DE2943325A1

DE2943325A1 - Drehbohrwerkzeug fuer tiefbohrungen

Info

Publication number: DE2943325A1
Application number: DE19792943325
Authority: DE
Inventors: David S. Salt Lake City Utah Rowley
Original assignee: Christensen Inc
Current assignee: Baker Hughes Holdings LLC
Priority date: 1979-10-16
Filing date: 1979-10-26
Publication date: 1981-05-07
Also published as: GB2060735B; DE2943325C2; GB2060735A

Description

Drehbohrwerkzeug für Tiefbohrungen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Drehbohrwerkzeug für Tiefbohrungen, bestehend aus einem Grundkörper und einem mit diesem fest verbundenen Hartstoff-Matrixteil mit Schneidgliedern, der eine mit dem Sohlenbereich des Bohrloches in Gegenüberlage bringbare Matrixfläche darbietet.

Gesteinsformationen, die äußerst hart und sehr abrasiv sind, haben zur Folge, daß das Bohrwerkzeug nur eine kurze Lebensdauer und einen geringen Bohrfortschritt hat und ein großer Teil der Betriebszeit für das Auswechseln der Bohrwerkzeuge verlorengeht. Diamantbohrmeißel, bei denen Diamanten als Oberflächenbesatz in eine Matrix aus Hartmetall eingesetzt sind, erbringen zwar bei harten Gesteinsformationen eine gute Leistung, werden aber bei sehr abrasiven Formationen, bei denen die Diamanten sowohl schnellerem Verschleiß ausgesetzt sind als auch zerbrechen, schnell schadhaft, wodurch ihre Lebensdauer beträchtlich verkürzt wird.

Die Erfindung schafft hier Abhilfe durch eine Ausgestaltung, bei der der Matrixteil mit vorgeformten, in der Matrixfläche ausmündenden Ausnehmungen versehen ist und vorgeformte, diamantimprägnierte Schneidglieder in den Ausnehmungen mit einem überstand gegenüber der

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Matrixfläche zum Schneiden des Sohlenbereichs des Bohrloches bei einer Drehung des Bohrwerkzeugs angeordnet und mit den Wänden der vorgeformten Ausnehmungen fest verbunden sind.Bei dieser Ausgestaltung können der Bohrfortschritt und die Länge des gebohrten Bohrloches erheblich vergrößert werden. Die mit Diamanten durchsetzten bzw. imprägnierten Schneidglieder bearbeiten den gesamten Sohlenbereich des Bohrlochs. Diese Schneidglieder enthalten durchgehend in einer Matrixmasse verteilte Diamanten, die derart beschaffen ist, daß die Diamanten sich bei ihrer Beschädigung loslösen und neue Diamanten in einem kontrollierten Ausmaß mit der Folge freigelegt werden, daß ein Nachschärfen des Schneidglieds für einen weiteren Bohrbetrieb eintritt.

Bisher bekannte Bohrmeißel mit in ihrer Oberfläche eingesetzten Diamanten sind nach dem Beschädigen oder dem Verlust von einigen ihrer Diamanten nicht mehr reparaturfähig. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, die Schneidglieder in einer Weise an dem auch als "Krone" bezeichneten Matrixteil des Meißelkörpers anzubringen, daß abgenutzte Schieidgliederchne weiteres entfernt und ersetzt werden können, ohne den Matrixteil nachteilig zu beeinflussen.

Bisher wurden gesondert hergestellte, gesinterte, Diamanten enthaltende Schneidglieder verwendet, die in eine

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Kohlenstofform eingesetzt werden, wobei die gesamte Matrixkrone durch einen bekannten Infiltrationsprozeß hergestellt wird, der eine Formtemperatur von üblicherweise zumindest etwa 1175°C erfordert. Bei dieser Methode ist der Meißel bei Abnutzung von Schneidgliedern nicht reparaturfähig. Außerdem können synthetische Diamanten nicht als Diamantbestandteil der Schneidglieder verwendet werden, da die Sinter- und Formtemperaturen eine thermische Qualitätsverschlechterung der synthetischen Diamanten verursachen.

Bei dem Bohrwerkzeug nach der Erfindung kann der Matrixteil als erstes mit in der OberfIacheteingesetzten Diamanten, die an dem innenseitigen Durchmesser und entlang dem außenseitigen Durchmesser eines als Kernbohrkrone ausgeführten Bohrwerkzeugs angebracht sind, versehen werden, um das innenseitige und das außenseitige Maß des Bohrlochs und des Kerns festzulegen und zu halten. Im Falle eines Bohrmeißels wird der Matrixteil zunächst mit an seinem äußeren Durchmesser angeordneten, in die Oberfläche eingesetzten Diamanten versehen. In beiden Fällen kann der Matrixteil durch das bekannte Infiltrationsverfahren hergestellt werden, das bei der obengenannten üblichen Formtemperatur von etwa 1175^eC durchgeführt werden kann. Die mit synthetischen Diamanten durchsetzten bzw. imprägnierten Schneidglieder können mittels eines bekannten Warmpreßverfahrens gesondei

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hergestellt werden, das die Herstellung der Schneidglieder bei einer weit geringeren Temperatur als der Infiltrationstemperatur ermöglicht. So kann die niedriger Temperatur z.B. bei etwa 1000°C liegen und ist somit für die Herstellung von synthetische Diamanten enthaltend SehnigILeofemgeeignet und führt nicht zu thermischen Schäden dir Diamanten.

In der beim Formen des Matrixteils benutzten Form sind an genau bestimmten Steifen Formelemente angeordnet, derart, daß der Infiltrationsvorgang auch zu vorgeformten Nuten oder Schlitzen im Matrixteil führt, in die die Schneidglieder eingesetzt und sodann durch einen Hartlötvorgang am Matrixteil bei einer niedrigen Temperatur befestigt werden, die beträchtlich unter der Temperatur liegt, bei der die synthetischen Diamanten thermische Schäden erfahren. So kann der Hartlötprozeß z.B. bei einer Temperatur von etwa 76O⁰C durchgeführt werden. Obgleich für die Herstellung der Schneidglieder auch Naturdiamanten Anwendung finden könnten, wird die Verwendung von synthetischen Diamantei bevorzugt, da diese im Bohrbetrieb eine längere Standzeit als Naturdiamanten haben.

Aufgrund der relativ niedrigen Temperatur, bei der die Schneidglieder am Matrixteil befestigt werden, können abgenutzte oder beschädigte Schneidglieder ohne weiteres

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dadurch ausgewechselt werden, daß das Bohrwerkzeug einfac ι auf die Hartlötungstemperatur gebracht wird, wodurch einzelne Schneidglieder entfernt und neue unbeschädigte Schneidglieder an ihre Stelle gesetzt werden können. Dementsprechend ist der Bohrmeißel bei erheblicher Einsparung von Bohrmeißelkosten reparaturfähig.

Während des Bohrvorgangs wird die Spülflüssigkeit durch den Bohrstrang nach unten gepumpt und tritt aus dem Bohrmeißel aus. Die Schneidglieder selbst sind am Matrixteil derart im Abstand zueinander angeordnet, daß sie Spülungskanäle bilden, durch die die Spülflüssigkeit unter Druck hindurchgedrückt werden kann, um das Bohrklein zu entfernen und nach oben entlang der Außenseite des Bohrmeißels und des Bohrstrangs zum Eingang des Bohrloches zu fördern, wobei die Spülflüssigkeit weiter dazu dient, sämtliche Schneidglieder des Bohrwerkzeugs zu säubern und zu kühlen und damit deren Lebensdauer zu verlängern.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibun in Verbindung mit der Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung näher veranschaulicht sind. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht eines

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erfindungsgemäßen Diamantbohrmeißels, Fig. 2 eine Unteransicht des Bohrmeißels nach der

Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 einen Detailschnitt nach der Linie 3-3 der

Fig. 1, in vergrößertem Maßstab, Fig. 4 eine teilweise geschnittene Ansicht einer

erfindungsgemäßen Kernbohrkrone, Fig. 5 eine Unteransicht der Kernbohrkrone nach

der Linie 5-5 der Fig. 4, Fig. 6 einen Detailschnitt nach der Linie 6-6 der

Fig. 4, in vergrößertem Maßstab, Fig. 7 eine Ansicht eines Teils der Kernbohrkrone

nach Fig. 4 unter Weglassung eines der

Schneidglieder zur Veranschaulichung der

dieses aufnehmenden Nut bzw. des Schlitzes,

in vergrößertem Maßstab, Fig. 8 einen Detailschnitt nach der Linie 8-8 der

Fig. 7, in vergrößertem Maßstab, und Fig. 9 eine der Fig. 8 entsprechende Ansicht einer

anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform.

Die Fig. 1 bis 3 veranschaulichen einen Bohrmeißel 10 zum Arbeiten auf der Sohle eines Bohrloches, wobei das Bohrklein um den Bohrmeißel und einen (nicht dargestellten) Bohrstrang herum zum Eingang des Bohrloches nach oben gespült wird. Der Bohrmeißel umfaßt einen oberen Anschlußkörper bzw. Schaft 11 mit einem oberen Gewinde-

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zapfen 12 zum Verschrauben des Bohrmeißels mit dem Bohrstrang. Der Anschlußkörper ist durch eine Schweißverbindung 11' und eine Gewindeverbindung 13 an einem unteren Grundkörper 14 befestigt, an dem ein an sich bekannter kronenartiger Matrixteil 15 fest angebracht ist. Durch das Bohrgestänge nach unten gepumpte Zirkulier- und Bohrflüssigkeit fließt in einen in den oberen und unteren Bohrmeißelteilen 11 und 14 vorhandenen Zentral- oder Hauptkanal 16, von dem aus die durch eine Mehrzahl von in ümfangsrichtung im Abstand zueinander· angeordneten, sich in Längsrichtung erstreckenden Auslässen bzw. Kanälen 17 strömt, die sich zum Ausstoßen der Flüssigkeit gegen die Sohle des Bohrlochs durch den Matrixteil hindurcherstrecken. Das untere nde eines jeden Verteilerkanals 17 steht mit einem achstehend noch beschriebenen, im wesentlichen radialen lüssigkeitskanal 18 in Verbindung, der sich zu dem äußeren Kalibrierbereich 19 des Bohrmeißels erstreckt.

Cn dem Kalibrierbereich des Matrixteils sind in der äußere (alibrierflache des Bohrmeißels Diamanten 20 oder ähnliche Jchneidglieder fest angebracht, die durch Infiltration seim Herstellen des Matrixteils 15 mit diesem fest ver-3unden werden. Der Matrixteil hat eine Mehrzahl von bei peiner Herstellung in seiner unteren Fläche gebildeten, Lm wesentlichen

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radialen Schlitzen oder Nuten 21, wobei diese Fläche einen Außendurchmesser- oder Kalibrierbereich 22 aufweist, dessen unteres Ende in einem sich nach unten konisch verjüngenden Bereich 23 endet, der seinerseits in einen zuunterst gelegenen Bereich bzw. eine Nase ausläuft. Die Nase 24 geht in einen sich nach oben verjüngenden, im wesentlichen konischen oder abgestuften Bereich 25 über, bei dem dargestellten Beispiel in Form einer Reihe von Stufen 26,27,28, wobei die oberste Stufe 28 einen zentralen Kernrohrbereich 29 begrenzt, in den sich beim Bohren des Bohrloches ein von dem Meißel gebildeter Kern mit relativ kleinem Durch messer hineinbewegen kann. Der Kern bewegt sich soweit nach oben, bis er an eine konische Kernbrecherfläche 30 anstößt, die den Kern abbricht, wodurch er durch einen Ausstoßkanal 31 abgeführt werden kann, der sich schräg zum Bohrmeißeläußeren zu einem Bereich oberhalb der Schneidfläche 19 erstreckt. Der zentrale, vertikale Kanal hat bei der Infiltration in die Oberfläche des Matrixteils im inneren Kalibrierbereich eingesetzte Steine bzw. Diamanten 32 zum Schneiden des (nicht dargestellten) Kerns mit kleinem Durchmesser, der, wie beschrieben, durch die Kernbrecherfläche 30 abgebrochen wird. Im äußeren Kalibrierbereich gelegene Diamanten sind in Felder 34 oberflächig eingesetzt, die von vertikalen Spülungskanälen 35 begrenzt werden, die von dem oberen Ende des sich verjüngenden Bereichs 23 ausgehen

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hin und sich nach oben durch eine sich nach oben/verjüngende Fläche 36 des Matrixteils und des angrenzenden Grundkörpers 14 öffnen.

In den in den Matrixteil 15 eingeformten Nuten bzw. Schlitzen 21 sind vorgeformte, mit Diamanten durchsetzte bzw. "imprägnierte" Schneidglieder 37 angebracht. Jedes Schneidglied kann aus einem oder mehreren Stücken hi gestellt sein. Wie dargestellt, stößt der obere Bereich 37a eines jeden Schneidgliedes gegen eine Schulter 38 am Ende eines vertikalen Nutenbereichs 39. Die Flanke bzw. der äußere Teil 37b des Schneidglieds ist in der in dem Matrixteil 15 vorgeformten, sich nach unten verjüngenden Nut 40 aufgenommen, während das obere Ende des Schneidglijedes mit dem äußeren Kalibrierbereich 37a aus einem Stück besteht, oder, im Falle einer von letzterem getrennten Herstellung, an diesen Kalibrierbereich anstößt. Der unterste Bereich 37c eines jeden Schneidgliedes, der mit der Flanke 37b aus einem Stück oder am unteren Ende der Flanke anliegend getrennt von dieser

hergestellt sein kann, ist von einer im Matrixteil eingeformten gekrümmten Gegertüt 41 aufgenommen.

iei der dargestellten Ausfuhrungsform enden die Bereiche ler Segmente im wesentlichen kurz vor der Achse des lohrraeißels, um Platz für das Anbringen von unterteilten der einstückigen Ringen 42,43,44 im Matrixteil zu

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lassen, die in Richtung nach oben allmählich kleiner werdenden Durchmesser haben und an den im Matrixteil ausgebildeten Gegenstufen oder -schultern 26,27,28 anliegen. Der Innenteil eines jeden Ringes überlagert jeweils teilweise den Auflenteil seines benachbarten Rings, und der oberste Ring 44 hat eine öffnung 45, die der Kernrohröffnung 29 entspricht. Diese Ringe sind mit Diamanten durchsetzte Schneidglieder, mit denen der mittlere Bereich des Bohrloches gebohrt werden kann.

Die Schneidglieder sind durch Hartlötung an dem Matrixteil angebracht, wobei das Lötmittel an den Seiten und Innenflächen der Nuten 21 und der Schneidglieder 37 entlangfließt und diese überzieht, wobei sich die Schneidglieder in einem erheblichen Ausmaß von der Bohrmeißelfläche nach außen erstrecken, das z.B. etwa die Hälfte der Tiefe eines jeden Schneidgut ausmachen kann. In gleicher Weise sind auch die diamantdurchsetzten Ringe 42,43,44 an den ihnen benachbarten Berührungsflächen des Matrixteils angelötet.

Wie oben ersichtlich, werden die Schlitze bzw. Nuten in dem Matrixteil 15 während der Infiltrationsphase vorgeformt, wobei die Diamanten 20 im äußeren Kalibrierbereich und die Diamanten 32 im inneren Kalibrierbereich, bei denen es sich in beiden Fällen um Naturdiamanten handelt, an dem Matrixteil unter teilweisem Einbetten

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in diesem befestigt werden. Auch die Stufen 26, 27 und 28, an die die diamantdurchsetzten Ringe 42,43,44 anzulegen sind, werden während der Infiltration im Matrixteil vorgeformt.

Die Schneidglieder und -ringe werden gesondert in einem bekannten Warmpreßverfahren mit Präzisionsabmessungen hergestellt, damit sie mit genauem Paßsitz ordnungsgemäß in die Schlitze bzw. Nuten 21 hinein und gegen die Stufen 26,27,28 sowie gegen die jeweils benachbarten Stufenhochseiten 50,51,52 passen. Die Schneidglieder und die -ringe werden alsdann unter Anwendung der Hartlötmethode an dem Matrixteil befestigt.

Das äußere Ende eines jeden Durchflußkanals 17 ist zwischen den Innenbereichen zweier Schneidglieder 37 diesen benachbart angeordnet. Wie ersichtlich, erstrecken sich aufgrund des Durchmessers des dargestellten Bohrmeißels zusätzliche Schneidglieder 60 von dem äußeren Kalibrierbereich des Bohrmeißels nach innen, wobei sie sich allerdings zu den übrigen Schneidgliedern 37 nur teilweise nach innen erstrecken. Diese Anordnung ist dazu vorgesehen, eine ausreichende Anzahl von Schneidgliedern für das Bohren der äußeren Bereiche des Bohrlochs zu gewährleisten. Derartige zusätzliche Schneidglieder können für das wirksame Bohren des Innenbereichs des Bohrlochs durch die längeren Schneidglieder

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überflüssig sein.

Die Schneidglieder ragen aus ihren jeweiligen Schlitzen nach außen vor und bilden Spülungswege bzw. -kanäle 61, durch die die aus den Spülungskanälen 17 austretende Flüssigkeit dem Kalibrierbeaäch des Bohrmeißels zugeführt wird, um die Schneidglieder zu reinigen und zu kühlen und das Bohrklein durch die Spülungskanäle 61 und alsdann nach oben durch die sich zwischen den Kalibrierbereichen der Schneidglieder erstreckenden, senkrechten Spülungskanäle 35 zu führen. Während des Bohrvorgangs wird der Mittelbereich des Bohrloches durch die diamantdurchsetzten Ringglieder 42,43,44 gebohrt, wobei der zurückbleibende kleine mittlere Kern durch den obersten Ring 44 hindurch und an den Steinen/Ses inneren Kalibrier bereichs vorbeigeht, um mit der Kernbrecherfläche 30 in Eingriff zu gelangen und durch den nach oben schrägen seitlichen Kanal 31 aus dem Bohrmeißel herauszutreten.

Bei der in Fig. 4 veranschaulichten Ausführungsform der Kernbohrkrone 10a hat der obere Anschlußkörper bzw. Schaft 11a einen Gewindeteil 12a zum Verschrauben der Krone mit einem äußeren Kernröhr einer (nicht dargestellten) Kernbohrvorrichtung, die in geeigneter, an sich bekannter Weise an dem unteren Ende eines (nicht dargestellten) Bohrstrangs befestigt ist. Das untere Ende des Schaftes 11a ist mit einem unteren Grundkörper 14a

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verschraubt, um den herum ein Matrixteil 15a kronenartig bzw. kranzförmig ausgebildet ist. Mit Diamanten durchsetzte Schneidglieder 37f bei dem dargestellten Beispiel von bogen- oder halbkreisförmiger Gestalt, sind vorgeformt und in in dem unteren Bereich des Matrixteils mit im wesentlichen radialer Erstreckung eingeformten Gegennuten 21a angesetzt. Der innere Bereich des Matrixteils hat eine sich nach oben hin verjüngende Fläche 100, die von einer Stelle oberhalb der inneren Enden 101 der Schneidglieder ausgeht und in eine innere Kalibrier- bzw. Schneidfläche 102 übergeht. Innere Spülungskanäle 103 unterteilen die innere Kalibrierfläche in Innenfelder 104, wobei sich die Spülungskanäle durch die innere konische Fläche 100 fortsetzen. In die Felder der konischen und der Kalibrierfläche sind Diamanten oberflädig eingesetzt.

Die äußere Kalibrier- bzw. Schneidfläche 105 des Matrixteils ist in gleicher Weise durch vertikale Spülungskanäle 107 in Felder 106 unterteilt, die in ihre Oberfläche eingesetzte Diamanten 108 aufweisen. Das untere Ende der äußeren Kalibrierfläche 105 endet in einer konischen Fläche 109, die an dem äußeren oberen Ende der in den Nuten 21a angeordneten Schneidglieder 37f endet. Die Spülungskanäle 111 der konischen Innenfläche stehen mit den zwischen den in den Schlitzen oder Nuten angeordneten Schneidglledern 37f vorgesehenen

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Spülungskanälen 112 in Verbindung. Entsprechend stehen d inneren Spülungskanäle 103 mit den von den mit Abstand voneinander angeordneten Schneidgliedern 37f gebildeten Spülungskanälen 112 in Verbindung.

Während des Kernbohrvorgangs durchströmt Spülung den Zwischenraum zwischen dem inneren und äußeren Kernrohr (nicht dargestellt)und die inneren Spülungskanäle 103, tritt durch die zwischen den Schneidgliedern 37f vorgesehenen Spülungskanäle 112 aus und strömt alsdann nach oben durch die Spülungskanäle 107 des äußeren Kalibrierbereichs der Bohrkrone und sodann weiter nach oben um das äußere Kernrohr und den daran befestigten Rohrstrang. Das Bohrklein wird durch die verschiedenen Spülungskanäle hindurchgespült, wobei die Spülung die Schneidglieder und die in die Oberfläche eingesetzten Diamanten auch kühlt und reinigt.

Die Schneidglieder 37f werden praktisch in derselben Weise wie die Schneidglieder für den Bohrmeißel gesondert nach dem Warmpreßverfahren hergestellt. Derartige Schneidglieder können synthetische Diamanten aufweisen, obgleich gegebenenfalls auch Naturdiaraanten Anwendung finden können.

Die Schneidglieder 37f werden durch Hartlöten innerhalb der Nuten 21a befestigt, was bei einer Temperatur von

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etwa 76O^eC erfolgen kann.

Entsprechend den Fig. 7 und 8 kann die hintere Fläche 115 eines jeden Schlitzes durch Ausbilden des Matrixteils mit einer abgeschrägten Flanke 116 vergrößert sein, die an der hinteren Fläche 117 des zugehörigen Schneidglieds anliegt. Dies vergrößert nicht nur den Flächenbereich, durch den Druckkraft vom Schneidglied 37a auf den Matrixteil 15a übertragen wird, sondern schafft auch eine zusätzliche Fläche für das Lötmaterial zum Befestigen eines jeden Schneidgliedes 37a in dem Matrixteil 15a. In Fig. 7 ist eines der diamantdurchsetzten Schneidglieder.bewußt weggelassen, um die groSe radiale Fläche 115 der Nut zu zeigen, in der das Schneidglied anzubringen ist.

Eine Abwandlung der abgeschrägten Flankeηanordnung ist in Fig. 9 veranschaulicht. Anstatt die abgeschrägte Flanke 116 wie in Fig. 8 mit der Matrix aus einem Stück besteh-end auszubilden, kann sie als gesondertes Wolframkarbidringteil 130 ausgebildet sein, dessen Innenbereich 131 rechteckigen Querschnitt aufweist und dessen Außenbereich 132 abgeschrägt ist oder eine dreieckförmige Gestalt hat. Der rechteckige Innenbereich 131 paßt in den hinteren Teil der entsprechend breiter ausgeführten Nut 115a hinein, und der abgeschrägte äußere Bereich 132 greift über einen weit größeren

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Bereich als bei der in den Fig. 3 und 6 veranschaulichten Form an der hinteren Fläche 117 des Schneidgliedes 37f an, stützt dieses rückseitig ab und vermittelt diesem weit mehr Abstützung als bei der in Fig. 3 und 6 veranschaulichten Ausführung. Das Ringteil 130 wird in der Nut 115a und an dem Schneidglied 37f selbst sowie an die hintere Fläche der Nut in denselben Arbeitsgang angelötet, in dem das Schneidglied an den Grund und an die vordere Seite der Nut angelötet wird.

Entlang dem Kalibrierbereich der Bohrkrone ist eine Anzahl von in Umfangsrichtung im Abstand zueinander angeordneten Spülungswegen 150 vorgesehen, damit die Spülung relativ große Bohrstücke nach oben entlang

der Bohrkrone zu dem darüberliegenden Schaft kleineren Durchmessers zur weiteren Aufwärtsbewegung um den Bohrstrang zum Eingang des Bohrloches befördern kann. Derartige Spülungswege sind üblicherweise bei Diamantbohrwerkzeugen vorgesehen.

Gemäß der Erfindung hergestellte Bohrwerkzeuge haben in äußerst harten und sehr abrasiven Formationen bei einer höheren Geschwindigkeit und unter Erreichung größerer Bohrlochtiefen bzw. -längen Bohrwerkzeuge mit Oberflächenbesatz gearbeitet. Das Vorformen der Schneidglieder und deren Anbringen in in dem Matrixteil vorgeformten Nuten, wo sie in geeigneter Weise, z.B.

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durch Löten bzw. Hartlöten, befestigt werden, setzt die Diamanten keinen überhöhten Temperaturen aus, die bislang erforderlich waren und zu einer Schwächung der Diamanten geführt haben, was insbesondere auf bei den Schneidgliedern verwendete synthetische Diamanten zutrifft. Die vorgeformten Schneidglieder werden in Vergleich zu der Infiltrationstemperatür, bei der der Matrixteil hergestellt wird und die bei etwa 1175⁰C liegt, bei einer niedrigeren Temperatur, und zwar einer solchen von etwa 1000⁰C hergestellt. Außerdem kann der Lötvorgang bei einer Temperatur von etwa 76O°C eindeutig bzw. beträchtlich unterhalb derjenigen Temperatur durchgeführt werden, bei der synthetische Diamanten durch Wärmeeinwirkung in ihren Eigenschcfei beeinträchtigt werden.

Aufgrund der niedrigen Löttemperatur und der Tatsache, daß die Schneidglieder gesonderte Fertigungsteile sind, bedeutet eine Beschädigung oder ein Verlust von Schneidgliedern nicht, daß das gesamte Bohrwerkzeug verschrottet werden muß. Vielmehr können die beschädigten Schneidglieder leicht ohne nachteilige Beeinflussung des übrigen Teils des Werkzeugs entfernt und durch neue Schneidglieder ersetzt werden.

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Claims

Patentansprüche:

1. Drehbohrwerkzeug für Tiefbohrungen, bestehend aus einem Grundkörper und einem mit diesem fest verbundenen Hartstoff-Matrixteil mit Schneidgliedern, der eine mit dem Sohlenbereich des Bohrloches in Gegenüberlage bringbare Matrixfläche darbietet, dadurch gekennzeichnet, daß der Matrixteil (15;15a) mit vorgeformten, in der Matrixfläche ausmündenden Ausnehmungen (21;21a) versehen ist und vorgeformte, diamantimprägnierte Schneidglieder (37;37f) in den Ausnehmungen mit einem überstand gegenüber der Matrixfläche zum Schneiden des Sohlenbereichs des Bohrloches bei einer Drehung des Bohrwerkzeugs angeordnet und mit den Wänden der vorgeformten Ausnehmungen fest verbunden sind.

2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Matrixteil (15;15a) bei einer Temperatur von über etwa 1090°C und die vorgeformten Schneidglieder (37;37f) gesondert bei einer Temperatur von weniger als etwa' 1040⁰C hergestellt sind.

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3. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schneidglieder (37»37f) mittels Lötmaterial mit den Ausnehmungswänden fest verbunden sind.

4. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidglieder (37;37f) jeweils von einem Gemisch von Diamanten und Hartmetall, die fest zusammengebunden sind, gebildet sind.

5. Bohrwerkzeug nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelztemperatur des Lötraaterials unterhalb etwa 76O^CC liegt.

6. Bohrwerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamanten der Schneidglieder (37;37f) synthetische Diamanten sind.

7. Bohrwerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgeformten Ausnehmungen von im wesentlichen radial verlaufenden Nuten (21;21a) gebildet sind, die sich zu einem äußeren Kalibrierbereich (19;105) erstrecken und die vorgeformten Schneidglieder (37;37f) in entsprechender Anordnung aufnehmen.

8. Bohrwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß die Schneidglieder (37;37f) mit Abstand voneinander angeordnet sind und zwischen sich zum äußeren Kalibrierbereich (19,-105) verlaufende Spülungskanäle (18;112) bilden und daß der Grundkörper mit einer Spülflüssigkeitszufuhr versehen ist, die mit den Spülungskanälen für ein Abführen von Bohrklein aus dem Sohlenbereich des Bohrloches in Verbindung steht.

9. Bohrwerkzeug nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Kalibrierbereich (19;1O5) des Matrixteils (15;15a) mit einem Oberflächenbesatz von Diamanten (20;108) versehen ist.

10. Bohrwerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Matrixteil (15) im der Werkzeugachse benachbarten Bereich mit einem Oberflächenbesatz von Diamanten (32) versehen ist.

11· Bohrwerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere vorgeformte, diamantimprägnierte Ringe (42,43,44) im mittleren Bereich des Matrixteils (15) angeordnet sind und der Matrixteil mit einer oder mehreren vorgeformten, den oder die Ringe abstützenden Flächen versehen ist, wobei der oder die Ringe fest mit der oder den Stützflächen verbunden ist bzw. sind.

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12. Bohrwerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich die vorgeformten Nuten (21;21a) zu einem inneren Kalibrierbereich des Matrixteils (15;15a) hin erstrecken, die inneren Bereiche der Schneidglieder (37;37f) an dem inneren Kalibrierbereich enden und dieser mit einem Oberflächenbesatz von Diamanten (32) versehen ist.

13. Bohrwerkzeug nach den Ansprüchen 8 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Spülflüssigkeitszufuhr Spülungskanäle im inneren Kalibrierbereich des Werkzeugs umfaßt.

14. Bohrwerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch sich über die Matrixfläche nach außen erstreckende Hartmetallabstützun gen (116;130), die druckübertragend mit den hinteren Sei ten (117) der Schneidglieder (37f) zusammenwirken.

15. Bohrwerkzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützungen (116) von mit dem Hartstoff-Matrixteil (15a) einstückigen Teilen gebildet sind

16. Bohrwerkzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützungen jeweils von einem gesonderten, mit dem Matrixteil (15a) fest verbundenen Stützglied (130) gebildet sind.

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17. Bohrwerkzeug nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Matrixteil (15a) mit die die Schneidglieder (37f) aufnehmenden Ausnehmungen (21a) fortsetzenden Ergänzungsaufnehmungen versehen ist, in denen die gesonderten Stützglieder (130) angeordnet sind.

18. Bohrwerkzeug nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidglieder (37f), die Stützglieder (130) und der Matrixteil (15a) sämtlich durch Lötmaterial miteinander verbunden sind.

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