivendicazione 16, comprendendo ulteriormente un addizionale canale di flusso di ritorno collocato su di un lato opposto di ciascuno dei risalti di ugello rispetto a detto canale di flusso di ritorno menzionato per primo.