Brevet FR2490106A1 — publié le 19820319

249È106 Il a été proposé dans le brevet des E.U.A. N0 2.880.970 d'utiliser un filtre fait de sphères de bronze ou de poudres de bronze frittées pour former un disque ou une plaque soudé à l'outil à l'entrée du trou inférieur d'un outil de forage dans les petits passages amenant le fluide aux paliers. Les disques sont décrits comme étant montés à l'entrée du passage en position inclinée par rapport à l'axe du trépan de sorte que la circulation de fluide vers le bas à travers le trépan a tendance à continuellement décaper la surface du disque pour le débarrasser du gâteau de filtration. Un filtre quelque peu similaire est décrit dans le brevet canadien N0 1. 033.710 dans lequel sont décrits des filtres 40 en forme de tores faits d'une fibre métallique. Ces filtres sont utilisés pour filtrer le fluide de forage qui est forcé de circuler à travers un outil en fond de puits pour permettre seulement au fluide propre d'entrer dans la cavité de palier tout en retenant les particules solides quand les conditions d'écoulement tendent à faire circuler le fluide depuis l'anneau du puits dans les passages des paliers. La structure du filtre de la présente invention utilise une cage de conception simple faite d'acier ou d'un autre matériau résistant à l'érosion. La cage s'adapte étroitement dans une cavité comportant des fentes verticales le long de sa paroi et la cage est munie de fines fentes adaptées pour correspondre aux fentes de la paroi de la cavité, pour former des passages restreints par lesquels le fluide est filtré puis s'écoule directement vers les buses ou autres orifices prévus dans l'outil pour diriger le fluide de forage à travers l'outil et dans le puits. Les fentes dans la cage coopèrent avec les fentes de la paroi de la cavité et la cage est espacée du fond de la cavité, pour fournir des passages d'écoulement par lesquels le fluide filtré circule vers des passages restreints, comme les buses à la partie inférieure de l'outil. La cage est placée de façon à communiquer avec le passage d'écoulement interne par lequel le fluide de forage est pompé sous pression, et amène le fluide filtré aux buses qui dirigent le fluide vers les outils de coupe, qui sont par 2490106 a exemple portés par la face extérieure de l'outil. Les fentes de la cage présentent des passages d'écoulement allongés étroits qui ne peuvent pas facilement être bouchés par une accumulation de petites particules et qui permettent également à un grand volume de fluide de passer par le filtre tout en effectuant de façon efficace la fonction de filtration pour laquelle ils sont conçus. C'est donc un but de l'invention de fournir un filtre efficace, de construction simple et solide, à utiliser avec les outils en fond de forage; de fournir une structure de filtre simple de conception robuste à utiliser avec un outil en fond de forage; de fournir un filtre qui peut être placé près des passages de sortie restreints par lesquels le fluide s'écoule pour circuler autour des paliers et pour s'écouler vers les gicleurs dirigés sur les bords de coupe de l'outil. D'autres buts apparaîtront d'après la description ci-dessous. La Figure 1 est une vue en coupe montrant le filtre assemblé dans un trépan à diamants; La Figure 2 est une vue de bout de l'extrémité de coupe du trépan représenté sur la Figure 1; La Figure 3 est une vue de côté détaillée d'un filtre; et La Figure 4 est une vue de dessus de l'élément filtrant représenté sur la Figure 3. A titre d'exemple, le filtre est représenté ici monté dans un outil de forage rotatif comportant un corps 10 dont la face extérieure porte des éléments de coupe 12. Le trépan est adapté pour être monté à l'extrémité inférieure d'un arbre rotatif destiné à être entraîné dans le sol. Du fluide de forage est forcé vers le bas au centre du train de forage comme on le sait, pour s'écouler du trou central du train dans la tête 14 du trépan. La tête comporte des portions prévues pour la fixation à l'élément le plus inférieur du train de forage et a un trou central 16 communiquant avec le trou du train de forage de façon à recevoir le fluide de forage qui circule sous pression pour faire fonctionner un moteur en fond de trou, lubrifier et refroidir l'outil et enlever les débris de forage en les remontant du puits que l'on fore. Le corps 10 comporte une cavité cylindrique centrale 18 dont le diamètre interne est quelque peu supérieur au diamètre interne 16 de la tête. La cavité comporte un épaulement 20 à son extrémité supérieure et une surface inférieure 22 à son extrémité inférieure. La cavité cylindrique 18 se prolonge vers le bas à partir de l'épaulement 20 pour former une petite chambre de distribution 24 d'o une série de conduits 26 à écoulement restreint conduit à des gicleurs de sortie de fluide sur les portions de coupe de l'outil. La paroi latérale de la cavité 18 comporte une série de fentes 28 qui forment des passages d'écoulement pour le fluide de forage pour lui permettre de traverser le corps pour s'écouler dans les conduits 26, comme cela se verra mieux ci-dessous. Les fentes 28 angulairement espacées ont une longueur axiale plus courte que la cavité et se prolongent jusqu'à des épaulements inférieurs 29 situés aux extrémités de sortie des fentes 28 rejoignant la chambre 24. La cavité 18 est conçue pour recevoir une cage 30 ayant un corps cylindrique d'un diamètre tel qu'elle s'adapte étroitement dans la cavité 18 et d'une longueur telle qu'elle laisse un espace entre la partie inférieure de la cage et les épaulements 29 à l'extrémité inférieure des fentes 28. La cage comporte un collier 32 qui repose sur l'épaulement 20 et le collier est réuni hermétiquement au corps quand la tête 14 est assemblée sur le corps 10. La cage comporte également une série de passages étroits 34 qui peuvent se prolonger au-delà du collier 32 et audelà de la paroi de la cage vers le bas pratiquement jusqu'à sa partie inférieure. Quand le collier 32 est assemblé hermétiquement sur l'épaulement 20, il est essentiel que les passages 34 de la cage soient placés en face et en alignement des fentes 28 dans la paroi de la cavité 18 du corps. La structure assemblée telle que décrite précédemment est prête à l'utilisation et, quand du fluide est 2490106 & pompé vers le bas dans le train de forage sous pression, il s'écoule dans les trous reliés au train de forage puis dans le trou 16 dans la tête 14 pour pénétrer dans la cage 30. Le fluide s'écoule ensuite dans les passages allongés étroits 34 et pénètre dans les fentes 28. Le fluide circule vers le bas dans ces fentes pour sortir dans la chambre de distribution 24 d'o le fluide filtré passe dans les conduits restreints 26 vers les outils de coupe. Tout matériau en particule passant par les passages 34 est si petit qu'il s'écoulera dans les conduits restreints 26. Si une pièce allongée de matériau s'écoulait dans la cage et pouvait passer par un passage 34, ce matériau serait verticalement aligné avec l'écoulement dans la fente 28 et son extrémité inférieure reposerait sur l'épaulement 29. Comme un tel long morceau ne pourrait pas passer entre le coin inférieur de la cage et le bord de l'épaulement, il resterait emprisonné dans cette position o il ne peut s'écouler vers le bas pour bloquer l'un quelconque des écoulements de fluide dans les conduits restreints 26. Le filtre décrit ici possède des passages étroits allongés qui ont une largeur permettant d'effectuer la fonction de filtrage nécessaire pour piéger toutes les particules s'écoulant avec le courant de fluide de forage, particules dont l'une quelconque pourrait avoir un diamètre qui provoquerait le bouchage de l'un des conduits restreints -au-delà du filtre. Toute fibre mince allongée qui pourrait être alignée avec l'un des passages du filtre et entraînée à travers le passage par l'écoulement de fluide, est piégée dans une fente 28 et sur l'épaulement 29 comme expliqué ci- dessus. Les passages allongés 34, bien qu'étroits pour donner l'action de filtrage désirée, fournissent un passage d'écoulement amplement suffisant pour ne pas gêner substantiellement l'écoulement du fluide dans la cage sur son trajet vers les surfaces de l'outil sur lequel il est dirigé par les conduits 26 communiquant avec la chambre de distribution 24 immédiatement en aval du filtre. Ce qui précède décrit une utilisation préférée de cette invention sous forme d'un trépan ayant des éléments de coupe compacts en diamant fixés à sa surface. Il est possible que d'autres applications soient trouvées pour ce filtre sur d'autres outils comme des foreuses à diamant entraînées par des moteurs situés en fond de trou et éventuellement sur d'autres dispositifs o des passages d'écoulement restreints doivent être maintenus libres dans des endroits situés en fond de trou o la circulation du fluide de forage par ces passages est déterminante pour l'opération continue satisfaisante de l'outil dans des conditions très sévères. Un grand nombre de modifications de cette invention font partie du domaine des revendications suivantes. 2490106 a REVENDICATIONS 1. Filtre à utiliser avec un trépan rotatif pour trous profonds dans les schistes, le grès, les conglomérats, la houille, etc., o l'outil est monté de façon à être entraîné en rotation à l'extrémité en fond de trou d'un train de forage dans lequel circule un fluide, comprenant un corps ayant une surface extérieure, ledit corps ayant une cavité interne 18 destinée à recevoir le fluide, ladite cavité étant délimitée par une paroi latérale, ladite cavité comportant une extrémité terminale 22 avec des passages d'écoulement restreints 26 conduisant de ladite cavité à la surface extérieure du corps, passages par lesquels s'écoule ledit fluide, ladite paroi latérale de ladite cavité 18 comportant une série de fentes 28, un élément filtrant sous forme d'une cage creuse 30 ayant des parois latérales et de fond d'une forme telle qu'elle s'adapte dans ladite cavité de façon à s'adapter étroitement à ladite paroi latérale de la cavité 18, sa paroi de fond étant espacée de ladite paroi terminale 22 de la cavité, ledit filtre comportant une série de passages 34 étroits allongés coopérant avec lesdites fentes 28 pour filtrer le fluide traversant sa paroi latérale, et des moyens 20, 32 maintenant ledit filtre dans ladite cavité de sorte que ses passages sont alignés avec lesdites fentes 28 de la paroi latérale de la cavité, grâce à quoi le fluide de forage peut circuler vers ledit outil en étant filtré dans ledit corps de l'outil par l'intermédiaire desdites fentes et passages avant qu'il ne passe dans lesdits passages 26 d'écoulement restreint. 2. Filtre à utiliser avec un outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite cavité a une section droite circulaire. 3. Filtre à utiliser avec un outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite cavité est cylindrique. 4. Filtre à utiliser avec un outil rotatif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit corps a une portion formant tige allongée au-dessus de sa surface extérieure, ladite cavité étant formée dans ladite tige, et ladite cage étant portée par ladite portion formant tige de façon à remplir substantiellement ladite cavité, grâce à Cuoi lesdits passages 34 et fentes 26 correspondants et ledit fond de la cage espacé de ladite paroi terminale 22 constituent l'élément de filtrage placé immédiatement à côté des conduits restreints 26 par lesquels le fluide s'écoule vers la surface extérieure de l'outil. 5. Filtre à utiliser avec un outil rotatif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'outil est un foret, ledit foret ayant des éléments de coupe 12 fixés à sa surface extérieure, et lesdits conduits restreints 26 amènent le fluide à des buses dirigeant le fluide sur lesdits éléments de coupe 12 pendant que l'outil travaille. 6. Filtre à utiliser avec un outil rotatif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite tige comporte un épaulement porteur 20 formé dans ladite cavité, ladite cage comporte un collier porteur 32 faisant partie intégrante de la cage et conçu pour reposer sur ledit épaulement 20, et ledit corps comporte une tête 14 permettant de fixer ledit collier sur ledit épaulement. 7. Filtre à utiliser avec un outil rotatif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une chambre de distribution 24 de diamètre plus petit que ladite cavité interne 18 est prévue à l'extrémité inférieure de la cavité interne, et un épaulement 29 qui est à une certaine distance du fond de ladite cave définit cette chambre de distribution 24.