Brevet FR2319764A1 — publié le 19770225

L'invention concerne de façon générale des trépans de forage, et en particulier des trépans de forage lubrifiés améliorés. Les trépans de forage utilisent communément des systèmes de lubrification de paliers. La lubrification convenable de paliers de trépans dépend d'un joint efficace, comme celui divulgué dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique no. 3.397.928. Le système de lubrification comprend de façon typique un système compensateur qui limite la différence de pression de part et d'autre du joint, comme décrit dans les brevets des Etats-Unis d'Amerique nos.3.007.750 et 3.137.508. I1 est de plus avantageux d'incorporer une soupape de stLreté pour limiter la pression du système de lubrification interne a une valeur choisie au-dessus de la pression dans le puits, comme divulgué dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique no.3.476.19R I1 subsiste certains problèmes qui proviennent souvent de la manière dont le lubrifiant est introduit dans le trépan. Une méthode consiste assembler le trépan sec, a pomper le lubrifiant dans un trou de remplissage et à prévoir un évent en un autre point pour que l'air s'échappe. Une autre méthode consiste à lubrifier les parties et remplir le réservoir a lubrifiant pendant l'assemblage. Dans l'un et l'autre cas il peut rester une quantité substantielle d'air emprisonné dans les passages et espaces.Egalement, dans le cas de la seconde méthode, lorsque l'obturateur qui retient les paliers a billes et le dispositif de coupe est soudé au trépan, on obtient une soudure défectueuse du fait de la contamination de la zone de soudage par le lubrifiant. L'air et du gaz emprisonnés dans les passages et espaces dans le lubrifiant ne permettent pas un remplissage complet du réservoir a lubrifiant et des passages, et dans certains cas réduisent la durée de vie des paliers à cause d'un volume de graisse insuffisant. Lorsqu'un trépan est descendu dans un puits de forage profond, la pression ambiante ou hydrostatique résultant du fluide de forage dans le puits augmente avec la profondeur. Cette pression accrue fait nettement diminuer le volume occupé par le lubrifiant si celui-ci contient de l'air ou du gaz, ce qui donne un trépan avec une capacité de réserve de lubrifiant inférieure a ce qui est souhaitable pour la perte par les joints dynamiques. Egalement, du fait du gradient géothermique, la température dans un puits de forage augmente avec la profondeur. Cet accroisement de la température et la chaleur engendrée dans le trépan pendant le forage produisent une dilatation du lubrifiant qui entraine dans certains cas une montée de la pression dans le système de lubrification.Le compensateur et les joints typiques peuvent être endommagés par cette montée de pression qui devrait être limitée. Le trépan de forage perfectionné divulgué ici possède une fraise rotative typique montée de façon étanche sur un arbre. Les passages et espaces utilisés pour le lubrifiant sont évacués de l'air et de gaz et ensuite remplis avec pression de lubrifiant. Le lubrifiant est dégazé pour éliminer l'air ou le gaz emprisonné. Le compensateur de pression typique utilisé dans un trépan imprime au lubrifiant la pression ambiante ou hydrostatique dans le puits pour substantiellement égaliser les pressions de part et d'autre du joint entre la fraise et l'arbre. Une montée interne de la pression due au gradient géothermique et l'augmentation de température en fonctionnement est limitée par un moyen convenable comme une soupape de sûreté ou détendeur. La méthode de remplissage divulguée pour le lubrifiant assure un remplissage complet du système de lubrification pour maximaliser le volume de lubrifiant. Des poches d'air ou de gaz entre des surfaces du palier sont éliminées pour assurer une lubrification complète.Chaque fraise pour être montée sur son arbre sans lubrifiant pour permettre de souder l'obturateur de retenue sans contamination par le lubrifiant pour obtenir une meilleure soudure. Un seul trou de remplissage est requis pour l'aspiration et la lubrification, pour minimiser le nombre d'ouvertures devant être scellées. L'avacuation des passages et espaces dans le système de lubrification fournit un moyen pour contrôler tout le système au point de vue des fuites. La durée d'assemblage et de lubrification est réduite. D'autres aspects, caractéristiques et avantages de lin- vention apparaitront de la description détaillée qui suit, et des dessins annexés sur lesquels: La Figure 1 est une vue en perspective, partiellement en coupe, d'un trépan de forage avec un système de lubrification typique, La Figure 2 est une représentation schématique d'un appareil utilisé pour lubrifier un trépan selon les principes de l'invention, et La Figure 3 est une représentation schématique d'un autre appareil utilisé pour lubrifier un trépan selon les principes de l'invention, A la Figure 1, la référence numérique 11 désigne un tré pan lubrifié, du type fraises rotative, ayant un corps formé de trois têtes 13 portant chacune une fraise rotative 15 pouruue de dents 17 pour désintégrer la terre.Un compensateur avec un diaphragme flexible 19 dans chaque tête égalise la pression du lubrifiant avec celle du fluide de forage ambiant par l'intermédiaire d'un capuchon évent 20. Des passages et espaces pour le lubrifiant dans le trépan comprennent le creux 21 du compensateur, qui dans ce cas comprend un écran protecteur 22 pour le diaphragme flexible 19. L'écran a un évent 23 pour l'écoulement de lubrifiant et pour relier l'intérieur de l'écran avec un trou de remplissage 25 avec une région élargie 27 pour recevoir une soupape de strette ou détendeur (non représenté sur le dessin mais divulgué dans le brevet 3.476.195 susmentionnéjretenu par un capuchon fileté, à évent, 29. Ce détendeur sert d'obturateur pour empêcher l'entrée de fluides ambiants. 51 limite également & une grandeur choisie la pression du lubrifiant par rapport å la pression entourant le trépan. Un passage 31 s'étend entre le creux 21 du compensateur et un trou foré partiellement rempli par un obturateur 33 soudé en 35 pour retenir les billes 37 et donc la fraise 15. Le système de lubrification décrit est connu dans la technique et se trouve dans le commerce depuis de nombreuses années. De plus, la configuration générale de palier présentée sur le dessin est connue. Elle comprend un bouton d'appui 39 en contact avec l'extrémité dune broche 41 formée l'extrémité d'un arbre d'appui 43 qui s'étend en porte- -faux vers l'intérieur S partir de la tête 13. Une bague 45 entoure la broche 41. Une rainure de voie de roulement 47 formée dans l'arbre 43 est opposée à une rainure correspondante dans la faise 15 pour retenir les billes 37 et la fraise. Une surface d'appui a frottement 49 est formée sur l'arbre et con- prend un plat 51 qui sert de réservoir a lubrifiant supplémentaire pour aider la lubrification. Une bague en 0 53, comme décrit dans le brevet 3.397.928 susmentionné, scelle le lubrifiant à l'intérieur du palier et exclut les fluides de forage. Le trépan illustré comprend d'autres éléments connus comme la buse 55 scellée avec une bague en 0 57 et retenue par un anneau élastique 59 a l'intérieur du corps du trépan pour diriger le fluide de forage sur le fond du puits. La fraise 15 est conventionnelle, avec des dents 17 en carbure de tungstène retenues par ajustement dans des trous correspondants. Avec l'invention, on procure un trépan dans lequel substan tiellement tout l'air et le gaz sont éliminés du lubrifiant et des passages pour le lubrifiant. La Figure 2 indique schémauement l'appareil préféré utilisé pour atteindre ce résultat. Une pompe à vide P1 est branchée par une conduite 61 et une soupape V1 sur une cuvette 63, avec un manomètre 65 relié a la conduite 61 entre la soupape V1 et la cuvette 63. Un raccord en T 67 relie une soupape V3 et une source d'air P2, par une conduite 69, a la soupape V2 et a la conduite 61 qui s'étend jusqu'S une soupape V4, un autre raccord en T 70, une soupape V5, un manomètre 72, et enfin une chambre 55 qui contient un piston 71 dont l'étachéité par rapport a la paroi latérale de la chnbre est assurée par une bague en 0 73. Une vis 75 coopère avec un filet correspondant 77 dans la région inférieure de la chambre et, lorsqu'elle tourne avec le volant 79, elle fait augmenter ou diminuer un volume scellé 81 dans la chambre. Du raccord en T 70, une conduite 83 mène a un distributeur 85 relié a txis conduites séparées 87, 89, 91, respectivement par des soupapes V6, V8, V7, avec des manchons filetés 93, 95 et 97 chacun avec une bague en O d!étanchéité 99. Le lubrifiant utilisé pour remplir le trépan devrait astre substantielement exempt d'air et de gaz. Cela peut être obtenu avec appareil de la Figure 2 en ouvrant les soupapes V1, V2, V4 et VS tout en fermant les soupapes V3, V6, V7 et V8. La pompe P1 est activée pour produire un vide substantiellement égal a la pression atmosphérique. Le lubrifiant dans le volume scellé 81 dela chambre 55 est soumis d ce vide pendant une période d'environ 24 heures. On a trouvé que c'était suffisant pour débarrasser un lubrifiant avec une viscosité de 1200 secondes, Saybolt Universal, a 37,70C de substantiellement tout l'air et le gaz. Les passages et espaces de lubrification du trépan sont également évacués d'air et de gaz, mais pas nécessairement simultanément avec le dégazage du lubrifiant. Chaque manchon fileté 93, 95, 97 est relié à une région élargie ou creux 28, les bagues en O 99 formant un joint étanche au fluide. Les passages et espaces précédemment décrits sont ensuite évacués en ouvrant les soupapes V6, V7, V8 vers la pompe à vide P1. La soupape V5 peut rester ouverte ou être fermée. Lorsque le lubrifiant et les passages et espaces sont substantiellement exempts d'air et de gaz, la soupape V1 est fermée et le système est contrôlé au point de vue des fuites en obser vant le manomètre 65. Si son indication ne varie pas, la soupape V4 est fermée pour bloquer le lubrifiant, la soupape V5 est ouverte et le lubrifiant est chassé dans les passages et espaces du trépan en faisant tourner le volant 79 pour mouvoir le piston 71 vers l'intérieur. La pression choisie, qui pour la viscosité indiquée est environ 35 kg/cm2, sera indiquée par le manomètre 72. Après remplissage, la soupape V5 est fermée, les manchons 93, 95, 97 sont retirés du trépan, et un déteribur et tampon de retenue 29 est inséré dans chaque creux. Si une quantité appréciable de lubrifiant revient lorsque les manchons 93, 95, 97 sont retirés du trépan, cela indique que le lubrifiant n'a pas été convenablement dégazé ou que les passages et espaces n'ont pas été convenablement évacués. En préparation pour le trépan suivant qui doit être évacué avant d'être rempli de lubrifiant, le lubrifiant dans les conduites 83, 87, 89, 91 et la conduite 61 entre la soupape V4 et le T 70 doit être enlevé. Cela est atteht en ouvrant la soupape V3 sur la source d'air P2, tout en fermant les soupapes V2 et V5 et deux des soupapes V6, V7, V8. L'air chasse le lubrifiant restant de la conduite associée a la soupape V6, V7 ou V8 ouverte. Chaque conduite 87,89, 91 devrait être purgée de cette manière. Lorsque les conduites 83, 87, 89, 91 ont été purgées, la soupape V3 est fermée et les manchons 93, 95, 97 sont reliés aux trous de remplissage d'un second trépan pour l'évacuation et le remplissage de lubrifiant comme décrit précédemment. Stil restait du lubrifiant dans les conduites, entrainé vers la pompe, il serait recueilli dans la cuvette 63. S'il reste suffisamment de lubrifiant dans la chambre 55 après le remplissage précédent, on peut éliminer le dégazage du lubrifiant. Lorsqu'il est nécessaire de réapprouisionner en lubrifiant, la chambre 55 peut être détachée de la conduite 61, le piston retiré pour agrandir le volume scellé 81, et du lubrifiant frais introduit. Le lubrifiant frais devraitêtre dégazé comme discuté précédemment. A la Figure 3 on voit schématiquement une autre forme d'appareil utilisé pour réaliser l'invention. Le réservoir 101 de lubrification du trépan communique de façon étanche avec une conduite 103 conduisant à un raccord en T 105. Une conduite 107 conduit à un soupape V1, un manomètre 108, une soupape V3 etune pompe à vide ou réservoir P1. La conduite 103 mène du raccord en T 105 a une soupape V2, un manomètre 109 et une pompe a lubrifiant ou source de lubrifiant 111. En fonctionnement les soupapes V1 et V3 sont ouvertes pour faire communiquer le réservoir avec la source ou pompe a vide P1 de façon a évacuer le réservoir à lubrifiant vide à l'intérieur du trépan 101 alors que la soupape V2 est fermée.Le réservoir à lubrifiant a le même aspect que celui pré senté à la Figure 1. Le manomètre 108 détecte le niveau du vide dans le réservoir. Si le vide tombe à un niveau prédéterminé, l'interconnexion avec la source est supprimée en fermant la soupape V3 et on contrôle les fuites d'air en regardant si le niveau du vide se maintient pendant un laps de temps choisi. Si on ne détecte pas de fuite, la soupape V1 est fermée, la soupape V2 ouverte, et une pression choisie est appliquée au lubrifiant par la source ou pompe 111. Lorsque lap-ession détectée par le manomètre 109 atteint 2 un niveau prédéterminé de 35 kg/cm , par exemple, la soupape V2 est fermée pour couper la communication avec la source de lubrifiant.Le lubrifiant dans la pompe 111 est dégazé avant d'être introduit dans la pompe. Si le niveau du vide ne tombe pas au niveau prédéterminé dans ce qui précède, la communication avec la source de vide est interrompue et le réservoir n'est pas rempli. On peut donc voir que le manomètre 108 est utilisé pour indiquer lorsque le niveau du vide tombe au niveau prédéterminé, et assurer que le vide reste supérieur à un niveau choisi pendant un laps de temps prédéterminé pour détecter des fuites. Le manomètre 109 indique lorsque la pression du lubrifiant atteint une pression prédéterminée. A partir de ce qui précède, il devrait être clair que l'invention a de nets avantages. L'élimination de l'air et du gaz emprisonnés dans les passages et espaces du système de lubrification du trépan par un remplisse complet avec dh lubrifiant selon l'invention assure une durée de vie maximum au palier en maximalisant le volume de graisse pour un volume donné de passages et d'espaces. La durée d'assemblage et de lubrification est nettement réduite en utilisant l'invention, par rapport a des méthodes d'assemblage connues. Un seul trou de remplissage est nécessaire pour chaque fraise, ce qui elimine le besoin pour un trou de ventilation pour l'échappement de l'air ou du gaz pendant la lubrification. Egalement, le trépan est assemble à sec, ce qui élimine le problème d'une contamination de la soudure par le lubrifiant. L'évacuation des passages et espaces dans le système de lubrification pro cure un moyen pour contrler le système au point de vue des fuites. Bien entendu, l'invention n'est pas limite aux modes de réalisation réprésentés et décrits, qui n'ont été choisis qu'a titre d'exemple. REVENDICATIONS 1. Méthode pour lubrifier un trépan de forage pour l'uti lier plus efficacement dans un puits de forage avec un forte pression hydrostatique, caractérisée en ce qu'elle consiste à assembler de façon étanche une fraise rotative sur l'arbre du trépan pour inclure des passages et espaces pour le lubrifiant, évacuer les passages et espaces de l'air et du gaz, remplir les passages et espaces d'un lubrifiant alors qu'ils sont évacués, sceller le lubrifiant dans les passages et espaces, et limiter la pression potentielle du lubrifiant dans les passages et espaces à une valeur choisie par rapport à la pression hydrostatique. 2. Méthode pour lubrifier un trépan de forage pour l'utiliser plus efficacement pendant le forage, caractérisée en ce qu'- elle consiste à assembler de façon étanche une fraise rotative sur l'arbre du trépan pour inclure des passages et espaces pour le lubrifiant, évacuer les passages et espaces d'air et de gaz, remplir les passages ét espaces de lubrifiant pendant qu'ils sont évacués, sceller le lubrifiant dans les passages et espaces, et limiter la pression potentielle du lubrifiant dans les passages et espaces a une valeur choisie par rapport a la pression entourant le trépan pendant le forage. 3. Méthode pour lubrifier un trépan de forage ayant une fraise rotative assemblée de façon étanche sur une broche pour inclure des passages et espaces pour lubrifiant communiquant avec un trou de remplissage, caractérisée en ce qu'elle consiste a dégazer le lubrifiant, évacuer les passages et espaces de l'air et du gaz par le trou de remplissage, remplir les passages et espaces du lubrifiant dégazé, par le trou de remplissage, alors qu'ils sont évacués, sceller le trou de remplissage et limiter la pression potentielle du lubrifiant dans les pasages et espaces à une valeur choisie par rapport à la pression entourant le trépan pendant le forage. 4. Méthode selon la revendication 3, caractérisée en ce que les passages et espaces sont remplis de lubrifiant dégazé en appliquant une pression sur le lubrifiant. 5. Méthode pour lubrifier un palier dans un trépan ayant une fraise rotative assemblé de façon étanche sur une broche et des passages et espaces pour lubrifiant communiquant avec un trou de remplissage, caractérisée en ce qu'elle consiste à dégazer le lubrifiant en créant un vide dans une chambre remplie de lubrifiant communiquant avec les passages et espaces par le trou de remplissage et une conduite évacuée, évacuer l'air et le gaz du trou de remplissage, de la conduite, des passages et espaces, chasser le lubrifiant dégazé dans la conduite évacuée, à travers le trou de remplissage et dans les passages et espaces, et sceller le trou de remplissage. 6. Méthode pour lubrifier un palier dans un trépan de forage ayant une fraise rotative assemblée de façon étanche sur me broche et des passages et espaces pour lubrifiant communiquant avec un trou de remplissage, caractérisée en ce qu'elle consiste à introduire un lubrifiant dans un récipient qui comprend une chambre fermée ayant un piston à une extrémité et une conduite à l'autre, attacher la conduite à une source de-vide et au trou de remplissage, dégazer le lubrifiant pendant qu'il se trouve dans la chambre au moyen déo la source de vide, évacuer la conduite, le trou de remplissage, les passages et les espaces au moyen de la source de vide, déplacer le piston de la chambre pour chasser le lubrifiant dans la conduite évacuée et par le trou de remplissage dans les passages et espaces, et sceller le trou de remplissage. 7. Méthode selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle consiste de plus à bloquer la source de vide avant de déplacer le piston de la chambre pour chasser le lubrifiant par la conduite évacuée dans les passages et espaces. 8. Méthode selon la revendication 7, caractérisée en ce que 16 piston est déplacé en faisant tourner une vis en contact avec le piston et des filets correspadants dans le récipient. 9. Trépan de forage perfectionné, caractérisé par un corps, une fraise rotative retenue sur des surfaces correspondantes d'un arbre fixé au corps et définissant des passages et espaces pour lubrifiant, un moyen de scellage puur empêcher l'entrée dans les surfaces correspondantes de fluides ambiants comme de l'air, du gaz ou de la boue de forage, de même que pour empêcher la perte de lubrifiant par les surfaces un lubrifiant dans les passages et espaces, ceux-ci étant évacués substantiellement de tout l'air et tout gaz avant lubrification, un moyen azure les passages et espaces et 1 f extérieur du corps du trépan pour limiter la pressinn potentielle du lubrifiant à une valeur choisie par rapport a la pression entourant le trépan pendant le forage. 10. Trépan de forage ayant un système de lubrification comprenant des passages et espaces1 et un lubrifiant entre les surfaces correspondantes d'une fraise rotative et d'un arbre suppor té plu le corps du trépan, caractérisé par un moyen de scellage entre la fesse rotative et l'arbre pour produire un joint, un lubrifiant dégazé à l'intérieur des passages et espaces, le lubrifiant ayant té chassé dans les passages et espaces après que ceux-ci aient d'abord été évacues pour en éliminer substantiellement l'air et le gaz, un moyen de compensation entre les passages et les espaces et l'extérieur du trépan pour exercer sur le lubrifiant la pression dans le puits de forage un moyen entre les passages et espaces et l'extérieur du corps du trépan pour limiter l'augmentation de pression du lubrifiant à une valeur choisie au-dessus de la pressinn dans le puits de forage. 11. Trépan de forage ayant un système de lubrification comprenant des passages et espaces, et un lubrifiant entre une fraise rotative et son arbre de support, caractérisé par des surfaces d'appui entre la fraise et 11 arbre, un moyen de scellage entre la fraise et l'arbre pour empêcher l'entrée dans les surfaces d'appui de fluides ambiants comme de l'air, du gaz ou une boue de forage, de même que pour empêcher la perte de lubrifiant par ces surfaces, l'arbre comprenant un passage pour lubrifiant conduisant à ces surfaces, un trou de remplissage prévu pour faciliter l'évacuation de l'air et du gaz et l'introdcution ultérieure de lubrifiant dans le passage de l'arbre, les passages et espaces et le trou de remplissage étant évacués de l'air et du gaz et remplis avec un lubrifiant, un moyen d'obstruction dans le trou de remplissage pour empêcher l'entrée de fluides ambiants comme loir, du gaz ou de la boue de forage. 12. Trépan de forage, caractérisé par au moins une fraise rotative, un axe sur lequel la fraise est assemblée de façon étanche avec des passages et espaces pour lubrifiant, qui sont évacués pour être substantiellement exempts d'air ou de gaz emprisonné, et un lubrifiant substantiellement exempt d'air ou de gaz dans les passages et espaces. 13. Trépan de forage avec un système de lubrification comprenant des passages et espaces, et un lubrifiant entre les surfaces d'appui d'une fraise rotative et de son arbre de support, caractérisé en ce que l'arbre comprend un passage pour lubrifiant conduisant aux surfaces, par un moyen de scellage entre la fraise et l'arbre pour empêcher l'entrée dans les surfaces de fluides ambiants comme de l'air, du gaz ou de la boue de forage, de même que pour éviter la perte de lubrifiant par ces surfaces, un trou de remplissage prévu pour faciliter l'évacuation de l'air et du gaz et l'introduction ultérieure de lubrifiant dans le passage pour lubrifiant de l'arbre, un compensateur de pression relié aux passages et espaces pour appliquer sur le lubrifiant la pression hydrostatique régnant dans le puits de forage, un moyen détendeur relié avec les passages et espaces pour réduire la montée de la pression interne. 14. Trépan selon la revendication 13, caractérisé en ce que le lubrifiant est dégazé avant d'être introduit dans le trépan.