JPS6238517B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は油および岩石さく岩用ビツト、特にさ
く岩用切削素子として使用するための形状でダイ
ヤモンド、立方晶窒化硼素（CBN）、またはウル
ツ鉱型窒化硼素（WBN）の複合コンパクトの使
用に関する。

ドラグ型ロータリービツトは通常天然ダイヤモ
ンド結晶を用いて成形されている。これらのビツ
トは深層での硬質研磨剤掘削に使用される。かか
る掘削は、ゆつくりとした侵入速度（２〜4ft／
hr）および長いビツト寿命（300hrまで）を特長
として有する。ダイヤモンドの熱感度および個々
のカツターの冷却と清浄化の必要があるため、経
済的なビツト性能にとつて良好な流体力学を必要
とする。ビツト水力学の許容レベルを得るためダ
イヤモンドビツト製造業者は個々のダイヤモンド
石の露出度の小さいカツターレベルを従来から使
用してきた。従来のダイヤモンドドラグビツト
は、最高で１／１６in台の岩石中への掛合または露出を 有する個々の表面固定石を含有する。

ロータリービツトにおけるカツター素子として
クラスターおよび複合体の合成ダイヤモンドコン
パクトを使用することが最近提案された。かかる
コンパクトは米国特許第3745623号に従つて作る
のが好ましい。

かかる掘削ブランクの出現、例えばコバルト焼
結タングステンカーバイド層に緊く結合した焼結
ダイヤモンド層の出現は、硬い砂状頁岩および他
の研磨地層のさらに大きな掘進切削を可能にする
岩石切削工具を提供する。これらのダイヤモンド
コンパクトブランクから作られたドラグビツト
は、ダイヤモンドドラグビツトよりも長いか同等
の寿命とより速い侵入速度を可能にするけれど
も、最良の性能の達成は、一定の圧力下で頁岩の
接着によつて焼結ダイヤモンド切削面にしばしば
限定される。かかる個々のカツターの粘着または
負荷増大は侵入速度を低下させ、カツターを過熱
させ、研磨抵抗を低下させ、ビツト寿命を短縮さ
せることになる。

ダイヤモンドコンパクトを用いて作つたドラグ
ビツトは非常に大なる露出度を従来示し、従つて
岩石加工物のより大きな潜在掛合を示した。これ
らのカツターは、5000〜15000ftまたはそれ以上
の深さの典型的な井戸に存在する圧力の下で塑性
変形を示す岩石を機械加工することが知られてい
る。これらのカツターは切刃のすくい角−５〜−
25゜で通常ビツト上に置かれる。切刃は通常丸い
か真直であり、塑性岩石のチツプは焼結ダイヤモ
ンド層の平面を押し上げる。切刃を鋭く保つ必要
からこの焼結ダイヤモンド面の清浄化および冷却
を与えるため、ビツトは切削面を通つて掃き出さ
れるような型式で掘削泥を溝送りするように設計
されている。実際には、１／４in以上の所望のカツタ ー露出が存在するときこの種の水力学的作用を与
えることは通常難しい。

本発明のカツターは予め選択したカツターの形
を塑性岩石チツプに対しプラウ作用を作るように
して使用して従来技術の欠点を克服する。カツタ
ーはプラウ型の切削素子を有し、好ましくは一般
にＶ型のプラウ形状を有する複合コンパクトのカ
ツター素子を有する。Ｖ型素子の刃先角は60〜90
゜の範囲が有利であり、約75゜が最も有利であ
る。カツター素子はダイヤモンドコンパクトから
作り、続いてビツトまたはカツター本体に結合さ
せ、後で通常の取り付け法でビツトに取り付け
る。

本発明のカツター素子の形状は、粘着性の塑性
頁岩によつて閉塞するようになるまたは負荷増大
するカツターの傾向を除くことによつて漸進切削
作用と長いカツター寿命を保つことができるよう
にする。切削面上に蓄積されるのではなくて切削
面から本来取り除く岩石チツプの流れを発生させ
るため、ビツト水力学に対する臨界的な要件は減
少させられる。これは最大のカツター露出を保
ち、さく岩作業のための高い侵入速度を随伴す
る。

本発明は多くの種々の形で具体化しうるのであ
るが、本発明の好ましい例を図面に示し、以下に
説明する。

第１図は本発明のカツター１０を示す。カツタ
ー１０は本体部分１２および切削素子１４を有す
る。本体部分１２は一般に角型断面であるように
示してあるが、種々な地層を油およびガス掘削す
るためのドラグ型ビツト上に装着するための任意
の形であることができる。使用に当つては、複数
のカツター１０または個々のカツター素子１４ま
たはこの両者を、目的とする掘削のための適当な
すくい角でロータリービツトのドリルクラウンに
とりつける。

カツター１０に成形した切削面を設けることに
よつて、切削面はカツターの作用面から岩石をす
くい出す傾向を有する。プラウ作用はカツターの
負荷を実質的に減少させるか除去し、これは侵入
速度の増大をもたらし、カツターの加熱を減少さ
せる。

図面に示すようにカツター面の成形は、一般に
Ｖ型カツター面を有する三角形カツター素子１４
を設けることによつて達成される。Ｖ型面は脚部
分Ｌを有し、これは切刃角αを規定するため刃先
Ｅで会合している。角αで規定された刃先角面は
60〜90゜の範囲とすべきである。最も有利には刃
先角は約75゜とすべきである。用途に応じて、数
度例えばβ＝７゜の逃げ角を設けると有利であ
る。

長い掘削時間の下で鋭い切削刃先Ｅを保つため
ダイヤモンド、立方晶窒化硼素、またはウルツ鉱
型窒化硼素またはこれらの混合物の集合コンパク
トまたは複合コンパクトの如き超研磨材でカツタ
ー素子１４を構成するのが好ましい。しかしなが
らプラウ効果は他の材料を用いても同様に利用し
うる。

集合コンパクトは(1)自己結合関係、(2)結晶の間
に入れた結合媒体によつて、(3)上記(1)と(2)の組合
わせによつて結合した研磨材粒子の集合体として
定義する。この種のコンパクトおよびその製造法
の詳細は米国特許第3136615号、同第3141746号お
よび同第3233988号明細書を参照しうる。これら
の特許明細書はここに引用し加える。

複合コンパクトは、焼結タングステンカーバイ
ドの如き基体材料に結合した集合コンパクトとし
て定義する。基体への結合は集合コンパクトの形
成中または形成後に形成できる。この種の複合コ
ンパクトおよびその製造法の詳細は米国特許第
3745623号、同第3745489号、同第3767371号明細
書を参照できる。これらの明細書もここに引用し
加える。

ここで使用する焼結カーバイドなる語は、鉄、
ニツケルおよびコバルトの群から選択した１種以
上のマトリツクス金属によつて焼結または結合さ
れた周期表第ｂ族、第ｂ族および第ｂ族の
金属の１種以上の遷移金属カーバイドを意味す
る。代表的な焼結カーバイドはコバルトマトリツ
クス中のWCまたはニツケルマトリツク中のTiC
を含む。

好ましくはＶ型カツター素子１４は焼結カーバ
イドの基体１４Ａおよび研磨塊体または層１４Ｂ
を含む複合コンパクトである。前述した如く研磨
材層はダイヤモンド、立方晶窒化硼素（CBN）、
ウルツ鉱型窒化硼素（WBN）、およびこれらの混
合物からなる群から選択した研磨材から構成でき
る。

図に示す如くカツター素子１４は例えばコバル
ト焼結タングステンカーバイドの三角形断面基体
１４Ａを有する。基体１４Ａは、通常の方法例え
ば誘電加熱または炉加熱によるろう接、または締
りばめにより油／ガス製造に普通に使用される取
り付け法でカツター本体１２にとりつける。

研磨材層１４Ｂは基体１４Ａの二つの脚に結合
させて第３図に示す如きＶ型面を設ける。この構
造は、岩石チツプにプラウ様効果を与える角付脚
面Ｌを有する細長作用刃先Ｅを与える。カツター
素子１４は前記米国特許第3745623号明細書に従
つて成形できる。

あるいは、カツター素子１４は、適当な角で二
つの平らなダイヤモンド複合ドリルブランクを結
合させてプラウ型にし上述した角を含ませて成形
できる。かかる平らな形の複合コンパクトはスト
ラタパクスTMドリルブランクの名の下にゼネラ
ル・エレクトリツク・コムパニーから入手できる
（焼結カーバイド基体上の多結晶質ダイヤモンド
である）。

これらのおよび他の変形は本発明の範囲を逸脱
せずに当業者にはなすことができる。

事実、一般にＶ型プラウを有するカツター素子
と地層を接触させ、前縁として先を地層に対して
動かすことからなる掘削法がプラウ脚に沿つてチ
ツプの流れを進め作用切刃から取り除くようにし
て、高い掘削進行を生ぜしめることは当業者には
判るであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるダラグ型ビツトのための
カツターおよびカツター素子の例の断立面図、第
２図はカツターの側立面図、第３図はカツターの
頂面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ タンタルカーバイド、チタンカーバイドまた
   はタングステンカーバイドから選択した焼結カー
   バイドから作られた基体に結合されたダイヤモン
   ド、立方晶窒化硼素、ウルツ鉱型窒化硼素または
   それらの混合物の多結晶質層からなる複合コンパ
   クトカツター素子を有する改良されたドラグタイ
   プ油井および岩石掘削用ビツトであつて、その改
   良が、コンパクトカツター素子が一般にＶ型形状
   を有し、多結晶質層が上記Ｖ型の脚を形成し、上
   記Ｖ型が60〜90゜の刃先角を規定し、カツター素
   子に沿つて岩石チツプの流れおよびプラウ効果を
   生ぜしめるようにしたことを特徴とするドラグタ
   イプ油井および岩石掘削用ビツト。 ２ Ｖ型切削素子の刃先角が75゜である特許請求
   の範囲第１項記載の改良された掘削用ビツト。