NO761040L

NO761040L -

Info

Publication number: NO761040L
Application number: NO761040A
Authority: NO
Inventors: R A Miglierini
Original assignee: Dresser Ind
Priority date: 1975-05-29
Filing date: 1976-03-24
Publication date: 1976-11-30
Also published as: ZA761731B; AU507979B2; CA1046497A; MX144249A; AU1261676A

Description

Foreliggende oppfinnelse angår jordboring, og mer bestemt en roterende rullemeiselkrone som er egnet for boring i ekstremt harde formasjoner, såsom hard taconit hvor den vanlige generelt anvendbare borkronen får problemer når den støter på den ekstremt harde stenen med høy fasthet. The present invention relates to soil drilling, and more specifically to a rotary roller bit that is suitable for drilling in extremely hard formations, such as hard taconite where the usual generally applicable drill bit has problems when it encounters the extremely hard rock with high strength.

Den stadig økende etterspørsel etter jordens naturlige resurser, såsom olje og gass og forskjellige typer malm som utvinnes av gruveindustrien, har skapt behov for forbedrede borkroner.Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en borkrone for boring i ekstremt harde formasjoner, såsom påpresses i dype olje-og gassbrønner og ved boring i harde malminneholdende formasjoner, såsom de jerninneholdende taconit-formas joner. The ever-increasing demand for the earth's natural resources, such as oil and gas and various types of ore extracted by the mining industry, has created a need for improved drill bits. The present invention provides a drill bit for drilling in extremely hard formations, such as are pressed into deep oil and gas wells and when drilling in hard ore-bearing formations, such as the iron-containing taconite formations.

Et mer spesielt eksempel på behovet for borkronen iføl-ge oppfinnelsen vil bli beskrevet i forbindelse med borkroner som er beregnet til å brukes til boring av sprenghull av den typa som anvendes ved gruvedrift, hvor hullene vanligvis er forholdsvis grunne. Teknikkens stilling når det gjelder borkroner for boring av sprenghull er stort sett tilfredsstillende i middels harde til harde formasjoner, men når ekstremt harde formasjoner med høy fasthet påtreffes blir borkronens skjærkomponenter utsatt for ekstremt hard belastning som fører til unormal kort levetid for borkronene. A more particular example of the need for the drill bit according to the invention will be described in connection with drill bits that are intended to be used for drilling blast holes of the type used in mining, where the holes are usually relatively shallow. The state of the art when it comes to drill bits for drilling blast holes is mostly satisfactory in medium hard to hard formations, but when extremely hard formations with high strength are encountered, the cutting components of the drill bit are exposed to extremely hard stress which leads to an abnormally short life for the drill bits.

I US patent nr. 2 990025 er vist en roterende brønn-borkrone. som omfatter et hode med innadrettede aksler. På akslene er rullekuttere dreibart montert. En første omkretsrad med kaliberkuttende (gage cutting), slitefaste innsetninger er beliggende nederst på i det minste én av kutterne. En annen omkretsrad med slitefaste innsetninger på i det minste én av kutterne er anordnet i avstand innenfor den første rad mot hodets lengdeakse, idet avstanden mellom den første og andre rad er slik at sporet etter den første rad på bunnen av hullet som bores overlapper spo ret etter den første rad. Den første rad er beliggende ved tilnærmet null overdimensjonert (oversize) vinkel og den andre rad er beliggende ved en større overdimensjonert vinkel enn den førs-te rad, slik at den andre rad utfører desintegrasjon av jordfor-masjonene'tett inntil hullets vegg ved et nivå under den første rad, hvorved formasjonen som skal desintegreres av den første rad etterlates uten vesentlig innvendig sidestøtte, hvorved den førs-te rad lettere kan kutte hullet til riktig diameter (gage). In US patent no. 2 990025 a rotating well drill bit is shown. which includes a head with inwardly directed shafts. Roller cutters are rotatably mounted on the shafts. A first circumferential row of gage cutting, wear-resistant inserts is located at the bottom of at least one of the cutters. Another circumferential row of wear-resistant inserts on at least one of the cutters is arranged at a distance within the first row towards the longitudinal axis of the head, the distance between the first and second rows being such that the groove of the first row at the bottom of the hole being drilled overlaps the groove after the first row. The first row is located at an approximately zero oversize angle and the second row is located at a larger oversize angle than the first row, so that the second row performs disintegration of the soil formations close to the wall of the hole at a level below the first row, whereby the formation to be disintegrated by the first row is left without substantial internal side support, whereby the first row can more easily cut the hole to the correct diameter (gage).

I US patent nr. 2 774 571 er vist en jordboreinnretning innbefattende et borhode og et antall koniske kuttere som er roterbart montert på borhodet. Hver av kutterne innbefatter et le-geme med et neseparti som ender nær borinnretningens akse. Hvert neseparti innbefatter kutterelementer omfattende et antall slitefaste innsetninger som er festet i kutterelementene og har et eggformet utspring på overflaten.Innsetningene på de respektive nesepartier er anordnet i et motstående og ikke-sammenpassende forhold for inngrep i og frembringelse av overlappende spor på bunnen av hullet som bores, og for derved å desintegrere jordforma-sjonene ved og nær boreinnretningens akse.Kutterlegemene innbefatter med innbyrdes avstand anordnede ringformede mellompartier (lands) utenfor nesepartiene. Mellompartiene er anordnet med innbyrdes avstand på kutterlegemet slik at hvert mellomparti ligger over rommet mellom mellompartiene på de tilstøtende kuttere. En rekke slitefaste innsetninger er festet i hvert mellomparti. Innsetningene har eggformede utspring på mellompartienes overfla-ter, hvorved utspringene danner kutterelementer som er anordnet i et innbyrdes inngripande forhold for å bevirke selvrensing og for å desintegrere bunnen utenfor nesepartiene. US patent no. 2 774 571 shows a soil drilling device including a drill head and a number of conical cutters which are rotatably mounted on the drill head. Each of the cutters includes a body with a nose portion that ends near the axis of the drill. Each nose portion includes cutter members comprising a number of wear-resistant inserts secured in the cutter members and having an egg-shaped protrusion on the surface. The inserts on the respective nose portions are arranged in an opposing and non-mating relationship for engaging and producing overlapping grooves on the bottom of the hole which is drilled, thereby disintegrating the soil formations at and near the axis of the drilling device. The cutter bodies include spaced annular intermediate parts (lands) outside the nose parts. The intermediate parts are arranged at a distance from each other on the cutter body so that each intermediate part lies above the space between the intermediate parts of the adjacent cutters. A number of wear-resistant inserts are fixed in each intermediate section. The inserts have egg-shaped protrusions on the surfaces of the intermediate parts, whereby the protrusions form cutter elements which are arranged in an intermeshing relationship to effect self-cleaning and to disintegrate the bottom outside the nose parts.

I US patent nr. 3 696 876 er vist en rotasjons-borkrone som anvendes for utforming av et brønnhull eller lignende. Rotasjons-borkronen omfatter et kronelegeme med tre armer på hvilke er roterbart opplagret tre generelt koniske kutterelementer. Hvert kutterelement er forsynt med et antall ringformede rader av utadrettede, med innbyrdes avstand anordnede innsetninger. innsetningene er konstruert av et materiale som f.eks. wolframkarbid og rager en vesentlig avstand ut fra kutterelemen-tenes overflate. Avstanden mellom de ringformede rader er slik at en vesentlig del av bunnen av brønnhullet ikke utsettes for nedadrettet påtrykk fra innsetningene når borkronen roterer i brønnhullet.Kutterelementene er anordnet slik at deres akser ikke skjærer hverandre, og heller ikke skjærer borkronens rotasjonsakse. US patent no. 3 696 876 shows a rotary drill bit which is used for designing a well hole or the like. The rotary drill bit comprises a bit body with three arms on which three generally conical cutter elements are rotatably mounted. Each cutter element is provided with a number of annular rows of outwardly directed, spaced apart inserts. the inserts are constructed of a material such as tungsten carbide and protrudes a significant distance from the surface of the cutter element. The distance between the annular rows is such that a significant part of the bottom of the wellbore is not exposed to downward pressure from the inserts when the drill bit rotates in the wellbore. The cutter elements are arranged so that their axes do not intersect, nor do they intersect the drill bit's axis of rotation.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en ny kutter-konstruksjon for en trerulls-rullemeiselkrone bestemt for anvendelse i de meget harde formasjoner som finnes overalt i verden.Foreliggende oppfinnelse vil gi overlegen ytelse for borkroner i de harde taconit-malmforekomster som idag utvinnes av verdens gruveindustri for å fylle menneskehetens kontinuerlige og økende behov for produkter fremstilt av jern. Trerullers-rullemeisel-kronen ifølge foreliggende oppfinnelse innebfatter et kronelegeme med en rotasjonsakse og et antall utstikkende armer. Hver arm innbefatter en aksel som utgjør en rotasjonsakse for en kutter. Alle aksene innbefattende kronelegemets rotasjonsakse skjærer et felles punkt. Et antall kutterelementer av stort sett konisk utforming er roterbart opplagret på ett av akslene. Kutterelementene har en nese og en bunn hvor bunnen er orientert stort sett mot borehullets vegg. Et antall utadragende, omkretsmessig for-delte innsetninger er anordnet i ringrader i hvert kutterelement for inngrep med bunnen av borehullet. I det minste to av kutterelementene innbefatter ringrader av innsetninger montert mellom nesen<p>g bunnen og beliggende på kutterelementene med stort sett samme radielle avstand fra kronelegemets rotasjonsakse, hvorved sporene til de ringformede rader på bunnen av borehullet i det minste delvis overlapper hverandre.Ovennevnte samt andre trekk og fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil fremgå av følgende beskrivelse av oppfinnelsen i forbindelse med tegningen. The present invention provides a new cutter construction for a three-roll roller chisel bit intended for use in the very hard formations found throughout the world. The present invention will provide superior performance for drill bits in the hard taconite ore deposits that are currently mined by the world's mining industry to fill mankind's continuous and increasing need for products made from iron. The three-roll roller chisel crown according to the present invention includes a crown body with a rotation axis and a number of projecting arms. Each arm includes a shaft that forms an axis of rotation for a cutter. All axes including the crown body's axis of rotation intersect a common point. A number of cutter elements of largely conical design are rotatably supported on one of the shafts. The cutter elements have a nose and a bottom where the bottom is oriented largely towards the borehole wall. A number of protruding, circumferentially distributed inserts are arranged in ring rows in each cutter element for engagement with the bottom of the borehole. At least two of the cutter elements include annular rows of inserts mounted between the nose<p>g bottom and located on the cutter elements at substantially the same radial distance from the axis of rotation of the crown body, whereby the grooves of the annular rows on the bottom of the borehole at least partially overlap each other. The above as well as other features and advantages of the present invention will be apparent from the following description of the invention in connection with the drawing.

Figur 1 viser et standard gruppearrangement av en trerullers rotasjons-rullemeiselkrone av kjent type hvorav rullenes innbyrdes inngrep fremgår. Figur 2 viser skjematisk kutterelementene til den kjente trerullers rullemeiselkrone overlagret på bunnprofilen til et parti av en brønnhullbunn, idet den kjente borkrone roteres i brønnhullet. Figur 3 representerer et oppriss av brønnhullet vist i figur 2, hvor det geometriske sted for bevegelse av et punkt på én av innsetningene til den kjente borkrone vist i figur 2 er illustrert . Figur 4 er en skjematisk illustrasjon av et kutterelement ifølge foreliggende oppfinnelse og viser bunnprofilen til en del av brønnhullbunnen, idet borkronen roterer i brønnhullet. Figur 5 representerer et oppriss av brønnhullet vist i figur 2 hvor det geometriske sted for bevegelse av et punkt på kutterflaten til borkronen vist i figur 4 er illustrert. Figur 6 illustrerer et parti av kutterelementene på en trerullers rotasjons-rullemeiselkrone ifølge oppfinnelsen overlagret på bunnprofilen til en del av brønnhullbunnen, idet borkronen roteres i brønnhullet. Figur 7 er et standard gruppearrangement av en trerullers rotasjons-rullemeiselkrone fremstilt ifølge foreliggende oppfinnelse. Figure 1 shows a standard group arrangement of a three-roller rotary chisel bit of a known type, from which the interlocking of the rollers can be seen. Figure 2 schematically shows the cutter elements of the known three-roll roller chisel bit superimposed on the bottom profile of a part of a wellbore bottom, the known drill bit being rotated in the wellbore. Figure 3 represents an elevation of the wellbore shown in figure 2, where the geometric location for movement of a point on one of the inserts of the known drill bit shown in figure 2 is illustrated. Figure 4 is a schematic illustration of a cutter element according to the present invention and shows the bottom profile of part of the wellbore bottom, with the drill bit rotating in the wellbore. Figure 5 represents an elevation of the wellbore shown in Figure 2 where the geometric location for movement of a point on the cutter surface of the drill bit shown in Figure 4 is illustrated. Figure 6 illustrates a portion of the cutter elements on a three-roll rotary chisel bit according to the invention superimposed on the bottom profile of a part of the wellbore bottom, the drill bit being rotated in the wellbore. Figure 7 is a standard group arrangement of a three-roll rotary chisel bit manufactured in accordance with the present invention.

Kjente typer av borkroner for utboring av sprenghull arbeider tilfredsstillende i middels harde til harde formasjoner, men når ekstremt harde formasjoner påtreffes utsettes de kjente borkroner for ekstreme belastninger på kutterkomponentene, hvilket medfører unormalt kort leuetid. Konstruksjonsparametrene for en kjent type rullemeiselkrone krever at rullene skal være så store som mulig innenfor hullets diameterbegrensninger, og innbefatter således nødvendigvis generelt innbyrdes inngripende rader som vist i figur 1. Denne konstruksjonsparameter begrenser gruppen av tre innbyrdes inngripende koniske ruller til én hard-metallrad pr. spor på bunnen i området med innbyrdes inngripende rader, hvilken begrensning er velkjent for alle som er fortrolig med det gruppevise arrangement av de koniske ruller i en rullemeiselkrone. I forbindelse med dette arrangement, når rullene er utvidet forbi den samme rullelinje som vist i figur 1, vil spissene på hardmetall-innsetningene som strekker seg utenfor den samme rullelinje skape en "skrapevirkning".mot bunnen som vist ved det geometriske punkt til bevegelsen av punktet "Y" illustrert i figur 3. Man ser lett at denne "virkning på bunnen" innebærer en sidebelastningskraft mot hardmetall-innsetningene, hvilken virkning er ønskelig ved anvendelse i bløte formasjoner, men meget skadelig for det sprø wolfram-karbidmaterialet i inn-setnin<g>ene ved anvendelse i meget harde formasjoner. Store sidebelastninger som illustrert i figur 2 og 3 ville føre til kort levetid for innsetningene på grunn av avflating og brudd som dis-<:>se krefter forårsaker, og denne skade på innsetningene ville derved redusere rullemeiselkronens effektive levetid. Known types of drill bits for drilling blast holes work satisfactorily in medium-hard to hard formations, but when extremely hard formations are encountered, the known drill bits are exposed to extreme loads on the cutter components, which results in an abnormally short idle time. The design parameters for a known type of roller chisel bit require the rollers to be as large as possible within the diameter limitations of the hole, and thus necessarily generally include interlocking rows as shown in Figure 1. This design parameter limits the group of three interlocking conical rollers to one carbide row per groove on the bottom in the area of intermeshing rows, which limitation is well known to anyone familiar with the group arrangement of the conical rollers in a roller chisel crown. In connection with this arrangement, when the rolls are extended past the same roll line as shown in Figure 1, the tips of the carbide inserts extending beyond the same roll line will create a "scraping" action against the bottom as shown by the geometric point to the movement of the point "Y" illustrated in Figure 3. It is easy to see that this "effect on the bottom" involves a lateral loading force against the carbide inserts, which effect is desirable when used in soft formations, but very harmful for the brittle tungsten carbide material in the insert The <g>s when used in very hard formations. Large side loads as illustrated in Figures 2 and 3 would lead to a short life for the inserts due to flattening and breakage caused by dis-<:>se forces, and this damage to the inserts would thereby reduce the effective life of the roller bit.

På figur 1 er vist et standard gruppearrangement for en trerullers rotasjons-rullemeiselkrone generelt angitt ved henvisningstallet 10. Kronen 10 innbefatter koniske ruller 11, 12 og 13. Rullene 11, 12 og 13 "har innbyrdes inngripende innsetningsrader.F.eks. innbefatter rullen 11 innsetninger 14, 15, 16 og 17. Disse innsetninger danner inngrep med innsetninger 18, 19, 20 og 21 på rullen 12. På samme måte innbefatter rullen 13 innsetninger In Figure 1, a standard group arrangement for a three-roll rotary chisel head generally indicated by the reference numeral 10 is shown. The crown 10 includes tapered rollers 11, 12, and 13. The rollers 11, 12, and 13" have interlocking rows of insertion. For example, the roller 11 includes inserts 14, 15, 16 and 17. These inserts mesh with inserts 18, 19, 20 and 21 on roll 12. Similarly, roll 13 includes inserts

22, 23 og' 24 som danner inngrep med innsetninger 25 og 26 på rullen 12. 22, 23 and' 24 which form an engagement with inserts 25 and 26 on the roller 12.

En gruppe på tre ruller i en borkrone 27 er vist i figur 2. Borkronen 27 roterer om en akse 37. Rullenes akser er angitt ved linjen 38.Borkronen 27 innbefatter innsetninger 28 - 36 som er innrettet for anlegg mot formasjonene for desintegrering av disse. Det.skal bemerkes at beliggenheten til innsetningene 28 - 36 ikke svarer til en sann konisk form. Følgelig vil innsetningene 28 - 36 ikke ha sann rullevirkning.Innsetningene 28 - 36 vil utsettes for en skrapevirkning på bunnen. Bevegelsen av et punkt Y på kutterflaten til innsetningen 33 er illustrert i figur 3, som illustrerer det geometriske sted for bevegelse av punktet Y under borkronens 27 rotasjon. Punktet Y følger banen vist ved linjen 39. Idet punktet Y beveger seg gjennom bunnen 40 passe-rer det gjennom et område 41 med skrapevirkning hvor innsetningen 33 beveges sideveis gjennom bunnen 40. Innsetningen 33 utsettes for sidebelastningskrefter på grunn av skrapevirknirigen. A group of three rollers in a drill bit 27 is shown in figure 2. The drill bit 27 rotates about an axis 37. The axes of the rollers are indicated by the line 38. The drill bit 27 includes inserts 28 - 36 which are arranged for contact with the formations for their disintegration. It should be noted that the location of the inserts 28 - 36 does not correspond to a true conical shape. Consequently, the inserts 28 - 36 will not have a true rolling effect. The inserts 28 - 36 will be exposed to a scraping effect on the bottom. The movement of a point Y on the cutter surface of the insert 33 is illustrated in Figure 3, which illustrates the geometric location of movement of the point Y during the rotation of the drill bit 27. The point Y follows the path shown by the line 39. As the point Y moves through the bottom 40, it passes through an area 41 with scraping action where the insert 33 is moved laterally through the bottom 40. The insert 33 is exposed to lateral loading forces due to the scraping action.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer ruller med sann rullevirkning og høy tetthet eller dekningsgrad for kutterelementene.Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en kutterstruktur uten vesentlig "skrapa", "utbulnings"- eller "rivevirkning", slik det ofte omtales i andre beskrivelser av rullemeiselkroners kut-tevirkning, og som er spesielt innebygget i.de fleste rullemeiselkrone-konstruksjoner for å øke gjennomtrengningshastigheten ved hjelp av denne vanligvis fordelaktige "virkning på bunnen". Når meget store borkronebelastninger påtreffes, slik det stadig ofte-re skjer i gruve industrien som følge av bruken av stadig større og tyngre boremaskiner, blir "virkningen på bunnen", som tidligere var fordelaktig, skadelig for ytterstrukturen nettopp på grunn av de høye energinivåer som borkronen utsettes for ved bruk av disse store maskiner. Sidebelastninger på de individuelle kutterinnsetninger på borkronerullene kan bli så stor at wolfram-karbibmaterialet avskalles eller brister i en grad som vesentlig reduserer kutterstrukturens ledertid til et uønsket ni-v4 og drastisk øker omkostningene pr. meter boret hull. The present invention provides rollers with a true rolling effect and a high density or degree of coverage for the cutter elements. The present invention provides a cutter structure without significant "scratch", "bulging" or "tearing effect", as is often mentioned in other descriptions of the cutting effect of roller chisel crowns, and which is specifically incorporated into most roller bit designs to increase penetration rate by means of this usually beneficial "bottom effect". When very large drill bit loads are encountered, as is increasingly the case in the mining industry as a result of the use of ever larger and heavier drilling machines, the "effect on the bottom", which was previously beneficial, becomes harmful to the outer structure precisely because of the high energy levels that the drill bit is exposed to when using these large machines. Lateral loads on the individual cutter inserts on the bit rollers can become so great that the tungsten carbide material peels off or breaks to an extent that significantly reduces the lead time of the cutter structure to an undesirable ni-v4 and drastically increases the costs per meter drilled hole.

Sann rullevirkning er i borkroneindustrien kjent som et middel til å oppnå at kutterelementet på rullenheten skal virke med "ren" trykkbelastning på bunnen. i virkeligheten innebærer imidlertid sann rullevirkning vanligvis ikke "ren" sann rullebevegelse, men utgjør isteden et kompromiss som borkronekonstruktø-ren foretår for å tilfredsstille ønskelige geometriske egenskaper såsom å benytte de størst mulige rulldiametre og lagre for en gitt hullstørrelse. Disse geometriske parametre kan oppnås, og blir vanligvis oppnådd, ved bruk av innbyrdes inngripende rulle-rader, idet man godtar en viss grad av ikke-sann rullebevegelse, mer eller mindre avhengig av konstruktørens vurdering av de ven-tede boreforhold. True roller action is known in the drill bit industry as a means of achieving that the cutter element of the roller unit should act with "pure" pressure loading on the bottom. in reality, however, true rolling action usually does not involve "pure" true rolling motion, but instead constitutes a compromise that the drill bit designer makes to satisfy desirable geometric properties such as using the largest possible roll diameters and bearings for a given hole size. These geometrical parameters can be achieved, and are usually achieved, by the use of intermeshing roller rows, accepting a certain degree of non-true roller movement, more or less depending on the designer's assessment of the expected drilling conditions.

I de borkroner som er illustrert i figur 4 - 7 er vist rulleelementer med "ren" sann rullebevegelse, på hvilke ruller spissene eller endene til de innsatte kutterelementer er plasert - bare bortsett fra kaliberraden og én neserad på hver rulle - slik at hele kutterstrukturen i det vesentlige gjennomgår en sann rullebevegelse, og alle hardmetallinnsetningene ruller på bunnen. Punktet A vist i figur 4 gjennomløper en bevegelsesbane som vist i figur 5 og utøver således en kraft mot formasjonen som er av rent trykkmessig karakter. Den trykkmessige enhet-belast-ningskraft er av de som er fortrolige med kravene ved boring i meget harde, sprø formasjoner, kjent som den viktigste metode In the drill bits illustrated in figures 4 - 7, rolling elements with "pure" true rolling motion are shown, on which rolls the tips or ends of the inserted cutter elements are placed - only apart from the caliber row and one nose row on each roll - so that the entire cutter structure in the essential undergoes a true rolling motion, and all the carbide inserts roll on the bottom. The point A shown in figure 4 runs through a movement path as shown in figure 5 and thus exerts a force against the formation which is of a purely pressure nature. The compressive unit load force is by those familiar with the requirements of drilling in very hard, brittle formations, known as the most important method

for tilføring av energi for å frembringe nedbrytning av formasjonen som skal kuttes. Følgelig vil foreliggende konstruksjon, som begrenser virkningen på bunnen til utelukkende trykkbelastning, således være overlegen enhver konstruksjon basert på kompromisser som tidligere forklart. for supplying energy to produce breakdown of the formation to be cut. Accordingly, the present design, which limits the effect on the bottom to exclusively compressive loading, will thus be superior to any design based on compromises as previously explained.

Hovedformålet ved denne oppfinnelse er å tilveiebringe en kutterstruktur eller -konstruksjon som komplementeres og støt-tes av de ovenfor beskrevne koniske ruller med ren eller sann rullebevegelse. Innsetningenes plasering er slik anordnet at man oppnår en høy total tetthet på borkronen for den mest effektive nedbryting av bunnen uten fare for rullemantelens fasthet ved at innsetningene er plasert for tett sammen. Som vist i figur 7 er rullene fullstendig ute av innbyrdes inngrep og som vist i figur 4 ligger innsetningenes spisser på en linje som løper gjennom det etablerte skjæringspunkt mellom hullet og rullens omdreiningsakse, hvilket indikerer at denne linje er et element i en rulle som ville har oppvist sann rullebevegelse mot bunnen dersom den hadde vært en virkelig, konisk utformet, geometrisk gjenstand. Ved at rullene er trukket ut av innbyrdes inngrep er borkronen ikke lenger begrenset, på grunn av negativ klaring mellom rullene, til en konstruksjon med rader på vekslende ruller slik at disse ruller i individuelle konsentriske bunnutskjæringer fra innsiden til utsiden av det borede hull, idet konstruksjonen kan omfatte så mange innsetninger som nødvendig der det er ønskelig på mant-lene til de tre koniske elementer som utgjør en trerullers-rullemeiselkrone. The main purpose of this invention is to provide a cutter structure or construction which is complemented and supported by the above-described conical rollers with pure or true rolling motion. The placement of the inserts is arranged in such a way that a high overall density is achieved on the drill bit for the most effective breakdown of the bottom without endangering the firmness of the rolling casing due to the inserts being placed too closely together. As shown in Figure 7, the rollers are completely out of mutual engagement and as shown in Figure 4, the tips of the inserts lie on a line that runs through the established point of intersection between the hole and the axis of rotation of the roller, which indicates that this line is an element of a roller that would have exhibited true rolling motion towards the bottom if it had been a real, conically shaped, geometric object. As the rollers are pulled out of mutual engagement, the drill bit is no longer limited, due to negative clearance between the rollers, to a construction with rows of alternating rollers so that these roll in individual concentric bottom cutouts from the inside to the outside of the drilled hole, as the construction may include as many inserts as necessary where desired on the mantles of the three conical elements that make up a three-roll roller chisel crown.

Foreliggende oppfinnelse oppviser en rekke klare fordeler. Blant disse fordeler skal nevnes følgende: a) En høy tetthet av innsetninger som møter bunnen kan tilveiebringes uten høy tetthet i radene i The present invention exhibits a number of clear advantages. Among these advantages the following should be mentioned: a) A high density of inserts meeting the bottom can be provided without a high density of the rows in

de enkelte ruller ved å dele antallet mellom to eller flere ruller. the individual rolls by dividing the number between two or more rolls.

b) Ved å forskyve radene i de enkelte ruller oppnås øket rullemantelflater hvorved faren for brudd i b) By displacing the rows in the individual rolls, increased roll jacket surfaces are achieved, whereby the risk of breakage in

rullemantelen reduseres.the rolling mantle is reduced.

c) De lavere innsetningstettheter i de enkelte ruller som til enhver tid møter bunnen vil medføre en c) The lower insertion densities in the individual rolls that meet the bottom at all times will result in a

større enhets-belastning på bunnen med derav føl-gende øking i gjennomtrengningshastighet. d) Den økede enhets-belastning på bunnen gjør det mulig for de enkelte innsetninger å overvinne for-masjonens trykkfasthet med mindre total belastning på borkronen gjennom borstrengen, hvilket fører til øket lager-levetid. greater unit load on the bottom with a consequent increase in penetration speed. d) The increased unit load on the bottom makes it possible for the individual inserts to overcome the compressive strength of the formation with less total load on the drill bit through the drill string, which leads to increased bearing life.

Sammenfatningsvis fremgår det således at ved den geometriske plasering av de koniske ruller som oppnår "ren" sann rullevirkning, vil hardmetall-kutterinnsetningene, som ovenfor beskrevet, ikke motta noen sidebelastning-reaksjonskrefter fra formasjonen, men isteden møte formasjonen rett på som en ren trykk-kraft, idet wolfram-karbidmaterialet oppviser maksimal fasthet i trykkretningen. Dette grunnleggende trekk åpner ubegrensede muligheter for variasjoner rettet mot anvendelser til spesielle formål. In summary, it thus appears that with the geometric placement of the conical rollers that achieve "pure" true rolling action, the carbide cutter inserts, as described above, will not receive any lateral load-reaction forces from the formation, but instead meet the formation head on as a pure pressure force, as the tungsten carbide material exhibits maximum strength in the direction of pressure. This basic feature opens up unlimited possibilities for variations aimed at applications for special purposes.

På figur 4 er skjematisk vist et kutterelement 43 i en borkrone 42 ifølge foreliggende oppfinnelse, idet figuren illustrerer profilen til kutteren 43 og profilen til en del av bunnen i borehullet 44 under borkronens 42 rotasjon.Borkronen 42 dreier om en akse 46. Rullens 43 akse 47 skjærer borkroneaksen 46 ved et punkt 48. Spissene på innsetningene i rullen 43 virker til å danne en stort sett rett linje på bunnen 45 i borehullet 44. Dette gir sann rullevirkning eller -bevegelse for rullen 43. Figure 4 schematically shows a cutter element 43 in a drill bit 42 according to the present invention, the figure illustrating the profile of the cutter 43 and the profile of part of the bottom in the drill hole 44 during the rotation of the drill bit 42. The drill bit 42 rotates about an axis 46. The axis of the roller 43 47 intersects the drill bit axis 46 at a point 48. The tips of the inserts in the roller 43 act to form a generally straight line on the bottom 45 of the drill hole 44. This provides true rolling action or movement for the roller 43.

Figur 5 er et oppriss av borehullet 44 og illustrer bevegelsesbanen til et punkt på kutterflaten til en innsetning på rullen 43 vist i figur 4. Punktet følger en bane vist ved linjen 49. Under punktets bevegelse til bunnen 45 til borehullet 44 utsettes det bare for trykk-krefter og utsettes ikke for sidebelastning. Figure 5 is an elevational view of the borehole 44 and illustrates the path of movement of a point on the cutter face of an insert on the roll 43 shown in Figure 4. The point follows a path shown by line 49. During the point's movement to the bottom 45 of the borehole 44 it is only subjected to pressure -forces and are not subjected to lateral loading.

På figur 6 er en gruppe på tre ruller i en borkroneFigure 6 shows a group of three rollers in a drill bit

50 illustrert.Borkronen 50 dreier om aksen 57. Rullenes akse er angitt ved en linje som skjærer borkroneaksen 57 ved et felles punkt 58. Dette gir de tre ruller og borkronen 50 sann rullevirkning. For å illustrere borkronen 50 er en lagertapp 51 og en kutter 52 vist. Det skal forståes at borkronen 50 omfatter to andre lagertapper og kuttere (ikke vist). En rekke rullelagre 53, en rekke kulelagre 54, en rekke rullelagre 55 og et aksiallager 56 50 illustrated. The drill bit 50 rotates about the axis 57. The axis of the rollers is indicated by a line that intersects the drill bit axis 57 at a common point 58. This gives the three rollers and the drill bit 50 a true rolling effect. To illustrate the drill bit 50, a bearing pin 51 and a cutter 52 are shown. It should be understood that the drill bit 50 includes two other bearing pins and cutters (not shown). A row of roller bearings 53, a row of ball bearings 54, a row of roller bearings 55 and an axial bearing 56

er anordnet mellom lagertappen 51 og rullekutteren 52 for å lette omdreining av kutterelementet 52.Borkronen 50 omfatter innsetninger 60 - 75 som er innrettet for anlegg mot og desintegrering av formasjonen. Spissene eller endéne på innsetningene danner stort sett en sann kjegleform. Følgelig vil den koniske rull 52 is arranged between the bearing pin 51 and the roller cutter 52 to facilitate rotation of the cutter element 52. The drill bit 50 comprises inserts 60 - 75 which are designed for contact with and disintegration of the formation. The tips or ends of the inserts generally form a true cone shape. Consequently, the conical roll 52 will

og borkronen 50 oppvise sann rullevirkning. Det skal spesielt bemerkes at innsetningene 63 - 73 danner stort sett en rett linje på bunnen 59 av borehullet. and the drill bit 50 exhibit true rolling action. It should be noted in particular that the inserts 63 - 73 form a mostly straight line on the bottom 59 of the borehole.

På figur 7 er vist et standard gruppearrangement i en trerullers-rotasjons-rullemeiselkrone generelt angitt ved henvisningstallet 74.Borkronen 74 omfatter koniske ruller 75, 76 og 77. Rullene 75, 76 og 77 har et stort antall innsetningsrader, men in-gen av innsetningsradene på noen av rullene danner inngrep med innsetningene på en annen rull.Innsetningsradene er slik anordnet at innsetningene på mer enn én rulle, skjærer overlappende spor i bunnen av borehullet. Rader 78, 79 og 80 med kompaktelementer og rader 99, 81 og 90 med kaliberkuttende innsetninger er anordnet på rullekutterne henholdsvis 75, 77 og 76. Rullekutteren 75 innbefatter en neseinnsetning 107. Rullekutteren 76 innbefatter to rader neseinnsetninger 97 og 98. Rullekutteren 77 innbefatter en rad neseinnsetninger 89. Et antall mellomliggende rader av innsetninger er montert mellom raden med kaliberinnsetninger og neseinn-setningen (eller raden med neseinnsetninger) i de respektive rulle kuttere. Disse mellomliggende innsetningsrader er innrettet til å skjære overlappende spor på bunnen av borehullet. Rullekutteren 75 innbefatter mellomliggende rader av innsetninger 100 - 106. Rullerkutteren 76 innbefatter mellomliggende rader av innsetninger 91 - 96. '"Rullerkutteren 77 innbefatter mellomliggende rader av innsetninger 82 - 88. Innsetningsradene på én rulle vil skjære et spor på bunnen som overlapper sporet som er utskåret av en inn-setningsrad på en annen rulle. Figure 7 shows a standard group arrangement in a three-roll rotary chisel bit generally indicated by the reference numeral 74. The drill bit 74 comprises conical rolls 75, 76 and 77. The rolls 75, 76 and 77 have a large number of insertion rows, but none of the insertion rows on some of the rolls forms an engagement with the inserts on another roll. The rows of inserts are arranged in such a way that the inserts on more than one roll cut overlapping grooves at the bottom of the borehole. Rows 78, 79 and 80 of compact elements and rows 99, 81 and 90 of caliber cutting inserts are arranged on the roller cutters 75, 77 and 76 respectively. The roller cutter 75 includes a nose insert 107. The roller cutter 76 includes two rows of nose inserts 97 and 98. The roller cutter 77 includes a row of nose inserts 89. A number of intermediate rows of inserts are fitted between the row of caliber inserts and the nose insert (or row of nose inserts) in the respective roll cutters. These intermediate insert rows are arranged to cut overlapping grooves on the bottom of the borehole. The roll cutter 75 includes intermediate rows of inserts 100 - 106. The roll cutter 76 includes intermediate rows of inserts 91 - 96. The roll cutter 77 includes intermediate rows of inserts 82 - 88. The insert rows on one roll will cut a groove on the bottom that overlaps the groove that is carved out of an insert row on another roll.

Claims

1. Roller chisel bit comprising a drill bit body with an axis of rotation and a number of projecting arms each of which includes a bearing pin, a number of cutter elements of substantially conical shape rotatably supported on each of said shafts and with a nose portion and a bottom portion, as well as a number of projecting inserts arranged with mutually spaced circumferentially in annular rows around each of the cutter elements, characterized in that an intermediate annular row of inserts in at least two. of the cutter elements between the nose part and the bottom part are arranged on the cutter elements with approximately the same radial distance from the rotation axis of the drill bit.

2. Three-roller roller chisel bit for drilling by disintegrating formations at the bottom of a borehole, characterized in that it comprises a head, three bearing pins projecting from the head, and three roller cutters of substantially conical shape, each cutter being rotatably mounted on a respective bearing pin, each of the cutters having a nose part and a bottom part. at least two of the cutters have intermediate circumferential rows of inserts where the intermediate rows are arranged with a mutual distance between the nose portion and the bottom portion such that the groove from an intermediate row in one cutter on the bottom of the borehole at least partially overlaps the groove from an intermediate row in another cutter at the bottom of the borehole.

3. Rotary drill bit for designing a well hole or the like comprising a drill bit body with an axis of rotation and three downwardly inclined arms, each arm including an inwardly and downwardly inclined shaft, first, second and third cutter elements of substantially conical shape, where each cutter element is rotatable supported on each of said axles and having a nose part and a bottom part, which bottom part is oriented substantially towards the wall of the well-hole, a number of protruding inserts which are arranged at a distance from each other circumferentially in annular rows in each cutter element - for engagement in the bottom of the well-hole, wherein the annular rows of inserts in the first cutter element include an intermediate row of inserts arranged between the nose portion and the bottom portion, and wherein the annular rows of inserts in the second cutter element include an intermediate row of inserts arranged between the nose portion. and the bottom part, as the intermediate row in the first cutter and the intermediate row in the second cutter are arranged at approximately the same distance from the axis of rotation of the drill bit body so that the inserts in said rows engage. in the bottom of the borehole at approximately the same distance from the axis of rotation of the drill bit body.

4. Rotary drill bit for designing a well hole or the like by removing formations at the bottom of the well hole so that a well hole wall is formed, comprising a drill bit body with an axis of rotation, an upper end that can be connected to a drill string for rotation of the drill bit, and three downwards arms each of which includes an inwardly and downwardly inclined shaft forming an axis of rotation for a cutter, all said axes intersecting approximately at a common point, first, second and third cutter elements of generally conical shape, each of which cutter elements is rotatably supported on each of said shafts and has a nose part and a bottom part, which bottom part is oriented largely towards the wall of the wellbore, a number of protruding inserts which are arranged at a distance from each other circumferentially in annular rows in each cutter element for engagement with the bottom of the borehole, the annular rows of inserts in at least two cutter elements include an intermediate row of inserts nings which are arranged between the nose part and the bottom part of the cutter element, both intermediate rows being arranged at approximately the same distance from the rotation axis of the drill bit, so that an annular part of the borehole bottom is exposed to downward pressure from the inserts in both of the intermediate rows.

5. Rotary drill bit for designing a well hole or the like comprising a drill bit body with an axis of rotation and a number of projecting arms each of which arms includes an axis which forms an axis of rotation for a cutter where the axes happen touch each other in a common point, et. number of cutter elements of substantially conical shape, each of which cutter elements is rotatably supported on each of said shafts and has a nose part and a bottom part, the bottom part being oriented largely towards the wall of the borehole, as well as a number of protruding inserts which are arranged with mutually distance circumferentially in annular rows in each of the cutter elements for engagement with the bottom of the borehole, characterized in that at least one of the annular rows of inserts is mounted in each cutter element between the nose part and the bottom part and constitutes an intermediate row in each cutter element, the intermediate rows being arranged on the cutter elements with approximately the same radial distance from the rotation axis of the drill bit.

6. Rotary drill bit for designing a well hole or the like comprising a drill bit body with an axis of rotation, an upper end which can be connected to a drill string for rotating the drill bit, as well as three downward-extending arms, each of which arms includes an inwardly and downwardly sloping shaft which forms a axis of rotation for a cutter, all said axes intersecting approximately at a common point, first, second and third cutter elements of substantially conical shape, each of the cutter elements being rotatable supported on each of the aforementioned axles and has a nose section and a bottom part, as the bottom part is oriented mostly towards the borehole let's wall, a number of protruding inserts which are arranged at a distance from each other circumferentially in annular rows in each cutter element for engagement with the bottom of the borehole, the annular rows of inserts in the first cutter element including an intermediate row arranged between the nose portion and the bottom portion, and the annular rows of inserts in the second cutter element include an intermediate row arranged between the nose part and the bottom part, the intermediate row in the first cutter and the intermediate row in the second cutter are arranged at approximately the same distance from the axis of rotation of the crown body so that the inserts in said rows form an engagement with the bottom of the wellbore at approximately the same distance from the rotation axis of the drill bit.

7. Rotary drill bit for designing a well hole or the like by removing formations at the bottom of the bore hole so that a well hole wall is formed, comprising a drill bit body with an axis of rotation, an upper end that can be connected to a drill string for rotation of the drill bit, and three downwards arms each including a downwardly and inwardly inclined shaft forming an axis of rotation for a cutter, all said axes intersecting approximately at a common point, first, second and third cutter elements of generally conical shape, each of the cutter elements being rotatably supported on each of said axles and has a nose part and a bottom part, the bottom part being. oriented generally towards the bottom of the wellbore, a number of protruding inserts arranged at a distance from each other circumferentially in annular rows in each of the cutter elements for engagement with the bottom of the borehole, and at least two cutter elements including an intermediate row of inserts arranged between the nose portion and the bottom portion in the cutter elements, said intermediate rows being arranged at approximately the same distance from the rotation axis of the drill bit, so that an annular part of the wellbore bottom is exposed to downward pressure from the inserts in both intermediate rows.