Brevet FR2686648A1 — publié le 19930730

La présente invention a pour objet, dans le domaine du forage pour l'étude et l'exploitation du sous-sol, un taillant de conception nouvelle destiné à être mis en oeuvre notamment dans le mode de forage dit roto-percutant à circulation inverse, marteau hors du trou. On sait que le forage à circulation inverse implique la mise en oeuvre d'une chemise concentrique au tube de forage, le fluide de forage étant injecté dans l'espace annulaire les séparant et remontant par le tube de forage avec les débris de roche. Dans cette technique, le fluide, le plus souvent de l'eau ou de l'air, sort autour du taillant fixé à l'extrémité du tube de forage et remonte avec les débris de roche jusqu'en surface. Toutefois, ce mode de forage présente certains inconvénients, notamment que le fluide sous pression jaillit radialement entre la chemise et la tête du taillant, ce qui a pour conséquence qu'il creuse des cavités dans la paroi du trou de forage au niveau des parties tendres du sol, cavités qui nuisent à la solidité du trou et entraînent parfois une remontée partielle du fluide entre la chemise de tubage et la paroi du trou de forage, ce qui est préjudiciable à une bonne remontée axiale. D'autre part la remontée du fluide et des débris par le conduit central du taillant occasionne l'usure en cône dudit conduit, qui perd progressivement le rôle de calibrage qui lui est dévolu, entraînant le risque que des débris de trop grandes dimensions puissent passer et obstruer le tube de forage. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif de forage qui se caractérise essentiellement en ce qu'il met en oeuvre un taillant d'une conception nouvelle dont la tête est munie au voisinage de sa périphérie de canaux parallèles à l'axe de forage, positionnés dans le prolongement d'une chambre annulaire délimitée par une gorge périphérique du taillant et la chemise concentrique, laquelle coiffe la tête cylindrique dudit taillant en venant en butée sur un épaulement pratiqué sur la périphérie de ladite tête du taillant, à courte distance en-dessous de ladite gorge périphérique. Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, l'ouverture ménagée à la base du taillant pour la remontée des débris est munie d'éléments de protection constitués d'inserts réalisés en un matériau ultra-dur tel que le carbure de tungstène, judicieusement disposés obliquement à la périphérie supérieure de ladite ouverture, en vue de pallier l'usure prématurée de l'entrée du conduit de remontée. Le dispositif selon l'invention permet d'autre part d'éviter le creusement de cavités dans la paroi du trou de forage, en raison du fait que le fluide de forage ne peut se diriger que vers l'ouverture frontale du taillant. Ladite ouverture du taillant peut être en outre avantageusement munie d'éléments casse-carotte constitués d'inserts ultra-durs disposés verticalement, destinés à provoquer le fractionnement des morceaux de roches avant leur remontée par le conduit vertical, selon une technique couramment mise en oeuvre. Les caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description qui suit et qui se rapporte au dessin annexé, étant bien entendu que cette description ne présente aucun caractère limitatif vis à vis de l'invention. Dans le dessin annexé: la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale de l'extrémité inférieure d'un dispositif de forage existant. la figure 2 représente une vue en coupe longitudinale d'un taillant de forage selon l'invention. la figure 3 représente une vue frontale d'un mode de réalisation d'un taillant selon l'invention. la figure 4 représente une vue frontale d'un autre mode de réalisation d'un taillant selon l'invention. Si on se réfère à la figure 1 on peut voir qu'un dispositif de forage existant comporte des éléments tubulaires mis bout à bout et constituant la chemise périphérique 2, à l'intérieur de laquelle passe concentriquement un tube de forage 3, constitué également d'éléments tubulaires aboutés et à l'extrémité inférieure duquel est solidarisé un taillant 1 par l'intermédiaire d'un manchon 30. Entre le tube de forage 3 et la paroi interne de la chemise 2, un espace annulaire 31 permet le passage du fluide, représenté par des flèches, vers le fond du forage, le fluide remontant à la surface, chargé des débris issus du forage, par l'intérieur du tube de forage 3. L'extrémité inférieure de la chemise 2 présente sur une certaine longueur et intérieurement des cannelures longitudinales 20, dans lesquelles s'insèrent des cannelures longitudinales 10 ménagées à la périphérie du taillant 1 en vue de permettre sa solidarisation à la chemise 2, lesdites cannelures longitudinales 10 étant en nombre inférieur à celui des cannelures longitudinales 20 de la chemise 2 de manière que le fluide puisse transiter par les cannelures 20 non occupées pour passer de l'espace annulaire 31 jusqu'à l'extrémité frontale du taillant 1. Les cannelures longitudinales 10 du taillant 1 sont prolongées à leur extrémité inférieure par une gorge périphérique 11 recouverte partiellement ou totalement par la chemise 2, en fonction du déplacement longitudinal de cette dernière par rapport au tube de forage 3 Lorsque la chemise 2 est dans la position extrême représentée sur la figure, sa base dégage un espace périphérique 9 important par lequel le fluide sous pression jaillit radialement, ce qui a pour effet le creusement de cavités dans la paroi du trou de forage au niveau des parties tendres du sol. En regard des cannelures 20 non occupées de la chemise 2, des gorges longitudinales 10 ' sont ménagées en périphérie du taillant 1 pour le passage du fluide, qui se répand ensuite sous le taillant 1 avant de remonter dans le tube de forage 3 par l'ouverture centrale 13 pratiquée à la base du taillant 1, puis par un conduit incliné 22 prolongé par un conduit axial 8 situé dans le prolongement du tube de forage 3. L'ouverture 13 du taillant 1 est munie à sa périphérie de six pions 27 en carbure inclinés vers l'extérieur et de trois pions 28 également en carbure inclinés vers l'intérieur D'autre part le fond de l'ouverture 13 est muni, au niveau de l'orifice d'entrée du conduit incliné 22, de deux pions 29 casse-carotte disposés verticalement. Si on se réfère maintenant à la figure 2, on peut vair que le dispositif de forage selon l'invention comporte un taillant 1 dont la tête est recouverte par un prolongement 21 de la chemise 2, créant une chambre annulaire 12 qui demeure fermée quelle que sait la position du tube de forage 3 par rapport à la chemise 2, l'extrémité du prolongement 21 recouvrant complètement la gorge périphérique 11 du taillant 1 et pouvant venir en butée sur un épaulement 14 pratiqué en périphérie du tail lant 1. Le passage du fluide de l'espace annulaire 31 au fond du forage est réalisé au travers de canaux 15 pratiqués à proximité de la périphérie du taillant 1 parallèlement à l'axe de forage 3, canaux 15 dont les extrémités inférieures 16 sont évasées et ouvertes du côté intérieur pour diriger le fluide vers l'ouverture centrale 13 du taillant 1, à la périphérie de laquelle sont disposées des plaquettes de creusement 19 formant une couronne de creusement. Si on se réfère également aux figures 3 et 4 on peut voir que pour éviter une trop rapide érosion du taillant 1 par le fluide et les débris qu'il transporte, au niveau de l'entrée du conduit 22 par lequel remonte le fluide chargé de débris, celle-ci comporte des pions 17 en carbure, disposés obliquement dans les zones d'usure maximale, c'est-à- dire approximativement à l'opposé diamétral des ouvertures 16 des canaux 15, en vue de protéger l'entrée du conduit 22 de manière à garantir son diamètre, afin qu'aucun débris de taille trop importante ne puisse pénétrer dans le conduit 22 et risquer d'obstruer le tube de forage 3. D'autres pions 18 casse-carotte, positionnés dans l'ouverture 13, permettent le fractionnement des débris et. protègent également l'ouverture 13. Le nombre et la position des pions anti-usure 17 et des pions cassecarotte 18 sont variables en fonction notamment du nombre et de la position des canaux 15 et des plaquettes de creusement 19: ainsi dans le mode de réalisation représenté à la figure 3 le taillant comporte cinq plaquettes de creusement 19 disposées entre les ouvertures 16 de cinq canaux 15, trois pions 17 auti-usure disposés obliquement et un pion 18 casse-carotte disposé verticalement. Dans le mode de réalisation de la figure 4 le taillant comporte quatre plaquettes de creusement 19 disposés entre les ouvertures 16 de six canaux 15, trois pions 17 anti- usure disposés obliquement et un pion 18 casse-carotte disposé verticalement. Il va de soi que la présente invention ne saurait être limitée à la description qui précède de certains de ses modes de réalisation, susceptibles de subir un certain nombre de modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention Notamment la couronne de creusement représentée aux figures 2, 3 et 4 peut être constituée d'éléments d'attaque autres que des plaquettes et pouvant consister en des inserts tels que ceux couramment dénommés "pions" ou "boutons". REVENDICATIONS 1) Dispositif pour forage rotopercutant marteau hors du trou à circulation inverse de fluide, comprenant une chemise ( 2) concentrique au tube de forage ( 3), à l'extrémité duquel est solidarisé, au moyen d'un manchon ( 30), un taillant ( 1) comportant un conduit axial ( 8) raccordé par un conduit inclinÉ ( 22) à l'ouverture frontale ( 13), caractérisé en ce que le taillant ( 1) comporte à sa partie inférieure d'une part une chambre annulaire ( 12) délimitée par un prolongement ( 21) de la chemise ( 2) et une gorge annulaire ( 11) du taillant ( 1), ledit prolongement ( 21) pouvant venir en butée sur un épaulement ( 14) du taillant ( 1) positionné à courte distance en- dessous de ladite gorge annulaire ( 11); et d'autre part, à proximité de sa périphérie, des canaux ( 15) disposés parallèlement à l'axe du tube de forage ( 3), lesdits canaux ( 15) présentant des extrémités inférieures ( 16) évasées et ouvertes vers l'intérieur pour diriger le fluide vers l'ouverture ( 13) et le conduit incliné ( 22) dudit taillant ( 1). 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la périphérie de l'entrée du conduit incliné ( 22) est munie d'inserts de protection ( 17) en matériau ultra-dur, disposés obliquement. 3) Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins un insert ( 18) casse-carotte en matériau ultra- dur est disposé verticalement dans le fond de l'ouverture ( 13), à proximité de l'entrée du conduit ( 22).