Brevet FR2126982A1 — publié le 19721013

On connais diverses formes de réalisation d'ensembles de forage, en particulier ceux qui comportent un outil de forage avec une queue et un trou d'injection de fluide, et un porte-outil avec un évidement destiné à recevoir ladite, queue et un canal d'injection de fluide en relation avec le trou de l'outil. L'évacuation des débris se fait par injection de fluide. Pour cela un fluide de balayage, qui peut être de l'eau, de l'air, un mélange eau - air ou une boue, est envoyé au fond du trou par un canal du train de tiges et par le trou d'injection de la tête d'outil. Les débris sont évacués en quelque sorte à contre-courant par ce fluide et remontent dans l'espace annulaire compris entre la tête, ou le train de tiges, et la paroi du trou foré, jusqu'à l'orifice de celui-ci. Sur les ensembles correspondant à cette forme de réalisation la queue de l'outil est normalement bloquée dans l'évidement du porte-outil,de façon à ne pas pouvoir se déplacer. Cela présente des inconvénients, en particulier quand le trou d'injection de la tête de l'outil se bouche au cours du forage, par pénétration de débris. Cela peut se produire par exemple quand l'outil de forage est engagé avant le début de l'injection ou quand l'injection est interrompue pendant le forage. Le bouchage du trou d'injection de la tête de l'outil et l'insuffisance ou l'interruption complète du balayage et de l'évacuation des débris qui en résulte, provoquent finalement le coincement de l'outil de forage dans la roche ou la terre. L'extraction du train de tiges devient alors très difficile et souvent même ne peut plus se faire sans endommager le train de tiges et l'outil de forage. A cela s'ajoute une perte de temps. L'invention se propose de remédier à cet état de choses. L'invention a pour objet un ensemble de forage du type décrit au début, qui garantisse la continuité du balayage quand le trou d'injection de la tête de l'outil est bouché et permette ainsi à tout moment une extraction facile et rapide du train de tiges. La transmission de couples élevés doit en même temps être assurée grâce à une liaison simple entre le porte-outil et l'outil. L'ensemble de l'invention se compose, de façon. connue, d'un outil comportant une queue et un trou d'injection de fluide,et d'un porte-outil comportant un évidement destiné à recevoir ladite queue et un conduit d'injection de fluide en relation avec le trou de l'outil. I1 est caractérisé en ce que l'arrière de la tête de l'outil, quand la queue est placée dans l'évidement, s'appuie sur le porte-outil par une portée d'étanchéitéet que la queue est mobile dans l'évidement, de façon à pouvoir se déplacer longitudinalement de façon limitée, et comporte un trou auxiliaire d'injection de fluide et/ou délimite avec la paroi de l'évidement un conduit auxiliaire d'injection de fluide arrivant entre outil et porte-outil. Ces dispositions de l'invention ont pour conséquences qu'au cours du forage et du balayage, l'arrière de la tête de l'outil s'applique de façon étanche contre le porte-outil, garantissant ainsi un travail parfait, et que, si le trou d'injection de la tête de l'outil se bouche pour une raison quelconque, le porte-outil se détache de l'outil dans la zone de la portée d'étanchéité , l'étanchéité est donc supprimée à cet endroit et le fluide de balayage peut s'échapper dans le trou en cours de forage au voisinage de la tête de l'outil, soit par le trou auxiliaire d'injection de la queue de l'outil, soit par le conduit auxiliaire d'injection de fluide prévu entre la queue et la paroi de l'évidement, et continuer d'évacuer les débris du fond du trou vers son orifice.La séparation limitée du porteoutil et de l'outil est possible parce que la queue peut se déplacer longitudinalement dans l'évidement avec une certaine course. On peut choisir l'arrêt de façon qu'il empêche seulement l'outil de se détacher du porte-outil et limite en outre la possibilité de déplacement relatif longitudinal de la queue et du porte-outil. La séparation de l'arrière de l'outil et du porteoutil quand le trou d'injection est bouché est due à la pression qui s'établit dans le fluide de balayage et aux forces qui se créent de ce fait entre lrarrière de l'outil et le porte-outil. D'autres caractéristiques de l'invention sont exposées ci-après. Pour assurer une parfaite étanchéité l'invention prévoit entre la portée de l'outil et le porte-outil un joint. I1 peut aussi y en avoir un entre l'extrémité de la queue de l'outil et le fond de l'évidement. Ce joint, constitué par une simple garniture ou une simple rondelle, empêche le fluide de balayage de sortir entre l'outil et le porte-outil quand le trou d'injection n'est pas bouché. Dans une forme préférentielle de l'invention,le déplacement longitudinal limité de la queue de l'outil dans l'évidement du porte-outil est obtenu de façon simple du fait que ladite queue présente une rainure longitudinale dans laquelle s'engage une goupille. Cette goupille transversale est bloquée dans le porte-outil. Elle peut être une goupille à serrage ou à ressort. La longueur de la rainure détermine la course longitudinale possible quand le trou d'injection de la tette de l'outil est bouché. Dans une forme particulière de réalisation de l'invention, la queue de l'outil et l'évidement ont des sections en forme de quadrilatères, par exemple de losanges, deux faces opposées de la queue étant en contact avec les faces intérieures correspondantes de l'évidement,tandis que les deux autres faces opposées de la queue délimitent avec les faces intérieures correspondantes de ltévidement,des espaces libres servant de conduits auxiliaires d'injection. Ces dispositions de l'invention ont pour conséquence que le contact entre les parois de l'évidement et la queue a lieu seulement le long des deux faces citées en premier lieu.En même temps la section de la queue, avec des dimensions très restreintes eu égard à une section de conduit d'injection relativement grande et à la rainure longitudinale nécessaire dans l'évidement pour l'arrêt de la queue, permet la transmission d'un couple élevé sans risque de rupture. En particulier, un outil comportant une telle queue peut être fabriqué facilement par matriçage, seules les surfaces de contact devant être calibrées, ce qui ne pose pas non plus de difficultés, de sorte qu'au total toute reprise de la queue est inutile. La rainure peut être placée simplement dans la zone d'une arête de la queue,de façon à ne pas affaiblir celle-ci. L'avantage essentiel de l'invention est qu'elle propose un ensemble de forage qui assure la continuité de l'Eva- cuation des débris par balayage de fluide alors même que le trou d'injection de la tête de l'outil est bouché. L'outil de forage conforme à l'invention est effectivement constitué de façon qu'en cas d'un tel bouchage la circulation du fluide de balayage continue à se faire dans l'espace annulaire compris entre l'outil de forage et la paroi du trou foré dans la zone située entre l'outil et le porte-outil, évacuant ainsi les débris du fond du trou foré vers son orifice. On peut ainsi facilement extraire le train de tiges et déboucher alors l'orifice d'injection de la tête de l'outil. De plus, les sections de la queue de l'outil et de l'évidement du porte-outil sont choisies de façon que des couples relativement élevés puissent être transmis avec une section de queue relativement faible. Au total 11 ensemble de forage conforme à l'invention se distingue par une constitution simple, robuste et fonctionnelle. L'invention est expliquée plus en détail ci-après à l'aide de figures représentant un exemple non limitatif de réalisation. La fig.l est une coupe longitudinale selon (AA) d'un ensemble de forage en position normale d'injection. La fig.2 est une coupe longitudinale selon (BB) de l'objet de la fig.l en position d'injection auxiliaire, le trou d'injection de la tête étant bouché. La fig.3 est une coupe transversale de l'objet de la fig.l sur laquelle sont indiquées les lignes de coupe (AA) et (BB). Les figures représentent un ensemble de forage se composant d'un outil (1J comportant une queue (2) et un trou d'injection de fluide (3), et d'un porte-outil (4) comportant un évidement (5), destiné à recevoir la queue (2), et un conduit d'injection de fluide (6). Quand la queue (2) est placée dans l'évidement (5),l'outil (I) s'appuie sur le porte-outil (4) par une portée d'étanchéité (7). La queue (2) est arrêtée dans l'évidement (5) de façon à pouvoir se déplacer longitudinalement de façon limitée et délimite avec les parois de (5) au moins un conduit auxiliaire d'injection (82. Il est aussi possible, en plus ou à la place du conduit (8), de prévoir un trou auxiliaire d'injection dans la queue (2) (non représenté).Entre la portée (7) et le porte-outil (4) est placé un joint (9). Un tel joint, mais cette fois annulaire, peut aussi être prévu entre l'extrémité (10) de la queue et le fond (11) de l'évidement (5). La queue (2) présente. pour l'arrêt de l'outil (1), une rainure longitudinale (12) dans laquelle se place la goupille transversale (13) liée au porte-outil. La fig.2 montre que, lorsque le trou d'injection (3) est bouché, le porte-outil (4) se détache de l'outil (1) et s'en éloigne d'une distance fixée par la longueur de la rainure (12). Le fluide de balayage arrivant par le conduit (6) peut alors passer dans l'espace annulaire compris entre l'ensemble de forage et la paroi du trou foré, en empruntant le conduit auxiliaire (8) et l'interstice annulaire formé entre la portée (7) de l'outil (1) et I'extrémité du porteoutil (4) ( trajet représenté en tirets). La queue (2) de l'outil et l'évidement (5) ont dés sections en forme de losanges. Deux faces opposées (14) et (15) de la queue sont en contact avec les faces intérieures (16)et (17) de l'évidement (5). C'est par elles que se fait la transmission de la force motrice, ou du couple, au cours du forage. Les deux autres faces opposées (18) et (19) de la queue délimitent avec les autres faces intérieures (20) et (21) de l'évidement (5) des espaces libres qui remplissent la fonction de conduits auxiliaires d'injection (8). La rainure longitudinale (12) se trouve dans la zone d'une arête de la queue (2) afin d'affaiblir le moins possible la section de cette dernière. REVENDICBTIONS 1. Ensemble de forage, constitué d'un outil avec une queue et un orifice d' injeo- tion de fluide, et d'un porte-outil avec un évidement pour recevoir ladite queue et un canal d'injection de fluide en relation avec le trou de l'outil caractérisé en ce que l'arrière de la tête de outil comporte une portée d'étanchéité coopérant avec le porte-outil lorsque ladite queue est au fond dudit évidement, et en ce que ladite queue et ledit évidement sont pourvus de moyens leur permettant un déplacement longitudirnl relatif de course limitée et d'au moins un canal auxiliaire de circulation de fluide arrivant entre outil et porte-outil. 2. Ensemble de forme selon la revendication 1, où un joint est placé entre la portée d'étanchéité de l'arrière de la tête de l'outil et la partie coopérante du porte-outil. 3. Ensemble de forage selon l'une des revendications 1 ou 2, où un joint est placé entre la queue de l'outil et le fond de l'évidement du porte-outil. 4. Ensemble de forage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la queue de 1' outil comporte sur une partie de Sa longueur une rainure longitu, dinale avec laquelle coopère une goupille transversale liée au porte-outil, pour limiter le déplacement relatif de l'outil et du porte-outil. 5. Ensemble de forage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les sections de la queue de l'outil et de l'évidement sont des quadrilatères, 2 faces opposées de la queue étant en contact avec 2 faces correspondantes de l'évidement, les 2 autres faces de la queue délimitant avec les 2 autres faces de l'évidement des espaces libres servant de conduits auxiliaires de fluide. 6. Ensemble de forage selon la revendication 5 où les sections de la queue et de l'évidement sont des losanges. 7e Ensemble de forage selon l'une des revendications 5 ou6, OÙ la rainure longitu dinale de la queue est dans la zone d'une de ses arêtes.