JPH0532165B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、地下の種々の材料を除去するために
使用されるミーリング工具（milling tool）に関
する。更に詳細には、本発明は、ケーシング、カ
ラー、ドリルパイプ、セメント、動かなくなつた
工具及びその他の物品（item）を除去するため
のミーリング工具に関する。本ミーリング工具は
地下の物品を堀削水によつて除去することができ
る小さい部片及び削りくずに変える。

従来の技術及びその問題点 油及びガス工業において、油井及びガス井戸内
のケーシング、ドリルカラー、ドリルパイプ及び
動かなくなつた工具を除去することが必要であ
る。これは地上から地下に延びるドリルストリン
グ（drill string）の端に工具をとりつけて、行
なわれる。このドリルストリングは長さが数百フ
イート乃至数千フイート（数十ｍ乃至数千ｍ）に
及ぶことがある。典型的に井戸における作業領域
は地下の約3000乃至10000フイート（約900乃至
3000ｍ）又はそれ以上である。この地下における
種々の作業において、ボーリングを種々の方向に
行うことができるように、井戸ケーシングの１部
分を除去しなければならないことがあり、あるい
はドリルカラーを除去しなければならないことが
ある。ケーシングを除去する１つの理由は、主井
戸から追加の井戸を形成することを可能にするこ
とである。このミーリング工具の他の用途は、井
戸内で動かなくなつた工具を除去することであ
る。この後者の場合、穴内で工具によつてミーリ
ングすることによつて工具を破壊する。従つてこ
れが穴を再び開けるのでボーリングを再開するこ
とができる。これらのミーリング工具を使用する
更に他の用途がある。

ミーリング工具は、多年地下作業に使用されて
きた。これ等の工具の多くは、パイロツト部分及
びガイドを有する下方部分と上方カツテング部分
とを有している。これ等は、パイロツトミル、ド
リルパイプミル、ドリルカラーミル及びジヤンク
ミルという名で呼ばれている。地下作業で使用さ
れている更に他のミーリング工具がある。これ等
はスターテイングミル、ウインドウミル、ストリ
ングミル、ウオータメロンミル、テーパードミ
ル、セクシヨンミルを含む。これらのミルの各々
は異なる用途に使用される。しかしながら、これ
らのミルすべては１つの共通点を有しており、そ
してそれは材料又は物品を井戸穴から除去するこ
とである。これらのミルは、物品を削りくず及び
小さいチツプ変える。

種々のミルは、異なる型式のカツターブレード
を有している。いくつかのカツターブレードは工
具本体上に直線に配置され、長手方向に方向づけ
られる。他の工具では、カツターブレードは、ミ
ーリング工具の長手方向の軸線に対してある角度
を有して配置される。そして更に他の工具ではカ
ツターブレードは工具本体上に螺旋状に配置され
る。

上記のとおりの従来の工具においては、カツタ
ーブレードが短期間に摩耗し、また、摩擦接触に
より多くの熱を発生し、工具が短期間に破損せし
められるという問題点がある。

問題点を解決するための手段 従つて、本発明に従うと上記のとおりの問題点
を解決するために、 筒状の工具本体と、該工具本体を通る長手方向
の通路と、１端において駆動手段に連結するため
の手段と、該工具本体の表面に取付けられた複数
のカツターブレードとを含んでいる、地下から材
料を除去するためのミーリング工具において、 該カツターブレードが、その上にカツテングイ
ンサートを有しており、１乃至10度の負の軸線方
向すくい角と、実質的に一定の負の半径方向すく
い角とを有していることを特徴とするミーリング
工具 が提供される。

本発明に従うと、カツターブレードは負の軸線
方向すくい角を有し、且つ実質的に一定の負の半
径方向すくい角を有している。軸線方向すくい角
は、工具の長手方向軸線に平行な直線とカツター
ブレードとがなす角である。半径方向すくい角
は、カツターブレードと、工具の長手方向軸線と
カツターブレードの半径方向内側縁とを通過する
平面とがなす角である。後に、第７図及び第９図
を参照して、軸線方向すくい角及び半径方向すく
い角を詳細に説明する。負の軸線方向すくい角
は、カツターブレード工具回転の方向に傾斜され
ていることを意味している。負の半径方向すくい
角は、工具の回転方向への変位である。

カツターブレードの軸線方向すくい角は、良好
な切削性能を与えるように負の角度にセツトされ
る。この負の角度は通常２乃至３度である。カツ
ターブレードが直線であれば、負の半径方向すく
い角は、カツターブレードの下方端の０度からカ
ツターブレードの上方端の30度又はそれ以上に、
カツターブレードの全体にわたつて変化する。工
具がカツターブレードの全体の亙つて最適の切削
特性を提供するのは、負の軸線方向すくい角及び
実質的に一定の負の半径方向すくい角においての
みである。一般的に、負の半径方向すくい角は、
約０度と30度との間の実質的に一定の角度になけ
ればならない。これはカツターブレードの全長に
亙つて異なる状態の下で最適の切削特性を提供す
る。負の半径方向すくい角が30度を越えると、カ
ツターブレードの切削特性が悪くなる。

また、好ましくは、カツターブレードの前面上
に均一な形状のタングステンカーバイド・インサ
ートを設ける。タングステンカーバイド・インサ
ートは、少くとも約0.125インチ（約3.17mm）の
直径と少くとも約0.187インチ（約4.75mm）の厚
さとを有している円柱状であるのが好ましい。こ
れ等のインサートは、詰つた形態でカツターブレ
ード上にろう付けされる。また、カツテングイン
サートは、隣接するカツターブレードのカツテン
グインサートに対して、鉛直方向に少くとも約
0.0625インチ乃至0.25インチ（約1.59mm乃至6.35
mm）ずれているのが好ましい。その目的は、隣接
するカツターブレードに、カツテングインサート
の切削を行なう異なる部分を有することである。
これは、最適の切削がカツテングインサートの一
部分において行なわれることによる。また、タン
グステンカーバイド・インサートは、カツターブ
レードに取付けられるとき、約０乃至10度のリー
ド角を有するようにカツターブレード上に設けら
れるが好ましい。これらのカツテングインサート
は、例えば工具本体上にろう付けされ、好ましく
は各々の隣接するカツターブレードにおいて鉛直
方向にずれて配置され、そして更にカツテングイ
ンサートは、カツターブレードが工具本体に取付
けられるとき０乃至10度のリード角を有してい
る。この方法において、カツターブレードはその
全長に亙つて最適ミーリング位置にあり、そして
タングステンカーバイド・インサートは、少くと
もカツテングインサートのいくつかが常にそれら
の最適の切削を行なうように、カツターブレード
上に位置付けられる。

実施例 次に、本発明の好適実施例に従う、ミーリング
工具を、図面を参照して説明する。

第１図は、内部ケーシング２３をガス井戸及び
油井から除去するための工具を示している。土に
よつて囲まれている外部ケーシング２２が示され
ている。工具が、下方の力を受けて回転するに従
つて工具のカツターブレード２６が内部ケーシン
グ２３を削りとる。各々のカツターブレード２６
の下方面が、上方方向に摩耗しつつ、内部ケーシ
ング２３を切削する。工具の下方部分には、パイ
ロツト部分２５を有する。更に、穴内の工具を安
定化するために工具の下方部分の側部にガイド２
７を有する。工具の中心にチヤネル２４があり、
これを通つて堀削水が地表面から下方に流れる。

第２図は螺旋状のカツターブレード２６を備え
た本発明の一実施例を示している。この螺旋状の
カツターブレード２６は、約１度乃至15度、好ま
しくは３度乃至10度の負の軸線方向すくい角を有
する。半径方向すくい角は、負で角度０度乃至30
度であり、カツターブレードの全長に亙つて一定
である。負の半径方向すくい角は、好ましくは、
約５度乃至15度で一定である。

工具の上方部分は、部分２８とねじを切つた部
分２９とから成つている。ねじを切つた部分２９
は、地表面から下方に延びているドリルストリン
グに工具を連結する働きをする。堀削水は、地表
面からドリルストリングを通り工具へと、流れ
る。

第３図は、より詳細にカツターブレード２６を
示している。これ等のカツターブレード２６の
各々は、前面にカツテングインサート３０を有し
ている。前面は、工具の回転方向に面している工
具の表面である。カツテングインサート３０は、
好ましくはタングステンカーバイドで形成され
る。これ等のカツテングインサートは、少くとも
約0.25インチ（約6.35mm）、好ましくは少くとも
約0.375インチ（約9.52mm）の直径を有している。
カツテングインサートの各々の厚さは、少くとも
約0.125インチ（約3.17mm）及び好ましくは約
0.210インチ（約5.33mm）である。これらは、カ
ツテングインサートの数を最大にし、そして空所
を最小にするようなパターンで設けられる。カツ
テングインサートは、同じ直径を有するもので
も、異なる直径を有するものでもよい。しかしな
がら、これ等は同じ厚さでなければならない。こ
れらのカツテングインサートは、少くとも約
0.375インチ（約9.52mm）、好ましくは少くとも約
0.625インチ（約15.9mm）の厚さを有しているス
チール支持体３１上にろう付けされる。このスチ
ール支持体３１は、高硬度を有する必要はない。
これは、切削は、カツテングインサートによつて
行ない、スチールの支持体によつては行なわない
ことによる。

第４図は、カツターブレード２６を詳細に示し
ている工具の断面図である。この図では、各々の
カツターブレード２６は、カツテングインサート
３０を保持しているスチール支持体３１を有す
る。工具本体のスロツト３２がカツターブレード
２６の各々を受け入れている。しかしながら、
各々のカツターブレードに対する溝付きスロツト
は、必ずしも必要でなく、カツターブレード２６
を工具本体の外評面上に直接溶接することもでき
る。

第５図は、カツターブレード２６の各々の連結
をより詳細に示している。第５図は、溶接材料３
３によつて工具本体２０に取付けられているカツ
ターブレード２６上のカツテングインサート３０
によつて切削される内部ケーシング２３も示して
いる。これらのカツターブレード２６は、溝付き
スロツト内に配置されている。第５図は、また隣
接するカツターブレード２６上で鉛直方向にずれ
ているインサートを示している。カツテングイン
サートは、約0.0625乃至0.25インチ（約1.59mm乃
至6.35mm）ずれている。カツターブレード２６ａ
上のカツテングインサート３０ａ，３０ｂ，３０
ｃ及び３０ｄは、カツターブレード２６ｂ上の同
様のカツテングインサートからずれている。第６
図は、工具の下方部分を示している。ここのガイ
ド２７は、螺旋形であることが示されている。し
かしながら、ガイド２７を、工具の長手方向の軸
線に沿つた直線ガイドで形成することもでき、正
又は負の軸線方向すくい角を有するように設ける
こともできる。これらのガイド２７もまた、外表
面上にタングステンカーバイドのカツテングイン
サートを有するように構成する。これらは、通
常、ろう付けによつてカツターブレードと同一平
面に取付けられている小さいデイスク形状であ
る。

第７図は、負の軸線方向すくい角（axial
rake）として知られているものを説明している。
角度３６が負の軸線方向すくい角である。軸線方
向すくい角は、カツターブレードと工具の長手方
向軸線とのなす角度である。第７図において、３
５は、工具の長手方向軸線を示している。直線３
７は、工具のカツターブレード２６の周辺にあつ
て、長手方向軸線３５に平行な直線である。３８
は、工具の水平軸線を示す。角度３６は、カツタ
ーブレードの延長線と直線３７との間の角度とし
て示された、カツターブレード２６と工具２０の
長手方向軸線３５との間の角度である。これは、
カツターブレード２６が矢印によつて示された工
具回転方向にある角度を有して配置されているの
で、負の軸線方向すくい角を有することになる。
負の軸線方向すくい角は、金属又は他の材料のよ
りよい切削特性を提供する。

第８図は、リード角（lead angle）が何を意味
しているかを説明している。リード角３９は、カ
ツターブレード２６が水平軸線３８からずれてい
る角度である。カツターブレード２６の下方表面
がこの下方表面全体にわたつて水平軸線３８上に
あるカツターブレードはリード角０度である。ケ
ーシングを切削するカツターブレードのリード角
がより詳細に第１６図に示されている。本質的
に、カツターブレードのリード角が増加するにつ
れて、ケーシングは鋭い角度で切削される。カツ
ターブレードの下端まで矩形のカツターインサー
トが配置されている態様においては、カツターイ
ンサートのリード角はカツターブレードのリード
角と一致する。しかし、円形のカツターインサー
トを用いる場合には、カツターインサートのリー
ド角の技術的意味が重要ではないことは明らかで
ある。

第９図は、負の半径方向すくい角（radial
rake）が、何を意味いているかを説明している。
半径方向すくい角は、カツテング面と、工具の長
手方向軸線とカツターブレードの半径方向内側線
とを通過する平面とのなす角である。０度軸線方
向すくい角を有する直線カツターブレードは一定
の半径方向すくい角を有する。第９図は、負の軸
線方向すくい角を有している直線ブレードの負の
半径方向すくい角４０ａを示している。負の軸線
方向すくい角に対して一定の半径方向すくい角を
有することはカツターブレードの良好な切削のた
めに必要である。角度をつけたカツテイングイン
サートは、それ自体が、一定の半径方向すくい角
を有していないカツテイングインサートである。
このようなカツテイングインサートを用いて、半
径方向すくい角を調整することもできる。

第１０図及び第１１図は、５度の負の軸線方向
すくい角を有する直線状のカツターブレードの負
の半径方向すくい角４０ａの変化を更に示してい
る。簡単化のために、カツターブレードは０度の
リード角を有している。カツターブレードの変位
角は４０と示されている。負の半径方向すくい角
は工具本体の外径によつて異なる。更に、この負
の半径方向すくい角は、工具の長手方向に沿つて
変化する。例えば、12インチ（約30.5cm）ブレー
ド幅を備えた８インチ（約20.3cm）直径の工具
は、カツターブレードの下方端部（即ち、先端側
端部）４１の０度の負の半径方向すくい角から上
方端部（即ち、基部側端部）４２の20度以上の最
大半径方向すくい角まで変化する。第１２図及び
第１３図は、螺旋状のカツターブレードを備えた
工具を示している。この螺旋状のカツターブレー
ドは、５度の負の軸線方向すくい角を有してい
る。再び簡単化するために、０度リード角があ
る。負の半径方向すくい角は、この例では、一定
で、０度である。カツターブレードの全長にわた
つて最大切削特性を有するために、一定の負の半
径方向すくい角でなければならない。さもなく
ば、工具はカツターブレードの１つの領域におい
てのみ高効率を有することになる。

第１１図において、半径方向すくい角４０ａ
は、変位角４０と同じになる。これは半径方向す
くい角が、カツターブレードの下方端において０
であるからである。半径方向すくい角がカツター
ブレードの下方端において０でなければ、半径方
向すくい角と変位角とは一致しない。第１１図に
は、半径方向すくい角４０ａが、カツターブレー
ドの端が工具の半径方向軸線３８から離れている
角度として示されている。カツターブレードの切
削部分は、その長さにわたり半径方向軸線に沿つ
て変化している。対照的に第１３図において、変
位角４０は直線ブレードと同じであるが、カツタ
ーブレードは、切削部分がその長さ全体にわたつ
て半径方向軸線に沿うように螺旋状に延びてい
る。

第１４図は、０度のリード角を備えたカツテン
グインサート３０を有しているカツターブレード
２６を示している。これは内部ケーシング２３を
切削するのを示している。カツテングインサート
は、密接に詰められている。カツテングインサー
トは、同じ直径である必要はないが、それらは同
じ厚さでなければならない。カツテイングインサ
ートは、十分な硬度及び強度を有するタングステ
ンカーバイドを使用するのが好ましい。第１５図
は、タングステンカーバイド・インサートの側面
図である。第１６図は、約５乃至10度のリード角
を有しているカツテングインサートを備えたカツ
ターブレードを示している。これらの図における
カツターブレードは、それらが直線状のカツター
ブレードであつてもよいが、螺旋状のカツターブ
レードであるのが好ましい。また、第１６図にお
いて、金属支持体、例えばスチール支持体３１は
略長方形であり、しかもリード角を有するように
セツトしたカツテングインサートを備えることが
できる。カツテングインサートの下の金属を、ケ
ーシングの切削を行なうように、破砕
（crushed）タングステンカーバイドでカバーす
ることができる。

第１７図及び第１８図は、負の軸線方向すくい
角を有し且つ一定の負の半径方向すくい角を有し
ている直線状のカツターブレードの例を示してい
る。ここではカツテングインサートは所望の負の
軸線方向すくい角にセツトされる。これはカツテ
ングインサートを受け入れるために段になつた傾
斜溝４３を有しているカツターアームによつて達
成される。段になつた溝の角度が負の軸線方向す
くい角の角度を決定する。所定の負の軸線方向す
くい角にセツトされたカツテングインサートを備
えたこのカツターブレードをそれが０乃至30度の
負の半径方向すくい角を有するように工具上に取
付けることができる。更に、このサツターブレー
ドは任意の所望のリード角にすることができる。

更に他の代りの方法として、溝スロツトを用
い、カツテングインサートの列が異なる高さにあ
るように、その深さを変化させることができる。
また各々の溝は異なる深さであることができる。
カツターブレードの半径方向すくい角を変化させ
ることができる。

上記のとおりの説明は、カツターブレードを固
定的に設置することに向けられてきた。即ち、カ
ツターブレードは工具に溶接されている。しかし
ながら、本明細書の開示内容は、セクシヨンミル
（section mill）におけるように、伸張可能なカ
ツターブレードにも完全に適用することができ
る。その意図は、負の軸線方向すくい角及び負で
ある一定の半径方向すくい角にセツトされたカツ
ターブレードを使用することである。工具へのカ
ツターブレードの取付方法は重要ではない。伸長
可能なカツターブレードにおいては、ブレードは
機械的に又は液圧的に伸長されることができる。
更に、カツターブレードは旋回可能に設置され、
外方に延ばすことができ、あるいは、ブレード全
体にわたつて同じ量だけ外方に延ばすことができ
るように構成できる。セクシヨンミルは、伸長可
能なカツターブレードを有している工具である。
標準セクシヨンミルを、ここに説明した特徴を使
用するように構成することができる。種々の他の
変更をミーリング工具に対し行うことができ、且
つ特許請求の範囲の記載に従つて、本発明の範囲
内にある。

効 果 本発明によると、カツターブレードがカツター
ブレードの長さ全体にわたつて最適の切削方向を
有するミーリング工具を提供することができる。
これは、工具を交換することに費用がかかる作業
であるとき重要である。カツターブレードが最適
の切削方向にないとき、その工具はカツターブレ
ードが急速に摩耗するため、少ししか材料を除去
することができず、ケーシングまたは物品との摩
擦接触によつて多くの熱を発生する。ある場合に
は、熱の発生は工具を破損せしめる程度まで達す
る。これらのミーリング工具は、切削特性を最高
にし、且つ熱の発生を最小にするので油田及びの
他のケーシングをミーリングするとき、寿命は長
い。これは、ミーリング工具が取外され、そして
交換されなければならない前に、従来の工具と比
較して、４乃至10倍もの多くのケーシングを除去
することができる。油田における使用において、
ミーリング工具をドリル穴から除去し、工具を取
替え、そして新しいミーリング工具をドリル穴に
下に再び戻すのに８時間以上もかかることを考え
ると、１工具当り４乃至10倍以上のケーシングを
除去することができることは、かなりの時間及び
費用の節約となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、地下におけるケーシングを切削する
ミーリング工具の断面図である。第２図は、螺旋
状のカツターブレードを有しているミーリング工
具の斜視図である。第３図は、第２図のミーリン
グ工具のカツターブレード部分の斜視図である。
第４図は、第３図のカツターブレードの断面図で
ある。第５図は、第４図のカツターブレードの詳
細図である。第６図は、工具のパイロツト部分の
斜視図である。第７図は、負の軸線方向すくい角
を説明している概略図である。第８図は、リード
角を説明している概略図である。第９図は、負の
半径方向すくい角を説明している概略図である。
第１０図は、５度の負の軸線方向すくい角を有し
ている直線状のカツターブレードに対する負の半
径方向すくい角の変化を示している正面図であ
る。第１１図は、第１０図の工具の概略図であ
る。第１２図は、５度の負の軸線方向すくい角を
有している螺旋状のカツターブレードの負の半径
方向すくい角の変化を示している正面図である。
第１３図は、第１２図の工具の概略図である。第
１４図は、０度リード角でケーシングを切削する
カツターブレードの正面図である。第１５図は、
カツターブレード上のカーバイドインサートの側
面図である。第１６図は、負のリード角において
ケーシングを切削するカツターブレードの正面図
である。第１７図は、与えられたリード角におけ
るカツテングインサートを備えた直線状のカツタ
ーブレードの断面図である。第１８図は、第１７
図のカツターブレードの断面図である。 ２０……工具本体、２３……内部ケーシング、
２４……チヤネル、２５……パイロツト部分、２
６……カツターブレード、２７……ガイド、３０
……カツテングインサート、３２……スロツト、
３９……リード角、４０……変位角。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 筒状の工具本体と、該工具本体を通る長手方
   向の通路と、１端において駆動手段に連結するた
   めの手段と、該工具本体の表面に取付けられた複
   数のカツターブレードとを含んでいる、地下から
   材料を除去するためのミーリング工具において、 該カツターブレードが、その上にカツテングイ
   ンサートを有しており、１乃至10度の負の軸線方
   向すくい角と、実質的に一定の負の半径方向すく
   い角とを有していることを特徴とするミーリング
   工具。 ２ 該カツターブレードが該筒状の工具本体上に
   螺旋状に配置されている特許請求の範囲第１項記
   載のミーリング工具。 ３ 該カツテングインサートが、隣接するカツタ
   ーブレード上のカツテングインサートから軸線方
   向に実質的に1.59mm乃至6.35mmずれて配置されて
   いる特許請求の範囲第１項又は第２項に記載のミ
   ーリング工具。 ４ 該カツテングインサートが、円柱状である特
   許請求の範囲第３項記載のミーリング工具。 ５ 該カツターブレードの各々が、それらの前面
   に複数の円柱状のカツテングインサートを有して
   いる特許請求の範囲第１〜３項のいづれか１つの
   項に記載のミーリング工具。 ６ 該円柱状のカツテングインサートが、少なく
   とも3.17mmの厚さと少なくとも6.35mmの直径とを
   有している特許請求の範囲第４項又は第５項記載
   のミーリング工具。 ７ 円柱状のカツテングインサートが、実質的に
   5.3mmの厚さと実質的に9.5mmの直径とを有してい
   る特許請求の範囲第６項記載のミーリング工具。 ８ 該円柱状のカツテングインサートが、タング
   ステンカーバイドで形成されたインサートである
   特許請求の範囲第１〜７項のいづれか１つの項に
   記載のミーリング工具。 ９ 該カツターブレードが、０から10度のリード
   角を有している特許請求の範囲第１〜８項のいづ
   れか１つの項に記載のミーリング工具。 １０ 上記負の半径方向すくい角が、０乃至30度
   の角度である特許請求の範囲第１〜９項のいづれ
   か１つの項に記載のミーリング工具。 １１ 該カツターブレードが、該工具本体に固定
   的に取付けられている特許請求の範囲第１〜１０
   項のいづれか１つの項に記載のミーリング工具。 １２ 該カツターブレードが、該工具本体に移動
   可能に取付けられている特許請求の範囲第１〜１
   ０項のいづれか１つの項に記載のミーリング工
   具。