Brevet FR2529939A1 — publié le 19840113

"OUTIL DE FORAGE ROTATIF MUNI D'UN DISPOSITIF DE PERCUSSION" L'invention concerne un outil de forape rotatif dont la vitesse de pénétration dans un terrain dur est améliorée par l'adjonction d'un dispositif de percussion. Un tel outil, faisant ap Dlication de I'eeet Coan Aa, a déjà été proposé dans la demande de brevet français 77 24268 débosée le 5 Août 1977 pour "Outil de forage rotatif équipé d'un dispositif de percussion" et publiée sous le N' 2 399 530. La présente invention a pour objet un outil de ce genre dans le- quel une particularité de réalisation permet une simplification considé- rable du dispositif de percussion. L'invention a ainsi pour objet un outil de forage rotatif auquel est adjoint un disnositi$ de percussion comportant:une tuyère annulaire qui comporte d'amont en aval: une gorge annulaire d'en- trée en communication avec un passage amont d'arrivée de boue de forage, un conduit annulaire cylindrique faisant suite à cette gorge annulaire et compris entre une surface cylindrique interne et une surface cylindrique externe, et un conduit annulaire divergent faisant suite à-ce conduit annulaire cylindrique et compris entre une surface conique convergente interne et une surface conique divergente externe * une pièce creuse à portion amont de forme conique divergente faisant saillie dans ledit conduit annulaire divergent et divisant celui-ci en un chemin d'écoulement central et en un chemin d'écoulement périphérique et à portion aval de forme cylindrique; une masse de percussion disposée dans ladite portion aval de forme cylindrique et formant piston dans celle-ci; une butée susceptible d'arrgter vers l'aval cette masse de percussion, le chemin d'écoulement central se trouvant au moins partiellement fermé lorsque la masse de percussion atteint cette butée, caractérisé en ce que ladite sur- face conique divergente externe présente à son extrémité amont un diamètm plus grand que le diamètre de ladite surface cylindrique externe, de sorte que cette surface cylindrique externe se raccorde à cette surface conique divergente externe par un décrochement radial, ce qui rend ins- table l'écoulement de boue de forage dans ledit chemin d'écoulement périphérique et tend à ramener automatiquement la boue de forage dans ledit chemin d'écoulement central. La différence de diamètres indiquée ci-dessus, d'o résulte ledit décrochement radial, est de préférence supérieure à 2 mm. On va-décrire, à titre non limitatif, un exemple de réalisation de cet outil de forage en se référant à la Figure ci-jointe. Dans cette figure, on a représenté une coupe axiale de la Dartie active d'un outil de forage 1. Cet outil de forage 1, qui est entraîné en rotation par un moyen quelconque, par exemple un train de tiges, ou une turbine, non re Drésen- tés ici, présente extérieurement, à sa partie inférieure, des éléments coupants 2 disposés en gradins L'intérieur creux de cet outil 1 sert de logement à un dispositif de Percussion dont on va décrire les divers éléments L'outil peut aussi être un outil classique tel qu'un tricane sur lequel on visse un dispositif de percussion. Une tuyère 3 est délimitée entre une pièce interne pleine 4 dis- posée au centre et des pièces annulaires 5 et 6 entourant la pièce 4. La pièce interne pleine 4 est portée par un disque épais 7, disposé à l'amont, dont-on ne voit ici qu'une portion et dans lequel est ménagé au moins un passage 8 d'arrivée de boue de forage Entre les pièces 4 et sont formés une gorge annulaire d'entrée 9 dans laquelle débouche le passage 8, et un conduit annulaire cylindrique 10, compris entre une surface cylindrique interne il appartenant à la pièce 4 et une surface cylindrique externe 12 appartenant à la pièce 5, qui s'étend de la gorge 9 à un conduit annulaire divergent 13 Ce conduit annulaire divergent 13 est compris entre une surface conique convergente interne 14 appartenant à la pièce 4 et une surface conique divergente externe 15 appartenant à la pièce 6. La pièce 6 présente en aval de la surface divergente 15 une sur- face cylindrique 16 A l'intérieur de la-pièce 6, on a disposé une pièce creuse 17 dont une portion amont 18 a une forme conique divergente parallèle à la surface 15, tandis que la portion aval 19 a une forme cylindrique, la transition entre les portions 18 et 19 s'effectuant sensiblement au même niveau que la transition entre les surfaces 15 et I 6. La portion amont 18 fait saillie dans le conduit 13 et délimite un chemin d'écoulement central 20 situé à l'intérieur de la pièce 17 et un chemin d'écoulement périphérique 21 compris entre la pièce 17 et les surfaces 15 et 16 de la pièce 6 La pièce 17 est portée Dar une pièce 22 qui se prolonge vers l'aval et dans laquelle on a ménagé des orifices 23 qui permettent au chemin d'écoulement périphérique 21 de rejoindre le chemin d'écoulement central 20 en aval d'un butée 24 formée par un épaulement de la pièce 22. Dans le chemin d'écoulement central 20, on a installé une masse de percussion 25 qui peut coulisser avec un jeu important à l'intérieur de la portion 19 de la pièce creuse 17 en étant guidée par une tige 26 qui glisse sur la surface cylindrique interne d'une bague 27 portée par une entretoise ajourée 28 montée sur la pièce 22 Le diamètre extérieur de la masse de percussion 25 est supérieur au diamètre interne de la butée 24 Un ressort de compression 29 est inséré entre la masse de percussion et l'entretoise 28. La surface conique divergente externe 15 présente à son extré- mité amont 30 un diamètre plus grand, par exemple de 4 mm environ, que celui de la surface cylindrique externe 12, de sorte que ces deux surfacesne sont pas dans le prolongement l'une de l'autre et qu'elles se raccordent l'une à l'autre par un petit décrochement 31 constitué par une surface radiale de la pièce 5 Ce petit décrochement 31 rend instable l'écoulement de boue de forage dans le chemin d'écoulement périphérique 21 selon les flèches 32 tandis que le chemin d'écoulement central 20, bénéficiant de l'effet Coanda le long de la surface conique 14, est le chemin d'écoulement normal de la boue de forage dans lequel celle-ci se trouve automatiquement ramenée selon les flèches 33 dès qu'il n'existe plus à l'entrée de ce chemin d'écoulement central 20 une sur- pression contraignant la boue de forage à suivre les flèches 32 et à s'écouler dans le chemin d'écoulement périphérique 21. Une telle surpression est crééepar l'arrivée de la masse de per- cussion 25 sur la butée 24, ce qui bouche au moins partiellement le chemin d'écoulement central 20 Le passage de la boue de forage dans le chemin d'écoulement périphérique 21, puis dans les orifices 23, établit une pression fluide en aval de la masse de percussion 25, faisant remon- ter cette masse et ouvrant à nouveau le chemin d'écoulement central 20, ce qui ramène l'écoulement de boue de forage dans ce chemin d'écoulement central La masse de percussion 25 redescend alors et vient fra Dper la butée 24, et le cycle recommence Le ressort 29 aide la remontée de la masse de percussion 25, mais il n'est pas toujours nécessaire. L'examen de la figure permet de se rendre comnte de la simplicité de la réalisation représentée à laquelle on peut toutefois apporter de nombreuses modifications sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Outil de forage rotatif aucuel est adjoint un disnosi- tif de percussion comprenant: une tuyère annulaire ( 3) qui comporte d'amont en aval: une gorge annulaire d'entrée ( 9) en communication avec un passage amont ( 8) d'arrivée de la boue de forage, un conduit annulaire cylindrique ( 10) faisant suite à cette gorge annulaire et compris entre une surface cylindrique interne ( 11) et une surface cylindrique externe ( 12), et un conduit annulaire divergent( 13) faisant suite à ce conduit annulaire cylindrique et compris entre une surface conique convergente interne ( 31) et une surface conique divergente externe ( 15); une pièce creuse ( 17) à portion amont de forme conique divergente ( 18) faisant saillie dans ledit conduit annulaire diver- gent ( 13) et divisant celui-ci en un chemin d'écoulement central ( 20) et en un chemin d'écoulement périphérique ( 21) et à portion aval de forme cylindrique ( 19); une masse de percussion ( 25) disposée dans ladite portion aval de forme cylindrique ( 19) et formant piston dans celle-ci une butée ( 24) susceptible d'arrêter vers l'aval cette masse de percussion ( 25), le chemin d'écoulement central ( 20) se trouvant au moins partiellement fermé lorsque la masse de percus- sion ( 25) atteint cette butée ( 24), caractérisé en ce que ladite sur- fa conique divergente externe ( 15) présente à son extrémité amont un diamètre plus grand que le diamètre de ladite surface cylindrique externe ( 12), de sorte que cette surface cylindrique externe se rac- corde à cette surface conique divergente externe par un décrochement radial ( 31), ce qui rend instable l'écoulement périphérique ( 21) et tend à ramener automatiquement la boue de forage dans ledit chemin d'écoulement central ( 20). 2 Outil de forage selon la revendication 1, caracrérisé en ce que la différence de diamètres d'o résulte ledit décrochement radial ( 31) est supérieure à 2 mm.