PL108160B1 - Obrotowy swider wiertniczy rotary drilling bit - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest obrotowy swider wiertniczy, przystosowany do drazenia otworów w podlozu o wysokim stopniu sciernosci.W czasie wiercenia otworów za pomoca swidra gryzowego, którego stozki zebate maja wkladki tnace, korpus swidra porusza sie w otoczeniu o silnym dzialaniu sciernym. Te niekorzystne wa¬ runki pracy maja miejsce zarówno w przypadku, gdy zawierajaca zwierciny papka stosowana jest jako chlodziwo dla swidra oraz jako czynnik wy¬ plukujacy zwierciny z otworu wiertniczego, jak równiez wtedy, gdy do powyzszych celów stoso¬ wane jest powietrze lub gaz.Trwalosc i wydajnosc pracy swidra sa podsta¬ wowymi czynnikami przy takich operacjach jak wiercenie szybów naftowych lub gazowych, otwo¬ rów strzalowych, otworów nadsiewlomowych i in¬ nych, gdyz szybkosc poglebiania otworu jest w stopniu mniej lub bardziej bezposrednim zalezna od stanu swidra. W przypadku twardych góro¬ tworów stosuje sie zwykle swidry majace wkladki z weglików spiekanych, gdyz wkladki tego typu najlepiej nadaja sie do kruszenia twardego pod¬ loza skalnego. Jednakowoz ta zaleta nie moze byc w pelni wykorzystana, gdyz wkladki z weglików spiekanych osadzone sa w stosunkowo miekkim materiale, z którego wykonany jest korpus stozka zebatego. W przypadku wiec, gdy swider jest wy¬ stawiony na dzialanie scierne górotworu podczas 20 25 drazenia otworu wiertniczego, material korpusu stozka, w którym osadzone sa wspomniane wklad¬ ki podlega starciu i zostaje usuniety przez plucz- .ke. Przyczyna tego zjawiska jest w pierwszym rzedzie obecnosc stosunkowo drobnych zwiercin i/lub bezposrednie dzialanie erozyjne plynu sto¬ sowanego jako pluczka podczas wiercenia otwo¬ ru. To zuzywanie sie materialu stozka zebatego wystepuje najsilniej w okolicy szeregu wkladek okreslajacego wymiar nominalny stozka, tj. tam, gdzie srednica korpusu jest najwieksza. Z chwila gdy material wokól wkladki zostaje w okreslonym stopniu usuniety, sily wystepujace podczas wier¬ cenia albo powoduja wylamanie sie wkladki ze stoika, albo jej zlamanie, wskutek czego, w jed¬ nym i w drugim przypadku wkladka, a razem z nia stozek zebaty i caly swider przestaja nada¬ wac sie do uzytku.Podczas szybkiego wiercenia niektórych typów górotworu mozna zalozyc, ze zetkniecie sie scier¬ nego materialu górotworu ze stozkiem zebatym nastepuje w tych partiach powierzchni tego ostat¬ niego, które sa usytuowane miedzy wkladkami wtedy, gdy ma miejsce glebokie przenikanie po¬ jedynczych ostrzy wkladek w glab podloza; zja¬ wisko to, jak o tym wspomniano wyzej, pociaga za soba erozje miejkszego materialu stozka wokól twardej wkladki, a co za tym idzie oslabienie osadzenia wkladki w stozku i w rezultacie strate 108 160$ 108 160 4 wkladki i skrócenie czasokresu trwania swidra.Istotna role odgrywa przy. tym ta okolicznosc, ze wkladki stosowane w swidrach opisywanego +ypu trzymaja isie w stozku glównie w wyniku napre¬ zen powstalych ipodczas wtlaczania wkladek w miekki material stozka. W zwiazku z tym, w kaz¬ dym sposobie majacym na celu zmniejszenie ero¬ zji stozka musi 'byc brana pod uwage koniecznosc zachowania tych trzymajacych wkladke nalprezen.W patencie amerykanskim nr 3.461.983, udizielo- nym 16 sierpnia 1969 r. L. S. Hudsonowi i E. G.Ottowi i scedowanym na firme Dresser Industries, Inc., ujawniono narzedzie kruszace, majace wklad¬ ki osadzone w, otworach, z których kazdy jest obwiedziony warstwa natopionego twardego sto¬ pu. Przedmiotem patentu jest tez urzadzenie za¬ wierajace element wystawiony na dzialanie scier¬ nego otoczenia. W elemencie tym twarda wkladka jest wtloczona w otwór, dookola wkladki zas znajduje sie na powierzchni elementu warstwa nat.OTDiomeco twardego stopu. Opisany jest tez spo¬ sób wytwarzania tego urzadzenia polecajacy na tym, ze otwór do wywierceniu zostaje zatkany korkiem, dookola którego powierzchnia elementu zostaje nastepnie pokryta natopiona warstwa twardego stoou. Po przywarciu tej warstwy na stale do powierzchni elementu, korek usuwa sie, a na jego miejsce wtlacza sie wkladke, otrzymu¬ jac tym sposobem gotowe narzedzie.W patencie amerykanskim udzielonym 26 maja 1970 r. L. S. Hudsonowi i E. G. Ottowi i scedo¬ wanym na firme Dreszer Industries, Inc., ukaza¬ no sposób wytwarzania urzadzenia przystosowane¬ go do pracy w sciernym otoczeniu. Urzadzenie zawiera element, którego powierzchnia jest wy¬ stawiona na dzialanie takiego otoczenia. Ma on stosunkowo twarda Wkladke, wtloczona w otwór elementu, którego powierzchnia wokól otworu jest Dokryta warstwa natopionego twardego stopu.Opisano sposób wytwarzania urzadzenia, w mysl którego otwór zostaje zatkany korkiem, a twardy stop natopiony na powierzchnie elementu dooko¬ la tego korka. Po przywarciu twardego stopu do powierzchni elementu korek zostaje usuniety, a na jego miejlsiee zostaje wtloczona iwiklaidlka, co jest ostatnia operacja pnzy wytwarzaniu urzadzenia.Wynalazek (pozwala na opóznienie skutków ero¬ zji stozlka zebatego swidra wiertniczego przez osa¬ dzenie w miejscach najbardziej wystawionych na erozyjne dzialanie otoczenia malych, wykonanych ze spiekanego proszku Wkladek ochronnych. Nie¬ które z wspomnianych miejsc byly pierwotnie uwazane za bezpieczne, gdyz sadzono, ze sama wkladka tnaca bedzie utrzymywac twarde oto¬ czenie z dala od powierzchni elementu* w którym jest ona osadzona. Jednakowoz, z chwila gdy za¬ czeto stosowac opisane na wstepie urzadzenia z wkladkami w postaci zebów równiez i w miek- szych odmianach górotworu, okazalo sie, ze po¬ wyzsze zalozenie jest bledne. Stosowane obecnie duze szybkosci poglebiania otworów wiertniczych spowodowaly, ze erozja powierzchni stozków ze¬ batych stala sie powaznym czynnikiem ogranicza¬ jacym zycie swidra i ze zachodzi palaca potrzeba stworzenia prostego i ekonomicznego sposobu ochrony tej powierzchni.Swider wedlug, wynalazku zawiera osadzony obrotowo stozek kruszacy, wyposazony w wysta¬ jace na zewnatrz rzedy rozstawionych na obwo¬ dach ostrych wkladek. Oprócz tych wkladek tna¬ cych, w korpusie stozka zebatego osadzony jest szereg wkladek ochronnych, usytuowanych pomie¬ dzy wystajacymi do zewnatrz wkladkami tnacy¬ mi i majacych powierzchnie wierzcholkowe leza¬ ce w zasadzie równo z powierzchnia korpusu stoz¬ ka zebatego. W korzystnej postaci przykladowego wykonania przedmiotu wynalazku, male, wykona¬ ne z proszku spiekanego wkladki ochronne, sa usytuowane miedzy wkladkami tnacymi skrajne¬ go szeregu o maksymalnej srednicy, okreslajacej nominalna srednice stozka. Podczas obrotu tego ostatniego wkladki te wchodza kolejno w kontakt ze sciana otworu wiertniczego tam, gdzie graniczy ona z dnem tego otworu, czyli tam, gdzie masa zwiercin wciskajaca sie miedzy wspomniany sze¬ reg wkladek i sciane otworu wiertniczego, w naj¬ bardziej intensywnym stopniu staje sie przyczyna opisanej wyzej erozji. Stosowane obecnie duze szybkosci posuwu swidrów wiertniczych powoduja, ze erozja korpusów stozków zebatych tych swid¬ rów stala sie istotnym czynnikiem ograniczajacym zycie swidra. Dzieki temu, wynalazek stal sie pod¬ stawa skutecznej, prostej i ekonomicznej ochrony cennego narzedzia kruszacego.Opisane powyzej oraz inne cechy i zalety wy¬ nalazku stana sie jasne na podstawie ponizszego szczególowego opisu, w (polaczeniu z zalaczonymi rysunkami, na których fig. 1 przedstawia trójstoz- kowy swider wiertniczy wedlug wynalazku w prze¬ kroju osiowym, fig. 2 zas —, stozek zebaty swidra do wiercen nadsiewlomowych, w czesciowym prze¬ kroju.Na rysunkach tych, a w szczególnosci na fig. 1 uwidoczniony jest swider wiertniczy, oznaczony jako calosc liczba 8. Swider 8 sklada sie z glów¬ nego korpusu 10, na którym osadzone sa obroto¬ wo trzy stozki zebate, z których jeden jest poka¬ zany na rysunku i jest oznaczony liczba 14. Kaz¬ dy ze stozków zebatych jest tak ustawiony, ze jego os obrotów jest ogólnie skierowana ku osi ogólnej swiiidra 8, która to os pokrywa sie z osia 52 otworu wiertniczego.Korpus 10 swidra ma otwór centralny 44, beda¬ cy otworem siegajacym w glab tego korpusu. Ten ostatni jest równiez wyposazony w zewnetrzna partie gwintowana, dla umozliwienia podlaczenia swidra 8 do dolnego konca rurowego przewodu wiertniczego. Skierowane ku dolowi ramie 50 kor¬ pusu jest wyposazone w czop lozylskowy 12, slu¬ zacy do obrotowego osadzenia na nim stozka ze¬ batego 14. Kazde z trzech ramion swidra 8 zakon¬ czone jest krawedzia, usytuowana w bezposrednim sasiedztwie scianki otworu wiertniczego 52.Stozek zebaty 14 jest osadzony obrotowo na czopie lozyskowym 12. Stozek ten ma wewnatrz wneke, w która wchodizi wymieniony czop lozysko- 19 15 26 25 3t 35 40 45 50 55 60I 5 wy 12. Pomiedzy stozkiem zebatym 14 a czopem lozyskowym 12 znajduja isie we wspomnianej wne¬ ce elementy lozyskujace. Elementy te obejmuja zespól waleczków lozyskowych 40, zespól kulek lozyskowych 38, lozysko slizgowe 46 oraz podklad¬ ke oporowa 48. W stozku zebatym 14 osadzone sa liczne wkladki kruszace 16, 18, 20 i 24, wykonane z weglika wolframu i sluzace do kruszenia góro¬ tworu w miare jak swider obraca sie i posuwa wzdluz swej osi. Male, zakonczone plasko, lub tez zaokraglone wzglednie majace o.stry wierzcho¬ lek wkladki ochromne 22 wykonane z proszku spiekanego sa rozmieszczone miedzy skrajnymi ze¬ wnetrznymi wkladkami kruszacymi 20, które to wkladki podczas obracania sie stozka zebatego wchodza kolejno w stycznosc ze scianka otworu wiertniczego 52 w miejscu gdzie scianka ta do¬ chodzi do dna tego otworu i gdzie nagromadzona masa zwiercin ma tendencje do wciskania sie mie¬ dzy wspomniane wkladki kruszace 20 i wymienio¬ na sciane otworu wiertniczego, co pociaga za so¬ ba wzmozona erozje korpusu stozka zebatego.Stosowane aktualnie duze szybkosci posuwania sie swidra w glab górotworu powoduja wzmozo¬ ne zuzycie erozyjne korpusów stozków zebatych, które to zuzycie stalo sie czynnikiem decydujacym o dlugosci zycia swidra. W tych warunkach och¬ rona cennego korpusu stozka zebatego zapewnio¬ na dzieki wynalazkowi nabiera szczególnego zna¬ czenia jako prosty i ekonomiczny srodek sluzacy przedluzeniu zycia swidra wiertniczego.Pluczka jest tloczona do dolu poprzez rurowy przewód wiertniczy az do centralnego zaglebienia 44. Kanaly 26 i 42 rozdzielaja strumien pluczki na dwie oddzielne odnogi. Jedna z tych odnóg ply¬ nie pionowo ku dolowi poprzez zaopatrzony w dy¬ sze kanal 42 i omywajac stozki zebate dochodzi do dna otworu wiertniczego. Druga odnoga stru¬ mienia pluczki plynie poprzez kanal 26 do kanalu 28 i do otworów 30 i 32, które ja kieruja do lo¬ zysk, usytuowanych funkcjonalnie miedzy czopem lozyskowym 12 i obracajacym sie stozkiem zeba¬ tym 14. Ilosciowo, stosunkowo mala ilosc pluczki plynie jako chlodziwo dla lozysk poprzez kanaly 26, 28, 30 i 32 do tych lozysk, natomiast stosun¬ kowo duza objetosc pluczki przeplywa z duza szybkoscia kanalem 42, oczyszczajac otwór wiert¬ niczy 52 i wynoszac zwierciny ma powierzchnie.Jak sie tego mozna bylo spodziewac, 'stozek zebaty 14 jest wystawiony na bezposredni nacisk hydro¬ dynamiczny cieczy plynacej poprzez kanal 42, jak równiez na dzialanie cieczy odbitej od dna otwo¬ ru wiertniczego 52.Ponadto, stozek zebaty 14 jest poddany nadzwy¬ czaj silnie sciernemu i/lub erozyjnemu dzialaniu pluczki, która dazy do starcia i erozji materialu, z którego stozek jest wykonany. W przypadku gdy wiercenie odbywa sie w stosunkowo miekkim, lecz sciernym podlozu ze stosunkowo duza szyb¬ koscia, mozna oczekiwac, ze material scierny be¬ dzie oddzialywac na korpus stozka zebatego w miejscach usytuowanych miedzy wkladkami kru¬ szacymi, z uwagi na glebokie wchodzenie tych 8160 6 ostatnich w. podloze. Gdy taki kontakt korpusu stozka zebatego z podlozem ma miejsce, naste¬ puje erozja miekszego materialu stozka wokól twardszego materialu wkladki, .az do odsloniecia 5 tej ostatniej i oslabienia jej osadzenia w stozku, co z kolei pociaga za soba strate wkladki i skró¬ cenie zycia stozka zebatego.Dzialanie pokazanego na fig. 1 -swidra wiertni-' czego jest nastepujaca. Swider 8 jest podlaczony do przewodu wiertniczego jako jego najnizej po- •lozony element. Pluczka gazowa plynie -poprzez • ten rurowy przewód do ^zaglebienia 44. 'Czesc ^te¬ go strumienia plynie poprzez kanaly -26 i 38 :oraz otwory ,30 i 32. Jest ona przeznaczana -do skiero¬ wania do wnetrza zawartej w stozku zebatym 14 wneki w celu chlodzenia lozysk i wyplukiwania wszelkich obcych cial z ^przestrzeni najetej przez takowe. Druga :caesc .pluczki plynie kanaiem -42 do dna otworu wiertniczego. 20 Wkladki 16, 1«, 20 i '24 osadzone w stozku 14 sluza do kruszenia górotworu i formowania za¬ danego otworu wiertniczego. Nieraz wystepuja przy tym warunki, w których cisnienie ii objetosc 25 obiegajacej pluczki mie wyistarczaija .do usuniecia zwiercin z atworoi wiertniczego. W takim -przypad¬ ku zwierciny utworzone w wyniku -dzialania swi¬ dra i gromadzace sie na dnie otworu

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Obrotowy swider wiertniczy, przystosowany do drazenia otworów w podlozu o wysokim stop¬ niu sciemosci, znamienny tym, ze zawiera ele¬ ment, którego powierzchnia jest wystawiona na oddzialywanie tego podloza i z którego powierzch¬ ni wystaje szereg wkladek kruszacych (16, 18, 20), rozstawionych w odstepach jedna od drugiej, przy czym w korpusie tego elementu osadzone sa licz¬ ne wkladki ochronne (22), usytuowane na przemian ze wspomnianymi wkladkami kruszacymi i maja¬ ce powierzchnie wierzcholkoiwa w zasadzie lezaca równo z powierzchnia wspomnianego korpusu.
2. 2. Swider wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze wymieniony element stanowi obrotowy stozek ze¬ baty (14) majacy co najmniej jeden pierscieniowy szereg wspomnianych wystajacych, rozstawionych na obwodzie w odstepach i osadzonych w korpu¬ sie tego stozka (14) wkladek kruszacych, a wspom¬ niane wkladki ochronne (22) osadzane sa w zasa¬ dzie równo z powierzchnia tego korpusu i sa usy¬ tuowane w odstepach na obwodzie w tymze sze¬ regu pierscieniowym, pomiedzy wymienionymi wkladkami kruszacymi. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55108 160 -42 22 ^20 ^16 FIG. 1108 160 FIG. 2 DN-3, z. 333/80 Cena 45 zl PL