DE1130389B

DE1130389B - Cutting tool for the cutting rollers of a drill bit

Info

Publication number: DE1130389B
Application number: DER23930A
Authority: DE
Inventors: Elvin Gordon Boice
Original assignee: Reed Roller Bit Co
Current assignee: Reed Roller Bit Co
Priority date: 1958-08-23
Filing date: 1958-08-23
Publication date: 1962-05-30

Description

Schneidwerkzeug für die Schneidrollen eines Bohrmeißels Die Erfindung betrifft Schneidwerkzeuge, die an den Schneidrollen eines Bohrmeißels angeordnet sind.Cutting tool for the cutting rollers of a drill bit The invention relates to cutting tools mounted on the cutting rollers of a drill bit are.

Es ist bereits ein Bohrmeißel bekannt, dessen Kopf Schneidrollen trägt, deren Drehachse nach unten und innen auf die Längsachse des Kopfes zuläuft. Als Schneidwerkzeuge tragen diese Schneidrollen parallel zur Rollenachse verlaufende Stege, deren Schneidkante in besonderer Weise gewölbt ist. Diese entfernt sich nämlich in Richtung auf das Außenende der Rolle von der Rollenachse, so daß an dieser Stelle ein Zahn entsteht, der tiefer als die übrige Schneidkante in das Gestein eintreten kann. Wenn der Bohrmeißel während des Betriebes gedreht wird, kommen die einzelnen Schneidkanten und Zähne der jeweiligen Schneidrolle nacheinander mit dem Gesteinsboden in Berührung und bilden dabei einzelne Vertiefungen, die am Außenende der Schneidkanten besonders weit in den Boden hineingetrieben werden. Da die erhöhten Stellen der Schneidkante stärker als der übrige Teil in den Boden eingedrückt werden, unterliegen sie einem besonderen Verschleiß, so daß sich diese Stellen schnell abschleifen und dann nicht über die übrige Schneidkante hinausragen. Da die erhöhten Stellen nicht nur mit dem Bohrlochboden in Berührung stehen, sondern auch die Bohrlochwand bearbeiten, hat sich bei der bekannten Anordnung gezeigt, daß in der Bohrlochwand Unregelmäßigkeiten auftreten, die dadurch bedingt sind, daß bei dem Umlauf des Bohrmeißels die einzelnen parallel zur Rollenachse verlaufenden Stege zwischen sich jeweils ein kleines Stück der Wand unbearbeitet zurücklassen.A drill bit is already known, the head of which carries cutting rollers, whose axis of rotation runs downwards and inwards towards the longitudinal axis of the head. as Cutting tools carry these cutting rollers running parallel to the roller axis Bars whose cutting edge is curved in a special way. This is because it is moving away towards the outer end of the roll from the roll axis so that at this point a tooth is created that penetrates the rock deeper than the rest of the cutting edge can. If the drill bit is rotated during operation, the individual come Cutting edges and teeth of the respective cutting roller one after the other with the rock bottom in contact and thereby form individual depressions on the outer end of the cutting edges be driven particularly far into the ground. Since the raised areas of the The cutting edge is more strongly pressed into the ground than the rest of the part they are subject to special wear and tear, so that these areas quickly abrade and then do not protrude beyond the rest of the cutting edge. Because the raised spots are not are only in contact with the bottom of the borehole, but also work on the borehole wall, has shown in the known arrangement that irregularities in the borehole wall occur, which are caused by the fact that the individual webs running parallel to the roller axis each have a small piece between them leave the wall unprocessed.

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist gemäß der Erfindung als Schneidwerkzeug ein in Umfangsrichtung der Schneidrolle verlaufender Steg vorgesehen, der eine ununterbrochene Rille in den Randteil des Lochbodens einschneidet und der radial über die Schneidkante der Zähne hinausragt, die innerhalb der von der Rolle umschriebenen Fläche auf das Gestein einwirken.To avoid these disadvantages is according to the invention as a cutting tool a web is provided which runs in the circumferential direction of the cutting roller and is an uninterrupted one The groove cuts into the edge part of the perforated base and the one radially over the cutting edge of the teeth protruding within the area defined by the roller on the Act on rock.

Der in Umfangsrichtung verlaufende Steg bildet ein im rechten Winkel zu den Schneidkanten der Zähne der bekannten Anordnung arbeitendes Schneidwerkzeug, von dem die Bohrlochwand ziemlich gleichmäßig an ihrer Schnittstelle mit dem Bohrlochboden bearbeitet wird, so daß beim Eindringen des Bohrmeißels ins Gestein eine ziemlich glatte Bohrlochwand zurückbleibt. Ein solcher in Umfangsrichtung verlaufender Steg hat außerdem den Vorteil, daß er die übrigen parallel zur Rollenachse verlaufenden Stege oder Zähne abstützt und dadurch die Festigkeit der gesamten Schneidrolle vergrößert. Dadurch, daß der in Umfangsrichtung verlaufende Steg ein wenig radial über die Schneidkan-te (Grate) der Zähne hinausragt, wird das am Lochboden abzulösende Gestein von der Bohrlochwand abgetrennt, bevor die Ablösung des Gesteins am Lochboden einsetzt. Auf diese Weise wird das Ab- lösen des Gesteins am Lochboden erleichtert.The circumferential web forms a cutting tool working at right angles to the cutting edges of the teeth of the known arrangement, by which the borehole wall is machined fairly evenly at its interface with the borehole bottom, so that when the drill bit penetrates into the rock, a fairly smooth borehole wall remains. Such a web running in the circumferential direction also has the advantage that it supports the other webs or teeth running parallel to the roller axis and thereby increases the strength of the entire cutting roller. Because the web running in the circumferential direction protrudes a little radially over the cutting edges (ridges) of the teeth, the rock to be detached from the hole bottom is separated from the borehole wall before the stone begins to detach on the hole bottom. In this way, the waste will solve the rock relief at the hole bottom.

Weitere Merkmale des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes gehen aus der Beschreibung der Zeichnungen hervor.Further features of the subject matter of the invention are the subclaims refer to. Details of the subject matter of the invention can be found in the description of the drawings.

Fig. 1 ist ein Grundriß eines Querrollenmeißels gemäß der Erfindung; Fig. 2 ist eine Seitenansicht des Meißels nach Fig. 1; Fig. 3 ist eine ausführliche Ansicht einer Seitenrolle; die einen in, Umfangsrichtung verlaufenden Verbindungssteg an dem Schnittbemessungsabschnitt der Rolle zeigt; Fig. 4 ist eine teilweise geschnittene Ansicht längs der Linie 4-4 der Fig. 3; Fig. 5 ist eine längentreue Ansicht eines kegelförmigen Meißels gemäß der Erfindung; Fig. 6 ist eine ausführliche Ansicht eines Teils einer Seitenrolle gemäß der Erfindung, die die Rolle in der Betriebsstellung am Gestein auf dem Boden eines Bohrloches zeigt. Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Querrollenmeißel, der mehrere übliche Teile und die gemäß der Erfinduno, verbesserte Rollen benutzt. In diesen Figuren weist ein Meißelkopf 1 einen üblichen Gewindeschaft 2 auf, mit dem der Meißel am unteren Ende einer Bohrstange (nicht gezeigt) befestigt wird. Der Kopf 1 kann gebräuchliche herabhängende Schenkel 3, 4, 5 und ein Verbindungsstück 6 aufweisen, die gebräuchliche Zapfen (nicht gezeigt) tragen, auf denen Querrollen 7 und 8 und Seitenrollen 9 und 10 drehbar gelagert sind. Die Querrollen 7 und 8 tragen je eine Reihe axial angeordneter Zähne 11. Die äußeren Enden der Zähne 11 sind miteinander durch einen Verbindungssteg oder ein Schneidelement 12 verbunden. Dieser Steg ragt radial über die Zähne 11 hinaus, wie deutlich in den Fig. 1 und 2 zu sehen ist.Fig. 1 is a plan view of a cross roller bit according to the invention; Figure 2 is a side view of the bit of Figure 1; Figure 3 is a detailed view of a side roller; which shows a circumferential connecting web on the sizing section of the roller; Figure 4 is a partially sectioned view taken along line 4-4 of Figure 3; Figure 5 is an isometric view of a tapered bit according to the invention; Figure 6 is a detailed view of part of a side roller according to the invention showing the roller in the operative position on rock at the bottom of a wellbore. Figures 1 and 2 show a cross-roller bit employing several common parts and improved rollers according to the invention. In these figures, a chisel head 1 has a conventional threaded shank 2 with which the chisel is attached to the lower end of a drill rod (not shown). The head 1 can have customary depending legs 3, 4, 5 and a connecting piece 6 which carry customary pins (not shown) on which transverse rollers 7 and 8 and side rollers 9 and 10 are rotatably mounted. The transverse rollers 7 and 8 each carry a row of axially arranged teeth 11. The outer ends of the teeth 11 are connected to one another by a connecting web or a cutting element 12. This web extends radially beyond the teeth 11 also, as is clearly seen in Figs. 1 and 2.

Die Seitenrollen 9 und 10 sind in ihrem Aufbau einander und den Querrollen 7 und 8 ähnlich. Sie tragen je eine Reihe Zähne 13. Ein Verbindungssteg oder Schneidelement 14 verbindet die Zähne 13 miteinander am äußeren oder bemessenden einschneidenden Abschnitt der Rollen 9 und 10. Der Verbindungssteg 14 ragt radial über die Zähne 13 der Seitenrollen 9 und 10 hinaus, trägt dazu bei, den Durchmesser des Bohrloches zu schneiden und beizubehalten, und stützt die Zähne 13 während der Arbeit des Meißels ab.The side rollers 9 and 10 are similar in structure to one another and to the transverse rollers 7 and 8. They carry 13. A connecting web or cutting element 14 each have a series of teeth connects the teeth 13 with each other, bears on the outer or bemessenden drastic portion of the rollers 9 and 10. The connecting web 14 extends radially over the teeth 13 of the side rollers 9 and 10 also help to to cut and maintain the diameter of the borehole and support the teeth 13 during the work of the bit.

In Betrieb ist der Bohrmeißel am unteren Ende einer Bohrstange (nicht gezeigt) befestigt und dreht sich auf dem Boden eines Bohrloches. Auf diese Weise werden die Rollen in Umlauf gebracht; da durch das Gewicht der Bohrstange eine Kraft auf den Meißel ausgeübt wird, mahlen, kratzen oder hobeln die Zähne oder Schneidelemente an den Rollen das Gestein ab, auf dem der Meißel gedreht wird. Die auf diese Weise gelösten Gesteinsteilchen werden von der Bohrflüssigkeit aus dem Bohrloch herausgeführt, die durch die Bohrstange und den Meißelkopf hinabgepumpt wird und im Raum zwischen der Bohrstange und der Wand des gebohrten Loches zur Erdoberfläche zurückkehrt.The drill bit is in operation at the lower end of a drill rod (not shown) and rotates on the bottom of a borehole. In this way the rolls are put into circulation; there is a force due to the weight of the boring bar the chisel is subjected to grinding, scraping or planing of the teeth or cutting elements the rock on the rollers on which the chisel is rotated. That way dissolved rock particles are carried out of the borehole by the drilling fluid, which is pumped down through the drill rod and bit head and in the space between the drill rod and the wall of the drilled hole returns to the surface of the earth.

Eine äußerst wichtige, erwünschte Funktion der Seitenrollen 9 und 10 ist es, den Durchmesser des zu bohrenden Bohrloches auszuschneiden und beizubehalten, so daß weitere Bohrmeißel und andere Gegenstände auf den Boden des Bohrlochies abgesenkt werden können, ohne daß das zu enge Loch aufgeweitet zu werden braucht. Der Randteil des Bohrloches ist schwierig abzulösen und beizubehalten, weil die Formation am äußeren Teil des Bohrloches von der Seitenwand des Loches abgestützt wird; infolgedessen ist es schwieriger, das Gestein von seinem Platz zu entfernen; es muß auch an dem äußeren Teil des Bohrloches eine größere Menge Material entfernt werden, weil es einen größeren Abstand von der Mitte des Bohrloches hat.An extremely important, desirable function of the side rollers 9 and 10 is to cut and maintain the diameter of the borehole to be drilled so that additional bits and other objects can be lowered to the bottom of the borehole without widening the too narrow hole . The edge portion of the borehole is difficult to detach and maintain because the formation at the outer portion of the borehole is supported by the side wall of the hole; as a result, it is more difficult to remove the rock from its place; a greater amount of material must also be removed from the outer part of the borehole because it is further away from the center of the borehole.

Gemäß der Erfindung ist eine leistungsfähige Schneidelementanordnung vorgesehen, die den Durchmesser des Bohrloches ausschneidet und behält, indem der äußere oder den Durchmesser schneidende Teil der Seitenrollen 9 und 10 in Form eines radial herausragenden Verbindungssteges 14 verstärkt ist. Dieser Verbindungssteg 14 schneidet eine enge Rille in der Formation ein, so daß das Stützvermögen der Formation, die von der Rille begrenzt wird, verringert wird; infolgedessen ist es leichter, das Gestein am Boden des Bohrloches mit dem Bohrmeißel zu lockern und zu entfernen.According to the invention, a powerful cutting element arrangement is provided which cuts out and maintains the diameter of the borehole by reinforcing the outer or diameter-cutting part of the side rollers 9 and 10 in the form of a radially protruding connecting web 14. This connecting web 14 cuts a narrow groove in the formation, so that the support capacity of the formation which is bounded by the groove is reduced; as a result, it is easier to loosen and remove the rock at the bottom of the borehole with the drill bit.

Auch die Querrollen 7 und 8 können mit Stangen versehen sein, die zusätzliche Furchen in der Formation einschneiden, so daß ihre Entfernung leichter ist.The transverse rollers 7 and 8 can also be provided with bars which cut additional furrows in the formation so that their removal is easier.

Die Stege 14 an den Seitenrollen 9 und 10 und die Stege 12 an den Querrollen 7 und 8, die in den Rillen am Lochboden rollen, stabilisieren außerdem die Rollen gegen Bewegungen nach innen oder außen gegenüber der Drehachse des Bohrmeißels, weil die Stege als Flansch wirken, der die Rolle während des Bohrens auf ihrer Bahn zu halten suchen.The webs 14 on the side rollers 9 and 10 and the webs 12 on the transverse rollers 7 and 8, which roll in the grooves on the bottom of the hole, also stabilize the rollers against movements inward or outward relative to the axis of rotation of the drill bit, because the webs act as a flange trying to keep the roll on its track while drilling.

Die Fig. 3 und 4 zeigen ausführlich eine Seitenrolle 9 nach den Fig. 1 und 2. Die Rolle 9 hat eine in Umfangsrichtung liegende Zahnreihe 13 und einen in Umfangsrichtung verlaufenden Steg 14, der die äußeren Enden der Zähne 13 miteinander verbindet. Der Steg 14 ragt radial über die Zähne 13 hinaus, wie deutlich in den Fig. 3 und 4 zu sehen ist. 3 and 4 show in detail a side roller 9 according to FIGS. 1 and 2. The roller 9 has a row of teeth 13 lying in the circumferential direction and a web 14 which runs in the circumferential direction and connects the outer ends of the teeth 13 to one another. The ridge 14 protrudes radially beyond the teeth 13 out, as clearly 3 and 4 can be seen in FIGS..

Die Fig. 5 zeigt einen kegelförmigen Meißel, der verbesserte, im wesentlichen kegelförmige Rollen 15 benutzt. Die Rolle 15 weist am Umfang angeordnete Reihen von Zähnen 16 und einen in Umfangsrichtung verlaufenden Steg oder ein derartiges Schneidelement 17 auf, das die Enden der Zähne 16 derselben Reihe miteinander verbindet. Der Steg 17 ragt radial zu der Rolle über die Zähne 16 hinaus. Er dient ebenfalls zur Stützung der Zähne und schneidet eine enge Rille in der Formation während des Bohrens ein.Figure 5 shows a tapered chisel employing improved, generally tapered rollers 15 . The roller 15 has rows of teeth 16 arranged on the circumference and a web running in the circumferential direction or such a cutting element 17 which connects the ends of the teeth 16 of the same row to one another. The web 17 protrudes radially to the roller over the teeth 16 . It also serves to support the teeth and cuts a narrow groove in the formation while drilling.

Fig. 6 ist eine typische Darstellung für die Wirkung der verbesserten Rolle auf die Formation. Ein Teil der Seitenrolle 9 mit den Zähnen 13 und dem Steg 14 ist in der Arbeitsstellung auf dem Boden des Bohrloches zu sehen. Der Steg 14 stellt eine Furche 18 im Gestein A her, wobei die Zähne 13 auf die Formation innerhalb eines Bereiches einwirken, der durch die Furche 18, aber in unterschiedlicher Höhe bestimmt ist. Der Steg 14 dient dazu, den Durchmesser des Loches zu schneiden und beizubehalten.Figure 6 is a typical illustration of the effect of the improved roller on the formation. A part of the side roller 9 with the teeth 13 and the web 14 can be seen in the working position on the bottom of the borehole. The web 14 creates a furrow 18 in the rock A , the teeth 13 acting on the formation within an area which is determined by the furrow 18, but at different heights. The ridge 14 serves to cut and maintain the diameter of the hole.

Bei einer tatsächlichen Verwendung eines Bohrers, der die verbesserten Rollen benutzt, bohren die Schneidelemente an dem Rollenbohrer schneller und suchen ihre ursprüngliche Gestalt und Beziehung zueinander beizubehalten. Sogar wenn die Schneidelemente ungefähr zur Hälfte abgerieben sind, ragt der Steg noch radial über die anderen Schneidelemente derselben Rolle hinaus.In an actual use of a drill that the improved Using rollers, the cutting elements on the roller drill will drill faster and search maintain their original shape and relationship to one another. Even if they do Cutting elements are worn approximately halfway, the web still protrudes radially the other cutting elements out of the same roll.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Drilling bit with cutting rollers rotatably attached to the bit head, the axis of rotation of which runs downwards and inwards towards the longitudinal axis of the head and on its outside. End cutting tools are arranged, characterized in that the cutting tools are a circumferential web (12, 14, 17) which cuts an uninterrupted groove (18) in the edge part of the perforated base (A) , and that the web radially over the cutting edge the teeth (11, 13, 16) protrude, which act on the bottom of the hole (A) on the rock within the area circumscribed by the groove.

2. Drill bit. according to spoke 1, characterized in that the teeth run in the longitudinal direction to the cutting roller axis. 3. Drill bit according to claim 2, characterized in that the teeth are in communication with the web. 4. Drill bit according to Claims 1 to 3, characterized in that the cutting roller is substantially conical. 5. Drill bit according to claims 2, 3 or 4, characterized in that the teeth extend in the axial direction from one end face of the cutting roller to the other end face. 6. Drill bit according to Claims 1 to 5, characterized in that two cutting rollers are provided as measuring rollers and two transverse rollers. References considered: U.S. Patent No. 2,809,106 .