Brevet FR2756002A1 — publié le 19980522

Outil de forage à lames avec taillants de réserve et canaux d'évacuation des déblais générés par les taillants. La présente invention concerne un outil de forage à lames pourvu de taillants de réserve et d'un système permettant d'évacuer les déblais générés par les taillants de réserve. On expliquera le problème qui est à la base de l'invention en se référant aux figures 1 et 2 ci-jointes qui représentent respectivement une vue en perspective d'un outil de forage à lames et taillants de réserve d'un type connu et une vue en coupe transversale à plus grande échelle selon la ligne II - II de la figure 1. L'outil de forage 10 représenté sur la figure 1 comprend une tête 12 munie d'un embout tubulaire fileté 14, servant à assembler l'outil à un train de tubes d'entraînement, non représenté. L'outil peut être entraîné en rotation autour de son axe avec un léger mouvement hélicoïdal vers le bas dans le sens de la flèche f. Autour de la tête sont formées une pluralité de nervures saillantes ou lames 16 séparées par des sillons 18. Chaque lame comporte une face extérieure 20 et deux flancs latéraux 22, 24 descendant vers le fond des sillons qui bordent la lame. Le long de l'arête menante 26 de chaque lame, c'est-à-dire l'arête qui rencontre la première la formation, sont implantés une série de taillants primaires 28, de tout type connu, par exemple constitués par des pastilles en diamant naturel, en diamant synthétique ou en PDC, fixées sur la lame. Sur la face supérieure des lames et en arrière des taillants primaires par rapport au sens de déplacement de la lame, sont fixés des taillants de réserve ou secondaires 40 disposés au moins dans la zone du front de taille de l'outil. Lors du fonctionnement, les taillants primaires détruisent la formation et les déblais qui en résultent sont évacués le long des sillons 18. Mais en raison du déplacement hélicoïdal de l'outil à l'intérieur du trou de forage, les taillants secondaires peuvent atteindre des zones des formations qui n'ont pas été précédemment attaquées par les taillants primaires. Les taillants secondaires génèrent alors des déblais qui, faute de chemin d'évacuation, s'accumulent dans les intervalles 29 compris entre les taillants secondaires et les taillants primaires. Il se produit alors un bourrage local de l'outil et une perte importante de l'efficacité de l'outil. La tendance au bourrage est aggravée lorsque l'outil est utilisé pour forer des formations tendres ou à grande plasticité, car celles-ci tendent à se déformer plastiquement vers l'intérieur du trou de forage après le passage des taillants primaires. Les taillants secondaires attaquent les parties déformées et génèrent ici encore des déblais qui s'accumulent dans les intervalles 29. Jusqu'à présent, pour éviter le bourrage dans les intervalles 29, il était habituel d'entraîner les déblais au moyen de jets de liquide émis à haute pression par des duses montées dans lesdits intervalles. Toutefois, en pratique, l'entraînement des déblais par ce procédé est médiocre en raison de l'étroitesse des intervalles. La présente invention vise à remédier à cet inconvénient et elle a donc pour objet un outil de forage du type mentionné précédemment, qui ne soit pas sujet au bourrage, sans pour autant devoir obligatoirement utiliser de moyen d'irrigation hydraulique. A cet effet, l'outil de forage selon l'invention, est caractérisé en ce que chacune des lames est percée d'au moins un tunnel divergent ayant une ouverture d'entrée de section relativement faible située au sommet de la lame, à l'arrière des taillants primaires portés par ladite lame, par rapport au sens du déplacement de l'outil, et une ouverture de sortie de section relativement grande située dans le flanc arrière de la lame, les taillants secondaires étant fixés sur le bord arrière de l'ouverture d'entrée dudit tunnel de manière que les déblais générés par les taillants secondaires soient évacués à travers ledit tunnel vers le sillon adjacent situé à l'arrière de la lame. Etant donné que l'entrée du tunnel débouche immédiatement en avant des taillants secondaires, les déblais générés par ces derniers dans ledit intervalle sont évacués au fur et à mesure de leur formation à travers le tunnel jusqu'au sillon situé à l'arrière de la lame correspondante. Le cheminement des déblais se fait par extrusion mécanique naturelle, sans irrigation hydraulique, les nouveaux déblais générés poussant les déblais précédents. L'évacuation des déblais peut être améliorée en montant dans les intervalles susmentionnés des duses qui émettent des jets de liquide à haute pression. Ces jets attaquent les déblais et les entraînent vers les tunnels. Un mode de réalisation de l'invention sera décrit à présent en détail en regard du dessin annexé dans lequel: la figure 3 est une vue en coupe, analogue à la figure 2, d'un outil de forage selon un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 4 montre un détail agrandi de l'outil selon l'invention, dans lequel les taillants secondaires sont disposés en quinconce par rapport aux taillants primaires; la figure 5 est une vue analogue à la figure 4, mais dans laquelle les taillants secondaires sont disposés sur les mêmes plans transversaux que les taillants primaires; et la figure 6 est une vue en coupe d'une variante de réalisation de l'outil dans laquelle les tunnels sont munis de duses. On ne décrira ci-après que les éléments nouveaux de l'outil selon l'invention, les éléments qui sont communs avec ceux de l'outil des figures 1 et 2 étant désignés par les mêmes références numériques. Sur chaque lame 16 de l'outil, est formé au moins un tunnel divergent 30 dont la section augmente depuis une ouverture d'entrée 32 de section relativement faible qui se trouve sur la face extérieure 20 de la lame, à l'arrière des taillants primaires 28 par rapport au sens de déplacement f de la lame, jusqu'à une ouverture de sortie 34 de section relativement grande qui débouche dans le flanc arrière 24 de la lame. On définit ainsi sur la lame une portion formant pont 38 qui enjambe le tunnel. Comme le montrent les figures 3 et 4, la section du tunnel s'évase aussi bien en hauteur qu'en largeur depuis l'orifice d'entrée 32 jusqu'à l'orifice de sortie 34. La paroi supérieure 36 du tunnel (sur la figure 3) est inclinée vers le fond du sillon 18 situé à l'arrière de la lame 16. Selon l'invention, des taillants secondaires 40 sont fixés sur le bord arrière 42 de l'orifice d'entrée 32. On expliquera à présent le fonctionnement de l'outil de l'invention en regard de la figure 3, dans le cas d'une seule lame, étant entendu que cette explication s'applique à chacune des lames. Les déblais générés pas les taillants primaires 28 tombent directement dans le sillon 18 de gauche sur la figure 3, tandis que les déblais générés par les taillants secondaires 40 sont automatiquement évacués vers le sillon de droite par extrusion naturelle à travers le tunnel 30, les nouveaux déblais poussant les déblais précédents. Dans les sillons, les déblais sont entraînés par les eaux de lavage de l'outil. Le passage dans le tunnel se fait librement du fait que celui-ci s'évase depuis l'ouverture d'entrée jusqu'à l'ouverture de sortie. L'évacuation est aussi favorisée par l'inclinaison de la paroi supérieure 36 du tunnel vers le fond du sillon car les déblais pénètrent de ce fait dans la bonne direction à travers l'orifice 32 sans avoir à être déviés pour se trouver dans la direction du tunnel. Il en résulte qu'aucun bourrage ne se produit dans les intervalles 29 compris entre les taillants primaires et les taillants secondaires. L'outil de forage selon l'invention peut donc être utilisé pour forer les formations tendres ou visqueuses. On notera que dans le mode de réalisation de la figure 4, les taillants secondaires 40 sont disposés en quinconce par rapport aux taillants primaires 28. En tenant compte du fait que l'outil se déplace dans le sens de la flèche f avec un léger mouvement hélicoïdal vers le bas, on comprend que dans ce cas, les taillants secondaires suivront à peu près la trace les taillants primaires qui les précèdent et qu'ils repasseront donc sur les mêmes zones de formation qui ont été précédemment attaquées par les taillants primaires. Il en résulte que les taillants secondaires ne "prendront" donc pratiquement pas de matière et que l'outil aura une vitesse d'avancement relativement rapide. Dans le mode de réalisation de la figure 5 au contraire, les taillants secondaires 40 sont disposés exactement à l'arrière des taillants primaires 28, c'est-à-dire sur les mêmes plans transversaux qui contiennent ces derniers. Il résulte du mouvement hélicoïdal de l'outil que les taillants secondaires suivront des trajectoires distinctes de celles des taillants primaires et attaqueront donc des zones de formation qui n'ont pas été précédemment attaquées par les taillants primaires. La vitesse d'avancement de l'outil sera donc plus faible que dans le mode de réalisation précédent. Dans le mode de réalisation de la figure 6, une ou plusieurs duses 44 pour l'émission de jets hydrauliques à haute pression sont fixées dans chaque tunnel 30. Les duses sont alimentées par un liquide qui est amené par un canal 46. Elles sont montées dans l'une des parois du tunnel 30 et sont orientées de manière que les jets hydrauliques qu'elles émettent entraînent les déblais vers l'ouverture de sortie 34 du tunnel. REVENDICATIONS 1. Outil de forage à taillants de réserve, du type comprenant une tête (12) sur laquelle sont formées une pluralité de nervures ou lames (16) comprenant chacune une paroi extérieure (20) et deux flancs latéraux (22, 24), lesdites lames étant séparées par des sillons (18), des taillants primaires (28) étant implantés le long de la paroi extérieure (20) des lames, et des taillants secondaires ou de réserve (40) étant fixés à l'arrière des taillants primaires par rapport au sens du déplacement (f) de l'outil, caractérisé en ce que chacune des lames (16) est percée d'au moins un tunnel divergent (30) ayant une ouverture d'entrée (32) de section relativement faible située sur la paroi extérieure (20) de la lame, à l'arrière des taillants primaires (28) portés par ladite lame, par rapport au sens du déplacement (f) de l'outil, et une ouverture de sortie (34) de section relativement grande située dans le flanc arrière (24) de la lame, les taillants secondaires (40) étant fixés sur le bord arrière (42) de l'ouverture d'entrée (32) dudit tunnel de manière que les déblais générés par les taillants secondaires dans les intervalles (29) compris entre ces derniers et les taillants primaires soient évacués à travers ledit tunnel vers le sillon (18) adjacent situé à l'arrière de la lame. 2. Outil de forage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tunnel (30) a une section qui s'évase régulièrement depuis son orifice d'entrée (32) jusqu'à son orifice de sortie (34). 3. Outil de forage selon la revendication 2, caractérisé en ce que la section du tunnel s'évase aussi bien dans le sens de sa dimension longitudinale que dans le sens de sa dimension transversale. 4. Outil de forage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi supérieure (36) du tunnel est inclinée vers le fond du sillon (18) situé à l'arrière de la lame (16). 5. Outil de forage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les taillants secondaires (40) sont disposés en quinconce par rapport aux taillants primaires (28), compte tenu du sens de rotation de l'outil. 6. Outil de forage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les taillants secondaires (40) sont disposés à l'arrière des taillants primaires (28), sur les mêmes plans transversaux que ceux-ci, par rapport au sens de rotation de l'outil. 7. Outil de forage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans chaque tunnel (30) est montée au moins une duse (44) susceptible d'émettre des jets hydrauliques sous haute pression, lesdites duses étant orientées de manière que les jets entraînent les déblais générés par les taillants secondaires vers la sortie (34) du tunnel.