Brevet FR2188040A1 — publié le 19740118

La présente invenkion-concerne les trépans de forage et plus particulièrement un trépan universel à lames remplaçables pouvant être utilisé pour toutes les opérations de forage dans le sol, et notamment pour les forages de captage de pétrole, de gaz, etc., ainsi que pour les forages miniers et les abattages en carrière. Les outils de forage opérant dans le sol sont utilisés dans des conditions très variables. Ces conditions varient en fonction de la nature des roches, des caractéristiques de l'installation de forage, de la vitesse de rotation du trépan, de la charge verticale exercée sur ce dernier, de la nature du train de tiges de forage et des caractéristiques du fluide de forage utilisé. Ces facteurs variables combinés déterminent la longévité de 1'9outil, sa vitesse de pénétration et son efficacité en regard des formations dans lesquelles il travaille. Les trépans de forage comportent généralement un corps muni de lames radiales et longitudinales. Ces lames peuvent autre soudées sur le corps ou faire partie intégrante de ce dernier. En général, le bord extérieur de ces lames comporte une surface cylindrique qui sous-tend un arc relativement important. Un trépan de ce type est décrit notamment dans le brevet des Etats-Unis dtAméri- que. n" 3 140 748. Cés trépans classiques sont utilisés jusqu'à ce que leur diamètre extérieur réel soit réduit par l'usure, et ils sont ensuite mis au rebut. Cette manière d'opérer entrasse des frais importantes, ces trépans étant métalliques et subissant des opérations d'usinage coûteuses. Ces trépans mis au rebut sont inutilisables autrement que sous forme de déchets. Différentes trépans classiques comportent un corps sur lequel sont fixées des lames ou couteaux amovibles de manière à réduire les frais d'exploitation. Des trépans classiques de ce type sont décrits notamment dans les brevets des Etats-Unis dAmérique n 2 978 049, 3 003 570,et 5 182 756. Cependant, ces trépans clas siques|h lames rapportées présentent certains inconvénients. Notamment, ils sont relativement compliqués et leur usinage est extrê- mement coûteux. Par ailleurs, ils sont difficiles à entretenir en raison de la conception des éléments de fixation des lames.Enfin, les lames ne sont pas maintenues d'une manière suffisamment rigides, notamment lorsqutelles sont soumises à des charges verticales très élevées. L'invention a pour objet un outil de forage ou trépan simple et peu coûteux comportant un corps réutilisable sur lequel sont fixées des lames interchangeables pouvant être facilement et rapidement remplacées. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le corps du trépan rotatif comprend plusieurs fentes diamétrales se prolongeant radialement jusqu'à l'axe général du corps, qui est également l'axe de rotation du trépan, et remontant vers le haut dans le bord extérieur du corps à partir de l'extrémité inférieure de celui-ci, sur une partie de sa hauteur, plusieurs lames de forme générale en L étant fixées de manière amovible dans les fentes correspondantes, chaque lame comportant une ouverture entre ses extrémités, le corps comportant plusieurs ouvertures întersec- tant chacune unies rainures en un point légèrement décalé par rapport à l'ouverture de la lame engagée dans la rainure correspondante et un élément élastique, qui est emboîté dans lesdites ouvertures, retenant-les lames dans leur rainure respective, chaque lame dépassant radialement la surface extérieure du corps et délimitant une surface de calibrage du trou foré par le trépan rotatif et dépassant aussi axialement l'extrémité inférieure du corps pour constituer les couteaux frontaux du trépan. De préférence, chaque lame comporte une face avant sensiblement plane, recouverte d'une couche d'alliage dur délimitant un bord tranchant et réduisant l'usure de ce dernier. L'élément élastique engagé dans les oulrer- tures du corps et de la lame est constitué par une goupille élastique fendue en tOle roulée d'acier à ressort. L'invention sera décrite en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif. Sur ces dessins la figure 1 est une vue en bout d'une forme de réalisation du corps du trépan de l'invention; la figure 2 est une vue en élévation latérale du corps représenté sur la figure 1; la figure 5 est'unie coupe selon la ligne III-III de la figure 1; la figure 4 est une coupe selon la ligne IV-IV de la figure 1; la figure 5 est une vue en élévation latérale d'une forme de réalisation d'une lame du trépan de l'invention; la figure 6 est une vue de droite en élévation selon la figure 5; la figure 7 est une vue de dessous de la lame de la figure 5; la figure 8 est une vue en bout dU trépan assemblé, la figure 9 est une coupe partielle selon la ligne ix EX-IY de la figure 10, et la figure 10 est une vue en élévation latérale du trépan assemblé. Le corps du trépan 10 se. prolonge à lta-rrière par une queue il qui est soit taraudée intérieurement, soit filetée extérieurement et qui comporte les rainures et les épaulenents habituels qui permettent de fixer un trépan à l'extrémité dlun train de tiges de forage de manière qu'il soit entraîné parce dernier et tourne autour de son axe. A l'opposé de la queue 11, la surface extérieure du corps 10 comporte des encoches longitudinales 12 séparées qui délimitent entre elles des portées extérieures 13 séparées les unes des autres.Une rainure orientée radialement-est usinée dans chaque portée 15. Chaque rainure comprend une section i4 usinée sur une partie de~la longueur de la portée et une section 14a usinée transversalement dans l'extrémité du corps à l'op- posé de la queue et qui débouche dans un canal axial central 15. Un trou transversal 16 est percé de part en part dans chaque portée 13 et intersecte la rainure 14. Des canaux obliques 17 percés dans-le corps font communiquer le'canal central 15 avec les encoches extérieures 12. Chaque rainure radiale délimitée par les sections 14 et 14a est ainsi en L, les deux sections étant sensiblement perpendiculaires 1 une à llautre. Une lame 20 est engagée dans chaque rainure axiale 14 et 14a et elle est reténue dans cette dernière par une goupille élastique fendue en ttle roulée d'acier à ressort 21 qui passe dans un trou 22 de la lame et qui est emmanchée à force dans le trou transversal 16 de la portée correspondante. Le trou 22 de chaque lame est légèrement décalé axialement et radialement par rapport au trou 16 du corps de manière que la goupille fendue plaque élastique ment la lame contre le fond des sections 14 et 14a de l'encoche. Chaque lame 20 comprend une partie étagée 23 qui dépasse axialement la face inférieure du corps en délimitant un couteau frontal et passe également latéralement le corps en délimitant une face de guidage calibrant le trou percé par le trépan.La partie étagée 23 comprend de préférence des inserts cylindriques ou grains 25 et 25a, le grain 25 étant orienté axialement par rapport à la lame et au trépan , et leerain 25e étant orienté en diagonale. La face avant de la lame 20 qui constitue le tranchant comprend de préférence une encocha longitudinale .26 et une seconde encoche transversale 27 dans lesquelles sont brasées des plaquettes 29 et 50, par exemple en carbure de tungstène, ou' qui sont remplies d'un alliage de coupe dur qui réduit llusure de la lame pendant l'opération de forage. On voit sur les différentes figuras que dans le trépan de l'invention, les lames sont épaulées dans le sens vertical, ctest-a-dire dans le sens des poussées axiales par la section 14a de la rainure correspondante contre laquelle s'applique son bord 28, tandis que son autre bord 28a perpendiculaire au bord 28 est plaqué contre le fond de la séction 14 de la rainure. La goupille fendue plaque élastiquement en permanence la lame contre les surfaces du fond des sections 14 et 14a de la gorge. il va de soi que le dispositif décrit ci-dessus est susceptible de nombreuses modifications, sans sortir du cadre de l'invention. REVEDDICATIONS 1 - Trépan rotatif destiné à effectuer des opérations de forage dans le sol et pouvant être entraîné de manière qu'il tourne autour de son axe longitudinal, caractérisé en ce qu'il comprend un corps dont une extrémité comporte plusieurs rainures radiales et qui comprend une section diamétrale débouchant dans la face de son extrémité et se prolongeant jusqu'à l'axe de rota ticn, plusieurs lames de forma générale en L étant embossées dans les rainures, chaque lame comportant un trou percé entre ses extrémités, plusieurs trous transversaux, percés dans le corps, intersectant chacun une rainure en un point décalé axialement par rapport au trou percé dans la lame correspondante introduite dans la: rainure, et un élément élastique, qui est emmanché dans chacun des trous transversaux du corps et dans le trou de la lame, poussant élastiquement cette dernière à la fois dans une direction parallèle à l'axe longitudinal du corps et dans une direction transversale à cet axe, de manière qu'elle soit retenue dans la rainure et plaquée contre le corps, les lames dépassant radialement le corps de manière à délimiter ensemble des surfaces de calibrage du trou percé par le trépan et dépassant axialement de l'extrémité correspondante du corps pour qu'elles constituent des couteaux frontaux de forage. 2 - Trépan selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organé élastique est une goupille fendue en tôle roulée dlaciewr à ressort; 3 - Trépan selon la revendication 1, caractérisé en ce que la rainure radiale comprend une section transversale usinée dans l'extrémité avant du corps et se prolongeant jusqu'a' l'axe de rotation de ce dernier, et une section longitudinale usinée verticalement dans la paroi latérale du corps, de manière qu'elle soit en forme de L. 4 - Trépan selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque lame comporte une face avant sensiblement plane, sur laquelle est fixée une couche de matière dure résistant à l'abrasion et recouvrant cette face de manière à délimiter un bord tranchant dur. 5 - Trépan selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie de chaque lame dépassant la face frontale du corps est constituée par des segments étagés s'écartant successivement de l'axe à partir de la face frontale du corps. 6 - Trépan selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque lame comprend deux faces latérales sensiblement planes et en ce qu'elle comprend une partie en L dont une extrémité est engagée dans la rainure correspondante du corps et dont l'autre extrémité comprend des sections étagées délimitant un bord tranchant disposé à l'avant de la face frontale du corps.