Brevet FR2491123A1 — publié le 19820402

La présente invention concerne un dispositif de lubrifi- cation de trépans de forage rotatifs du type comprenant au moins une molette munie d'organes de coupe, et supportée de façon rotative au moyen d'un système de support. Le trépan de forage comporte au moins des premiers moyens de passage, ou conduits, pour fournir du fluide de lavage dans le trou creusé par le trépan de forage, et au moins des seconds moyens de passage pour fournir du fluide au système de support de la molette en vue de le refroidir. Des moyens de lubrification sont ajoutés au fluide dans les seconds moyens de passage pour lubrifier si- multanément le système de support. Dans les trépans de forage rotatifs, les systèmes de sup- port sont soit étanches, soit non étanches. Quand le système de support est de conception étanche, ceci signifie qu'il est étanche et alimenté par un lubrifiant tel qu'une graisse ou de l'huile provenant d'un réservoir incorporé au trépan de fo- rage. Le lubrifiant est envoyé au système de support grice à la différence de pression regnant à l'intérieur et à l'extérieur et au moyen d'une membrane. Le système de support ne reçoit ni air, ni autre agent de refroidissement. Quand il s'agit d'une conception non étanche, dont la présente invention constitue un exemple, ceci signifie que le système de support ne comprend pas de moyens d'étanchéité. On emp8che les impuretés de péné- trer dans le système de support en y envoyant de l'air, cet air s'écoulant vers l'extérieur pour former une barrière pneu- matique entre la molette et la branche du trépan à laquelle elle est associée. Pour lubrifier le système de support, on a proposé de fournir des moyens de lubrification seulement à la partie de l'air qui est envoyée au système de support pour le refroidir et le nettoyer. Le brevet US n0 2. 831.660 décrit un dispositif dans lequel le réservoir à lubrifiant est disposé dans chacune des branches du trépan de forage, et le lubrifiant est envoyé dans l'air de refroidissement qui passe par le conduit traver- sent ladite branche. Le brevet US no 3.220.496 décrit un dispo- sitif dans lequel le lubrifiant est fourni au système de support à partir d'un raccord monté entre le trépan de forage et l'ex- trémité avant du train de tiges. Io pression du fluide de lava- ge oblige le lubrifiant à pénétrer dans le système de support par l'intermédiaire d'un piston. Un dispositif similaire est 24911,23 décrit dans le brevet US n 3.749.186. Un inconvénient des dispositifs de lubrification déjà connus et mentionnés ci-dessus est d à ce que l'alimentation en lubrifiant à partir du réservoir est difficile à contrôler, ce qui signifie que trop de lubrifiant est souvent envoyé pen- dant la premiere phase de l'opération de forage, le résultat étant que tout le lubrifiant est consommé lors d'une phase ul- térieure du forage, ce qui réduit la durée de vie du trépan \ de forage. Un but de la présente invention est de proposer un tré- pan de forage rotatif dans lequel l'alimentation en lubrifiant peut être maintenue à un niveau prédéterminé et contr8lé, ce qui permet d'augmenter la durée de vie de cet outil. Un autre but de l'invention est de proposer un trépan de forage rotatif présentant de faibles risques de défaillance, et augmentant, de ce fait, la fiabilité de l'outil. Oes buts, et d'autres en- core, sont atteints au moyen des caractéristiques de l'invention, dont la principale peut être exposée comme suit: Dispositif de lubrification de trépans de forage rotatifs du type comprenant au moins une molette munie d'organes de cou- pe, tels que des plaquettes rapportées, ou inserts, en métal dur, ladite molette étant supportée de façon rotative au moyen d'un système de support à roulements, le trépan de forage étant muni au moins de premiers moyens de passage pour envoyer du fluide de lavage au trou creusé par le trépan de forage, et au moins de seconds moyens de passage pour fournir du fluide au système de support de la molette, et les moyens de lubrifica- tion étant fournis au fluide dans les seconds moyens de passa- ge pour lubrifier simultanément le système de support, disposi- tif caractérisé en ce que les moyens de lubrification sont fournis par un organe en un matériau poreux, cet organe consti- tuant une fraction de la paroi interne desdits seconds moyens de passage. L'invention sera maintenant décrite en détail avec réfSé- rence aux dessins annexés qui représentent, à simple titre d'exemples, deux modes de réalisation. Il est bien entendu que ces modes de réalisation ne sont qu'illustratifs de l'invention et que de nombreuses modifica- tions peuvent leur être apportées tout en restant dans le cadre de l'invention. Sur les dessins Fig.1 est une vue en coupe d'un trépan de forage rotatif muni d'un dispositif de lubrification selon l'invention; Fig.2 est une coupe selon la ligne Il-II de la fig.1; et Fig.3 est une vue en coupe fragmentaire d'un autre mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention. Sur les dessins, les détails des deux modes de réalisation qui correspondent sont désignés par les mêmes références. ia fig.1 représente une t8te de trépan rotatif 10 de fora- ge de roche, comprenant des branches dont l'une, 11, représen- tée au dessin, sur laquelle est prévue, à la base, une partie 12 formant un tourillon portant des roulements qui supportent la molette 14 qui est montée de façon rotative et classique sur le tourillon porte-roulements 12 par l'intermédiaire d'un sys- tème de support comprenant un roulement à rouleaux 15, un rou- lement à billes 16, un roulement à rouleaux 1? et un roulement de butée axiale 18. La molette 14 est munie d'organes de coupe sous forme de plaquettes rapportées, ou inserts, 13, en métal dur. Le trépan 10 comprend trois bras 11 qui sont à intervalles égaux dans le sens circonférentiel, avec leurs molettes asso- ciées 14. C'est pour plus de clarté que la figure 1 ne repré- sente qu'un seul des trois bras. Le trépan de forage rotatif 10 comporte un conduit 19 pour un fluide de lavage, tel que de l'air comprimé auquel a été ajoutée de l'eau. Le fluide de lavage est prévu pour laver le trou percé par le trépan. A sa partie arrière, le conduit 19 se modifie en un alésage 20. Un clapet de retenue, désigné dans son ensemble par 21, est disposé à l'extrémité arrière de l'alésage 20. Le clapet de retenue 21 peut Otre considéré comme consistant en deux clapets coopérant l'un avec l'autre, l'un d'eux étant constitué par une plaque à clapet 22 et par un corps cylindrique de filtrage 23 qui lui est fixé centrale- ment et coaxialement. LIa surface d'enveloppe du corps de fil- trage 23 est muni de perçages circulaires 24 pour permettre le passage du fluide de lavage. L'autre organe de clapet forme un dispositif, inséré mobile relativement au premier clapet et comprenant un couvercle circulaire 25 supporté par trois Jambes 26 s'étendant dans le sens axial. Les jambes 26 entou- rent le corps de filtrage 23 et sont fixées au couvercle 25 et à une bague de fond 27. Le trépan de forage rotatif 10 comporte trois conduits 28, 29, 30, destinés chacun à l'une des trois branches 11, et par lesquels le fluide, tel que de l'air comprimé, est envoyé aux roulements 15, 16, 17, 18, supportant la molette 14. Norma- lement, le fluide est envoyé au système de support à roulements, d'une part pour le refroidir et, d'autre part, pour le nettoyer et éviter que des impuretés pénètrent à l'intérieur par l'inter- stice annulaire existant entre la molette 14 et le tourillon porteroulements 12. Dans certains cas cependant, le fluide peut 8tre plus chaud que le système de support, ce qui signifie que sa fonction première est de nettoyer le système de support à roulements. Ces conduits sont constitués sous la forme d'un tube 31 s'étendant axialement, raccordé par un tube coudé 32 à un conduit 33 constitué dans le bras 11 et des conduits 34, 35 dans le tourillon 12. L'extrémité arrière du tube 31 se termine à l'intérieur du corps filtrant 23. Le fonctionnement du clapet de retenue 21 est décrit en détail dans le brevet US n' 4.184.554. Quand du fluide de lava- ge contenant de l'eau atteint le clapet de retenue 21, l'eau en est séparée avant que le fluide pénètre dans le tube 31. Un réservoir à lubrifiant 36 est aménagé & l'intérieur du trépan de forage rotatif 10. Ce réservoir 36 est fermé à l'arrière par un couvercle 37 qui fixe le réservoir au trépan de forage. Le couvercle 37 est muni d'évidements 38 par les- quels le fluide de lavage qui passe par la bague de fond 27 est dirigé dans l'alésage 20. Selon l'invention, une partie de la paroi interne des conduits 28, 29, 30 est formée par une membrane en un matériau poreux qui est imbibé de lubrifiant. Quand le fluide passe par cette membrane, de petites gouttes de lubrifiant sont entrainées dans le système de support à roulements 15, 16, 17, 18. Dans le mode de réalisation selon la fig.1, l'organe poreux est formé par le tube 31 qui constitue une fraction du conduit 28. Avantageusement, le matériau poreux peut 8tre en matière plastique. On a constaté qu'une matière plastique appropriée est du type commercialisé sous la Marque ACL&ACET,. Nais il est vraisemblablement possible d'utiliser d'autres matériaux poreux tels qu'un feutre et du caoutchouc. La quantité de lubrifiant qui peut 8tre absorbée par le matériau poreux est comparativement limitée. Pour augmenter le volume disponible pour le lubrifiant, le tube 31 est aménagé dans le réservoir 36, dans le mode de réalisation selon la fige le En raison du fait que l'alimentation en lubrifiant dépend complètement du débit du fluide passant par le tube 31, on ob- tient une alimentation contr8lée du lubrifiant. En outre, du fait que le lubrifiant est envoyé à partir des pores du matériau poreux, il n'y a pas de risque de défaillances provoquées par un blocage local du matériau poreux. Dans le mode de réalisation illustré, le tube 31 est prévu pour traverser la partie du passage à fluide de lavage formé par l'alésage 20. Sur la fig.1, seul le tube 31 est représenté. Ce- pendant, et comme le montre la fig.2, un conduit 28, ou 29, ou accompagné chacun d'un tube 31 est prévu pour chacune des trois branches du trépan de forage. Dans le mode de réalisation selon la fig.3, un tube 39 en matériau poreux et un réservoir à lubrifiant 40 sont prévus pour chacune des branches 11 du trépan de forage. Dans les deux modes de réalisation illustrés, le réser- voir à lubrifiant est logé à l'intérieur du trépan de forage. En variante, le réservoir pourrait être disposé dans un rac- cord conçu pour établir la liaison entre le trépan de forage et l'extrémité avant du train de tiges portant le trépan. Un clapet de retenue du type représenté aux fig.1 et 3 est alors prévu à l'extrémité arrière du raccord. A la suite du clapet de retenue est disposé le réservoir à lubrifiant dans lequel est disposé centralement un unique tube en matériau po- reux qui est commun aux branches du trépan de forage. Ce rac- cord est prévu pour Otre utilisé avec un trépan de forage de forme spécifique comprenant des moyens de saisie s'ouvrant vers l'arrière et du type représenté dans la demande de brevet euro- péen publiée sous le n0 WO 81/01167. Le fluide contenant le lu- brifiant est capté par les moyens de saisie et conduit au sys- tème de support à roulements par l'intermédiaire d'un conduit prévu dans le trépan de forage par la voie de conduits ménagés dans la branche du trépan et le tourillon porte-roulements. Référence est faite à la demande de brevet européen ci-dessus qui est, de ce fait, incorporée à la présente demande en vue d'une description complète du fonctionnement. 2491i-25 REVENDICATIONS 1.- Dispositif de lubrification de trépar de forage rota- tifs du type comprenant au moins une molette (14) munie d'orga- nes de coupe (13) tels que des plaquettes rapportées, ou in- serts,en métal dur, ladite molette étant supportée de façon rotative au moyen d'un système de support à roulements (15, 16, 17, 18), le trépan de forage étant muni au moins de premiers moyens de passage (19, 20) pour envoyer du fluide de lavage au trou creusé par le trépan de forage, et au moins de seconds mo- yens de passage (28, 31, 32, 33) pour fournir du fluide au sys- tême de support de la molette, et les moyens de lubrification étant fournis au fluide dans les seconds moyens de passage pour lubrifier simultanément le système de support, dispositif ca- ractérisé en ce que les moyens de lubrification sont fournis par un organe (31; 39) en un matériau poreux, cet organe cons- tituant une fraction de la paroi interne desdits seconds moyens de passage. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe poreux comprend un organe tubulaire (51; 39), cet organe tubulaire formant une partie des seconds moyens de passage (28, 31, 32, 33). 3.- Dispositif selon l'une des revendications I ou 2, caractérisé en ce que les seconds moyens de passage (28, 31, 32, 33) ainsi qu'au moins une fraction de leur longueur axiale sont prévus pour traverser un réservoir à lubrifiant (36; 40) duquel les moyens de lubrification sont envoyés à l'organe po- reux (31; 39). 4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les seconds moyens de passa- ge (28, 31, 52, 33) ainsi qu'une fraction de leur longueur axi- ale sont prévus pour traverser les premiers moyens de passage (19, 20) et comprennent des moyens (21) pour séparer l'eau du fluide qui est envoyé au trépan de forage avant que du fluide qui ne contient pratiquement plus d'eau soit dirigé dans les seconds moyens de passage. 5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que de seconds moyens de passage (28; 29; 30) sont prévus pour chacune des molettes (14) supportées de façon rotative. 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réservoir à lubrifiant (56; 40) est logé à l'intérieur du trépan de forage. ? 7.- Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 6, ca- ractérisé en ce que le réservoir à lubrifiant (36) est logé A l'intérieur des premiers moyens depassage (19, 20). 8.- Dispositif selon l'une des revendications I ou 2, ca- ractérisé en ce qu'un organe poreux (36) imbibé des moyens de lubrification et un réservoir à lubrifiant (40), quand ce der- nier est prévu, sont prévus pour chacune des branches (11) du trépan de forage. 9.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'organe poreux (31) destiné à chacune des branches (11) du trépan de forage est disposé dans un réservoir à lubri- fiant comun (36).