Brevet FR2065500A1 — publié le 19710730

377kl 1 2065500 La présente invention se rapporte à un procédé et à un appareil pour l'évacuation efficace des déblais de forage, par utilisation d'un nouveau type de trépan. Actuellement, la plupart des trépans sont de construc-5 tion semblable et comportent trois cônes fixés à des jambes ou queues constituant la partie inférieure du corps d'outil. Ces cônes sont entourés d'unecfenture annulaire, qui engrène partiellement avec les dents des cônes adjacents. Entre les parties supérieures des jambes sont généralement disposées des tuyères, à travers les-10 quelles passe le fluide de forage destiné à entraîner les déblais arrachés par les dents du trépan ; les tuyères sont logées dans des bossages qui provoquent un bombement du corps d'outil, entre les jambes. Cet outil est généralement appelé trépan à éjection. La boue de forage circule à l'intérieur du tube de forage et dans 15 le trépan, et sort par les tuyères, débouchant du trépan à plusieurs centimètres au-dessus de la surface de travail. Il en résulte que le fluide descend directement au fond ou plancher du puits. On admet alors qu'à cet endroit, il soulève les débris de forage et les fait remonter à la surface du sol. Des essais de 20 laboratoire ont montré que le fluide de forage exerce sur les déblais une force importante 'de^ilacage vers le bas, ce qui augmente le travail demandé à l'outil. Cette force de placage est due notablement à l'angle de contact du fluide sur les déblais. Le fluide, est en effet dirigé vers le bas, plutôt que latéralement ou vers le 25 haut® Une autre difficulté, associée à ce/type de trépan, est le manque d'espace pour le retour des déblais à la surface. Dans la construction actuelle, la zone, occupée par les jambes auxquelles sont fixés les cônes et par les bossages dans lesquels sont logés les tuyères, remplit la plus grande partie de l'espace compris en-30 tre le trépan et la paroi du trou. Ces deux facteurs - force de placage du fluide et manque d'espace pour le retour des déblais -ont pour résultat une assez médiocre évacuation des déblais» De plus, le fluide de forage doit être expulsé des tuyères sous une pression de l'ordre de 140 bars, pour obtenir une action d'éjec-35 tion convenable. Une pression aussi élevée nécessite un entretien coûteux pour la pompe à boue. Un autre type d'outil, plus ancien que le trépan à éjection décrit ci-dessus, fonctionne de façon analogue, excepté en ce que le fluide de forage sort de l'outil au centre du corps et ren-40 contre les dents du trépan, lorsqu'elles se trouvent à 180 degrés du 70 37741 2 2065500 fond du puits. L'inconvénient de ce dispositif est que le fluide de forage exerce une force de placage vers le bas sur la formation en cours de coupe, et que ce fluide a une action abrasive destructrice sur les cônes qu'il vient frapper. Le fluide sort bien au-5 dessus de la surface de taille et n'a donc aucun effet d'éjection. La présente invention vise un outil de forage, ou trépan, de type nouveau, qui évite les divers inconvénients rappelés ci-dessus. Le trépan suivant l'invention comporte un passage pour 10 le fluide de forage, tel que ce fluide traverse le corps de l'outil, jusqu'à un point situé près de la paroi extérieure des jambes du trépan. Le fluide descend alors jusqu'à la base du puits, où il est dirigé, car la paroi du puits et le passage, entre les dents qui attaquent le terrain. 15 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la des cription de sa forme de réalisation, non limitative, représentée sur les dessins annexés» Fig. 1 est une vue de dessous d'un trépan, en position d'attaque du terrain. 20 Fig. 2 est une vue de côté d'une des jambes du trépan, et Fig. 3 est une coupe d'un trépan en contact avec le terrain. On voit, sur la figure 1, que l'outil comporte des cônes 14 munis de dents 12. La paroi 18 du puits est représentée, pour 25 montrer l'importance de la zone hachurée 16 qui était occupée, dans l'art antérieur, par les tuyères et les bossages correspondants d' un trépan à éjection, et la façon dont la suppression de ces dispositifs augmente considérablement la section à travers laquelle le fluide de forage peut remonter à la surface. Les sorties de fluide 30 17, représentées en pointillé, sont disposées de manière que l'éjection du fluide ait un effet de centrage. En effet, cette éjection s'effectue dans une zone étranglée, par des canaux longitudinaux espacés' à la périphérie du trépan. Si le trépan penche d'un côté du trou, l'intervalle 19 entre la paroi du forage et le trépan 35 diminue. II en résulte une augmentation de la pression exercée par le fluide de ce côté et, conjointement, la pression exercée sur 1' autre jambe diminue, en raison de l'accroissement devl'espace sur lequel agit le fluide. Cette disposition tend à maintenir le trépan dans l'axe du puits, ce qui évite les problèmes de puits dévié.-40 Sur la figure 2, qui est une vue de côté de l'outil, on 70 37741 3 2065500 voit que celui-ci comprend un corps 21, comportant des jambes 22 et une queue filetée 20 pour sa fixation. Les cônes 14, sur lesquels sont formées les dentures 12, sont fixés sur des pivots, non représentés, situés à la partie inférieure de chaque jambe 22. Une 5 sortie supérieure de fluide 30 est prévue sur les-jambes 22, près -de leur extrémité la plus proche du connecteur 20. Cette sortie est l'extrémité d'un passage 26 qui débouche dans la paroi intérieure 27 du corps 21. Des canaux 34 partent des sorties supérieures 30 et se dirigent vers le bas, le long des jambes 22, jusqu*a 10 un point adjacent au cône 14. La paroi intérieure 27 communique avec un passage axial prévu dans le tube de forage, pour l'amenée du fluide au trépan. Le cône 14 présente des gorges 32, entre les dents adjacentes. Le fluide de forage descend par le tube jusqu'au trépan, traverse le passage 26 et sort en 30. Il descend ensuite 15 le long des canaux 34 en communication avec les gorges 32. A cet endroit, les parois et le fond du puits dirigent le fluide entre les dents adjacentes en contact avec le terrain, ce qui crée une action de chasse des déblais, dirigée latéralement. L'action de placage vers le bas du fluide de forage est donc sensiblement 20 évitée. En outre, l'action de balayage du fluide entre les dents adjacentes en contact avec' le terrain permet de nettoyer ces dents des débris de forage. Les canaux 34 sont assez larges pour être constamment en communication avec au moins une gorge 32. Cela est important lorsque les cônes ne tournent pas, car le fluide trouve 25 encore un passage, lorsque le trépan n'est pas en rotation sur le fond du puits. L'action du fluide de forage sur le terrain est illustrée par la figure 3, qui est une coupe du trépan en place dans la formation. Le fluide descend par la colonne de forage, non 30 représentée, jusqu'à la partie intérieure 36 du corps 21 du trépan. A la partie inférieure de la cavité 36 sont disposés les passages 26, situés bien au-dessous du connecteur fileté 20. Les passages 26 aboutissent aux canaux 34 respectifs, formés dans la paroi extérieure de la jambe 22 correspondante. Le fluide de forage sort 35 du corps 21 par les passages 26 et la sortie supérieure 30, descend par le canal 34 et oasse entre les dents adjacentes du cône 12, en contact avec la base du puits. La paroi 18 de la formation définit, en combinaison avec le canal 34, un passage de guidage du fluide. Lorsque ce fluide atteint la base du puits, il est dirigé- latéra-40 lement entre les dents 1.2« Grâce à l'effet de centrage résultant 70 37741 4 2065500 de la pression de fluide qui s'exerce sur trois côtés du trépan, il n'y a pas de difficulté à obtenir un puits rectiligne. Lorsque la section d'un canal 34 augmente, la pression du fluide diminue de ce côté. Inversement, la section des canaux opposés diminue et 5 la pression du fluide augmente aux endroits correspondants. Par conséquent, lorsque l'outil s'incline vers un côté du puits, la pression exercée par le fluide augmente de ce côté et tend à en éloigner l'outil. Le trépan suivant l'invention est donc à autocentrage et permet d'exécuter des forages, plus droits. En outre, 10 la sortie de fluide près des dents 12 qui sont en contact avec le terrain a pour effet de nettoyer ces dents et d'éliminer substantiellement la force de placage vers le bas exercée par le fluide sur les déblais. Le fluide rencontre ces déblais au moment exact de leur séparation de la formation. L'action de chasse s' 15 effectue latéralement sur les déblais, et non vers le bas, ce qui facilite leur évacuation. De plus, comme indiqué par les zones hachurées 16 sur la figure 1, les passages pour la sortie du fluide et son retour à la surface du sol sont considérablement augmentés, ce qui améliore la circulation du fluide. La combinaison 20 de l'augmentation du passage de retour du fluide, par la suppression des tuyères et de leurs bossages, et de la direction du fluide entre les dents adjacentes en contact avec la base du puits, permet l'utilisation de fluides de forage à une pression beaucoup plus faible que dans le cas des trépans à éjection. Il en résulte 25 une économie considérable dans le prix et l'entretien des pompes à boue. Les frais d'entretien de ces pompes augmentent géométriquement avec la pression. La suppression du placage des déblais, la circulation améliorée et le balayage hydraulique permettent une augmentation sensible de la vitesse de forage. 30 II est entendu que des modifications de détail peuvent être apportées dans la forme et la construction du dispositif suivant l'invention sans sortir du cadre de la présente invention ; celle-ci n'est pas limitée à la forme de réalisation représentée et décrite ci-dessus a titre d'exemple. 70 37741 5 2065500 REVENDICATIONS 1. Trépan, pour le forage de formations ou terrains, qui comprend au moins une pièce tournante munie d'une pluralité de dents adjacentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'amenée du fluide sous pression pour l'entraînement des déblais, directement entre les dents.adjacentes de la pièce tournante, qui sont en contact avec la formation. 20 Trépan suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la dite pièce tournante est un cône fixé à une jambe. 3. Trépan suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les dits moyens d'amenée du fluide comprennent un passage formé dans la partie supérieure de chaque jambe, débouchant dans la paroi de cette jambe. 4<> Trépan suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un canal réunissant la sortie du dit passage avec un point adjacent au cône. 5o Trépan suivant la revendication 2, 3 Qu 4, caractérisé en ce que le bord du cône, situé du côté de la jambe d'attache, comporte des gorges disposées entre les dents adjacentes, de manière à ce que le canal prévu dans la jambe soit aligné avec une de ces gorges correspondant aux dents en contact avec la formation à forer. 6» Trépan, suivant une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend : un corps creux prolongé à sa partie inférieure par une jambe; un pivot formé dans la partie inférieure de cette jambe ; un cône denté monté sur ce pivot ; des moyens de passage d'un fluide de l'intérieur à l'extérieur du corps, aboutissant à une sortie sur le corps ; et des moyens de guidage du fluide vers le bas, de ladite sortie jusqu'à un point adjacent aux dents du cône qui sont en contact avec la formation à forer. 70 Trépan, suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de guidage du fluide comprennent un canal, disposé verticalement le long de l'extérieur de la jambe, et délimitant avec la paroi du forage un passage sensiblement fermé, de la dite sortie jusqu'au cône» 8. Trépan, suivant la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que les moyens de passage du fluide, de l'intérieur à l'extérieur du corps, comprennent une ouverture à travers la paroi du corps, de préférence alignée avec le canal de guidage le long 70 37741 6 2065500 de la jambe® 9» Procédé d'évacuation des déblais de forage, comprenant le pompage de fluide vers le bas, par une colonne annulaire de forage, jusqu'à un trépan, caractérisé en ce que la sortie de ce fluide s'effectue à l'extérieur du trépan, suivant un trajet sensiblement fermé, jusqu'à un point adjacent au bord de coupe du trépan en contact avec la formation à forer. 10. Procédé, suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le fluide traverse la paroi du trépan vers le bas pour aboutir entre' les dents de chacune des jambes du trépan en contact avec le fond du forage. 11. Procédé d'évacuation des déblais'de forage, suivant la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce qu'il comprend : une circulation du fluide à travers la paroi du corps de trépan ; le guidage du fluide vers le bas, dans un canal formé dans la paroi extérieure et délimité par la formation à forer, et le guidage du fluide, par la paroi latérale et le fond du forage, sensiblement latéralement entre les dents du trépan qui sont en contact avec la formation.