Brevet FR2400611A1 — publié le 19790316

La présente invention concerne des trépans à cnes rotatifs ayant un certain nombre de rangées annulaires de pièces rapportées qui en font saillie. L'utilisation de tréparsà pieces rapportées pour le forage de formations ou couches extrêmemement dures est connue dans l'industrie pétrolière depuis plusieurs années. De tels trépans comprennent habituellement deux ou trois branches soudées ensemble pour former une structure unitaire. Une extrémité de la structure forme une tige filetée pour fixation à l'extrémité inférieure d'une mattresse-tige. L'extrémité inférieure de chaque branche comprend une broche faisant face vers l'intérieur pour supporter rotatif un cône où sont montées plusieurs rangées annulaires de pièces rapportées coupantes. Lors de la rotation du trépan, les cônes sont adaptés à rouler sensiblement au fond du trou à forer, Pendant ce mouvement de roulement, les pièces rapportées sont disposées pour contacter et désintégrer la formation ou couche de terre au fond du trou. Les esquilles et débris de forage délogés de la formation, sont enlevés par le fluide de forage passant à travers la face du sondage. Dans un trépan classique à deux ou trois cOnes, une rangée de pièces rapportées de coupe est prévue à la base de chaque cône pour couper le sondage à la dimension voulue tandis que d'autres rangées annulaires sont espacées vers i'intérieur sur les cônes pour couper le restant du fond du sondage. Dans de tels trépans classiques, les cônessont configurés avec des bases arrondies pour permettre à la rangée coupant à la dimension voulue d'avoir une extension plus courte que des rangées adjacentes, pour diminuer ainsi l'usure des rangées coupant à la dimension voulue pendant l'opération de forage. Cependant, avec une telle configuration, les bases arrondies et les rangées de moindre extension coupant à la dimension voulue engagent en dernier le fond du trou forçant ainsi le trépan à suivre toute déviation existant déjà dans le sondage.Par suite, le trépan peut se dévier de sa direction voulue. La présente invention permet de résoudre l'inconvénient ci-dessus mentionné en prévoyant un trépan pouvant conserver sa direction voulue de forage ou réduire la déviation déjà établie. Dans son aspect-le plus large, la présente invention concerne un trépan du type à cônes à pièces rapportées où les rangées coupant à la dimension voulue des pièces rapportées s'étendent plus loin vers l'extérieur par rapport à l'axe du cône que les rangées annulaires intermédiaires et adjacentes au point que la zone au fond du sondage découpé par les pièces rapportées coupant à la dimension voulue sont plus basses que toute autre zone coupée par les rangées intermédiaires. Cette construction produit des c8nes ayant des coins plus aigUs entre-la paroi du sondage et le fond, ce qui permet aux pièces rapportées coupant à la dimension voulue de couper dans toute paroi en pente du sondage afin de réaligner le sondage avec le train de tiges. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques,détails et avantages de celle-ci apparattront 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 plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 est une vue en perspective d'un trépan à trois cônes selon l'invention - la figure 2 est une vue en coupe d'un cône n 1, illustrant la rangée coupant à la dimension voulue s'étendant radialement selon la présente invention - la figure 3 est une vue en coupe fragmentaire d'un cône nO 2 selon l'invention - la figure 4 est une vue en coupe fragmentaire d'un cône nO 3 selon la présente invention - la figure 5 est une vue superposée des pièces rapportées du trépan illustréessur les figures 2, 3 et 4 montrant le profil du fond d'une partie d'un sondage tandis que le trépan y est entratné en rotation - la figure 6 est une vue en coupe fragmentaire d'un second mode de réalisation de la présente invention ; et - la figure 7 est une vue en coupe fragmentaire d'un troisième mode de réalisation de la présente invention. En se référant maintenant aux dessins, la figure I illustre un trépan à trois cônes genéralement indiqués par la flèche 10 et qui comprend une tette Il ayant une tige filetée 12 pour fixation à l'extrémité inférieure d'une maitresse-tige ou d'un train de tiges. Trois branches 13 s'étendent vers le bas à partir de la titre 11, chaque branche 13 ayant une broche 14 qui s'en étend vers le bas et vers l'intérieur, l'une de ces broches etant illustrée sur la figure 2. Un trépan à rouleaux 15 de forme généralement tronconique est supporté rotatif sur chaque broche 14 par un palier de friction adapté 16, à l'extrémité externe de chaque trepan 15, des paliers à billets 17 et un palier de friction 18 en son nez. L'agencement de support peut avoir de nombreuses formes différentes, la forme qui précède étant indiquée comme le type le plus classique. La t8te Il définit de plus des passages dans lesquels des buses 19 sont placées pour diriger le fluide de forage sur la surface qui est forée. Les figures 2, 3 et 4 illustrent les cônes Nos 1, 2 et 3 respectivement, du trépan 10. Chaque cône 15 comprend un certain nombre de pièces rapportées agencées en rangées. Ces pièces rapportées sont de préférence faites en carbure de tungstène. Le cône No. 1 illustré sur la figure 2 comprend une pointe 21 à peu près sur l'axe longitudinal du trépan. La rangée la plus interne 22 des pièces rapportées du cône No. 2 est la rangée suivante vers l'extérieur à partir de la pointe du cône No. 1 tandis que la rangée la plus interne 23 des pièces rapportées sur le cône No. 3 est la rangée suivante vers l'extérieur. Ces rangées de pièces rapportées servent à découper la formation à proximité du centre du sondage. Chaque cône 15 comprend également une rangée annulaire 24 de pièces rapportées, à proxImité de la base ou-du cône. Les pièces rapportées 24 coupent l'intersection entre la paroi du sondage et le fond du sondage. Les rangées annulaires de pièces rapportées 24 peuvent être appelées rangées coupant à la dimension voulue. Entre les pièces rapportées du nez et. les pièces rapportées coupant à la dimension voulue de chaque cône sont placées une ou plusieurs rangées intermédiaires 25 de pièces rapportées qui y sont circonférentiellement disposées. On peut mieux voir l'agencement des pièces rapportées des diverses rangées sur la figure 5. Sur cette figure 5, les pièces rapportées du cône No. I sont illustrées en trait plein, tandis que celles des cônes No-. 2 et No. 3 sont illustrées en tracé fantôme. Le nombre de pièces rapportées varie d'une rangée à l'autre, mais ces nombres ne sont pas nécessaires dans la présente description. En se référant maintenant à une description plus particulière de l'invention, on notera que les cônes sont configurés pour avoir relativement des "farts plats". Cela est accompli si le profil périphérique de chaque cône représente à peu près deux lignes droites et si la rangée coupant à la dimension voulue s'étend radialement vers l'extérieur de l'axe du cône au-delà des rangées intermédiaires adjacentes de pièces rapportées. Dans le mode de réalisation préféré, la rangée coupant à la dimension voulue s'étend de plus de 10% plus loin dans. une direction radiale que les rangées intermédiaires adjacentes. Par exemple, dans un trépan pour roche ayant un diamètre nominal de 31,1 cm, la distance radiale de la rangée nominale ou coupant à la dimension voulue est de l'ordre de 10 cm et la rangée adjacente est à 7,94 cm.Dans cet exemple, la rangée nominale a.un rayon qui est à peu près 26% plus grand que le rayon de la rangée adjacente. Cela est également illustré suri figure 2 où le cône a été tracé à l'échelle et le rayon de la rangée nominale est à peu près 26% plus grand que le rayon de la rangée adjacente. Du fait de cette construction étendue de la rangée nominale, les rangées nominales viennent d'abord en contact avec le fond du sondage et coupent une zone annulaire plus profonde au fond du sondage que le nez et les rangées intermédiaires des pièces rapportées. Les rangées nominales étendues permettent également aux cônes de produire un coin plus aigü entre la paroi du sondage et son fond.Par suite, les pièces rapportées étendues ont tendance à couper dans toute paroi en pente pour réaligner le sondage avec le train de tiges. Dans le mode de réalisation préféré, les pièces rapportées 24 sont des pièces rapportées du type projectile où une surface plane 30 est usinée à un angle suffisant pour permettre à la surface dextre parallèle à la paroi du sondage. Cependant, comme cela est illustré sur la figure 6, une pièce rapportée du type projectile de òrme régulière 40 peut entre utilisée comme pièce rapportée nominale ou comme cela est illustré sur la figure 7, on peut utiliser d'une façon analogue une pièce rapportée en burin 50 ayant une surface usinée 51. Comme on peut le voir, on obtient un nouveau trépan pouvant maintenir un forage vertical sans déviation ou pouvant réduire la déviation déjà établie. On notera que diverses modifications peuvent entre faites. Par exemple, bien qu'un trépan à trois cônes ait été décrit, la présente invention est également utilisable avec un trépan à deux cônes. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés 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 suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVND1CAT1 ONS 1. Trépan rotatif, caractérisé en ce qu'il comprend un corps principal et un certain nombre de branches s'en étendant vers le bas, chaque branche ayant un tourillon s'étendant vers l'intérieur qui y est formé ; et un trépan en forme de cône supporté rotatif sur chaque tourillon, la surface périphérique de chaque trépan ayant un certain nombre de rangées annulaires de pièces rapportées de coupe faisant saillie vers l'extérieur, qui y sont montées avec la rangée la plus externe de pièces rapportées à partir du sommet du cône formant la rangée de coupe à dimension voulue, au moins un cône étant configuré pour que la rangée de coupe à dimension voulue desdites pièces rapportéesKait un diamètre sensiblement plus grand de 10% que celui de la rangée annulaire intermédiaire et adjacente de pièces rapportées, pour permettre ainsi à ladite rangée étendue de produire un coin aigü entre la paroi du sondage et son fond. 2. Trépan selon la revendication 1, caractérisé en ce que la rangée coupant à la dimension voulue précitée de chaque cône précité a un diamètre plus grand d'environ 15% que celui de la rangée annulaire intermédiaire etedjecente de pièces rapportées. 3. Trépan selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque cône précité est configuré de façon que sa surface périphérique roule au fond du sondage et en ce que la rangée précitée coupant à la dimension voulue de pièces rapportées s'étend vers le bas plus loin que les autres rangées annula ires de pièces rapportées, pour couper ainsi une zone annulaire au fond du sondage plus basse que la zone découpée par les rangées annulaires internes de pièces rapportées. 4. Trépan selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque cône précité a un profil périphérique qui s'approche d'une ligne droite conduisant du sommet à la base, pour permettre ainsi aux cônes précités de produire un profil de coupe sensiblement plat s'étendant à travers le fond du sondage. 5. Trépan selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pièces rapportées précitées sont faites en carbure de tungstène.