DE60022685T2

DE60022685T2 - Bi-zentrales Bohrzeug zum Bohren durch Vorrohrrungsschuh

Info

Publication number: DE60022685T2
Application number: DE60022685T
Authority: DE
Inventors: Graham R. Watson; Steven James Bath Hart
Original assignee: Camco International UK Ltd
Current assignee: ReedHycalog UK Ltd
Priority date: 1999-10-28
Filing date: 2000-10-26
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2020-10-27
Also published as: EP1096103A1; US20020069725A1; DE60002541D1; US6606923B2; GB2355744A; DE60022685D1; DE60002541T2; GB0026076D0; GB2355744B; EP1096103B1; US6394200B1

Description

Die Erfindung betrifft Meißel, die für das Bohren von Bohrlöchern in die Erde für die Gewinnung von Mineralien verwendet werden. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung ein bizentraler Bohrmeißel, der ein Bohrloch in die Erde mit einem Durchmesser bohren kann, der größer ist als der des Bohrmeißels, und der ebenfalls den Zement und den Schwimmschuh ausbohren kann, nachdem das Futterrohr an Ort und Stelle zementiert wurde.
Beim Durchführen des Bohrens von Bohrlöchern in die Erde für die Gewinnung von Mineralien gibt es Fälle, bei denen es wünschenswert ist, ein Bohrloch mit einem Durchmesser zu bohren, der größer ist als der Meißel selbst. Bohrmeißel, die verwendet werden, um diese Bohrlöcher zu bilden, sind im Allgemeinen als bizentrale Bohrmeißel bekannt.
Bizentrale Bohrmeißel sind in der Bohrindustrie gut bekannt. Verschiedene Typen von bizentralen Bohrmeißeln werden in den U.S.Patenten Nr. 1587266, 1758773, 2074951, 2953354, 3367430, 4408669, 4440244, 4635738, 5040621, 5052503, 5165494, 5678644 und der Europäischen Patentanmeldung 0058061 beschrieben, auf die man sich alle hierin bezieht.
Moderne bizentrale Bohrmeißel werden typischerweise bei schwierigen Bohranwendungen eingesetzt, wo die Erdformationen schlecht gebrochen werden, wo ein Vergrößern des Bohrloches zu verzeichnen ist, wo das Bohrloch eine Neigung zeigt, spiralförmig zu werden, oder in anderen Situationen, wo ein überdimensioniertes Bohrloch wünschenswert ist.
Bei diesen schwierigen Bohranwendungen wird der obere Abschnitt des Bohrloches oftmals durch Einsetzen und Zementieren eines Futterrohres stabilisiert. Der Zement, der Schuh, der Schwimmkörper und die dazugehörigen Zementierkleinteile werden dann typischerweise aus dem Futterrohr mittels eines Bohrmeißels ausgebohrt, der in das Futterrohr für diesen Zweck einfährt. Sobald der Zement und die dazugehörigen Kleinteile ausgebohrt sind, wird der Ausbohrmeißel aus dem Bohrloch ausgebaut, und ein bizentraler Bohrmeißel wird wieder hineingefahren. Das Bohren wird dann mit dem bizentralen Bohrmeißel fortgesetzt, der ein Bohrloch in die Formation unter dem Futterrohr mit einem Durchmesser bohrt, der größer ist als der Innendurchmesser des Futterrohres. Ein derartiger Arbeitsgang wird in der UK Patentanmeldung 2031481 beschrieben.
Um den Bohraufwand zu verringern, wurden Versuche unternommen, den Zement und die dazugehörigen Kleinteile aus dem Futterrohr herauszubohren und danach die Formation unterhalb des Futterrohres mit einem einzelnen bizentralen Bohrmeißel zu bohren. Diese Versuche führten oftmals zu einer starken Beschädigung sowohl am Futterrohr als auch am bizentralen Bohrmeißel.
Das Futterrohr neigt dazu, dass es durch die Kaliberschneidelemente, die am bizentralen Bohrmeißel montiert sind, beschädigt wird, weil im Inneren des Futterrohres der Vorbohrlochabschnitt des Meißels gezwungen wird, um seine Mitte zu kreisen, wodurch bewirkt wird, dass die Kaliberschneidwerkzeuge mit dem Futterrohr in Eingriff kommen. Der erzwungene Umkreisungsvorgang des Vorbohrlochabschnittes bewirkt ebenfalls eine Beschädigung an den Schneidwerkzeugen an der Vorderfläche des bizentralen Bohrmeißels.
Der Grad der Beschädigung an sowohl dem Futterrohr als auch dem Meißel wird weiter verstärkt, wenn eine Richtbohrgarnitur am Bohrgestänge genau über dem Meißel befestigt ist. Es ist oftmals wünschenswert, das Bohrloch unterhalb des Futterrohres mit Richtbohrsystemen gerichtet zu bohren, die Neigungsübergänge nutzen. Wenn der bizentrale Bohrmeißel den Zement und die dazugehörigen Kleinteile aus dem Futterrohr mit einem Richtsystem mit Neigungsübergängen ausbohrt, kommen die Seitenkräfte, die durch den erzwungenen Umkreisungsvorgang des bizentralen Bohrmeißels hervorgerufen werden, zu den Seitenkräften hinzu, die durch ein Drehen mit einem Neigungsübergang hervorgerufen werden. Die resultierenden komplexen und überschüssigen Kräfte haben Störungen in bizentralen Bohrmeißeln bei bis zu nur ein Meter (drei Fuß) Bohren hervorgerufen. Die gleichen Probleme treten bei damit in Beziehung stehenden Richtbohrsystemen auf, die die bizentralen Bohrmeißel entlang von Wegen zwingen, die nicht ihre Mittellinien sind.
Die vorliegende Erfindung ist ein bizentraler Bohrmeißel, der konstruiert ist, um den Zement und anderes Material im Futterrohr auszubohren, und um danach mit dem Ausbohren des Bohrloches mit vollem Kaliberbohrdurchmesser mit einem Durchmesser fortzufahren, der größer ist als das Innere des Futterrohres. Der bizentrale Bohrmeißel ist mit nichtbohrenden Lagerelementen ausgebildet, die sich mit dem Futterrohr berühren, wenn der Meißel den Zement bohrt, ohne dass gestattet wird, dass die Kaliberschneidelemente des bizentralen Bohrmeißels das Futterrohr berühren. Der bizentrale Bohrmeißel weist ebenfalls eine Schneidelementkonfiguration auf, die ein entgegengesetztes Abkratzen der Schneidelemente verhindert, wenn der Zement und die Formation gebohrt werden.
Entsprechend der Erfindung wird ein bizentraler Bohrmeißel bereitgestellt, der aufweist: einen Meißelkörper, wobei der Meißelkörper eine Längsachse, ein erstes Ende, das so ausgeführt ist, dass es lösbar an einem Bohrgestänge gesichert werden kann, einen Vorbohrlochabschnitt an einem zweiten entgegengesetzten Ende des Meißelkörpers, und einen exzentrischen Räumerabschnitt zwischen dem ersten und zweiten Ende aufweist; und
eine Vielzahl von Schneidelementen am Vorbohrlochabschnitt;
ein erstes Rotationszentrum des Vorbohrlochabschnittes um die Längsachse;
einen Rotationsradius R1 des Bohrmeißels um das erste Rotationszentrum;
ein zweites Rotationszentrum des Vorbohrlochabschnittes, das vom ersten Rotationszentrum um einen Abstand D beabstandet ist;
einen Drehungsradius R2 des Bohrmeißels um das zweite Rotationszentrum und dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsradius R1 kleiner ist als die Summe des Rotationsradiusses R2 und des Abstandes D.
Die Erfindung wird weiter als Beispiel mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines bizentralen Bohrmeißels der vorliegenden Erfindung;
2A eine Seitenansicht eines bizentralen Bohrmeißels der vorliegenden Erfindung;
2B eine Seitenansicht eines bizentralen Bohrmeißels der vorliegenden Erfindung, die das Bohren des Zementes innerhalb des Futterrohres zeigt, das in ein Bohrloch in der Erde eingesetzt ist;
2C eine Seitenansicht eines bizentralen Bohrmeißels der vorliegenden Erfindung, die das Bohren eines Bohrloches mit vollem Kaliber in einer Erdformation unterhalb eines Futterrohres mit kleinerem Durchmesser zeigt,
3 eine Stirnseitenansicht eines bizentralen Bohrmeißels der vorliegenden Erfindung;
4 eine vergrößerte Ansicht eines Abschnittes des bizentralen Bohrmeißels aus 3;
5 eine noch weitere vergrößerte Ansicht eines Abschnittes des bizentralen Bohrmeißels aus 3;
6A eine Stirnseitenansicht eines bizentralen Bohrmeißels der vorliegenden Erfindung, die bestimmte Beziehungen zeigt;
6B eine Darstellung der ersten Schneidfläche, die durch die Schneidwerkzeuge des bizentralen Bohrmeißels aus 6A gebildet wird;
6C eine Darstellung der zweiten Schneidfläche, die durch das Schneidwerkzeug des bizentralen Bohrmeißels aus 6A gebildet wird;
7 eine Seitenansicht einer alternativen bevorzugten Ausführung des bizentralen Bohrmeißels der vorliegenden Erfindung;
8 eine Seitenansicht der alternativen bevorzugten Ausführung des bizentralen Bohrmeißels, der in 8 gezeigt wird;
9 eine weitere alternative bevorzugte Ausführung eines bizentralen Bohrmeißels der vorliegenden Erfindung für eine Verwendung bei einem Richtbohrwerkzeug mit Neigungsübergängen.
Wie in 1 und 2A gezeigt wird, weist der bizentrale Bohrmeißel 10 der vorliegenden Erfindung eine Längsachse 11, einen Meißelkörper 12 mit einem ersten Ende 14 auf, das so ausgeführt ist, dass es an einem Bohrgestänge (nicht gezeigt) gesichert wird. Typischerweise werden Gewindegänge 16 für eine Befestigung am Bohrgestänge verwendet, aber andere Formen der Befestigung können ebenfalls genutzt werden. Am zweiten entgegengesetzten Ende 16a des Meißelkörpers 12 befindet sich der Vorbohrlochabschnitt 18 des bizentralen Bohrmeißels 10. Ein Räumerabschnitt, der im Allgemeinen mit der Zahl 20 gezeigt wird, befindet sich zwischen dem ersten Ende 14 und dem Vorbohrlochabschnitt 18 des bizentralen Bohrmeißels 10.
Während der Funktion wird der Meißelkörper 12 durch eine externe Einrichtung gedreht, während der bizentrale Bohrmeißel 10 in das zu bohrende Material gedrückt wird. Die Drehung unter Belastung bewirkt, dass Schneidelemente 24 in das Bohrmaterial eindringen und das Material in einem Abkratz- und/oder Hobelvorgang entfernen.
Der Meißelkörper 12 weist einen inneren Durchgang (nicht gezeigt) auf, der gestattet, dass die unter Druck stehende Bohrflüssigkeit von der Erdoberfläche zu einer Vielzahl von Düsenöffnungen 22 geführt wird. Diese Düsenöffnungen 22 geben die Bohrflüssigkeit ab, um die Schneidelemente 24 zu reinigen und abzukühlen, während sie mit dem zu bohrenden Material in Eingriff kommen. Die Bohrflüssigkeit transportiert ebenfalls das gebohrte Material zur Erdoberfläche für eine Beseitigung.
Bei einer bevorzugten Ausführung weist der Vorbohrlochabschnitt 18 einen ununterbrochenen Kreisabschnitt 70 mit mindestens einem Flüssigkeitsdurchgang 26 auf, der für den Rückfluss der Bohrflüssigkeit vorhanden ist. Der ununterbrochene Kreisabschnitt 70 wird später in der Patentbeschreibung detaillierter beschrieben. Es können ebenfalls andere Flüssigkeitsdurchgänge 26 vorhanden sein, die im Räumerabschnitt 20 des bizentralen Bohrmeißels 10 bereitgestellt werden.
Mit Bezugnahme auf 2B und 2C werden Seitenansichten eines bizentralen Bohrmeißels 10 der vorliegenden Erfindung gezeigt. Eine wichtige Eigenschaft des bizentralen Bohrmeißels 10 ist seine Fähigkeit, ein Bohrloch 11 in die Erde 13 mit einem Kaliberbohrdurchmesser zu bohren, der größer ist als der Innendurchmesser des Futterrohres 15 oder des Rohres oder einer anderen Art von Leiter, durch das der Meißel 10 hindurchgehen muss. Diese Eigenschaft wird in 2C gezeigt.
Eine weitere wichtige Eigenschaft des bizentralen Bohrmeißels 10 ist seine Fähigkeit, den Zement 17 (und die dazugehörigen Kleinteile, nicht gezeigt) innerhalb des Futterrohres 15 auszubohren, wie in 2B gezeigt wird, ohne dass eine Beschädigung am Futterrohr 15 oder den Schneidelementen 24 hervorgerufen wird.
Mit Bezugnahme auf 3 wird eine Stirnseitenansicht eines bizentralen Bohrmeißels 10 der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Kaliberbohrdurchmesser, wie er durch den Kreis 28 gezeigt wird, wird durch den Radius R1 von einem ersten Rotationszentrum 30 des Vorbohrlochabschnittes 18 gebildet. Bei dieser Bohrart wird der ununterbrochene Kreisabschnitt 70 des Vorbohrlochabschnittes mit dem Durchmesser 28 konzentrisch sein. Die Schneidelemente 24 am Abschnitt des Räumerabschnittes 20, die radial am weitesten vom ersten Rotationszentrum 30 sind, bohren tatsächlich den Kaliberdurchmesser des Bohrloches 11, wie durch die Zahl 31 gezeigt wird. Der Räumerabschnitt 20 wird exzentrisch vom Vorbohrlochabschnitt 18 gebildet, so dass nur ein Abschnitt der Wand des Bohrloches 11 mit den Schneidelementen 24 in Kontakt ist, die das Endmaß des Bohrloches zu einem bestimmten Zeitpunkt des Arbeitsganges schneiden.
Der bizentrale Bohrmeißel 10 weist ebenfalls einen Durchgangsdurchmesser auf, wie er durch den Kreis 32 gezeigt wird, der durch den Radius R2 von einem zweiten Rotationszentrum 34 des Vorbohrlochabschnittes 18 gebildet wird. Der kürzeste lineare Abstand zwischen den Rotationszentren 30, 34 wird als D gezeigt. Das zweite Rotationszentrum 34 befindet sich auf der Mittellinie des kleinsten Zylinders, der um den bizentralen Bohrmeißel 10 angepasst werden kann. Um wirksam zu sein, muss der Durchgangsdurchmesser, wie er durch den Kreis 32 gezeigt wird, kleiner sein als der Innendurchmesser des Futterrohres 15, durch den der bizentrale Bohrmeißel 10 hindurchgehen muss.
Für eine optimale Lebensdauer müssen die Schneidelemente 24 am Vorbohrlochabschnitt 18 in einer bekannten Weise mit Bezugnahme auf die Richtung des Abkratzens durch das zu bohrende Material ausgerichtet werden. Das ist kein Problem bei bizentralen Bohrmeißeln, die nicht den Zement und die dazugehörigen Kleinteile aus dem Futterrohr herausbohren. Wenn ein bizentraler Bohrmeißel jedoch verwendet wird, um den Zement und die dazugehörigen Kleinteile im Futterrohr zu bohren, können einige der Schneidelemente 24 einem entgegengesetzten Abkratzen unterworfen werden, während sie sich um das zweite Rotationszentrum 34 drehen. Das entgegengesetzte Abkratzen verursacht oftmals eine schnelle Verschlechterung der Schneidelemente 24 und muss vermieden werden.
Bei der Ausführung der Erfindung, die in 1 bis 5, 6A, 6B, 6C und 9 gezeigt wird, sind die Schneidelemente 24 kompakte Schneidwerkzeuge aus polykristallinem Diamant oder PDC. Ein PDC weist typischerweise eine Belagplatte aus Diamant oder einer anderen superharten Substanz auf, die an ein weniger hartes Substratmaterial gebunden ist, das typischerweise aus Wolframkarbid gebildet wird, aber nicht darauf beschränkt ist. Das PDC wird dann oftmals mittels eines Verfahrens, das als eine lange Trägerbindung bekannt ist, an einen Ständer oder einen Zylinder für ein Einsetzen in den Meißelkörper 12 befestigt. Dieser PDC-Typ des Schneidelementes 24 ist besonders empfindlich gegen ein entgegengesetztes Abkratzen, weil eine Beanspruchung durch das entgegengesetzte Abkratzen leicht sowohl die Diamantplattenbindung als auch die lange Trägerbindung zerstören kann.
In 4 und 5 werden die Wege der Schneidelemente 24 auf dem Vorbohrlochabschnitt 18 des bizentralen Bohrmeißels 10 gezeigt, während sie um das Rotationszentrum 30, 34 gedreht werden. In 4 werden die Schneidelemente 24 auf dem Vorbohrlochabschnitt 18 um ein zweites Rotationszentrum 34 gedreht. Der bizentrale Bohrmeißel 10 dreht sich um das zweite Rotationszentrum 34, wenn er das Material innerhalb des Futterrohres 15 bohrt, wie in 2B gezeigt wird. Richtungspfeile 52 werden für viele der Schneidelemente 24 gezeigt. Die Richtungspfeile 52 zeigen die Wege der Schneidelemente 24 relativ zu dem zu bohrenden Material, während der bizentrale Bohrmeißel 10 um das zweite Rotationszentrum 34 gedreht wird. Wie es offensichtlich ist, unterliegt keines der Schneidelemente 24 einem entgegengesetzten Abkratzen.
In 5 werden die Schneidelemente 24 um das erste Rotationszentrum 30 gedreht. Der Vorbohrlochabschnitt 18 auf dem bizentralen Bohrmeißel 10 dreht sich um das erste Rotationszentrum 30, wenn der Meißel ein Bohrloch 11 unterhalb des Futterrohres 15 bohrt, wie in 2C gezeigt wird. Richtungspfeile 54 werden für viele der Schneidelemente 24 gezeigt. Die Richtungspfeile 54 zeigen die Wege der Schneidelemente 24 relativ zu dem zu bohrenden Material, während der Vorbohrlochabschnitt 18 auf dem bizentralen Bohrmeißel 10 um das erste Rotationszentrum 30 gedreht wird. Wie es wiederum offensichtlich ist, unterliegt keines der Schneidelemente 24 einem entgegengesetzten Abkratzen.
6A, 6B und 6C zeigen, wie die Anordnung der Schneidelemente 24 gekennzeichnet werden kann, um ein entgegengesetztes Abkratzen zu verhindern. Wie es früher dargelegt wird, ist der Abstand D der kürzeste lineare Abstand zwischen dem Rotationszentrum 30 und dem Rotationszentrum 34. Ein erster Bereich 56 des Vorbohrlochabschnittes 18, der um das erste Rotationszentrum 30 zentriert ist, weist einen Radius D auf. Ein zweiter Bereich 58 des Vorbohrlochabschnittes 18, der um das zweite Rotationszentrum 34 zentriert ist, weist ebenfalls einen Radius D auf. Ein dritter Bereich 60 des Vorbohrlochabschnittes 18 wird durch die Durchdringung des ersten Bereiches 56 und des zweiten Bereiches 58 gebildet. Dieser irisgeformte dritte Bereich 60 ist die kritische Fläche, wo das entgegengesetzte Abkratzen möglich ist.
Eine erste Schneidflächenoberfläche auf dem Vorbohrlochabschnitt wird in 6B mit der Zahl 62 veranschaulicht, und eine zweite Schneidflächenoberfläche auf dem Vorbohrlochabschnitt wird in 6C mit der Zahl 66 gekennzeichnet. Eine Schneidflächenoberfläche 62, 66 ist die hypothetische Oberfläche, die durch die Schneiden der Schneidelemente 24 erzeugt wird, während sie um eines der Rotationszentren 30, 34 gedreht werden.
Als Beispiel weist die erste Schneidflächenoberfläche 62, während sie gebildet wird, die gleiche Form wie die Oberfläche des Bodens des Loches auf, das durch den Vorbohrlochabschnitt 18 des bizentralen Bohrmeißels 10 gebohrt wird. Weil die Schneidelemente 24 jedoch um ein kleiner Abstand zur Bildung der ersten Schneidflächenoberfläche 62 in die Formation 13 eindringen, wird die Oberfläche 62 auf dem Vorbohrlochabschnitt zwischen den Schneiden der Schneidelemente 24 und dem Körper des Vorbohrlochabschnittes 18 positioniert. Die Schneidflächenoberfläche des Räumerabschnittes 20 wird als Zahl 64 gezeigt.
In einer Ausführung des bizentralen Bohrmeißels 18 der vorliegenden Erfindung ist der dritte Bereich 60 auf dem Vorbohrlochabschnitt 18 frei von Schneidelementen 24, wie in den 1 bis 6C und 9 gezeigt wird. Das sichert, dass keines der Schneidelemente 24 ein entgegengesetztes Abkratzen des Schneidwerkzeuges erfahren wird.
In 7 und 8 wird eine alternative Konstruktion des bizentralen Bohrmeißels 110 gezeigt. Der veranschaulichte bizentrale Bohrmeißel 110 ist ein bizentraler Eindringbohrmeißel. Der bizentrale Bohrmeißel 110 weist eine Längsachse 111, einen Meißelkörper 112 mit einem ersten Ende 114 auf, das so ausgeführt ist, dass es an einem Bohrgestänge (nicht gezeigt) gesichert werden kann. Typischerweise werden Gewindegänge 116 für eine Befestigung am Bohrgestänge benutzt, aber andere Formen der Befestigung können ebenfalls genutzt werden. Am zweiten entgegengesetzten Ende 116a des Meißelkörpers 112 befindet sich der Vorbohrlochabschnitt 118 des bizentralen Bohrmeißels 110. Ein Räumerabschnitt, der im allgemeinen mit der Zahl 120 gezeigt wird, befindet sich zwischen dem ersten Ende 114 und dem Vorbohrlochabschnitt 118 des bizentralen Bohrmeißels 110.
Schneidelemente 124 in einem Eindringmeißel sind typischerweise natürlicher oder synthetischer Diamant oder andere superharte Teilchen, die auf der Oberfläche angeordnet sind. Bei einem Typ des Eindringmeißels sind die Schneidelemente 124 ziemlich große natürliche Diamanten (größer etwa als 0,5 Karat), die teilweise an der Oberfläche freigelegt sind. Bei einem anderen Typ des Eindringmeißels sind die Schneidelemente 124 viel kleinere Diamant- oder diamantartige Teilchen, die innerhalb der Grundmasse bis zu einer bedeutenden Tiefe imprägniert sind.
Während des Arbeitsganges wird der Meißelkörper 112 durch bestimmte externe Einrichtungen gedreht, während der bizentrale Bohrmeißel 110 in das zu bohrende Material gedrückt wird. Die Drehung unter Belastung bewirkt, dass Schneidelemente 124 in das Bohrmaterial eindringen und das Material in einem Abkratz- und/oder Hobelvorgang entfernen.
Der Meißelkörper 112 weist einen inneren Durchgang (nicht gezeigt) auf, der gestattet, dass die unter Druck stehende Bohrflüssigkeit von der Erdoberfläche zu einer Vielzahl von Düsenöffnungen 122 geführt wird. Diese Düsenöffnungen 122 geben die Bohrflüssigkeit ab, um die Schneidelemente 124 zu reinigen und abzukühlen, während sie mit dem zu bohrenden Material in Eingriff kommen. Die Bohrflüssigkeit transportiert ebenfalls das gebohrte Material zur Erdoberfläche für eine Beseitigung. Die anderen Elemente des bizentralen Bohrmeißels 110, die dem bizentralen Bohrmeißel 10 gleich sind, werden durch Zahlen angezeigt, die um 100 vergrößert sind.
Im bizentralen Bohrmeißel 110, der in 7 und 8 gezeigt wird, kann es wünschenswert sein, einige der Schneidelemente 124 im dritten Bereich 160 des Vorbohrlochabschnittes anzuordnen. Während es dennoch wünschenswert ist, dass die Schneidelemente 124 nicht dem entgegengesetzten Abkratzen ausgesetzt werden, können sie so ausgerichtet werden, dass sie eine der Schneidflächenoberflächen 62, 66 berühren, wenn sie in jener Bohrart arbeiten, und dass sie dennoch von ausreichender Höhe mit Bezugnahme auf den Körper 112 sind, so dass sie zwischen der anderen Schneidflächenoberfläche und dem Körper des Vorbohrlochabschnittes 118 sind, wenn in der anderen Bohrart gearbeitet wird. Bei dieser Anordnung berührt keines der Schneidelemente 24, 124, die innerhalb des dritten Bereiches 60, 160 liegen, sowohl die erste Schneidflächenoberfläche 62 als auch die zweite Schneidflächenoberfläche 66.
Bei einem weiteren Aspekt der bevorzugten Ausführung des bizentralen Bohrmeißels 10, 110 der vorliegenden Erfindung wird eine Beziehung zwischen R1, R2 und D festgelegt, die eine Konstruktion des bizentralen Bohrmeißels 10, 110 gestattet, um den Zement und die dazugehörigen Kleinteile aus dem Futterrohr ohne die Gefahr der Beschädigung des Futterrohres 15 herauszubohren.
Wenn der Rotationsradius R1 um das erste Rotationszentrum kleiner ist als die Summe des Rotationsradiusses R2 um das zweite Rotationszentrum und D, können die Kaliberschneidelemente 31 nicht das Futterrohr 15 berühren, während der bizentrale Bohrmeißel 10, 110 im Futterrohr 15 betätigt wird oder dort hindurchgeht. Das wird als ein Spalt zwischen dem Kreis 28 und dem Kreis 32 an der Stelle der Kaliberschneidelemente 31, 131 gezeigt.
Ein bizentraler Bohrmeißel, der mit der Beziehung R1 < R2 + D hergestellt wird, wird sichern, dass das Futterrohr 15 nicht durch die Kaliberschneidelemente 31, 131 beschädigt wird.
Der bizentrale Bohrmeißel 10 aus 1 bis 3 weist eine Vielzahl von Flügeln 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 auf. Eine Vielzahl von nichtschneidenden Führungselementen 68 ist auf den Flügeln 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 montiert, um den Durchgangsdurchmesser festzulegen, wie durch den Kreis 32 gezeigt wird.
Diese nichtschneidenden Führungselemente 68 sind um den Bogen des Kreises 32 mit einem maximalen Abstandswinkel von weniger als 180 Grad beabstandet. Wenn die nichtschneidenden Führungselemente 68 auf diese Weise angeordnet werden, wird das Futterrohr 15 weiter gegen einen Verschleiß durch die Flügel 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 geschützt.
Mit Bezugnahme auf 7 und 8 werden in gleicher Weise nichtschneidende Führungselemente 168 auf dem bizentralen Eindringbohrmeißel 110 beabstandet, um zu verhindern, dass die Kaliberschneidelemente 131 das Gehäuse 15 beschädigen und/oder eine Beschädigung an den Kaliberschneidelementen 131 hervorrufen.
Es gibt viele geeignete Formen von nichtschneidenden Führungselementen 68, 168. Beispielsweise können die Führungselemente 68, 168 einfach die Enden eines oder mehrerer der Flügel 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 sein. Es ist möglich, einen oder mehrere dieser Flügel mit einem kontinuierlichen Ring oder einer anderen Konstruktion zu verbinden, die die Flügel verbindet, um eine längliche Führung mit einem größeren Kontakt zu bilden. Es ist ebenfalls möglich, den Ring oder die Konstruktion mit einem kleineren Radius als R2 herzustellen und eine Vielzahl von einzelnen nichtschneidenden Führungselementen 68, 168 längs des Ringes oder der Konstruktion mit einem ausreichenden Vorsprung anzuordnen, um den Radius R2 zu bilden, wie gezeigt wird.
Nichtschneidende Führungselemente 68, 168 können in der Form von eingelassenen oder vorstehenden PDC-, Wolframkarbid- oder anderen harten Materialeinsätzen vorliegen. Die nichtschneidenden Führungselemente 68, 168 können ebenfalls in der Form einer Flammspritzbeschichtung vorliegen, die ein oder mehrere harte, verschleißfeste Materialien enthält, wie beispielsweise Karbide von Wolfram, Titan, Eisen, Chrom oder dergleichen. Es ist ebenfalls möglich, ein diamantartiges Kohlenstoffmaterial anzuwenden, um als ein nichtschneidendes Führungselement 68, 168 zu funktionieren.
Zusätzlich zum Anordnen der nichtschneidenden Führungselemente 68, 168 längs der Flügel 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 können sie ebenfalls wahlfrei in einem ununterbrochenen Kreisabschnitt 70 des Vorbohrlochabschnittes 18 angeordnet werden. Im ununterbrochenen Kreisabschnitt 70 helfen die nichtschneidenden Führungselemente 68 dabei, den Verschleiß am ununterbrochenen Kreisabschnitt 70 zu verringern, wozu es kommt, während die Reaktionskraft des Stabilisierungsabschnittes 20 den ununterbrochenen Kreisabschnitt 70 in die Formation 13 drückt.
Weil die nichtschneidenden Führungselemente 68 längs des Radiusses R2 angeordnet werden, ist es möglich, sowohl die nichtschneidenden Führungselemente 68 als auch die Kaliberschneidelemente 31 auf dem gleichen Flügel 38 anzuordnen. Der Flügel 38 ist so geformt, dass die nichtschneidenden Führungselemente 68 auf einer Oberfläche sind, die vom Radius R1 weg zurückgezogen ist, um das Montieren der nichtschneidenden Führungselemente 68 zu gestatten. Vorzugsweise wird diese zurückgezogene Oberfläche mit dem Radius R2 konzentrisch sein. Das Ergebnis ist, dass der Flügel 38 Oberflächen mit zwei Radien aufweisen wird, eine Oberfläche konzentrisch mit dem Radius R2 und eine zweite Oberfläche konzentrisch mit dem Radius R1.
Obgleich das nur bei einem Flügel 38 in 3 gezeigt wird, ist es möglich, dass die nichtschneidenden Führungselemente 68 und die Kaliberschneidelemente 31 auf einem zweiten Flügel sind, wenn der Flügel benachbart einer der Durchdringungen von R1 und R2 positioniert ist, wie durch die Zahl 39 gezeigt wird. Das Anordnen von nichtschneidenden Führungselementen 68 auf einem Flügel in dieser Weise liefert die maximale Stabilität für den bizentralen Bohrmeißel, während er den Zement 17 aus dem Futterrohr 15 bohrt.
Im bizentralen Bohrmeißel aus 1 bis 6C kann der Vorbohrlochabschnitt 18 einen ununterbrochenen Kreisabschnitt 70 aufweisen. Der ununterbrochene Kreisabschnitt 70 wirkt, um den Vorbohrlochabschnitt zu stabilisieren, wenn der bizentrale Bohrmeißel 10 den Kaliberbohrdurchmesser in der Formation 13 bohrt. Wie es vorangehend beschrieben wird, wirkt der ununterbrochene Kreisabschnitt 70 ebenfalls als ein Auflager an der Formation 13, um den Seitenkräften einen Widerstand entgegenzusetzen, die durch den Räumerabschnitt 20 erzeugt werden, während er den Kaliberdurchmesser des Bohrloches 11 bohrt. Ein zusätzlicher Führungsabschnitt 71 (in 1 gezeigt) kann am ununterbrochenen Kreisabschnitt 70 bereitgestellt werden. Dieser zusätzliche Führungsabschnitt 7l bringt eine zusätzliche Führungsfläche, um die Einheitsbelastung weiter zu verringern, und um den Verschleiß der Seite des ununterbrochenen Kreisabschnittes 70 zu minimieren, die vom Räumerabschnitt 20 entgegengesetzt ist.
In 9 wird ein bizentraler Bohrmeißel 210 gezeigt, der in einer sehr ähnlichen Weise wie der bizentrale Bohrmeißel 10, 110 in 1 bis 8 ausgebildet ist. Der Kürze der Beschreibung halber werden die Elemente des bizentralen Bohrmeißels 210 mit charakteristischen Merkmalen gleich dem bizentralen Bohrmeißel 10 mit Zahlen gekennzeichnet, die um 200 vergrößert sind.
In 9 stellt der ununterbrochene Kreisabschnitt 270 am Vorbohrlochabschnitt 218 ebenfalls eine sekundäre Führungsfläche bereit, wenn der bizentrale Bohrmeißel mittels eines Richtbohrwerkzeuges 72 mit Neigungsübergängen angetrieben wird. Außerdem ist der ununterbrochene Kreisabschnitt 270 mit einem gebogenen Ende 78, das durch den Radius 74 gebildet wird, und einem gebogenen Profil 80 für die nichtschneidenden Führungselemente 268 versehen, das durch den Radius 76 gebildet wird. Das gebogene Ende 78 und das gebogene Profil 80 wirken, um Ecken des ununterbrochenen Kreisabschnittes 270 zu verhindern, und um zu verhindern, dass die nichtschneidenden Führungselemente 268 das Futterrohr 215 beschädigen.

Claims

Bizentraler Bohrmeißel, der aufweist: einen Meißelkörper (12, 112), wobei der Meißelkörper (12, 112) eine Längsachse (11, 111), ein erstes Ende (14, 114), das so ausgeführt ist, daß es lösbar an einem Bohrgestänge gesichert werden kann, einen Vorbohrlochabschnitt (18, 118) an einem zweiten entgegengesetzten Ende (16a, 116a) des Meißelkörpers (12, 112), und einen exzentrischen Räumerabschnitt (20, 120) zwischen dem ersten und zweiten Ende (14, 16a, 114, 116a) aufweist; und eine Vielzahl von Schneidelementen (24, 124) am Vorbohrlochabschnitt (18, 118); ein erstes Rotationszentrum (30, 130) des Vorbohrlochabschnittes (18, 118) um die Längsachse (11, 111); einen Rotationsradius R1 des Bohrmeißels um das erste Rotationszentrum (30, 130); ein zweites Rotationszentrum (34, 134) des Vorbohrlochabschnittes (18, 118), das vom ersten Rotationszentrum (30, 130) um einen Abstand D beabstandet ist; einen Drehungsradius R2 des Bohrmeißels um das zweite Rotationszentrum (34, 134) und dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationsradius R1 kleiner ist als die Summe des Rotationsradiusses R2 und des Abstandes D.
Bizentraler Bohrmeißel nach Anspruch 1, bei dem die Schneidelemente (24, 124) des Vorbohrlochabschnittes (18, 118) auf einer Vielzahl von Flügeln angeordnet sind, die auf dem Meißelkörper (12, 112) ausgebildet sind.
Bizentraler Bohrmeißel nach Anspruch 2, bei dem die Flügel mit Schneidelementen (24, 124) enden.
Bizentraler Bohrmeißel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schneidelemente (24, 124) des Vorbohrlochabschnittes (18, 118) Kaliberschneidwerkzeugelemente sind.
Bizentraler Bohrmeißel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich die Schneidelemente (24, 124) bis zum Radius R1 erstrecken.
Bizentraler Bohrmeißel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schneidelemente (24, 124) des Vorbohrlochabschnittes (18, 118) aus superhartem Material gebildet werden.
Bizentraler Bohrmeißel nach Anspruch 6, bei dem das superharte Material ein Vorformelement mit einer Belagplatte aus Diamant ist, die an ein weniger hartes Trägermaterial gebunden ist.
Bizentraler Bohrmeißel nach Anspruch 7, bei dem die Belagplatte aus Diamant polykristallinen Diamant aufweist.
Bizentraler Bohrmeißel nach Anspruch 6, bei dem das superharte Material natürlicher Diamant ist.
Bizentraler bohrmeißel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Vielzahl von nichtschneidenden Führungselementen (68, 168) am Meißelkörper (12, 112) beim Radius R2 montiert ist.
Bizentraler Bohrmeißel nach Anspruch 10, der außerdem mindestens zwei Flügel aufweist, die sich vom Meißelkörper (12, 112) erstrecken, und bei dem mindestens ein nichtschneidendes Führungselement (68, 168) an jedem Flügel montiert ist, wobei jeder Flügel mit einem nichtschneidenden Führungselement (68, 168) endet.
Bizentraler Bohrmeißel nach Anspruch 11, bei dem ein maximaler eingeschlossener Winkel um das zweite Rotationszentrum zwischen den nichtschneidenden Führungselementen (68, 168) bei zwei benachbarten Flügeln weniger als 180 Grad beträgt.
Bizentraler Bohrmeißel nach Anspruch 11, bei dem die nichtschneidenden Führungselemente (68, 168) in der Form eines eingelassenen, harten, verschleißfesten Materials vorliegen.
Bizentraler Bohrmeißel nach Anspruch 13, bei dem die nichtschneidenden Führungselemente (68, 168) in der Form einer Flammspritzbeschichtung vorliegen, die Karbide von Elementen enthält, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Wolfram, Titan, Eisen und Chrom besteht.
Bizentraler Bohrmeißel nach Anspruch 14, bei dem die Beschichtung im allgemeinen gleichmäßig über einem Abschnitt der mindestens zwei Flügel aufgebracht wird.
Bizentraler Bohrmeißel nach Anspruch 11, bei dem die nichtschneidenden Führungselemente (68, 168) in der Form eines vorstehenden Einsatzes aus einem harten, verschleißfesten Material vorliegen.
Bizentraler Bohrmeißel nach Anspruch 16, bei dem das harte, verschleißfeste Material Wolframkarbidhartmetall ist.
Bizentraler Bohrmeißel nach Anspruch 17, bei dem das harte, verschleißfeste Material ein Vorformelement mit einer Belagplatte aus Diamant ist, die an ein weniger hartes Trägermaterial gebunden ist.
Bizentraler Bohrmeißel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der mindestens eine Flügel in der Durchdringung des Rotationsradiusses R1 und des Rotationsradiusses R2 angeordnet ist.
Bizentraler Bohrmeißel nach Anspruch 19, bei dem der Flügel, der in der Durchdringung des Rotationsradiusses R1 und des Rotationsradiusses R2 angeordnet ist, mindestens ein darauf montiertes nichtschneidendes Führungselement (68, 168) aufweist, wobei sich das nichtschneidende Führungselement (68, 168) bis zum Rotationsradius R2 erstreckt.
Bizentraler Bohrmeißel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der außerdem aufweist: einen ersten Bereich (56, 156) des Vorbohrlochabschnittes (18, 118), zentriert um das erste Rotationszentrum (30, 130) mit einem Radius D; einen zweiten Bereich (58, 158) des Vorbohrlochabschnittes (18, 118), zentriert um das zweite Rotationszentrum (34, 134) mit einem Radius D; und einen dritten Bereich (60, 160) des Vorbohrlochabschnittes (18, 118), gebildet durch die Durchdringung des ersten Bereiches (56, 156) und des zweiten Bereiches (58, 158), worin der dritte Bereich des Vorbohrlochabschnittes frei von Schneidelementen (24, 124) ist.
Bizentraler Bohrmeißel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das erste Ende (14, 114) so ausgeführt ist, daß es lösbar an einem gebogenen Verlängerungsrichtungsbohrwerkzeug gesichert ist, und bei dem der äußere Abschnitt des Vorbohrlochabschnittes (18, 118) ein ununterbrochener Kreisabschnitt ist.