SE528656C2 - Borrkrona - Google Patents

Description

528 656 2 spalt som bildats mellan hàlväggen och borrsträngens utsida, eller försvinner i sprickor och liknande iden borrade formationen.

Förutom att kyla borrkronan har vattnet till uppgift att transportera bort det borrkax, dvs. söndermalt berg, som bildas vid borrningen. För dessa båda uppgif- ter behövs stora vattenflöden som beror på borrkronans diameter. Den spalt som _ finns mellan borrkronans front och berget är naturligtvis mycket liten, nästintill obe- fintlig, och för att möjliggöra tillräckligt stort vattenflöde förses därför borrkronan med radiellt genomgående s.k. vattenspår. För att fungera under kronans hela livslängd måste dessa vattenspår vara minst lika djupa som matrixens höjd.

Kärnborming används för borrhälsdjup från ett fåtal meter ner till 1000 m eller mer. Borrstrången består av ett antal rör vilka skarvas medelst hop-gängning, efterhand som borrdjupet ökar. De enskilda rören har en längd på mellan 1 och 6 meter. Under bormingen hämtas käman upp i längder som kan variera från 1 me- ter upp till 6, eller 9 meter. Vid s.k. konventionell borrning måste då hela rörsträng- en hämtas upp ur borrhàlet, vilket vid djupare hål tar betydande tid, eftersom varje enskilt rör skall gängas lös, lyftas bort och senare åter gängas ihop. Därför har den s.k. wireline-tekniken utvecklats, vilket innebär att en speciell fàngstanordning vin- schas ner inuti borrsträngen, och griper tag i ett inre kämrör vilket håller fast kär- nan, och sålunda kan vinschas ut ur borrhàlet. Med denna metod kan man alltså behålla borrsträngen i hålet tills detta är färdigt, eller tills borrkronan är utsliten, dvs. matrixen är förbrukad. För att byta borrkrona måste borrsträngen tas ut ur hå- let, Det är alltså angeläget att kronan vid sk wireline-borming har så lång livs- längd som möjligt. Det kanske mest naturliga sättet att öka livslängden är att öka matrixhöjden, och idag används matrixhöjder på upp till 12 mm. När höjden ökas över detta värde uppträder ett antal nackdelar. i Kylning av kronans topp/front sker med hjälp av genomgående spår i radi- ell riktning i matrixen vilka sträcker sig tvärs igenomigodset och hela matrixens höjd ända fram till kronfrontens anliggningsyta mot berget. När matrixens höjd blir högre så blir vattenspåren djupare varvid en stor del av kyl- och spolvattnet passe- rar genom vattenspàren utan att nå framtill skärytan, vilket medför att kylningen försämras, och risken för överhettning, smältning av matrixen, ökar. Detta leder till ett snabbt slitage. 528 656 n nu uno 3 Vidare erhålls en viss konicitet av innerdiametem på grund av slitage, var- vid kärna fràn borrningen kan fastna i borrkronan vid upptagningsförsök.

Dessutom gör det ökande höjd-bredd-förhállandet bildat genom de djupa vattenspàren matrixsegmenten mer känsliga för böjning, och segmentbrott kan s uppträda under borming.

Genom den ryska patentskriften SU 1086112 är det tidigare känt att ut- forma såväl utvändiga som invändiga spår för kylmedei i borrkronan men dessa är kilformigt utformade för att skapa skärande kanter vilket medför höga spoltryck och bränning av kronan vid högvarvig borrning i hårt kristallint berg på grund av för låg to kylningsgrad. Spolhålen är dessutom utformade avsmalnande så att spolverkan och kylningsgraden avtar när borrkronan slits ned vilket bLa. är ett problem som föreliggande uppfinning avser att lösa. Vidare är kronfronten enligt den ryska skrif- ten utformad som en kil varvid genomgående spår bildas i kilens topp så länge som de utvändiga och de invåndiga spåren radiellt sträcker sig förbi kilens topp. 15 Höjden på den genomgående delen är dessutom mycket liten, vilket medför att när matrixen har slitits ner endast 10% har de genomgående spåren försvunnit. Såle- des är geometrin på borrkronan helt annorlunda än geometrin vid föreliggande uppfinning. 20 Uppfinningens syfte Föreliggande uppfinning syftar till att åstadkomma en ny typ av borrkrona för att lösa de ovan indikerade problemen med kända borrkronor.

En borrkrona enligt uppfinningen är utformad på ett sätt som innebär att kronfronten av borrkronan utformas med en betydligt högre matrix än vad som ti- 25 digare var möjligt. Detta för att göra det möjligt att tillverka, och använda, borrkro- nor som räcker till borrdjup upp till 500-1000 meter eller mer, utan att slitas ut, men med bibehållen kylning och renspolningsgrad, i första hand vid wireline-borrning =__;' med diamantimpregnerade borrkronor vid högvarvig borrning i hårt kristallint berg. 30 Sammanfattning av uppfinningen Genom föreliggande uppfinning, såsom denna framstår i de oberoende patentkraven, uppfylls ovan angivna syfte. Lämpliga utföringsformer av uppfin- ningen anges i de beroende patentkraven. 10 20 25 30 528 656 4 Uppfinningen avser en utformning av en borrkrona för matrixhöjder högre än traditionella 12 mm, upptill 20-25 mm. l borrkronan införes ett antal spår in- och utvändigt i matrixen och in i densamma till ca 2/3 genom matrixringen. Dess- utom begränsas antalet genomgående vätskespàr till maximalt 4 stycken. Detta tvingar spol- och kyivätska till spåren i_ matrixen, som fungerar som kylflänsar och kyler ner borrkronefronten. Man undviker också koniciteten av borrkronans inre di- ameter varvid hållfastheten och stabiliteten ökar betydligt genom de få vätskespà- ren. Härmed uppnàs optimal livslängd, funktion och styrka hos höga matrixhöjder.

Kort beskrivning av ritningarna Uppfinningen kommer nu att beskrivas närmare med hjälp av utföringsex- empel med hänvisning till de bifogade ritningarna, där figur 1 visar i en perspektiwy en konventionell borrkrona, figur 2 visar i en perspektivvy en borrkrona enligt föreliggande uppfinning.

Beskrivning av uppfinningen Figur 1 visar en konventionell till en rörsträng R rörformad borrkrona 10 försedd med en ringformad matrix i form av en kronfront 12 för materialawerkning.

Den avverkande ytan 14 av kronfronten 12 är uppdelad i ett antal sektorer genom att genomgående radiella vätskespàr 16, i form av kyl/spolkanaler, avdelar kron- fronten 12. Genom dessa vätskespàr strömmar kylvatten/spolvatten från centrum av borrkronan 10 till dess periferi så som pilarna ifig.1 visar eller ev. åt motsatt håll. Genom denna vätskeströmning åstadkoms dels kylning av kronfronten dels borttransport av avverkat material. Eftersom vätskespåren 16 har samma höjd som kronfronten 12 genom hela dess radiella utsträckning kommer kyl/spolvattnet att strömma ut genom vätskespåren 16 innan det når kronfrontens awerkande yta 14 vid höga matrixhöjder, vilket får till följd att kronfrontens awerkningsyta 14 er- håller lägre kylningsgrad och därmed slits snabbare till en början.

Figur 2 visar en på en rörsträng R monterad borrkrona 20 enligt förelig- gande uppfinning. Borrkronan är på konventionellt sätt försedd med en matrixupp- byggd kronfront 21 för avverkning av material. Dessutom är matrixen försedd med två genomgående radiella vätskespàr 16. Dessa vätskespàr verkar i första hand som spolkanaler och i andra hand som kylkanaler. Matrixen är vidare försedd med en första grupp av inre vätskespàr 23 som i fig. 2 är fyra till antalet vilka samtliga sträcker sig från kronfrontens 21 insida 24 radiellt utåt varvid spåret avslutas med en inre botten 25 i kronfronten 24. Matrixen är dessutom försedd med en andra grupp av yttre vätskespår 26 som ifig. 2 är sex till antalet. Samtliga dessa yttre spår 26 sträcker sig från kronfrontens 21 utsida 27 radiellt inåt varvid spåret avslu- 5 tas med en yttre botten 28 i kronfronten 21. _ Spårens 23, 26 botten 25, 28 i kronfronten utgörs av en i huvudsak rek- tangulär plan yta vilken är parallellt orienterad till ett tänkt plan i vilket kronfrontens axiallinje A löper. Vidare sträcker sig både det inre spåret 23 och det yttre spåret 26 radiellt genom kronfronten till 2/3 av kronfrontens 21 bredd B. De med botten 10 försedda inre och yttre vätskespåren 23, 26 uppvisar även sidoytor 23a, 23b re- spektive 26a, 26b vilka, i den visade utföringsforrnen, i varje respektive spår är pa- rallella med varandra. Denna parallellitet är inte nödvändig för att uppnà fördelarna med uppfinningen, utan spåren kan göras bredare närmare insidan, och avsmal- nande mot spàrets botten, eller tvärtom. 15 Vätskeströmningen sker genom att kylvätska trycks ner genom de inre vätskespåren 23 för att i kronfronten tryckas över till de yttre vätskespåren 26 och strömma ut genom dessa. Således kommer kylvätskan att alltid passera kronfron- ten 21 och ge maximal kylning åt denna. Denna kylningseffekt kommer att fortgå v även när kronfronten slits ner eftersom vätskespåren har samma axlella utsträck- 20 ning som matrixen. _ Kronfrontens 21 awerkningsyta 22 enligt uppfinningen är i huvudsak plant utformad så att axiallinjen A är parallell med en tänkt normal till awerkningsytan 22.

Således löses de inledningsvis angivna problemen genom att matrixen 25 förses med inre spår 23 och yttre spår 26 såsom visas ide bifogade figurema.

Dessa spår är icke-genomgående, men sträcker sig företrädesvis ca 2/3 in i ma- trixen. šnf Vidare begränsas antalet djupa, genomgående vätskespår 16 till max fyra stycken för krondimetrar upp till 60 mm, och max sex stycken för större diametrar. 30 Detta tvingar vattnet att i stället ta vägen via de icke-genomgående spåren i ma- trixen och därigenom tvingas vätskan, vanligtvis vattnet, fram ända till borrkronans awerkande yta 22 och kyler denna. De in- och utvändiga spåren 23, 26 fungerar som kylflänsar och därigenom ökar även kylningen av borrkronan i dess helhet. 528 656 o nu ana 6 Förutom fördelen med förbättrad kylning, som möjliggör högre matrix, så undviks med ovanstående utformning även koniciteten hos innerdiametem, genom att vattnet kan transportera bort borrkax via de invändiga och utvändiga spåren.

Claims (9)

10 25 30 PATENTKRAV

1. Borrkrona (20) för anslutning till en rörsträng (R) vilken borrkrona (20) är försedd med en matrixuppbyggd ringformad kronfront (21), företrädesvis innefat- tande sintrat diamantinblandat metallpulver, varvid kronfronten (21) är försedd _ med ett flertal radiellt orienterade vätskespàr (16, 23, 26) för kylning och rengöring av kronfronten (21 ), kännetecknad av att minst ett av vätskespåren utgörs av ett inre spår (23) vilket sträcker sig från kronfrontens (21) insida (24) radiellt utåt var- vid spåret (23) avslutas med en inre botten (25) i kronfronten (21) samt att ytterli- gare minst ett av vätskespåren utgörs av ett yttre spår (26) vilket sträcker sig frán kronfrontens utsida (27) radiellt inåt varvid detta spår avslutas med en yttre botten (28) i kronfronten (21).

2. Borrkrona enligt kravet 1, kännetecknad av att spàrens (23, 26) botten (25, 28) i kronfronten (21) utgörs av en i huvudsak rektangulär plan yta vilken är parallellt orienterad med ett tänkt plan genom kronfrontens (21) axiallinje (A).

3. Borrkrona enligt något av kraven 1-2, kännetecknad av att det inre spåret (23) och det yttre spåret (26) sträcker sig radiellt till 2/3 genom kronfronten (21).

4. Borrkrona enligt något av kraven 1-3, kännetecknad av att kronfronten (21) även är försedd med minst två radiellt helt genomgående vätskespår (16).

5. Borrkrona enligt något av kraven 1-4, kännetecknad av att vart och ett av samtliga vätskespår (16, 23, 26) har en höjd som är minst lika med höjden av den awerkande delen av kronfronten (21).

6. Borrkrona enligt något av kraven 4-5, kännetecknad av att antalet genomgående vätskespâr (16) är maximalt sex stycken.

7. Borrkrona enligt något av kraven 1-6, kännetecknad av att antalet inre spår (23) är färre till antalet än antalet yttre spår (26). 5 528 656 n o I n :c o 3

8. Borrkrona enligt något av kraven 1-7, kännetecknad av att antalet inre spår (23)tär minst fyra.

9. Borrkrona enligt något av kraven 1-8, kännetecknacl av att antalet yttre spår (26) är minst sex.