Brevet FR2403446A1 — publié le 19790413

L'invention concerne généralement les trépans de forage comprenant des outils decoupe ou couteaux coniques rotatifs, et plus particulièrement, les éléments rapportés utilisés sur ces cônes de trépan de forage. L'utilisation de trépans de forage du type à pièces rapportées, pour le forage dans des terrains extrêmement durs, est connue depuis longtemps dans l'industrie du pétrole. Ces trépans de forage comprennent généralement deux ou trois bras soudés ensemble pour former une structure unitaire. Une extrémité de la structure forme une queue filetée, pour fixation sur l'extrémité inférieure d'une tige de forage. L'extrémité inférieure de chaque bras comprend une broche tournée vers l'intérieur pour supporter en rotation un couteau ou outil de coupe conique. Chacun de ces outils de coupe est pourvu de plusieurs rangées annulaires de pièces ou díélémenta insérés, espacés circonférentiellement et s'étendant en saillie vers l'extérieur. Ces pièces rapportées sont de préférence en carbure de tungstène.Par rotation du trépan de forage, les couteaux coniques sont destinés à rouler sensiblement sur le fond du trou à forer. Pendant ce mouvement de roulement, les pièces rapportées sont destinées à engager et à désintégrer le sol au fonddu trou. Les éclats et les fragments délogés du sol sont balayés et emportés par le fluide de forage, passant en travers du puits de forage. Dans un trépan de forage conique connu, une rangée de pièces rapportées de coupe est prévue sur le talon ou le pied de chaque cône pour couper le trou de forage à la dimension voulue, tandis que les autres rangées annulaires sont écartées vers l'intérieur sur les cônes pour couper le reste du fond du trou de forage. On a constaté qu'il fallait apporter une intention particulière au choix du type de pièces rapportées, pour la rangée de calibrage d'un couteau conique, en raison des forces excessives quelle rencontre pendant le forage. Non seulement les pièces rapportées de cette rangée de calibrage sont en contact avec la plus grande surface de coupe du fond du trou, mais elles doivent également être en contact avec la paroi latérale du trou, pour le couper ou le forer à la dimension voulue. Divers types de pièces rapportées ont été utilisés dans cette rangée de calibrage d'un couteau ou outil de coupe conique, mais ils présentaient tous des inconvénients qui réduisaient sérieusement leur efficacité générale. On a utilisé comme couteau de calibrage des pièces rapportées coniques connues et en forme de double cône, mais elles ont pour inconvénient de présenter seulement une ligne ou une surface minimale de contact avec la surface de calibrage, et ne peuvent donc stabiliser le trépan, ce qui est nécessaire danses formations descendant profondément, et sont sujettes à une usure excessive. Les pièces insérées en forme de ciseaux ou de burins ont également été utilisées comme outils de coupe de calibrage. Bien que ces pièces rapportées présentent une surface de contact avec la surface de calibrage, elles sont limitées du point de vue de l'étendue qu'elles peuvent présenter. Ces pièces en forme de ciseaux ou de burins ont également été utilisées avec des surfaces plates formées sur un côté, avec un angle voisin de la surface de calibrage.Les surfaces plates présentent une surface au calibrage pour résister à l'usure/et stabiliser le trépan. Toutefois, l'absence d'une quantité suffisante de métal derrière la surface plate fait que ce spe de pièces rapportées est de structure faible et est sujet à des ruptures. D'autres configurations de pièces rapportées, telles que des pièces en forme de cône et de double cône ont été fabriquées avec un fond à surface plate après assemblage; toutefois, cela nécessite le retrait d'une quantité considérable de carbure de tungstène, ce qui rend l'opération coûteuse. De plus, ces pièces-rapportées, en forme de cône et de double cône ne présentent pas une surface plate d'aire suffisante pour permettre une stabilisation correcte du trépan dans des formations descendant profondément, La présente invention a pour but de pallier les inconvénients précités, en prévoyant une pièce rapportee de coupe de calibrage, comprenant une surface de coupe plate de calibrage, et qui a une étendue plus grande, et une résistance supérieure et une surface de coupe de calibrage plus importante que celles des pièces rapportées de la technique antérieure. De façon la plus générale, l'invention concerne une pièce rapportée de calibrage qui comprend une partie en saillie présentant une surface de coupe plate de calibrage formée à un angle suffisant pour permettre à la surface de coupe d'être parallèle à la paroi du trou'de forage quand elle est montée sur l'outil -de coupe. L'étendue de cette partie en saillie de la pièce rapportée est d'au moins 60% du diamètre de la pièce. La partie en saillie de la pièce rapportée est formée par une base conique ayant un sommet sphérique. L'étendue de la pièce rapportée est d'environ 12,7 mm et le sommet sphérique forme une masse suffisante derrière la surface de coupe, pour augmenter la résistance. La base conique de la partie en saillie a un angle au-sommet de moins de 350 environ, tandis que la surface de coupe de calibrage forme angle d'environ 400 avec la verticale. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques détails et avantages de celle-ci apparaitront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 est une vue en perspective d'un trépan de forage à trois cônes, utilisant des pièces rapportées de calibrage selon l'invention - la figure 2 est une vue de face de la pièce rapportée selon l'invention - la figure 3 est une vue de c8té de la pièce rapportée selon l'invention ; et - la figure 4 est une vue de dessus de cette pièce rapportée. Dans les dessins, on a représenté en figure I un trépan de forage à trois cônes désigné généralement para flèche 10, comprenant une tête Il comportant une queue filetée 12 de fixation sur l'extrémité inférieure d'une tige de forage ou d'un train de tiges. Trois bras 13 s'étendent vers le bas à partir de la tête 11, chaque bras 13 comprenant une broche (non représentée) s'étendant vers le bas et vers l'intérieur. Un rouleau de coupe, ou outil de coupe en forme de rouleau 14, sensiblement tronconique, est supporté en rotation par chaque broche, au moyen de paliers appropriés (non représentés). Ces paliers peuvent être d'un type quelconque comprenant des paliers à friction, à bille et/ou à rouleaux. La tête 11 définit également des passages dans lesquels des buses 15 sont placées, pour diriger un fluide de forage sur la surface en cnnode forage. Chaque rouleau de coupe 14 comprend une pluralité de pièces rapportées agencées en rangées. Ces pièces rapportées sont de préférence en carbure de tungstène. Le premier cône, désigné par la référence 16, comprend une pointe 17 sensiblement sur l'axe longitudinal du trépan. La rangée la plus interne 18 du second cône, désignée par la référence 20, forme la rangée suivante vers l'extérieur à partir de la pointe du premier cône, tandis que la rangée la plus interne 21 de pièces rapportées du troisième cône, désignée par la référence 22, forme la rangée suivante vers l'extérieur. Les rangées de pièces rapportées permettent de découper le sol ou les formations au voisinage du centre du puits de forage. Chaque cône 14 comprend également une rangée annulaire 23 de pièces rapportées, qui sont adjacentes à la base ou au pied du cône. Ces rangées annulaires de pièces rapportées 23 sont généralement appelées rangées de calibrage, parce qu'elles coupent ltintersection entra paroi du puits de forage et le fond du puits. Entre les pièces de nez rapportées et les rangées de calibrage de chaque cône sont situées une ou plusieurs rangées intermédiaires 24 de pièces rapportées, disposées circonférentiellement, pour découper la partie intermédiaire du fond du puits de forage. On va maintenant décrire plus particulièrement l'invention, en référence aux figures 2, 3 et 4 qui représentent les pièces rapportées, -désignées généralement par référence 30, utilisées dans la rangée de calibrage 23 de chaque cône. Chaque pièce rapportée 30 est du type projectile et comprend une partie de base 31 et une partie en saillie 32. La partie de base 31 est cylindrique, et son extrémité inférieure comprend un chanfrein 33 pour faciliter son montage dans la cavité définie dans l'outil de coupe 14. L'autre extrémité 32 de la pièce rapportée 30, qui s'étend en saillie ou au-delà du rouleau de coupe 14, est formée par une base conique 34 ayant un sommet sphérique 35. La base conique 34 a un angle au sommet d'environ 300.La saillie 32 comprend de plus une surface plate de coupe de calibrage 36, inclinée d'un angle suffisant pour permettre à la surface 36 d'être parallèle à la paroi du puits de forage quand la pièce est montée dans l'outil de coupe 14. Dans ce mode de réalisation, l'angle de la surface plate 36 est de 410 par rapport à la verticale. La surface de coupe 36 permet de contacter la paroi du puits de forage et a une aire suffisante pour réduire l'usure. Le sommet sphérique 35 permet à la pièce rapportée de présenter une masse suffisante derrière la surface de coupe de calibrage (voir figure 2) pour améliorer la résistance. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, la hauteur de la partie en saillie 32 est d'environ 12, 7mm tandis que le diamètre de la pièce rapportée est d'environ 19 mm. L'avantage principal de la pièce rapportée 30 selon l'invention est tutelle a une étendue relativement importante, par rapport à celle des pièces rapportées coniques, sphériques ou en forme de ciseaux ou de burins. Selon l'invention, l'étendue de la pièce rapportée 30 est de préférence d'au moins 60% du diamètre de la pièce. Comme indiqué plus haut, un autre avantage de la pièce selon l'invention est qu'une quantité relativement importante de carbure de tungstène est située directement derrière la surface de coupe 36 par rapport azur'pièces rapportées coniques ou en forme de ciseaux. Cette masse supplémentaire donne une résistance supplémentaire à la pièce rapportée et l'empêche de se rompre ou de se briser pendant le forage. Les autres types de pièces rapportées ne présenteraient la même résistance, si elles devaient avoir une surface de coupe de calibrage semblable à la surface 36. En résumé, la pièce rapportée 30 présente trois avantages distincts la rendant particulièrement avantageuse comme pièce rapportée de calibrage, c'est-à-dire une grande surface de coupe de calibrage 36, une grande étendue, et une masse suffisante derrière la surface 36. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tousses moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Pièce rapportée. de calibrage pour un outil de coupe d'un trépan de forage, caractérisée en ce qu'elle. comprend une base cylindrique destinée à s'étendre à l'intérieur de la surface de l'outil de coupe, et une partie supérieure destinée à s'étendre en saillie sur la surface de l'outil de coupe, cette partie supérieure pressentant une surface de coupe de calibrage plate formée inclinée d'un angle suffisant pour permettre à cette surface d'être parallèle à la paroi d'un puits de forage quand la pièce est montée sur l'outil de coupe, l'étendue de la partie en saillie de la pièce rapportée étant d'au moins 60% du diamètre de la pièce. 2. Pièce selon la revendication 1, caractérisée en ce que sa partie en saillie a une -étendue d'environ 12,7 mm. 3. Pièce selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la partie en saillie comprend une base conique et un sommet sphériq,ue, ce sommet sphérique permettant à la pièce rapportée de présenter une masse suffisante derrière la surface de coupe de calibrage pour améliorer la résistance. 4. Pièce selon la revendication 3, caractérisée en ce que la base conique précitée a un angle au sommet inférieur à 350 5. Pièce selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la surface plate précitée forme un angle d'environ 400 avec le prolongement vertical de la paroi latérale de la masse cylindrique. 6. Pièce selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est réalisée en carbure de tungstène. 7. Pièce selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que la masse conique précitée a un angle au sommet de 30". 8. Trépan de forage, comprenant une tête, au moins un outil de coupe monté rotatif sur la tête, une pluralité-de pièces rapportées, circonférentiell?ment espacées et faisant saillie vers l'extérieur, disposées en rangées annulaires sur chaquebutil de coupe, une de ces rangées -située à la base ou au pied de l'outil de coupe formant la rangée de calibrage, caractérisé en ce que les pièces rapportées formant la rangée de calibrage comportent chacune une partie de base cylindrique s'étendant à l'intérieur de la surface de l'outil de coupe et une partie s'étendant en saillie audessus de la surface de l'outil de coupe, la partie en saillie comprenant une surface de coupe plate de calibrage formée inclinée d'un angle suffisant pour permettre à la surface de coupe d'être parallèle à la paroi du puits de forage quand la pièce est montée sur l'outil de coupe, l'étendue de la partie en saillie de la pièce rapportée étant d'au moins 60% du diamètre de ladite piece.