Brevet FR2365021A1 — publié le 19780414

La présente invention concerne le matériel de forage, notamment les trépans à molettes pour le forage des puits de pétrole et de gaz. Le trépan à trois molettes comporte des molettes coniques montées sur roulements ou coussinets lisses, ou sur une combinaison de ces organes, sur un tourillon à trois bras disposés à 1800 l'un par rapport à l'autre. Sur leur surface extérieure, les molettes ont des éléments pour la désagrégation de la roche, qui sont soit des dents fraisées, soit des pics en alliage dur montés à la presse, soit une combinaison de dents et de pics. Pour accroître leur résistance à l'usure, les dents fraisées sont armées d'alliage dur. Le forage efficace des puits est assuré en débarrassant en temps voulu le front d'attaque des déblais et en faisant monter ces déblais à la surface, ainsi qu'en refroidissant les organes actifs du trépan. Ceci est d'ordinaire réalisé par circulation d'un liquide. Dans les trépans à molettes on a recours à deux modes de circulation : par un seul canal central et par trois canaux (entre les bras). La forme, la section, la disposition et le nombre des canaux de circulation dépendent de l'usage, du type et de la grandeur du trépan. Dans les trépans à molettes, pour augmenter la puissance hydraulique, on emploie des ajutages changeables de différents diamètres en céramique ou en carbure métallique, produisant une forte chute de pression, afin d'obtenir des vitesses élevées de sortie du liquide, augmentant l'efficacité de la destruction de la roche. Toutefois, la disposition centrale du canal de circulation dans le trépan ne permet pas d'utiliser efficacement la haute pression du liquide de circulation, car le jet de liquide issu du canal n'attaque pas directement le front de taille, mais va frapper les sommets des molettes. En outre, une partie des particules de roche qui montent pendant le forage arrivent sous le jet de liquide, sont de nouveau entraînées et atteignent la partie centrale des molettes en contribuant ainsi à leur usure par érosion. Dans le cas de circulation à travers des tubulures montées entre les bras, l'action destructrice des jets de liquide sur le front de taille est elle aussi limitée. Le principal inconvénient de tels trépans est l'emplacement élevé des orifices de sortie des tubulures par rapport au front de taille du puits, car, l'intervalle entre les molettes successives étant petit, il est impossible de disposer.l'orifice de sortie de la tubulure tout près du front de taille. Il s'ensuit une importante réduction de l'action destructrice du jet de liquide sur la roche à forer et une altération de 11 évacuation des déblais du front de traille. En outre, quand les tubulures sont ainsi disposées, les jets de liquide ne viennent frapper que la partie périphérique du front de taille, ce qui altère l'évacuation des déblais. Toutes les conceptions connues de trépans à trois molettes présentent un- inconvénient commun, consistant en ce que, par suite de la disposition symétrique des molettes par rapport à l'axe du trépan, lors du forage en roches dures le train de sonde subit des vibrations intenses, dues à la formation, au front de taille, de creuXldisposés à 1200 l'un par rapport à l'autre. Les impulsions engendrant les vibrations apparaissent quand les molettes montent simultanément sur ces bosses. Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients indiqués. On s'est proposé pour cela de créer un trépan à trois molettes, dans lequel le système débarrassant le front de taille des déblais serait organisé de façon à intensifier l'action destructrice du jet de liquide de circulation sur le front de taille. La solution consiste en ce que, dans un trépan à trois molettes, du type comportant des bras avec des molettes disposées sous un certain angle l'une par rapport à l'autre, et une tubulure amenant le liquide de circulation au front de taille du puits, d'après l'invention-ladite tubulure est montée entre les bras de deux des molettes, lesquelles sont disposées de telle façon que la projection de leurs axes de rotation sur un plan perpendiculaire à l'axe du trépan forme un angle plus grand que 1200, mais plus petit que 1700, 11 orifice de sortie de la tubulure se trouvant entre les molettes. Le trépan à trois molettes conforme à l'invention permet d'intensifier l'action destructrice du jet de liquide de circulation sur le front de taille. En outre, une telle conception du trépan contribue à une évacuation efficace des déblais du front de taille, ce qui, de pair avec la haute efficacité destructrice du jet,permet de supprimer le rebroyage de la roche et se traduit par conséquent par un accroissement de la vitesse de forage. Lors de l'utilisation d'un tel trépan, l'intensité des vibrations du train de sonde diminue considérablement, grâce à la dispositionawmétrique des molettes par rapport à l'axe du trépan, qui supprime la formation de creux sur le front de taille. D'autres objectifs et avantages de l'invention sont mis en évidence dans la description détaillée ci-après d'un exemple de réalisation non limitatif de l'invention, illustré par le dessin unique annexé dans lequel - la figure 1 représente un trépan à trois molettes conforme à l'invention (coupe longitudinale) - la figure 2 représente un trépan à trois molettes conforme à l'invention (coupe transversale). Le trépan à trois molettes comporte trois bras I (figure 1) soudés entre eux et dotés chacun d'un tourillon 2 fabriqué d'une seule pièce avec le bras correspondant. Des molettes 3 sont montées sur les tourillons 2 à l'aide de rouleaux 4, 5 et de billes 6. Les rouleaux 4, 5 et les billes 6 se déplacent sur des chemins de roulement 7, 8 et 9 réalisés sur les tourillons 2, et sur les chemins de roulement respectifs 10, Il et 12 réalisés dans les molettes 3.Un des angles entre les projections des axes de rotation de deux molettes successives 3 sur un plan perpendiculaire à l'axe du trépan est plus grand que 1200, mais plus petit que 1700. Dans l'exemple décrit de réalisation du trépan faisant 11 objet de l'invention, cet angleoC est de 1440 (figure 2). Entre les bras 1 de cette paire de molettes 3 est placée une tubulure 13 pour l'amenée du fluide de circulation. La valeur de l'angle est choisie de façon à rapprocher au maximum du front de taille l'orifice de sortie de la tubulure 13. Dans l'orifice de sortie de la tubulure 13, situé entre les molettes 3, est monté un ajutage 14 changeable en alliage dur. La situation de la tubulure 13 dans le trépan et, par conséquent, la distance de l'ajutage 14 au front de taille, est déterminée par une goupille 15 solidaire de ltun des bras 1 entre lesquels se trouve la tubulure 13. L'ajutage 14 peut être orienté sous n'importe quel angle par rapport au front de taille, selon les propriétés physicomécaniques de la roche à forer. Pour la connexion du trépan au train de sonde (non représenté sur les figures), la partie supérieure soudée des bras 1 est dotée d'un filetage conique extérieur (raccord) 16. Les bras 1 et les molettes 3 du trépan sont réalisés en aciers au chrome-nickel-molybdène, au chrome-nickel ou au nickel-molybdène. Le trépan faisant l'objet de l'invention fonctionne de la façon suivante. Avant la mise en rotation du trépan, les pompes à boue (non représentées sur les figures) sont mises en marche, et le liquide de circulation passe par le train de sonde et la tubulure 13 pour arriver au front de taille. Une fois la circulation établie, le trépan est entrainé en rotation à l'aide du train de sonde ou d'une turboforeuse. Les molettes 3 roulent alors sur le front de taille en y désagrégeant la roche. Les particules de roches - déblais - sont entratnées dans l'espace angulaire par le jet de liquide de circulation, qui sort de l'ajutage 14 sous une pression de 100 à 150 atm, à une vitesse allant jusqu'à 200 m/s. La vitesse du jet à la sortie de l'ajutage 14 est choisie selon les propriétés physico-mécaniques de la roche. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qutà titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées sui vant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre & d3la revendicatbn qui suit. R E V E N D I C A T I O N REVENDICATION Trépan à trois molettes du type comprenant des bras portant des molettes dont les projections des axes de rotation sur un plan perpendiculaire à l'axe du trépan forment un certain angle entre elles, et une tubulure amenant le liquide de circulation au front de taille du puits, caractérisé en ce que ladite tubulure est montée entre les bras de deux des molettes, lesquelles sont disposées de telle façon que les projections de leurs axes de rotation sur un plan perpendiculaire à l'axe du trépan forment un angle plus grand que 1200, mais plus petit que 1700, l'orifice de sortie de ladite tubulure se trouvant entre lesdites molettes.