Brevet FR2510652A1 — publié le 19830204

La présente invention concerne un trépan de forage comprenant un anneau de blocage de buse avec anneau torique d'étanchéité écrasé et concerne plus particulièrement une buse de trépan améliorée pour décharger du fluide de forage contre le fonds d'un puits de forage. Le type le plus habituel de trépan pour forer des puîts de pétrole et de gaz comporte trois molettes généralement coniques Les molettes comprennent des dents qui désintègrent les formations de terre pendant le forage Du fluide est pompé vers le bas au travers de la colonne de tiges de fora- ge et est déchargé par trois sorties se trouvant dans le trépan Le fluide refroidit le trépan et fait circuler les débris hors du puits vers la surface de la terre. Un type de fluide de forage est une pâte liquide connue sous le nom de "boue" qui contient souvent des parti- cules telles que des particules de sable abrasif Desbuses réalisées en carbure de tungstène fritté sont montées dans les sorties de fluide du trépan pour réduire l'érosion. Chaque buse est un court cylindre comprenant un alésage axial convergent A cause des pressions de pompage élevées et de la boue abrasive, les buses doivent être fermement fixées dans les sorties pour éviter leur mouvement Egalement, tout dispositif de blocage doit être protégé jusqu'à un certain point pour éviter l'érosion En outre, la paroi externe de la buse doit être scellée de manière étanche dans la sortie pour empêcher que le fluide ne s'échappe entre la paroi de la sortie et la paroi de la buse et éven- tuellenment éroder la sortie. Dans un type habituel d'assemblage de buse, on utilise un jonc fendu disposé dans une rainure formée dans la sortie, immédiatement en-dessous de la base de la buse Si la boue est exceptionnellement abrasive, une buse avec un élément protecteur ou partie prolongée peut s'étendre vers le bas en-dessous du jonc fendu pour éviter l'érosion Pour l'étan- chéité, un anneau torique d'étanchéité est disposé dans une rainure formée dans la sortie pa redre a buse étanche contre l'extéÉnr. Alors que cet assemblage de buse fonctionne arec sircès, des tolérances étroites sont nécessaires pour la disposition étanchéite des rai nur es pour l'anneau de blocage ebllanneau torique d'/Egale- -2- ment, des cassures de fatigue se produisent éventuellement entre l'élément protecteur de la buse, si un élément protec- teur estutlisé, et le corps de la buse. Dans un autre assemblage de buse employé, on utilise un anneau fileté à serrer contre la buse Un type d'anneau com- prend un anneau avec un alésage interne conique qui est calé contre une partie conique formée dans la buse Bien que ceçro- cédé fixe de façon rigide la buse au trépan, l'anneau torique d'étanchéité pour cet assemblage est toujours disposé dans ure rainure selon la manière habituefle,et exigedcncunusinage précis. Selon la présente invention, la buse comporte une partie conique sur sa partie externe Un anneau de blocage avec un filetage externe est vissé dans la sortie du passage L'anneu de blocage comprend également une partie conique qui s'ajuste à la partie conique de la buse pour caler la buse fermement dans le passage Un joint élastomère, de préférence un anneau torique d'étanchéité est disposé entre le bord supé- rieur de l'anneau de blocage, la surface conique de la buse et la paroi cylindrique du passage En serrant l'anneau de blocage on écrase et déforme l'anneau torique d'étanchéité dans cet espace, créant un joint sans nécessiter un usinage à tolérance étroite. Pour que l'invention puisse être mieux comprise, réfé- rence est faite aux dessins dans lesquels: La figure i est une vue en perspective, partielle d'une partie d'un trépan, partiellement en coupe, montrant une buse construite selon la présente invention. La figure 2 est une coupe verticale, agrandie d'un des assemblages de buse du trépan de la-figure 1. La figure 3 est une vue d'en bas de l'anneau de blocage pour l'assemblage de buse de la figure 1. La figure 1 représente un trépan de forage ll habituel comprenant une buse 13 construite selon la présente invention. Le trépan de forage ll comprend un corps 15 constitué de trois têtes soudées ensemble pendant l'assemblage Une moleite 16 rotative est montée sur une cheville (non représentée) de chaque tête La molette 16 comprend des dents 17 pour désintégrer la terre, constituées de pièces insérées en car- bure de tungstène, fixées par pressage dans des orifi- -3- ces ajustés Egalement la dent 17 peut être molettée dans l'enveloppe en acier de la molette 16 Le trépan de forage Il comprend une série de filetages externes 19 sur son extrémité supérieure pour le fixer à l'extrémité inférieure de la tige de forage (non représentée) Le trépan de fora- ge 11 comprend un passage axial 21 pour recevoir le fluide de forage qui est pompé vers le bas dans la tige de forage. En se référant également à la figure 2, on peut voir qu'un passage 21 est séparé en trois passages 23 (dont seulement 1 est montré), écartés de 1200 l'un de l'autre. Chaque passage 23 est disposé sur un côté du trépan 11 entre deux molettes 16, et est orienté généralement vers le bas pour décharger du fluide contre le fonds du puit. Chaque passage 23 comprend une sortie 25 qui est cylindrique et d'un diamètre supérieur à la partie du passage 23 immédiatement en amont La sortie 25 forme l'extrémité de la sortie 23 et définit un épaulement 27 orienté vers le bas, à son extrémité supérieur Des filetages 28 sont formés dans l'extrémité inférieure de la sortie 25, l'ex- trémité supérieure des filetages se terminant en une rainure de détente sans filetage. La buse 13 est reçue fermement par la partie élargie 25. La buse 13 comporte un passage axial 29 passant au travers de celle-ci La partie supérieure ou entrée du passage 29 est cylindrique et conduit à une partie intermédiaire convergente La partie inférieure ou partie de sortie du passage 29 est cylindrique et de diamètre plus petit que La partie supérieure 29 Le diamètre de la partie supérieure du passaae 29 est légèrement inférieur au diamètre de la sortie 25. La buse 13 comprend un bord supérieur 13 a qui encercle "'entrée du passage 29 et porte contre l'épaulement 27 de sortie La buse 13 comprend une partie supérieure 13 b avec une paroi externe cylindrique qui s'ajuste étroitement dans la sortie 25 La partie supérieure 13 b a une longueur qui est environ la moitié de la longueur axiale totale de la buse 13 lin épaulement conique à mi-hauteur 13 c qui a une forme tronconique, est disposé en-dessous de la section supérieure 13 b Une section inférieure cylindrique 13 d est -4,- reliée à la partie conique 13 c et s'étend vers l'extrémité inférieure de la buse 13 La partie inférieure 13 d a un diamètre qui est d'environ le 3/4 du diamètre de la partie supérieure 13 b et une longueur d'environ 3/4 de la longueur de la partie supérieure 13 b. La buse 13 est, de préférence, construite en une matiè- re de carbure de tungstène fritté selon la manière habituel- le Fondamentalement, d'après cette technique, la buse 13 est pressée en forme et maintenue par un liant pendant qu'elle est disposée dans un four pour le frittage de la matière en une forme composite. Un anneau de blocage 31 est utilisé pour fixer la buse 13 dansla sortie du passage 25 L'anneau de blocage 31 est un élément annulaire qui comprend un filetage à l'extérieur et qui se visse dans le filetage complémentaire 28 de la sortie 25. L'intersection entre l'alésage 35 et le bord supérieur 31 a comprend une partie biseautée 31 b qui est formée selon le même angle que la partie conique 13 c de la buse La partie en biseau 31 b a donc une surface interne conique qui s'ajuste avec la surface externe conique de la section conique 13 c de la buse L'angle de la partie conique est, de préférencede 450 par rapport à l'axe de la sortie 25 du passage. Un joint élastomère 37, de préférence un anneau torique d'étanchéité 7 S A sposé dans l'espace entre la section conique 31 c de la buse, la paroi de sortie 25 et le bord supérieur 31 a de l'anneau de blocaae Cet esrace est triangulaire en coupe transversale L'anneauitrique 37 est un élément annulaire avec un diamètre en section transversale circulaire qui est inférieur à la largeur radiale du bord supérieur 31 a de la bague de rétention. L'anneau de blocage 31 comprend une partie prolongée cylindrique 39 faisant saillie vers le bas au-delà de la surface inférieure 41 du corps 15 du trépan Comme on peut le voir dans la figure 3, la partie prolongée 39 comprend 4 fentes radiales 43 formées dans sa face, écartées de 90 degrés l'une de l'autre Les fentes 43 servent à permettre à une clê ou autre instrument d'y être engagée pour serrer l'anneau de blocage 31 dans la sortie 25 L'extrémité inférieure de la buse 13 se termine de nouveau avec la surface inférieure 41 du corps du trépan, la partie prolongée 39 de l'anneau de blocage faisant saillie au-delà dela buse 13 sur une courte distance. Pour assembler la buse, on dispose d'abord la buse 13 en place dans la partie 25 On place l'anneau torique 37 autour de la surface conique 13 c de la buse Ensuite l'anneau de blocage 31 est vissé fermement dans la sortie 25 Ceci écrase et déforme l'anneau torique 37 entre l'anneau de blocage 31, la buse 13 et la sortie 25 pour obtenirun joint étanche La partie en biseau 31 b de l'anneau de blocage s'ajuste également à la surface conique 13 c de la buse pour caler la buse fermement en place. En fonctionnement, le trépan est fixé à l'extrémité inférieure d'une colonne de tiges de forage et tourne autour de l'axe du passage 21 Chaque molette 16 tourne autour de son axe propre pour désintégrer la terre De la boue est pompée au travers du passage 21, des passages 23 et sort par les passages 29 de la buse pour être déchargée contre le fonds du puit. L'invention a des avantages significatifs L'utilisa- tion de l'anneau de blocage avec sa surface de calage ajustée fixe fermement la buse en place L'écrasement-de l'anneau torique dans l'espace entre la surface conique de la buse et le bord supérieur de 1 ' anneau de blocage crée un joint étanche du fluide et permet d'éviter la nécessité d'un usinage d'une rainure avec tolérance étroite dans la sortie du passage. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au trépan qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. 6 - REVENDICATIONS 1 Trépan de forage d'un type comprenant au moins un passage contenant une buse pour décharger du fluide de forage, caractérisé par la combinaison d'un anneau de blocage ( 31) fixé dans le passage ( 25) et ayant un alésage ( 35) encerclé par un bord supérieur ( 31 a), le bord supé- rieur ( 31 a) de l'alésage ( 35) venant en contact avec une section conique ( 13 c) formée sur la buse ( 13) pour fixer la buse ( 13) dans le passage ( 25); et un joint élastomère ( 37) déformé entre la section conique ( 13 c) de la buse ( 13), la paroi du passage ( 25) et le bord supérieur ( 31 a) de 1 ' anneau de blocage. 2 Trépan du type comprenant au moins un passage contenant une buse pour décharger du fluide de forage caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison un anneau de blocage ( 31) fixé dans le passage ( 25) et comprenant un alésage ( 35) avec un bord supérieur ( 31 a) encerclant une section conique ( 31 b) qui s'ajuste avec une section conique ( 13 c) formée sur l'extérieur de la buse ( 13); et un joint élastomère ( 37) déformé entre la section conique ( 13 c) de la buse, la paroi du passage ( 25) et le bord supérieur ( 31 a) de l'anneau de rétention. 3 Trépan de forage comprenant un dispositif pour décharger du fluide de forage caractérisé en ce qu'il com- prend, en combinaison, au moins un passage ( 23) formé dans le tréoan ( 13) avec un épaulement ( 27) orienté vers le bas, une paroi cylindrique ( 25) en-dessous de l'épaulement ( 27), et un filetage ( 28) en-dessous de la paroi cylindri- que ( 25); une buse ( 13) comprenant un extérieur avec une paroi cylindrique ( 13 b) qui s'ajuste étroitement dans la paroi cylindrique du passage ( 25), et une section conique ( 13 c) en-dessous de la paroi cylindrique ( 13 b) de la buse ( 13); un anneau de blocage ( 31) comprenant un filetage externe engageant le filetage complémentaire ( 28) du passage ( 25), un alésage ( 35) avec un bord supérieur ( 31 a) encerclant une section conique ( 31 b) qui s'ajuste avec la section conique ( 13 c) de la buse ( 13) pour caler la buse ( 13) contre l'épaulement ( 27) et un anneau torique d'étan- chéité ( 37) écrasé entre la section conique ( 13 c) de la -7 buse ( 13), la paroi cylindrique du passage ( 25) et le bord supérieur ( 31 a) de l'anneau de blocage ( 31). 4 Trépan de forage comprenant un dispositif pour décharger du fluide de forage, caractérisé en ce qu'il com- porte au moins un passage ( 23) formé dans le trépan ( 15) avec un épaulement ( 27), orienté vers le bas, une paroi cy- lindrique ( 25) en-dessous de l'épaulement ( 27) et un file- tage ( 28) en-dessous de la paroi cylindrique ( 25); une buse ( 13) comprenant une partie externe avec une section cylin- drique ( 13 b) supérieure et une section cylindrique infé- rieure ( 13 d) de diamètre plus petit, séparées par un épau- lemnt conique ( 13 c) orienté vers le bas; un anneau de bloc- age ( 31) comprenant un filetage externe engageant le file- tage complémentaire ( 28) du passage ( 25), un bord supérieur ( 31 a) encerclant un alésage ( 35) cylindrique, qui a un bord supérieur ( 31 b) qui est biseauté pour venir en contact avec l'épaulement conique 13 c) de la buse ( 13) pour caler la buse ( 13) contre l'épaulement ( 27) du passage ( 25), la section cylindrique supérieure ( 13 b) de la buse ( 13) s'ajustant étroitement dans la paroi cylindrique du passage ( 25) et la section cylindrique inférieure ( 13 d) de la buse étant de façon l Ache dans l'alésage cylindrique( 35) de l'anneau de blocage ( 31); et un anneau torique d'étanchéité écrasé entre l'épaulement conique ( 13 c) de la buse ( 13), la paroi cylin- drique du passage ( 25) et le bord supérieur ( 31 a) de la bague de rétention ( 31). Trépan de forage comprenant un dispositif pour décharger du fluide de forage, caractérisé en ce qu'il comprend, en combinaison, au moins un passage ( 23) formé dans le trépan ( 15) avec un épaulement ( 27) oriente vers le bas, une paroi cylindrique ( 25) en-dessous de l'épaulement ( 27), et un filetage ( 28) en-dessous de la paroi cylindri- que; une buse ( 13) comprenant un extérieur avec une section cylindrique ( 13 b) supérieure et une section cylindrique ( 13 d) inférieure de diamètre moindre, séparées par un éoau- lement conique ( 13 c); un anneau de blocage ( 31) fixé par un filetage externe dans le passage ( 25) et comprenant un alésage ( 35) encerclé par un bord supérieur ( 31 a), le bord supérieur ( 31 b) de l'alésage venant en contact avec -8- l'épaulement conique ( 13 c) de la buse ( 13) pour fixer la buse ( 13) contre l'épaulement ( 27) du passage ( 25), la section supérieure ( 13 b) de la buse ( 13) s'ajustant étroi- tement dans la paroi cylindrique du passage ( 25), et la section inférieure ( 13 d) de la buse ( 13) s'ajustant de façon lâche dans l'alésage cylindrique ( 35) de l'anneau de blo- cage ( 31); et un anneau torique d'étanchéité de diamètre en section transversale ne dépassant pas la largeur radiale du bord supérieure, écrasée entre l'épaulement conique ( 13 c) de la buse ( 13), la paroi cylindrique du passage ( 25) et le bord supérieur ( 31 a) de l'anneau de blocage.