Brevet FR2011355A1 — publié le 19700227

i 2011355 La présente invention concerne des outils actionnés par fluide destinés à appliquer des coups de percussion répétés sur un trépan au cours du forage des puits de gaz et du pétrole et de leur équivalent. 5 La présente invention concerne un outil de forage à percus sion portant un carter, à l'intérieur est disposé un marteau coulissant creux axialement, s'adaptant étroitement audit carter et mobile entre une position supérieure et une position inférieure, ledit marteau ayant un siège de type anneau disposé autour de son alésage mais près de l'extrémité inférieure, une enclume creuse axialement ayant un siège annulaire à l'extrémité supérieure dudit alésage, ladite enclume étant disposée à l'intérieur dudit carter de façon coulissante et s'y adaptant étroitement et étant positionnée adjacente à une extrémité dudit marteau, ledit marteau se 15déplaçant alternativement entre une position supérieure éloignée de ladite enclume et une position inférieure de contact avec cette dernière, par l'action de soupape d'un moyen soupape sur un courant de fluide s'écoulant dans la partie principale creuse axialement, ledit marteau portant un siège de soupape annnlaire, et comprenant 20 une tige creuse de soupape? un moyen guide-soupape supporté par ledit carter à l'intérieur dudit marteau pour guider ladite tige de soupape; un moyen piston monté sur l'extrémité supérieure de ladite tige de soupape et s'adaptant de façon étanche à la paroi interne dudit moyen guide-soupapey ladite tige de soupape présentant à son 25 extrémité inférieure un élément épaulement s'étendant vers l'extérieur? et une tête de soupape annulaire montée de façon coulissante sur l'extrémité inférieure de ladite tige de soupape? ladite tête de soupape annulaire étant montée de façon coulissante autour de ladite tige de soupape, et s'y adaptant étroitement au-dessus dudit 30 élément épaulement, le côté supérieur de ladite tête de soupape annulaire formant une soupape annulaire destinée à prendre appui sur ledit siège de soupape annulaire portée* par ledit marteau, et le côté inférieur de ladite tête de soupape annulaire formant une soupape annulaire destinée à prendre appui sur le siège annu-35laire d'enclume. En outre, la présente invention concerne un outil de forage à percussion comprenant un carter, à l'intérieur duquel est disposé de façon coulissante un marteau creux axialement et sJy adaptant étroitement et mobile entre une position supérieure et une position 40 inférieure, une enclume creuse axialement disposée de façon coulis- 69 06088 2 2011355 santé à l'intérieur dudit carter et s'y adaptant étroitement et positionnée adjacente à l'extrémité inférieure dudit marteau, le dit marteau se déplaçant alternativement entre une position supérieure, éloignée de ladite enclume, et une position inférieure de 5 contact avec cette derniee, par l'actionëfe soupape d'un moyen soupape sur un courant de fluide s'écoulant dans la partie creuse axialement, ledit marteau portant un siège de soupape annulaire, et une tige de soupape; un moyen guide-soupape supporté par ledit carter à l'intérieur dudit marteau pour guider ladite tige de sou-10 pape; un moyen piston monté s tir l'extrémité supérieure de ladite tige de soupape et s'adaptant de façon étanche à la paroi intérieure dudit moyen guide-soupape; un moyen soupape sur l'extrémité inférieure de ladite tige de soupape; un siège annulaire dans l'extrémité supérieure de ladite enclume pour recevoir ledit moyen de 15 soupape, un plan vertical passant par ledit siège de soupape et délimitant un arc de cercle, l'extrémité supérieure dudit arc étant tangente à un premier alésage et l'autre extrémité dudit arc étant tangente à un second alésage; un alésage principal, ledit premier alésage et ledit alésage principal ayant chacun leur centre 20 sur l'axe central de ladite enclume, ledit second alésage étant excentrique par rapport au premier alésage, ledit second alésage ayant un diamètre qui n'est pas supérieur au plus petit diamètre environ du siège annulaire. La présente invention concerne un outil de forage à percussion 25compcrtait un carter, un marteau creux axialement disposé de façon coulissante dans ledit carter et s'y adaptant étroitement et mobile entre une position supérieure et une position inférieure et ayant un siège de type anneau disposé autour de son alésage près de son extrémité inférieure, une enclume creuse axialement disposée à 30 l'intérieur dudit carter de façon coulissante et s'y adaptant étroitement et positionnée adjacente à une extrémité dudit marteau, ledit marteau se déplaçant alternativement entre une position supérieure éloignée de ladite enclume et une position inférieure en contact avec cette dernière par l'action de soupape d'un moyen 35 soupape sur un courant de fluide s'écoulant dans la partie principale creuse axialement, ledit marteau portant un siège de soupape annulaire, ledit marteau présentant une face inférieure caractérisée par des gorges non radiales s'étendant du voisinage du bord extérieur de ladite face jusqu'à l'alésage dudit marteau de telle sorte 40 qu^ quand ledit marteau se déplace vers le bas pour frapper 69 06088 3 2011355 ladite enclume, l'écoulement de fluide dans lesdites gorges imprime un mouvement de rotation audit marteau. De plus, cette invention concerne un outil de forage à percussion comportant un carter, un marteau creux axialement disposé de 5 façon coulissante dans ledit carter et s'y adaptant étroitement et mobile entre une position supérieure et une position inférieure et ayant un siège de type anneau disposé autour de son alésage près de son extrémité inférieure, une enclume creuse axialement disposée de façon coulissante à l'intérieur dudit carter et s'y 10 adaptant étroitement et positionnée adjacente à une extrémité dudit marteau, un siège d'enclume annulaire dans l'extrémité supérieure de l'alésage d'enclume, ledit marteau se déplaçant alternativement entre une position supérieure, éloignée de ladite enclume, et une position inférieure de contact avec ladite enclume, 15 peu: l'action de soupape d'un moyen soupape sur un courant de fluide s'écoulant dans la partie principale creuse axialement, ledit marteau portant un siège; de soupape annulaire, ledit siège annulaire de marteau comprenant un siège annulaire de marteau supporté à l'intérieur inférieur de l'alésage dudit marteau, ledit ?iège 20 annulaire étant concentrique à l'alésage dudit marteau creux, un alésage auxiliaire de courte dimension longitudinale situé immédiatement au-dessus et adjacent audit siège de marte.au, ledit alésage auxiliaire étant excentrique par rapport à l'alésage principal dudit marteau. 25 On utilise les moteurs en percussion dans les trains de tiges de forage, pour provoquer axialement la vibration ou l'oscillation des trépans en même temps qu'ils sont entraînés dans la rotation pour le forage de tels puits. Des moyens soupapes utilisés dans le moteur de percussion sont décrits dans la technique antérieure 30 de même que dans une précédente demande de brevets en attente. Dans le passé il a été suggéré un certain nombre de: - conception des moteurs à percussion pour le forage de sondage dans la terre. Antérieurement à la mise au point de •. ççt outil, tel qu'il est généralement décrit dans le brevet ci-dessus, ceux qui ont eu 35 un certain succès ont été conçus pour être utilisés avec un cotirant de gaz à haute pression, air comprimé ou gaz naturel, par exemple. Le moteur à percussion est monté à l'extrémité inférieure du train de tiges et à son tour est relié à un trcpan approprié. Le courant de gaz haute pression, circulant dans le train de tigesde forage 40 dans le moteur à percussion et dans le fcrépan , provoque une 69 06088 4 2011355 percussion oscillante du trépan contre la couche de terrain et ceci produit une partie essentielle de l'effet de forage. Le train de tiges de forage est constamment soumis à une rotation, à la fois pour produire un effet de forage supplémentaire et pour réduire les 5 écarts dans la direction des forages. Le gaz comprimé provenant du moteur à percussion s'échappe normalement par des orifices ménagés dans le trépan et remonte dans l'espace annulaire créé entre les parois des trous et le train des tiges de forage, ramenant à la surface des débris de forage et des fluides du puits. 10 Quoique l'emploi de gaz comprimé se soit avéré tout à fait avantageux dans le forage de nombreux puits, il se trouve de nombreuses situations où le gaz comprimé ne peut pas être utilisé comme fluide de forage. Il est souvent nécessaire d'utiliser des liquides (généralement un liquide de forage à base d'huile ou à 15 base d'eau) pour contrôler l'écoulement des fluides en provenance des formations dans le puits et pour amener les débris de forage à la surface. Il est bien connu que la hauteur de refoulement imposé par la colonne de liquide dans le trou de sondage permet de contrôler l'écoulement des fluides provenant des couches de terrain 20 dans le puits de forage. Les moteurs à percussion utilisés précédemment qui ont été conçus principalement pour l'air ou le gaz comprimé ne donnent pas satisfaction quand le fluide de forage est liquide. La technique antérieure décrit les moteurs à percussion qui sont particulièrement conçus pour des opérations où le fluide 25 de forage en circulation ast un liquide. Même si les fluides de forage revenant^!a surface traversent généralement des tamis vibrants et traversent des zones de décantation dans le bac à boues, il est pratiquement impossible de produire un courant de matièressuscepti-blesd'être remises en circulation dans le train de tiges de 30 forage, qui ne contiennent pas une certaine quantité de matières abrasives. En conséquence, c'est un problème très délimité dans la conception des moteurs de forage à percussion actionnés par les liquides d'assurer des opérations de soupape sans abrasion exagérée et sans l'usure qui en résulte. Un autre problème entraînant 35 pannes fréquentes des soupapes d'un outil à percussion par liquide est l'impact de la soupape contre le siège. La présente invention a pour objet de fournir une amélioration du système de soupape de ce moteur à percussion de façon à réduire cette usure considérablement . 40 L'invention sera maintenant décrite en se référant ausdessins 69 06088 5 2011355 ci-joints, dans lesquels : La Figure 1A et la figure 1B représentent, respectivement, la partie inférieure et la partie supérieure de l'outil partiellement en coupe, représentant la tête de soupape type annulaire ayant 5 pris appui dans le siège annulaire de l'enclume; Les Figures 2-6sont des dessins représentant différentes phases pendant le fonctionnement de l'outil à percussion; La Figure 7 représente une coupe transversale du siège de la soupape d'enclume et de ses alésages associés; 10 La F.igure 8 est constituée de cercles représentant l'excentri cité du siège de soupape d'enclume et un alésage dans l'enclume immédiatement au-dessous du siège; La Figure 9 représente en coupJ^ïlragmentaire du siège de soupape et d'enclume; 15 La Figure 10 est semblable à la Figure 9 mais indique une marque d'usure; La Figure 11 représente en coupe une partie fragmentaire du siège de soupape et de marteau; La Figure 12 est semblable à la Figure 11 mais indique une 20 marque d'usure; La Figure 13 est une coupe fragmentaire de la tête de soupape de forme annulaire, de la tige de soupape et du siège d'enclume; La Figure 14 représente des gorges ménagées dans la partie inférieure du marteau. 25 Un moteur à percussion contient normalement deux pièces mobiles fondamentales, qui sont un marteau de type piston et une ou plusieurs soupapes pour répartir le fluide qui s'écoule dans les canalisations appropriées de façon à provoquer le mouvement alternatif du marteau. Quoique la présente invention concerne principalement une 30 construction et un agencement de soupape amélioré cette amélioration englobe à la fois ces deux pièces mobiles fondamentales car toutes deux coopèrënt pour produire l'action de soupape voulue. Le moteur entier sera expliqué brièvement et en particulier la façon dont l'ensemble des soupapes coopèrent avec les autres pièces de façon 35 que l'on puisse pleinement comprendre et apprécier l'amélioration du système de soupape. En plus, de l'ensemble de soupape et de marteau type piston ,un moteur à percussion a un logement ou carter qui emprisonne le fluide moteur et une enclume montée de façon coulissante dans le carter au-dessous du marteau; toutefois, 1'enclume 40 est agencée pour n'avoir qu'une déplacement axial limité. Le carter 69 06088 6 2011355 peut transmettre la force habituelle de haut en bas depuis les masses-tiges par l'intermédiaire de l'enclumetrépan. L'enclume est disposée de façon que sa face supérieure reçoive les impacts d'une face inférieure du marteau au cours de son mouvement alternatif. 5 L'extrémité inférieure de l'enclume est reliée au trépan. De plus, 'enclume est munie de cannelures et de saillies qui correspondent 6S à/cannelures et des saillies semblables ménagées dans la partie inférieure intérieure du carter de façon que le couple appliqué au carter à partir du train de tiges fasse tourner le trépan que 10 pendant /Le forage à percussion est en cours. En cours de fonctionnement, le moteur à percussion est monté à la partie supérieure du train de tiges de forage. Le train de tiges de forage est entraîné en rotation à partir de la surface et G un fluide à haute pression le traverse de haut en bas. Le fluide 15 travaille en traversant le moteur à percussion et il est évacué par un passage d'échappement pratiqué dans le trépan:.'.. Le fluide de forage subit une chute de pression considérable quand il passe dans l'outil de forage et dans le trépan, la pression du fluide dans l'espace annulaire qui sépare l'outil et le trou de 20 sondage étant normalement de 7 à 42 ou 56 kilogs/cm2, ou plus, inférieure à la pression du fluide dans le train de tiges de forage. Cette différence de pression sert 'à augmenter le mouvement alternatif du marteau. L'ensemble de soupape central;, oscille entre une position 25 supérieure et une position inférieure qui provoque l'application alternative de la force hydraulique à la partie supérieure et à la partie inférieure du marteau coulissant, l'amenant à osciller axialement, c'est à dire verticalement. Après chaque course ascendante du marteau il est poussé vers le bas pour frapper sur 30 l'enclume amenant à son tour l'enclume à appliquer une série de chocs de percussion au trépan au contract avec la couche de terrain. Ainsi qu'on le verra, le présent moyen soupape amélioré est aménagé pour réduire l'usure, en particulier l'érosion des éléments soupapes. La présente invention est particulièrement destinée à réaliser 35 cet ensemble de soupape amélioré". On se référera maintenant aux dessins et particulièrement aux figures 1A et 1B. Il y est représenté un carter tubulaire 10 qui est fixé^par. un raccord 50 à l'extrémité inférieure d'un train de tiges de forage classique (non représenté) . Le carter tubulaire 10 40 comprend une partie supérieure 12 dont le diamètre intérieur est è9 06088 7 2011355 plus petit que celui de la partie inférieure 14. Un orifice radial 18 traverse la paroi du carter 10 au-dessous mais près de la jonction 16 des parties supérieure et inférieure. Un marteau cylindrique étagé et creux 20 çsfc" monté pour 5 effectuer un déplacement axial à l'intérieur du carter 10. Le diamètre extérieur supérieur du marteau 20 est réalisé pour s'adapter étroitement dans la partie supérieure 12 du carter 10. De même, le diamèfire extérieur inférieur du marteau 20 s'adapte étroitement à la partie inférieure adjacente 14 du carter 10. Les joints d'étan-10 chéité 22 et 24 sont de préférence disposés entre le marteau et le carter dans leurs parties supérieures et inférieures. L'outil eomprend un alésage creux/'cians son extrémité supérieure qui est en communication libre et directe avec le train de tigesde forage pendant le fonctionnement. L'outil est disposé de telle sorte qu'il 15 -y est laissé essentiellement aucune -fuite de -fluide entre l'alésage creux 26 et l'orifice 18. Comme on le représente sur la Figure 14, la surface inférieure 38 du marteau présente plusieurs gorges 39 qui conduisent le fluide du bord extérieur de la surface 38 vers le centre de l'outil à avec 20 mesure que le marteau approche de son impact / 1'enclume 28. Les gorges 39 sont inclinées selon un angle à partir des lignes radiales venant de l'axe central du marteau, de façon que le liquida s'échappant des gorges imprime un mouvement de rotation au marteau. Le mouvement du marteau tournant autour de son axe créé un déplacement 25 relatif entre le marteau et le carter, les joints d'étanchéité, la soupape, et les sièges de soupapes, qui prolonge considérablement / 0cfurée en éliminant l'érosion de fluide du type à cav'.-tation. Une enclume 28 est montée de façon coulissante pour effectuer 30 un déplacement axial limité à l'extrémité inférieure du carter ÎO. A l'extrémité inférieure, l'enclume 28 est munie de moyens destinés à transmettre le couple du carter 10 à un trépan (non représenté) qui peut être fixé à l'extrémité inférieure d'une façon classique par exemple au moyen de filetages 30. On peut utiliser diverses 35 modifications de l'arrangement de transmission de couple. Une forme est présentée sur la Figure 1A dans laquelle la partie la plus inférieure du carter contient plusieurs nervures verticales 32 séparées par des cannelures ou gorges. Ces nervures 32 sont en contact avec des cannelures ou gorges équivalentes taillées, ou 40 ménagées autrement, dans la périphérie extérieure de la partie 69 06088 8 2011355 inférieure de l'enclume 28. La partie inférieure 28A de l'enclume 28 est agrandie ou même diamètre environ que celui du carter 10. La surface supérieure 102 de la partie enclume 28 A est destinée à recevoir l'extrémité inférieure 100 du carter 10 de façon qu'une 5 partie du poids du train de tiges de forage qui se trouve au-dessus puisse être appliqué au trépan, améliorant ainsi son efficacité dans le forage. Les cannelures pratiquées à la fois dans l'enclume 28 et dans le carter 10 sont plus longues que les nervures correspondantes ou de contact de façon que jusqu'à ce que le trépan 10 touche le fond, il y ait une distance verticale que l'enclurile 28 peut parcourir entre la position représentée sur la Figure 1A et une position inférieure dans laquelle les cannelures et nervures adjacentes sont en contact par le haut. Des moyens appropriés, non décrits en particulier, sont prévus pour limiter ce déplacement 15 vertical de haut en bas, une valeur-type d'environ 25,4 à 76,2 mm environ. L'extension totale immobilise le marteau quand le liquide est mis en circulation dans l'outil. Un alésage central 34 est ménagé dans l'enclume 28. La surface supérieure 36 de l'enclume 28 correspond à la surface inférieure 20 38 du marteau 20. Plusieurs gorges 40 sont ménagées dans la surface 36. L'enclume 28 comprend également plusieurs conduits 42 qui s'étendânt de la surface 36 à l'intérieur de l'alésage 34. Les gorges 40 sont coupées par les conduits 42 ou sont mis en communication de fluide avec eux d'une autre façon. Ces différentes gor-25 ges et conduits, pris isolément ou en combinaison, permettent l'évacuation rapide du liquide entre le marteau et l'enclume de façon à ne pas amortir l'impact entre les deux. Un guide soupape central ou tube guide 46 est supporté dans le carter 10 qui est relié au moyen de filetagesau raccord 50. 30 Un joint à rotule 48 est fixé à l'extrémité supérieure du tube guide 46 et correspond aux douilles de joints de rotules 47 qui sont montées dans l'évidement 51 du raccord 50, L'entretoise 49 et le ressort d'entrepoise 51 maintiennent le joint à rotule et la douille 49. Près de l'extrémité inférieure du tube guide, un moyen 35 guide type pattes d'araignées 53 supporté dans le marteau est prévu pour centrer de façon précise le tube dans la partie creuse du marteau et cependant permettre l'écoulement facile du fluide dans l'espace annulaire entre le tube guide 46 et l'intérieur du marteau 20. D'autres moyens de connections peuvent être utilisés. 40 Comme on l'a représenté sur le dessin, le raccord 50 fournit 69 06088 9 20113S5 également des moyens pour la liaison avec le train de tiges de forage. Le tube central de soupape 46 est prévu pour servir à contrôler le déplacement de l'ensemble de soupape. Le tube 46 est de préférence un tube à paroi mince de diamètre uniforme, monté con-5 centriquement dans le carter 10. L'extrémité supérieure du tube de soupape 46 est en communication de fluide directe avec le canal de fluide 26. L'extrémité supérieure du tube guide de soupape 46 présente plusieurs orifices 52 qui sont suffisants en dimension et en nombre de façon qu'il n'y ait qu'une très petite chute de 10 pression entre la pression de fluide dans le canal de fluide 26 et dans le canal de fluide 55 qui est l'espace annulaire entre l'extérieur du tube de soupape 46 et l'intérieur du marteau 20. Un ensemble principal de soupape est prévu pour l'extrémité inférieure du tube de soupape 46 et comprend une tige de soupape 54, 15 un piston de soupape 56 et une tête de soupape folle en forme supérieure d'anneau 58 ayant une surface de soupap^/58A et une surface de s oupàpe piston de soupape 56 s'adapte de façon étanche à l'intérieur de l'extrémité inférieure du tube guide de soupape 46. La tête de soupape annulaire 58 est montée de façon coulissante sur 20 l'extrémité inférieure de la tige de soupape 54 et un .^épaulement 59, qui est une partie agrandie de l'extrémité inférieure de la tige soupape 54, l'empêche de tomber. Lorsque l'on monte l'ensemble de soupape, on fait descendre la tête de soupape 58 sur l'extrémité supérieure de la tige de soupape 54, suivi du siège de marteau. 25 88 et de l'élément percutant 60. Le piston de soupape 56 est ensuite fixé sur l'extrémité supérieure de la tige» Ceci peut être effectué, par exemple, par une brasure à l'argent du piston sur la tige de piston. La température de fusion de la matière de brasure à l'argent efe la température de traitement thermique 30 de la matière du piston sont choisies de façon que la fixation et le durcissement du piston puissent être effectués-" en une seule et même opération. La tête de soupape 58 a une configuration inférieure intérieure qui complète et correspond à la partie extérieure 59A de 35 1'épaulement agrandie 59 de la tige de soupape 54. Pendant le fonctionnement normal la tête de soupape 58, comme on l'explique plus complètement après, est maintenue en position par la différence de pression qui existe perpendiculaire à cette tête de soupape. Les avantages d'un tel système sur la fixation de façon 40 rigide de la tête de soupape à la tige de soupape vont être * * 69 06088 10 2011355 exposés ci-après. La tige de soupape 54 traverse de façon coulissante en relation d'étanchéité l'élément terminal 60 du tube de soupape 46. Juste au—dessus de l'élément terminal 60 se trouvent plusieurs 5 orifices 62 ménagés dans la paroi du tube de soupape 46. La tige de soupape 54 est d'une longueur suffisante pour que lorsque les pièces mobiles de l'outil sont dans la position représentée sur la Figure 1 du dessin, il y ait une cavité 64 à l'intérieur du tabe de soupape 46 au-dessous du piston de soupape 56. Quand le piston 56 10 est au-dersus des orifices 62, la cavité 64 a sensiblement la même pression que la pression P3 qui règne dans l'espace ann^-^ laire 55 entre le tube de soupape 46 eV'marteau 20. Cette pressioi/ contre une aire Ayp qui est la composante horizontale de l'aire du côté inférieur du piston de soupape 56 qui est en communication 15 avec la cavité 46. Un moyen d'étranglement de fluide, représenté sur le dessin comme étant une buse ou un étranglement 66 est monté à l'intérieur du tube de soupape 46 au-dessus du piston de soupape 56. Cette buse fonctionne de telle sorte que la pression ?1 à l'intérieur 45 du tube guide de soupape 46, entre le piston 20 56 et la buse 66, est toujours sensiblement inférieur j. la pres-sion P3 qui règne dans l'espace annulaire entre le tube de soupape 46 et le marteau avec une exception qui sera représentés plus tard quand les orifices 62 sont en communication avec l'intérieur 45. Autrement dit, cet agencement permet à une pression réduite ^5 d'agir vers le bas contre la composante horizontale effective du pistoa de soupape 56. La buse 66 doit être à une distance suffisante au-dessus du piston 56 de "façon que le piston de soupape ne subisse aucun effet notable d'érosion. L'attention sera maintenant attirée vers le moyen destiné à arrêter le déplacement ascendant de 1'ensemble de soupapes (54, 56, 58)o Ceci peut, en effet, être considéré comme une butée amortisseur. L'extrémité supérieure du piston de soupape 56 comprend une cavité intérieure 56C. L'intérieur du tube guide soupape 46 ." au-dessus du piston 56 a une cavité tournée vers le bas 37. Cette 35 . cavité 37 est de forme annulaire et la dimension de la cavité 37 est telle qu'elle peut recevoir de façon coulissante l'extrémité supérieure de la tête de soupape 56 qui constitue la cavité 56C. Les fluides emprisonnés dans la cavité 37, quand l'extrémité • supérieure de la tige de soupape 56 atteint la surface inférieure 40 46A du tube guide soupape, avec la fuite de fluide contrôllée 69 06088 ii 2011355 dans 11espace annulaire à la surface 46A et le piston 56 provoque un arrêt de type amortisseur très efficace du déplacement ascendant de l'ensemble des soupapes. Les surfaces supérieure: 50A et inférieure 58B de la tête de 5 soupape 58 fonctionnent toutes deux comme des soupapes. L'attention sera alors attirée sur l'ensemble du siège pour le côté inférieur de la tête de soupape 58 de l'ensemble principal de soupape alternatif. Un siège cylindrique de soupape d'enclume 76 qui, effectivement, est un agrandissement de l'alésage de l'enclume 34 est 10 ménagé dans l'extrémité supérieure de l'enclume 28. La surface tournée vers le haut 78A du siège de soupape 76 a une forme qui ci lui permet de s'adaftar^a surface inférieure 58A de la tête de sou-pape 58. Une seconde surface 78B, dans le processus de mise en marche, correspond au siège inférieur 59B de l'agrandissement 59 15 de la tige de soupape 54 pour arrêter le déplacement vers le bas de la tige de soupape. Pour tenir compte des aires différentes voulues, le diamètre le plus grand (ou siège) de la tête de soupape 58 est supérieur au diamètre du piston 56. Le siège 78 peut être monté directement dans l'évidement 76 sans utiliser des 20 moyens amortisseur*3, étant donné que la tête de soupape 58 est maintenue hydrauliquement en place. La forme particulière des sièges et de la tête de soupape améliorés sera traitée en détail ci-après, en rapport particulièrement avec les figures 2.-12. 25 de l'enclume 78A, empêche l'écoulement de fluide de l'espace annulaire 55 et de son prolongement annulaire 87 vers l'alésage 34 à l'intérieur de l'enclume. L'espace annulaire 55 est l'espace qui sépare la paroi extérieure du guide de soupape 46 et la paroi intérieure du marteau 20. Comme on peut le voir sur le dessin 30 le fluide de forage s'écoule librement vers le bas à partir du train de tiges de forage par les orifices 52 et jusque dans l'espace annulaire 55. La tige de soupape 58 comprend une surface supérieure 5CA soigneusement usinée. La coopération entre cette surface et le 35 manchon de soupape annulaire dans le marteau, doit être maintenant considérée Près de la partie inférieure du marteau étagé 20, l'alésage du marteau est diminuée et un élément soupape-manchon annulaire 88 est prévu, qui constitue une pociie de soupape de marteau. Un siège annulaire de soupape 90 est prévu dans l'élément 40 annulaire 88 pour la surface supérieure 58A de la tête de soupape La tête de soupape 58, lorsqu'elle porte contre le siège 69 06088 12 2011355 58. L'alésage 91 de l'élément de soupape 88 est excentrique par rapport à l'alésage du marteau étage 20. L'attention est maintenant attirée vers la soupape annulaire ou secondaire. Celle-ci comprend une soupape annulaire 82 montée 5 sur la partie intérieure de l'extrémité inférieure du marteau 20 au-dessus de l'élément annulaire 88. La soupape 82 est de préférence munie d'une recharge 84. La partie inférieure légèrement conique 86 de l'élément inférieure 60 du guide de soupape 46 est de préférence en métal dur, par exemple métallisé au carbure de 10 tungstène, et est soigneusement usinéecomme les intérieurs de la recharge 84 de la soupape annulaire 82 de sorte que lorsque le marteau 20 se déplace vers le haut, la soupape annulaire 82 coopère avec la partie inférieure 86 pour arrêter sensiblement la totalité de l'écoulement de fluide vers le bas à partir de l'espace annu-15 laire 55. Il y aura encore un écoulement depuis l'espace annulaire 55 vers la cavité 64 (en dessous du piston 56 à l'intérieur du guide soupape 46) pendant que l'ensemble de soupape 54, 56, 58 se déplace vers le haut. De façon à mettre l'outil en marche, le diamètre de l'épaule-20 ment 59 de la tige repérée 117 doit être plus large que celui qui est repéré 119 sur le siège d'enclume. La configuration générale de l'outil de forage étant décrite, l'attention sera maintenant attirée vers son fonctionnement et en particulier vers la relation intérieure des différentes pièces de 25 la soupape qui ont été trouvées les plus importantes. Les dessins représentent l'outil de forage dans ce què semble être la position verticale. Toutefois, l'outil peut fonctionner dans n'importe quelle position r- horizontale, verticale, ou inversée - étant donné que l'action de soupape ne repose pas sur l'effet de gravité. 30 Un cycle de fonctionnement peut commencer avec les pièces dans les positions relatives représentées sur les Figures 1A et 1B. Là on peut voir que la soupape principale , c'est-à-dire la tête de soupape 58, se pose sur le siège de soupape d'enclume 78. A ce point du cycle de fonctionnement le marteau 20 repose sur l'enclu-35 me 28; toutefois, sur la figure 1A on les a représentés légèrement séparés pour faciliter l'identification des pièces. Ôn envisagera maintenant les forces prédominantes qui s'exercent sur la soupape et le marteau quand on applique la pression de fluide par l'intermédiaire du train de tiges de forage pour chacune des positions 40 indiquées sur les Figures 2-6 et surles Figures 1A et 1B. Les 69 06088 13 2011355 Les figures 2-6 sont dessinées pour représenter principalement les positions relatives des diverses pièces pour les différentes phases d'un cycle de fonctionnement plutôt que leurs dimensions relatives. Le marteau partira vers le haut à partir de la position représentée 5 sur Figure 1A parce que la force nette s'exerçant sur le marteau est haut vers le/=>« Cela est démontré par un examen des forces hydrauliques dominantes. La force descendante s1exerçant sur le marteau 20 est : (U p2A5+ P3a, où Ag er.t la composante supérieure horizontale de l'aire du marteau étagé en contact avec le fluide ayant une pression > laquelle est la pression qui s'exerce sur le fluide dans le puits annulaire extérieur de l'outil; A ^est la composante horizontale de l'aire supérieure du marteau étagé en communication avec le courant principal de fluide de forage dans l'espace annulaire 55 15 à une pression P3. La force ascendante qui s'exerce sur le marteau 20 est : (2) P3 Ag où Ag est la composante horizontale de l'aire de la surface inférieure du marteau. Etant donné que Ag est égal à A,. + A^, 20 il apparaît facilement qu'il y a une force ascendante qui s'exerce 20 sur le marteau/, du fait de la différence de pression. La force qui s1exerce sur 11ensemble de soupape pendant que le marteau est en train de s'élever (et avant que la soupape annulaire 82 ne s'approche ou s'appui du siège 86 sur l'extérieur de 25 l'élément guide soupape 46) sera maintenant indiqué. "La force descendante est : (3) P3 (A^ - Avg) + P1(Avp - Avg) et la force ascendante est (4) P3 (Ayp - Avg) + P'^ÉAyjj - Avs) 30 où A^jj est l'aire en coupe transversale de la tête de soupape 58 A^g est l'aire en coupe transversale de la tige de soupape; et A^est l'aire en coupe transversale du piston de soupape 56. P^ est la plus grande pression dans la cavité 64 et dans l'espace annulaire 55. 35 P'^est la pression réduite du fluide dans l'alésage 34, et comme il n'y a que peu d'écoulement à ce moment entre l'alésage 34 à l'extérieur de l'outil, sauf pour la quantité qui traverse la buse 66, on peut considérer en vue de cette explication que P']_ est également la pression approximative P2 du fluide dans le puits 69 06088 14 2011355 annulaire extérieur de l'outil et>également la pression approximative Pl à l'intérieur de l'alésage 45. La force nette qui s'exerce à ce moment sur l'ensemble de soupape est descendante et elle est 5 (5) (P3 - p^) (Ayjj) - (P3 - P^) Avp étant donné que est plus grande que A\rp par construction. La tête de soupape 58 reste fermée, c'est-à-dire appuyée dans l'enclume,, jusqu'à ce que le marteau s'élève à une position indiquée sur la Figure 2 et que la soupape secondaire se ferme, c'est-10 à-dire que la soupape annulaire 82 coulisse sur la partie inférieure 86 du guide soupape 46. Quand ceci se produit, la cavité 87 au-des-sous des éléments 86 et à l'extérieur de la tige 54 est séparée du courant principal du fluide de forage. Aassitôt que l'élément annulaire 84 est adjacent à l'extrémité inférieur 86 du tube 46 15 cela réduit l'écoulement de fluide dans la cavité 87. Cette réduction dans l'écoulement du fluide s'accompagne d'une diminution sensible de la pression au-dessous du marteau 20 étant donné que le volume de la chambre 89 séparant le marteau 20 de 1 Enclume 28 se dilate également. Quand la pression dans la chambre 89 dimi-20 nue de façon suffisante, l'ensemble de soupape est entraîné avec force vers le haut. La force nette s'exerçant sur l'ensemble de soupape est alors (6) (p3- px) Ayp + (pL - p'3) Ayjj où un signe positif représente une force ascendante et un signe 25 négatif représente une force descendante. P*3 approche de P2 parce que le volume de la cavité 87 et de la chambre 89 entre la soupape annulaire, c'est-à-dire, la soupape annulaire supérieure 84 et la face de 1*enclume se dilate plus vite que le fluide ne peut "fuir" au-delà de la soupape annulaire. En conséquence, la force ascendante nette qui s'exerce sur la soupape est (7) (P3 - pt) Avp + (pL - p2) Avh Comme cette valeur est positive et P3 est beaucoup plus grand 35 que PL et qu' A^n'est que légèrement plus grand qu'a Avpf l'ensemble de soupape est littéralement projeté vers le haut. La Figure 3 est semblable à la Figure 2 mais représente la soupapè 58 à mi-course ascendante environ entre l'enclume et le siège de marteau. La soupape continue vers le haut jusqu'à ce qu'elle 40 rencontre un moyen d'arrêt comme on l'a représenté sur la Figure 4, 69 06088 15 2011355 La cavité 47 est positionnée par rapport au piston 56 de façon que l'ensemble de valve soit arrêté avant que la tête de soupape 5SA vienne en contact avec le siège annulaire 90» Si la soupape était arrêtée par le siège annulaire 90, quand l'ensemble soupape et mar-5 teau se déplace vers le haut, la cavité 86 diminuerait de volume et la pression du fluide emprisonné à l'intérieur augmenterait rapidement. Ceci obligerait le fluide à s'écouler de force hors de la cavité 87 entre le siège annulaire 90 et la tête de soupape 58 empêchant la fermeture totale de la tête 58 sur le siège 90, provo-10 quant une érosion grave. Quand la soupape secondaire, c'est -à- dire la soupape annulaire 82 se ferme, la cavité 87 ne peut pas diminuer de volume une fois que la tête de soupape 58 est arrêtée. La cavité 56C est placée de telle sorte que la tête de soupape 58 est arrêtée à une position située juste au-dessous du siège de soupape 15 90 quand le marteau est dans sa position supérieure. La cavité de l'arrêt de soupape 87 est également positionnée de façon que la soupape annulaire 82 soit encore fermée (c'est à dire en contact avec l'élément soupape 86) quand le siège annulaire 90 est en contact avec la tête de soupape 58A dans la course descendante du 20 marteau. L'arrêt du marteau est effectué par la fermeture de l'élément soupape 86 se fermant dans la soupape annulaire 82. Le mouvement descendant du marteau a pour résultat la dilatation de la cavité 87 ce qui fait tomber la pression à 1*intérieur, permettant à la tête de soupape 58 de se fermer sur le siège 90 dans les 25 conditions de non écoulement. La surface de soupape 58A doit venir s'appuyer sur le siège 90 avant que la surface 84 de l'élément annulaire 82 se soit déplacée vers le bas suffisamment pour dégager le point 17 du tube ffuiâe soupape 46. Il sera notamment procédé à un rapide examen de la force 30 prédominante s'exerçant sur l'ensemble de soupape (compte non tenu de la force due au poids de l'ensemble lui-même) quand les différentes pièces sont dans la position représentée à la Figure 4 dans laquelle le piston 56 est entré ' en contact avec le moyen arrêt un amortisseur par exemple, la soupape annulaire 82 encore fermée 35 et la tête de soupape 58 ne prenant appui nulle part. La force nette qui s'exerce sur la soupape est : (s) + (p'3- - où la force positive agit vers le haut et la force négative vers le bas, et où P4 est la pression dans la cavité 47. Etant c|onné que 40 P*3 approche de P^ la force nette est alors (P3 - P4)Ayp qui est 69 06088 16 2011355 négative étant donné que P4 est beaucoup plus grand que p, jusqu'à ete ce que le moment de la soupape ait/absorbé par déplacement du liquide de la cavité 47 par l'espace annulaire séparant 46A et 56C. Quand l'écoulement de fluide est coupé ou réduit sous la sur-5 face Ag du marteau et que la valve 58 est arrêtée, la force descendante nette qui s'exerce sur le marteau dépasse rapidement la force ascendante et le martsau est entrainé vers le bas avec force, (sur la plus grande partie de la course descendante l'unité soupape et le marteau se déplacent ensemble.) Quand le marteau 20 commence 10 à descendre, la cavité 87 augmente et essentiellement aucun fluide ne s'écoule entre la siège 90 du marteau et la surface supérieure de soupape 58A de la soupape quand elle se ferme. Autrement dit, après un certain déplacement vers le bas, le marteau, par l'intermédiaire du siège de soupape 90 force la soupape à descendre avec 15 lui. La position relative des pièces est représentée sur la Figure 5. La force ascendante qui s*exerce sur la soupape est supérieure à la force descendante à cause du joint d'êtanchéité placé entre le tête de soupape 58A et le siège de sou^açe 90. La force nette qui s'exerce sur l'ensemble de soupape du/de la pression 20 cte fluide est : (9) (P3 - Pj^) (Ayp) + Px A^ - P3 Ajjg où un signe positif est une force ascendante et un signe négatif indique que la force est descendante, et AHS est l'aire de la tête de soupape 58 en contact avec la pression de fluide P3. Par 25 construction, Ayjj est plus grand que Avp qui est plus grand que Ajjg. En conséquence, la force nette qui s'exerce sur l'ensemble de soupape est ascendante. Le diamètre intérieur du tube 46 est par construction plus grand que le diamètre minimal du siège 90. Quand le marteau frappe l'enclume, le marteau s'arrête; toutefois, 30 l'inertie de la soupape la dêcole du siège annulaire 90 et met la aaupape en route vers son siège 78A dans l'enclume comme représenté sur la Figure 1A. Maintenant la soupape n'a plus de force ascensionnelle nette. La chambre de soupape 85, en s'adaptant étroitement à la soupape 58, joue.un rôle très utile en permettant 35 le maintient d'une différence de pression sur l'élément soupape 58 de façon qu'il continue à descendre vers le siège 78. Avant de mettre l'outil en marche, la première chose à faire est de faire descendre la totalité de l'outil près du fond du trou. Lorsqu'il y est parvenu, et quand de la boue à haute pression 40 est pompée par l'outil, les mécanismes de soupape prennent la 69 06088 17 2011355 position indiquée sur la Figure 6. Là on voit que la tête de soupape folle de forme annulaire 58 repose sur le siège 78 et la surface de soupape 5ç|B de la partie agrandie 59 de l'extrémité inférieure de la tige de soupape 54 s'appuie sur l'arrêt 78B. On observera, en 5 outre, que la soupape 58, dans cette position, ne repose pas sur l1 epe.ulemant tourné vers le haut de la partie agrandie 59. Le piston de soupape 56 repose au-dessous des orifices 62 dans le tube de soupape 46. Le marteau 20 est dans une position ascendante de sorte que la soupape annulaire 82 est en contact avec l'élément 86 du 10 tube de soupape central. La majeure partie de la boue retombe en s'écoulant par l'espace annulaire 55, les orifices 62, au-dessus et autour du piston 56, le long de la tige creuse de soupape 54, par le passage d'enclume 34, par le trépan jusque dans l'espace annulaire du puits destiné à l'outil.Une petite partie de la boue 15 s'écoule dans l'espace annulaire 55,passe entre 82 et 86 jusque dans les cavités 87 et 89 et de là dans le conduit de 1'enclume 42 menant à l'alésage d'enclume 34. On met l'outil en marche en l'abaissant jusqu'au fond du puits où 1*épaulement d'enclume 28A est déplacé vers le haut pour entrer en contact avec l'extrémité 20 inférieure du carter 10. L'arrêt du siège d'enclume 78B poussant contre l'agrandissement de tige 59 soulève la tige 54 et le piston de soupape 56 qui lui est attaché au-delà des orifices 62 du cube de soupape 46. Le courant de boue est maintenant limité et force à s'écouler par le jeu annulaire entre la soupape annulaire 82 25 et le tube central 86, réalisant une élévation rapide de la pression dans l'espace annulaire 55 et ainsi par l'intermédiaire des orifices 62 vers la partie inférieure du piston 56. La pression dans le passage 87 est de beaucoup inférieure à la fuite par les conduits 42. La force hydraulique descendante (p'3 - P^) qui 30 s'exerce sur la tête de soupape est inférieure à la force hydraulique ascendante (P3 - Pi)Ayp qui s'exerce sur le piston de soupape, ainsi la soupape se déplace vers le haut, atteignant la position de la Figure 4. Le mouvement alternatif normal du marteau continue alors. 35 De façon à mieux comprendre le système de soupape amélioré de ce forage par percussion, l'attention est maintenant appelée particulièrement sur les Figures 7, 8 et 9 qui représentent avec plus de détail la configuration du siège de soupape dans l'enclume et son rapport avec la tête de soupape. Sur la Figure 7 il est 40 représenté un alésage 100 et une enclume 28. Cet alésage 100 est 69 06088 18 2011355 juste au-âessus de l'arrêt de siège 78B et au-dessous du siège d'enclume 101. Le siège d'enclume 101 se termine par une partie verticale 102 qui est tangente au siège loi. La Figure 8 présente des cercles 104 et 106 qui, respective-5 ment correspondent aux cercles définis par 1'alésage 100 et par le siège loi et son prolongement vertical 102. Les cercles 104 et 106 sont excentriques l'un par rapport à l'autre; c'est à dire, 104 a un centre qui est 104' et le cercle 106 a son centre au 106'. De 11exposé qui va suivre l'importance du présent agencement deviendra 10 plus apparent. L'attention est maintenant appelée sur la Figure 9. Comme on peut le voir clairement, la soupape 58 a une surface de soupape inférieure 58B qui, dans la coupe de la Figure 9» est formée par un cercle de rayons R et un centre 110. La soupape 58 a également 15 une surface verticale 103 qui est concentrique avec la surface verticale 102 du siège d'enclume. Le siège d'enclume est destiné à recevoir une soupape 58B. La partie siège loi a un rayon R de même centre 110 (c'est à dire quand la soupape est en place sur son siège) de façon que le siège d'enclume puisse facilement rece-20 voir la soupape. La jeu entre la partie 103 de la tête de soupape 28 et la partie 102 du siège d'enclume est de façon type d'environ 0,508 à 1,016mm. Le portage proprement dit prend place au point F entre la partie courbe 58A de la soupape et la partie courbe 78B du siège d'enclume. Quand la soupape est neuve, une ligne tangente 25 au point de contact entre la surface da soupape 58A et le siège 78A forme de préférence un angle d'environ 10° avec l'axe de la soupape; Un tel angle a pour résultat une force latérale égale à la composante verticale de force multipliée par le cosinus de 10°. Les surfaces courbes sont conçues de 30 façon que l'abrasion naturelle conserva une forme permettant au joint d'étanchéité d'être toujours sur le grand diamètre du siège d'enclume. Il ya généralement une quantité importante de particules solides dans le fluide de forage et ceci provoque l'abrasion de la 35 soupape et du siège. On a remarqué dans certains types de soupapes utilisés antérieurement, que cette abrasion peut provoquer une poche telle que lorsque la tête de soupape 58 descend vers le bas avec force, du fluide est emprisonné dans la poche ce qui empêche la soupape de prendre convenablement appui, une autre forme d'abrasion 40 qui peut se produire use à la fois le siège de soupape et la 69 06088 19 2011355 soupape, ainsi ei?^eksa:!f^ soupape peut venir prendre appui au point où le diamètre peut être inférieur au diamètre du piston, alors la soupape se bloquera du fait das aires différentes qui ne coïncident pas a En certains cas, les problèmes forcent à remplacer prématuré— 5 ment les soupapes et les joints d'étanchéité. Ces problèmes sont éliminés, ou au moins minimisés, par l'utilisation de la présente invention. En considérant de nouveau la Figure 9 qui représente la configuration de la tête de soupape et du sièga de soupape d'enclume, 10 il est essentiel que l'étanchéité se produise au point F plutôt qu'au point G. Du fait de la présente configuration, ceci/produit toujours, même après usure ou abrasion. Il y a très peu de changement dans la direction du fluide au point F lorsque la soupape se ferme. Etant donné que la direction du fluide an point F n'est pas 15 changée, alors quand la soupape se ferme, l'érosion de la matière au point F sera très légère. La force centrifuge du fluide à mesure qu' il progresse du point F au point G, avant que la soupape ne se ferme réellement, provoquera une certaine érosion sur la surface inférieure de la tête de soupape 58B ou le long de la star face 101 20 près du point G. Comme celui-ci s'use plus facilement que la surface au point F, on voit alors que le joint d'étanchéité doit toujours se trouver F au lieu du point G. Le diamètre du cercle formé par le contact au point F doit être plus grand que le diamètre du piston 56 pour que l'outil fonctionne convenablement. Ce système 25 d'érosion contrôlée assure cela. On a remarqué que si les alésages cylindriques 100 et 102 de la Figure 10 sont concentriques, la marque d'usure qui se produit doit être semblable à celle qui est représentée par le trépan sur le tête de soupape au point G' dans lequel le fluide emprisonné 30 au-dessus du point G' empêcherait la tête de soupape 58 de venir prendre appui dans le siège d'enclume 78A. De même, l'aire d'étanchéité serait limitée à un cercle repéré par le point G' inférieur à l'aire du piston 56, auquel cas la tête de soupape ne resterait pas sur le siège d'enclume et l'outil ne pourrait pas fonctionner. 35 En utilisant la présente invention aucun fluide n'est emprison né entre la soupape et le siège de soupape par une usure inégale quelconque de la tête de soupape sur le siège d'enclume. On empêche ceci en faisant le cercle 104 excentrique par rapport au cercle 106 sur la Figure 8. C1est à dire, l'alésage 100 est excentrique 40 par rapport à l'outil, et l'alésage qui délimite la partie verticale 69 06088 2011355 102 du siège de soupape d'enclume est concentrique à l'alésage de l'enclume. Comme on l'a représenté sur la Figure 7. A = A' B ^ B' 5 C = C' r = r' La marque d'usure de la tête de soupape 58 résultant de 1*excentricité des surface 100 et 102 est indiqué par le trait pointillé 115 sur la Figure 10 adjacente à G*. A noter également 10 que l'ensemble de soupape (54, 56, 58, 59, etc) tourne par rapport à l'outil. Cette particularité est particulièrement importante par rapport à l'alésage excentrique 100 pour empêcher l'usure typique qui résulterait d'un amortisseur effectivement formé. Cet amortisseur empêcherait la soupape de se fermer convenablement dans 15 le siège d'enclume comme on l'a représenté par le trait plein au point G' sur la Figure 10 et D sur la Figure 12. Le siège ménagé dans le marteau est construit de la même façon que le siège d*enclume sauf qu'il est inversé comme on le représente sur la Figure 11. Dans ce cas il est nécessaire que l'aire 20 d'étanchéité séparant la tête de soupape 58 et le siège de soupape du marteau soit limmitée à un cercle ayant un diamètre indiqué par le point D. Cette aire d'étanchéité est inférieure à celle du piston de façon qu'il puisse y avoir une nette force ascendante maintenant la tête de soupape fermée dans son marteau. L'érosion 25 est inférieure au point D parce que le déplacement du fluide passant par le point D venant de la chambre au-dessus est tangente à la courbe au point D tandis qu'il s'incurve par force quand il se déplace vers le bas du point D vers le point E. De même, l'alésage 91 du siège de marteau 88 est excentrique à sa surface extérieure. 30 En conséquence, l'érosion sur la surface supérieure 58A de la tête de soupape est répartie sur une large zone à l'opposé du point D sur le siège de soupape de marteau. Ceci réduit l'usure par comparaison à ce qui se produit sur les surfaces en dessous du point D. L'excentricité de l'alésage intérieur 91 du siège de marteau 88 35 empêche une marque d'usure telle que celle qui est représentée sur la Figure 12, dans laquelle la tête de soupape peut s'user sur une section cylindrique telle que celle que l'on a repéré au point D. Cette condition empêchera la soupape de venir prendre appui convenablement dans le siège du marteau à cause de l'effet 40 d'amortisseur. L'excentricité assure un jeu entre le siège de 69 06088 21 2011355 soupape de marteau et la tête de soupape comme on l'a représenté par le trait pointillé repéré D'. On a indiqué plus haut que la tête de soupape annulaire 58 maintenait sa position sur 1'épaulement 59 de la tige 54 du fait de 5 la différence de pression. En se référant à la Figure 13, une explication peut être donnée pour indiquer d'où cela provient. La tête de soupape 58 est maintenue en contact avec la face supérieure 59 de l'agrandissement inférieur de la tige de soupape 54 par la différence de pression qui est toujours présente.Il sxiste une force descen-10 dante qui s'exerce sur la tête 58 et qui est égale à la différence de pression entre les cavités 87 et 34 agissant sur la différence d'aire entre Avh et Avs. Elle est de plus maintenue par la différence entre la pression ambiante dans le puits à la profondeur atteinte et la pression de vapeur du fluide de forage agissant sur la diffé-15 rence des aires entre Agg (aire en coupe transversale de la partie agrandie 59) et Avs» La limite inférieure de la course de la tête de soupape 58 et le siège d'enclume 78 ou la surface 59 de l'agrandissement de la tige de soupape quand la soupape 54 est dans les positions autres que celle que l'on a représentée sur la Figure 13. 20 on peut voir que la lourde masse de la tige 54 et du piston 46 est arrêté hydrauliquement une fois que la tête de soupape 58 vient reposer sur le siège d'enclume 78. Ainsi, l'effort due à l'î:>apact est réduit plusieurs fois étant donné que seule/masse relativement petite de la tête 58 est arrêtée mécaniquement. La masse arrêtée 25 mécaniquement de l'ensemble de soupape est réduite dm facteur de 6. La conception améliorée de la tête d'-2; soupape annulaire folle permet l'utilisation de davantage d'alliages résistant à l'usure pour la tête et les sièges de soupape, dont auparavant l'emploi était limité par la difficulté de fixer (par brasure par exemple) 30 de tels alliages fragiles à la tige de soupape. Quoique l'on ait décrit ci-dessus un nombre limité des exemples de la présente invention, diverses modifications peuvent lui être apportées sans s'écarter de l'esprit et du champ d'application de l'invention. 69 06088 22 2011355 REVENDICATIONS 1. Un outil de forage à percussion comportant un carter, à 1'intérieur duquel est disposé un marteau coulissant creux axialement, s'adaptant étroitement audit carter et mobile entre une posi-5 tion supérieure et une position inférieure, ledit marteau ayant un siège de type anneau disposé autour de son alésage mais près de l'extrémité inférieure, une enclume creuse axialement ayant un siège annulaire à l'extrémité supérieure dudit alésage, ladite enclume étant disposée à l'intérieur dudit carter de façon coulis-10 santé et s'y adaptant étroitement et étant positionnée adjacente à une extrémité dudit marteau, ledit marteau se déplaçant alternativement entre une position supérieure éloignée de ladite enclume et une position inférieure de contact avec cette dernière, par l'action de soupape d'un moyen soupape sur un courant de fluide s'écoulant 15 dans la partie principale creuse axialement, ledit marteau portant un siège de soupape annulaire, et comprenant une tige creuse de soupape; un moyen guide-soupape supporté par ledit carter à l'intérieur dudit marteau pour guider ladite tige de soupape; un moyen piston monté sur l'extrémité supérieure de ladite tige de soupape 20 et s'adaptant de façon étanche à la paroi interne dudit moyen guide-soupape; ladite tige de soupape présentant à son extrémité inférieure un élément épaulement s'étendant vers l'extérieur; et une tête de soupape annulaire montée de façon coulissante sur l'extrémité inférieure de ladite tige de soupape, ladite tête de soupape an-25 nulaire étant montée de façon coulissante autour de ladite tige de soupape, et s'y adaptant étroitement au-dessus dudit élément épaulement, le côté supérieur,de ladite tête de soupape annulaire formant une soupape annulaire destinée à prendre appui sur ledit siège de soupape annulaire porté par ledit marteau, et le côté 30 inférieur de ladite tête de soupape annulaire formant une soupape annulaire destinée à prendre appui sur le siège annulaire d'enclume. 2. Un outil de forage à percussion selon la revendication 1, comportant dans ladite enclume une butée tubulaire espacée au-dessous dudit siège annulaire, ladite butée annulaire étant de 35 plus petit diamètre que ledit siège annulaire, ladite butée annulaire étant agencée pour recevoir une surface correspondante de l'extrémité inférieure dudit élément épaulement de ladite tige de soupape; un alésage entre ledit siège annulaire et ladite butée annulaire, l'axe dudit alésage étant excentrique par rapport à 40 l'axe de ladite enclume, ledit siège annulaire étant concentrique 69 06088 23 2011355 à la partie creuse principale de ladite enclume. 3. Un outil de forage à percussion selon la revendication 2, dans lequel ledit siège annulaire dudit marteau est contigu à un court alésage intérieur positionné juste au-dessous dudit siège, ledit 5 alésage intérieur étant d'un diamètre plus petit que ledit siège, ledit alésage intérieur étant également excentrique à l'alésage dudit marteau. 4. Un outil de forage à percussion selon n'importe laquelle des revendications 1-3, dans lequel la face inférieure dudit marteau 10 contient des gorges non radiales venant de la paroi extérieure et s'étendant vers l'intérieur jusqu'à son alésage de façon qu'à mesure qu que le marteau approche de l'enclume, l'écoulement de fluide dans les gorges imprime un mouvement rotatif au marteau. 5. Un outil de forage à percussion selon n'importe laquelle des 15 revendications 1-4, ledit outil pouvant être attaché à l'extrémité inférieure d'un train de tige de forage, ledit carter étant adapté pour être relié audit train de tige de forage et comprenant dans son extrémité supérieure un passage pour fluide de forage, ledit carter contenant une partie supérieure dont le dia- 20 mètre intérieur esc plus petit que celui d'une partie inférieure; ladite enclume creuse étant montée dans l'extrémité inférieure dudit carter tubulaire, l'extrémité supérieure de ladite enclume présentant un évidement étagé en cylindre et un premier siège dans la première partie dudit évidement étagé et un second siège dans la 25 seconde partie étagée, ladite enclume comportant des conduits s'étendant de sa surface supérieure à son intérieur creux; ledit marteau étant étagé et ayant un prolongement supérieur de diamètre inférieur à celui de sa partie inférieure, et, étant positionné dans ledit carter tubulaire au-dessus de ladite enclume, l'exté-30 rieur au prolongement étagé dudit marteau avec ledit carter formant une cavité annulaire entre ledit marteau et ledit carter tubulaire, ladite cavité étant en communication de fluide avec l'extérieur dudit carter tubulaire, ledit marteau ayant une surface supérieure de sa partie inférieure en communication de fluide avec ladite 35 cavité, une surface superieure de son prolongement en communication de fluide avec le passage de fluide de forage dudit carter, et une surface inférieure destinée à frapper ladite enclume. 6. Un outil de forage à percussion selon n'importe laquelle des revendications 1-5, ledit moyen guide-soupape comportant un guide 40 cylindrique de soupape fixé audit carter et s'étendant jusque dans 69 06088 24 2011355 la partie creuse dudit marteau, un épaulement annulaire intérieur étant prévu près de l'extrémité inférieure dudit guide-soupape et formant un passage de diamètre réduit, ledit guide comportant des orifices pratiqués dans la paroi dudit guide immédiatement au-5 dessus dudit épaulement, l'extérieur dudit guide-soupape étant d*un plus petit diamètre que l'intérieur dudit marteau, en formant ainsi un espace annulaire; un moyen établissant une communication de fluide entre ledit passage de fluide de forage et l'espace annulaire entre ledit guide-soupape et ledit marteau; et un ensemble 10 de soupape traversé par un passage longitudinal et présentant un élément supérieur agrandi positionné et s'adaptant de façon étanche à 11 intérieur dudit guide-soupape au-dessus de son épaulement annulaire intérieur, ledit ensemble de soupape présentent une extrémité inférieure agrandie ayant vin épaulement tourné vers le bas 15 et agissant comme une soupape quand il prend appui sur ledit second siège de soupape de ladite enclume; l'ensemble de soupape comportant ladite tête de soupape annulaire montée de façon coulissante sur ladite tige de soupape au-dessus de ladite extrémité agrandie, l'extrémité inférieure de ladite tête de soupape annulaire 20 étant adaptée pour prendre appui sur ledit premier siège annulaire de ladite enclume creuse et formant ainsi une soupape„ 7. Un outil de forage à percussion selon la revendication 6, comportant un premier élément siège de soupape annulaire à l'extrémité inférieure dudit marteau et encastré à l'intérieur de celui-ci afin 25 d'entrer en contact avec le côté supérieur de ladite tête de soupape annulaire dudit ensemble de soupape pour constituer un moyen soupape; une soupape annulaire sur l'intérieur inférieur dudit marteau au-dessus dudit premier élément siège de soupape et servant de complément à l'extérieur de l'extrémité inférieure dudit guide-30 soupape pour constituer un moyen soupape; un étranglement dans l'extrémité supérieure dudit guide—soupape en communication de fluide avec ledit passage de fluide de forage; et un moyen de butée dans ledit guide-soupape et supporté par lui pour limiter vers le haut le déplacement supérieur dudit élément d'extrémité agrandi de ladite 35 soupape, à une position espacée au-dessous dudit siège de soupape annulaire dudit marteau quand ledit marteau est dans sa position supérieure. 8. Un outil de forage à percussion comportant un carter, un marteau creux axialement disposé de façon coulissante à l'intérieur 40 dudit carter, s'adaptant étroitement à ce dernier et mobile entre 69 06088 25 2011355 une position supérieure et une position inférieure, une enclume creuse axialement disposée de façon coulissante à l'intérieur dudit carter et s'y adaptant étroitement et positionnée adjacente à l'extrémité inférieure dudit marteau, ledit marteau se déplaçant 5 alternativement entre une position supérieure, éloignée de ladite enclume, et une position inférieure de contact avec cette dernière, par l'action de soupape d'un moyen soupape sur un courant de fluide s'écoulant dans la partie creuse axialement, ledit marteau portant un siège de soupape annulaire, et présentant une tige creuse de 10 soupape; un moyen guide-soupape supporté par ledit carter à l'intérieur dudit marteau pour guider ladite tige de soupape; un moyen piston monté sur l'extrémité supérieure de ladite tige de soupape et s'adaptant de façon étanche à la paroi intérieure dudit moyen guide-soupape; un moyen soupape sur l'extrémité inférieure 15 de ladite tige de soupape; un siège annulaire dans l'extrémité supérieure de ladite enclume pour recevoir ledit moyen soupape, un plan vertical passant par ledit siège de soupape et délimitant un arc de cercle, l'extrémité supérieure dudit arc étant tangente à un premier alésage et l'autre extrémité dudit arc ét^nt tangente 20 à un second alésage; un alésage principal; ledit premier alésage et ledit alésage principal ayanf chacun leur centre sur l'axe central de ladite enclume, ledit second alésage étant excentrique audit premier alésage, ledit second alésage ayant un diamètre qui n'est pas supérieur au plus petit diamètre environ dudit siège 2 5 annulaire. 9. Un outil de forage à percussion selon la revendication 8- dans lequel ledit moyen soupape comporte une tête de soupape annulaire montée de façon coulissante sur l'extrémité inférieure de ladite tige de soupape, un élément épaulement fixé à ladite tige de sou- 30 pape pour supporter ladite tête de soupape annulaire, un côté supérieur de ladite tête de soupape annulaire formant une soupape annulaire destinée à prendre appui sur ladite soupape annulaire portée par ledit marteau, et le côté inférieur de ladite tête de soupape annulaire formant une soupape annulaire destinée à prendre 35 appui sur ledit siège de soupape d'enclume. 10. Un outil de forage à percussion selon la revendication 8 ou 9, comportant un élément épaulement annulaire intérieur- supporté dans l'extrémité supérieure de l'alésage de ladite enclume et espacé au-dessous dudit siège annulaire en formant une butée pour ledit 40 élément épaulement porté à l'extrémité inférieure de ladite tige 69 06088 26 2011355 de soupape. 11. Un outil de forage à percussion selon n'importe laquelle des revendications 1-10, dans lequel la tangente à la tête de soupape annulaire, au point de contact de la tête de soupape annulaire et 5 dudit siège annulaire d'enclume, fait un angle de 10° environ avec l'axe de ladite enclume quand elle est neuve. 12. un outil de forage à percussion comprenant un carter, un marteau creux axialement disposé de façon coulissante à 1'intêrièur du carter et s'y adnptant étroitement et mobile entre une position 10 supérieure et une position inférieure et ayant un siège de type anneau disposé autour de son alésage près de son extrémité inférieure, une enclume creuse axialement disposée de façon coulissante à l'intérieur dudit carter et s'y adaptant étroitement et positionnée adjacente à une extrémité dudit marteau, ledit marteau 15 se déplaçant alternativement entre une position supérieure éloignée de ladite enclume, et une position inférieure de contact avec cette dernière, par l'action de soupape d'un moyen soupape sur un courant de fluide s'écoulant dans la partie principale creuse axialement, ledit marteau portant un siège de soupape annulaire, 20 ledit marteau présentant une face inférieure caractérisée par des gorges non radiales s'étendant au voisinage du bord extérieur de ladite face jusqu'à l'alésage dudit marteau de telle sorte que, quand ledit marteau se déplace vers le bas pour frapper ladite enclume, l'écoulement de fluide dans lesdites gorges, imprime un 25 mouvement de rotation audit marteau. 13. Un outil de forage à percussion comportant un carter, un marteau creux axialement disposé de façon coulissante dans ledit carter et s'y adaptant étroitement et mobile entre une position supérieure et une position inférieure et ayant un siège de type 30 anneau disposé autour de son alésage près de son extrémité inférieure, une enclume creuse axialement disposée de façon coulissante à l'intérieur dudit carter et s'y adaptant étroitement et positionnée adjacente à une extrémité dudit marteau, un siège d'enclume annulaire dans l'extrémité supérieure de l'alésage d'en-35 clume, ledit marteau se déplaçant alternativement entre une position supérieure, éloignée de ladite enclume, et une position inférieure de contact avec ladite enclume, par l'action de soupape d'un moyen soupape sur un courant de fluide s'écoulant dans la partie principale ceuse axialement, ledit marteau portant un siège de soupape 40 annulaire, ledit siège annulaire de marteau comprenant un siège 69 06088 27 2011355 annulaire de marteau supporté à l'intérieur inférieur de l'alésage dudit marteau, ledit siège annulaire étant concentrique à l'alésage dudit marteau creux; un alésage auxiliaire de courte dimension longitudinale situé immédiatement au-dessus et adjacent audit 5 siège annulaire de marteau, ledit alésage auxiliaire étant excentrique par rapport à l'alésage principal dudit marteau. 14. Un outil de forage à percussion selon la revendication 13, comportant an premier alésage dans l'extrémité supérieure de ladite enclume qui est tangente à l'extrémité supérieure de l'arc formé 10 par un plan vertical passant par ledit siège de soupape; et un second alésage sous la partie inférieure du.dit siège annulaire; un alésage principal; ledit premier alésage et ledit alésage principal ayant chacun un centre sur l'axe central de ladite enclume, ledit second alésage étant excentrique par rapport audit 15 premier alésage, ledit second alésage ayant un diamètre qui n'est pas supérieur audit plus petit diamètre dudit siège annulaire.