FR 2487907 A1 19820205 FR 8115077 A 19810731 - 1 - DISPOSITIF ELARGISSEUR A ROULEAUX UTILISABLE SURJLUE INSTALLATION DE FORAGE. La présente invention a trait à un perfectionnement ap- porté au matériel utilisé pour le forage de-puits divers et plus particulièrement à l'élément désigné couramment par l'expression "élargisseur à rouleaux" utilisé pour réaliser de tels forages. Les élargisseurs à rouleaux sont couramment utilisés lors de forage d.e puits divers, notamment dans l'industrie pétrolière, et ce en vue de remplir deux fonctions princi- pales. Ces fonctions peuvent être remplies soit simultané- ment par un seul et même outil, soit être remplies séparé- ment. La première fonction que doit remplir-un élargisseur à rouleaux est de couper les terrains afin d'élargir le puits pour lui donner ses dimensions exactes, étant donné que lors des forages, il peut se trouver sous-dimensionné notamment par suite de l'usure du trépan. Par ailleurs, même lorsque le trépan est neuf, des élargisseurs à rouleaux sont égale- ment employés pour couper le sol étant donné que le trépan ne donne pas toujours un forage parfaitement circulaire et que, par ailleurs, il se produit un léger déplacement laté- ral inhérent à l'opération de forage, déplacement qui provo- que des arêtes et autres distorsions sur la paroi. La seconde fonction d'un élargisseur à rouleaux est de maintenir de manière précise la position de la tige de fora- ge dans l'axe du puits. Par suite de cette fonction, de tels élargisseurs sont également désignés par l'expression "stabi- liseurs". Le maintien de la tige de forage de manière parfai- tement centrée, entraîne de nombreux effets bénéfiques, le principal étant que cela évite les risques de déviation angulaire indésirable lors du forage. D'une manière générale, un élargisseur à rouleaux com- porte toujours les éléments suivants: a) des parties filetées à chaque extrémité du corps permettant de le disposer sur la tige de forage et de le fixer par chacune de ses extrémités, b) des rouleaux et des arbres (quelquefois désignés respectivement par les expressions "couteaux et axes") avec -2- des paliers axiaux et radiaux. Il doit être noté que pratique- ment tous les élargisseurs comportent des arbres qui s'éten- dent sur toute la longueur des rouleaux, les paliers radiaux étant disposés entre les deux. Dans quelqués cas, on utilise une structure à tourillon dans laquelle l'arbre fait partie intégrante du rouleau et dépasse à chaque extrémité de celui- ci. Dans ce cas, les arbres tournent avec le rouleau dans des douilles. c) un conduit au centre -du corps permettant le passage d'une circulation de fluide. Le diamètre des puits réalisé par forage est en général compris entre 12, 7 cm et 65 cm. Le passage prévu au centre du corps de l'élargisseur pour la circulation de fluide a un diamètre compris entre 3,8 cm et 9,5 cm. Le diamètre du corps aux raccordements en-dehors des zones o les rouleaux sont montés, est, en général, compris entre IQ,4 e En général, le corps a les mêmes dimensions que le ce du trépan. Les éléments de tige ont une longueur comprise entre 1,21 m et 2,43 m. La plupart des élargisseurs à rouleaux comporte trois rouleaux également espacés les uns des autres si on considère l'ensemble en coupe transversale. De tels élargisseurs à rou- leaux sont désignés par l'expression "élargisseurs à trois points". Lorsque deux séries de trois rouleaux, espacées. longitudinalement l'une de l'autre, sont utilisées, l'élar- gisseur à rouleaux ainsi réalisé est désigné par l'expression "élargisseur à six points". Cependant, dans le cas d'élargisseur à rouleaux de. grands diamètres, il peut y avoir plus de trois rouleaux. Dans la suite de la description, on désignera par "rouleau élargisseur élémentaire" l'ensemble unitaire compor- tant un arbre, un rouleau et les différents éléments qui leur sont associés et, par "élargisseur à rouleaux" les en- sembles complets comportant trois (ou plus) rouleaux élar- gisseurs élémentaires. Les surfaces d'appui sont normalement trempées, de ma- nière conventionnelle, en utilisant le procédé de cémentatioiR trempe dans l'huile à partir d'austénite à environ 8220C. Lorsque le rouleau ou couteau doit être utilisé pour des -3- opérations de forage difficiles, la surface extérieure ou partie coupante sera de préférence constituée de pastilles compactes de carbure de tungstene enchassées à la périphérie du rouleau. Cependant, lorsque le rouleau dbit être utilisé essentiellement en tant que stabilisateur et que par suite, les efforts de coupe sont plus faibles, la surface extérieu- re peut simplement être cémentée et durcie avec des parti- cules de carbure de tungstene. Dans tous les cas, la plupart des différents éléments constituant le rouleau élargisseur doivent être réalisés et conçus de manière à pouvoir être remplacés lorsqu'ils sont usés. Par suite, il est souhaitable qu'ils soient réa- lisés de telle sorte que les éléments les plus chers soient remplacés le moins fréquemment possible. En conséquence, il 1 as't souhaitable qu'ils soient réalisés de telle sorte que l'-on réduise au minimum les risques d'usure afin que celle-ci ne résulte en premier lieu que du milieu o est effdctué le forage. Il faut avoir à l'esprit qu'un rouleau élargisseur est soumis à des contraintes extrêmement dures durant son utilisation du fait même de la nature même de cette utilisa- tion. Par exemple, cette usure résulte des efforts de torsion des tiges de forage, des contraintes longitudinales lors du forage et des pressions exercées ainsi que des fluides intro- duits lors de l'opération de forage. Cette usure résulte é- galement des variations dans la nature des sols rencontrés lors du forage et dans les diverses manipulations nécessai- res pour l'entretien, les opérations de réparation... Par ailleurs, il est bien connu qu'une des conditions imposées à la tige de forage qui provoque le plus l'usure des différentes parties des élargisseurs à rouleaux est cel- le connue sous le nom de "rongeage". Le.rongeage résulte des petites vibrations qui se produisent de manière constan- te lors du forage par suite des conditions imposées à la tige de forage lors de cette opération. Le rongeage se pro- duit aussi bien lors des mouvements de montée et de descente, d'avance et de recul que de rotation. Par suite, pour avoir une usure minimum entre deux éléments adjacents, il est sou- haitable d'assembler le plus fermement possible les diffé- rents éléments entre eux, ainsi que d'avoir le minimum de -4 - pièces susceptibles de se déplacer l'une par rapport à l'au- tre. En procédant de cette manière, on réduit au minimum les risques de rongeage. En ce qui concerne les éléments qui ne peuvent pas être fixés l'un à l'autre, il est souhaitable d'avoir une surface d'appui entre ces éléments. Etant donné que certaines parties d'un élargisseur à rouleaux tourne par rapport à d'autres parties, il est évident qu'elles ne peu- vent pas être fixées les unes aux autres. D'autres eléements ne peuvent pas être assemblés de manière rigide étant donné qu'ils doivent pouvoir encaisser des chocs qui dépassent les possibilités de flexion du métal seul. En l'absence d'une telle possibilité, cela pourrait entraîner une fatigue et casse préjudiciables de façon prématurée. D'autres éléments ne peuvent pas être fixés ou assemblés de manière permanen- te ou supprimés dans une structure simplifiée, étant donné qu'ils doivent pouvoir être démontés, sans provoquer leur endommagement, afin de faciliter le remplacement des! car-ties usées. Il est de notoriété que les élargisseurs à rouleaux ont une durée de vie très courte compte-tenu des contraintes extrêmement dures auxquelles ils sont soumis, ces contrsintes s'exerçant sur toutes les formes et dans toutes les di- - rections concevables. Ainsi que cela ressortira clairement des exemples de réalisation donnés ci-après, l'invention per- met de réduire le nombre d'éléments entrant dans la réalisa- tion d'un élargisseur à rouleaux par rapport aux solutions antérieures, tout en assurant un assemblage rigide et serré entre les différentes parties qui n'ont pas à avoir de mouve- ment relatif et en fournissant des surfaces d'appui pour celles qui doivent se déplacer les unes par rapport aux au- tres. De plus, la durée effective de vie d'un élargisseur à rouleaux conforme à l'invention, se trouve grandement aug- menté par le fait que certains de ces éléments sont reversi- bles. En outre, en-dehors des rouleaux eux-mêmes, ils ne sont pas soumis à une usure par frottements contre la paroi du puits foré. En effet, tous les autres éléments sont bien à l'intérieur des limites externes du diamètre externe du rou- leau. Par suite, l'un des principaux avantages apporté par la -5- présente invention réside dans l'élimination virtuelle de deux types d'usure qui se produisait avec les solutions antérieures. En effet, dans de telles structures antérieu- res, l'usure se produisait pendant l'utilisation a) à la périphérie du rouleau, b) à la surface interne du rouleau, c) à la périphérie externe de l'arbre en-dessous du rouleau, d) à la surface externe de l'arbre à l'intérieur des blocs et, e) à la surface interne des blocs. Les deux dernières conditions d'usure sont la conséquen- ce du rongeage sous des charges dynamiques. Le rongeage est presque totalement éliminé dans les modes-de réalisation conformes à l'invention qui seront décrits ci-après et, par suite, on élimine donc les types d'usure qui accompagnent normalement le phénomène de rongeage. L'état de la technique le plus proche de la présente invention peut être trouvé dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 4 182 425. Ce document décrit un élargisseur à rouleaux ayant une structure sous forme de blocs remplaça- bles pour maintenir l'arbre autour duquel le rouleau cylin- drique tourne (figure 1); une structure similaire compor- tant un palier de butée entre le rouleau et le bloc (figure IA); une structure similaire dans laquelle l'arbre est sou- dé au bloc, ledit arbre présentant des rebords permettant de supporter une poussée axiale (figure 1B); et une struc- ture similaire dans laquelle le bloc supérieur est soudé à l'arbre et qui comporte un palier ou rebord de poussée, ainsi que des réservoirs pour la lubrification entre les compo- sants tournants de l'ensemble (figures 9, 9A, 9B, 9C et 9X). Les autres solutions décrites dans ce brevet ont trait à des élargisseurs à rouleaux comportant des paliers à air, élar- gisseurssans rapport avec l'invention. Les blocs utilisés dans les modes de réalisation décrits dans l'USP 4 182 425 sont constitués d'éléments coûteux qui s'usent lors de l'usage par suite du rongeage et d'autres contraintes. Bien que de tels blocs facilitent les remplace- ments, leur utilisation contribue à augmenter sensiblement -6- les coûts d'utilisation des élargisseurs à rouleaux étant donné que l'on doit jeter les blocs utilisés. Dans les élar- gisseurs à rouleaux utilisant une structure à palier soudé, on utilise un bloc supérieur à chaque fois qu'un rouleau et un arbre sont usés, étant donné que ledit bloc est soudé à l'arbre. Par ailleurs, dans le mode de réalisation selon lequel on utilise un ensemble rouleau-arbre à palier soudé, le bloc inférieur doit dépasser audelà du diamètre du corps afin de protéger la soudure inférieure entre le rouleau et l'arbre lors d'une opération de forage difficile. Non seulement dans un tel mode de réalisation mais également dans tous les autres cas décrits dans le brevet précité, la surface exté- rieure des blocs est soumise à l'usure durant l'opération de forage. Une telle usure est le résultat du rongeage au con- tact de l'arbre et aux points de contact de la surface exté- rieure avec le puits foré. L'expérience a également montré que dans les modes de réalisation non soudés du brevet pré- cité, à la fois les blocs inférieurs et supérieurs doivent être remplacés toutes les deux ou trois séries de rouleaux et que leurs arbres sont usés par suite des types d'usure mentionnés précédemment et par suite de l'usure résultant de la poussée du trépan en action. L'art antérieur divulgue également un système permet- tant de monter de manière serrée l'arbre d'un rouleau élar- gisseur élémentaire à l'intérieur du corps, mais cette tech- nique présente un certain nombre d'inconvénients et notam- ment entraîne une usure non uniforme et un rongeage après de très courtes périodes d'usage. Dans ce système, l'extrémité de l'arbre est fendue. Un bloc comportant un axe conique transversal est monté en force à l'extrémité de l'arbre, l'axe glissant à l'intérieur de la fente pour plaquer l'ex- trémité de l'arbre contre la surface intérieure du bloc. Le bloc est alors soudé en place. L'axe conique permet de maintenir de manière satisfaisante l'extrémité de l'arbre contre le bloc en deux points disposés normalement par rap- port à l'axe. Cependant, cette solution ne permet pas de serrer l'extrémité de l'arbre en-dehors de ces deux points et, par suite, il se produit une usure irrégulière et des -7- oscillations. En outre, comptetenu de la soudure, il s'en suit que le bloc doit être détruit chaque fois que l'arbre est remplacé. D'une manière générale, la présente invention concerne donc un élargisseur à rouleaux de type perfectionné dans lequel chaque rouleau élargisseur unitaire est remplaçable et ne fait appel à aucun blocs ou parties de blocs, les organes fixes étant parfaitement ajustés et immobilisés dans le corps dudit rouleau 6largisseur et les organes mobiles étant protégés au moyen de paliers radiaux et de poussées.- L'autre objet de l'invention réside dans un r.ouleau élargisseur unitaire dans lequel l'arbre est susceptible d'être remplacé mais est monté de manière ajustée et serrée avec le corps, ce qui par suite a pour conséquence d'éli- miner l'usure résultante du phénomène de rongeage. Une autre caractéristique de la présente invention ré- side dans un rouleau élargisseur unitaire perfectionné com- portant des blocs d'arbre démontables, l'arbre étant monté ajusté et serré avec des blocs et les blocs étant disposés dans le corps, ce qui permet d'obtenir une élimination de l'usure du bloc du fait du phénomène de rongeage. Une autre caractéristique de l'invention réside dans un rouleau élargisseur unitaire comportant un bloc qui ne déborde pas radialement audelà des limites de la partie du rouleau. Dans un autre mode de réalisation, l'invention concerne un rouleau élargisseur unitaire perfectionné comportant un réservoir interne pour sa lubrification, la lubrification étant réalisée entre l'arbre et l'élargisseur, la partie lubrifiée étant rendue étanche aux extrémités supérieures et inférieures du rouleau. Une autre caractéristique de l'invention réside dans la réalisation d'un rouleau élargisseur unitaire amélioré comportant des contacts de rouleau de trous de sonaes en dessous du joint d'étanchéité de lubrification inférieure pour fournir une protection. Enfin, une autre caractéristique de la présente inven- tion réside dans le fait que l'arbre d'un rouleau élargis- seur unitaire est susceptible d'être retourné de 1800, ce -8- qui permet de prolonger la durée de vie d'un tel arbre. En d'autres termes, dans les différents modes de réali- sation conformes à l'invention et qui sont décrits en détail dans la suite de la description, il y a des moyens permet- tant de fixer de manière serrée l'-arbre d'un rouleau élargis- seur unitaire au corps de l'élargisseur à rouleaux proprement dit. Dans un mode de réalisation, une extrémité de l'arbre ayant des dimensions réduites, est emmanchée en force dans un logement d'arbre et fixée.par une vi.s à t9te cubique pour immobiliser simplement l'arbre au corps eâans le fond du loge- ment d'arbre, Dans.un autre mode de réalisation,.la fixa- tion de l'extrémité utilise un tampon de sécurité maintenu en place par des écrous à tête cubique qui, à leur tour, im- mobilisent l'extrémité de l'arbre dans l'hypothèse o il y aurait eu jeu. D'autres modes de réalisation utilisent des blocs qui sont fixés de manière rigide au moyen d'écrous ou cale de fixation et qui, par suite, maintiennent fermement l'extrémité de l'arbre par un logement ouvert incliné ou une action de coincement conique ou les deux, donnés par l'inter- médiaire d'une cale (ou bloc). Le délogement de la cale est évité en utilisant une cheville, un système à vis et écrous, un dispositif auxiliaire de serrage en forme de U disposé autour du bloc ou tout autre moyen équivalent. Dans chaque cas, les extrémités sont fixées de telle manière que les moyens permettant de réaliser cette fixation de l'arbre au corps ne débordent pas par rapport aux limites externes du couteau et qu'elles ne mettent en oeuvre ni soudure ni d'autres moyens de liaison non démontables. Enfin, un mode de réalisation comporte un ensemble arbre-rouleaux associé à un réservoir interne sous pression permettant d'envoyer un lubrifiant entre l'arbre et le rou- leau, la zone lubrifiée étant rendue étanche et le joint d'étanchéité inférieur étant protégé par un élément de recou- vrement disposé à la surface du rouleau à la place d'une sur- face débordant en dessous du bloc comme dans l'art antérieur. La présente invention et les avantages qu'elle apporte, ainsi que d'autres caractéristiques ressortiront cependant mieux des exemples détaillés qui suivent et qui sont illus- trés par les schémas annexés étant entendu que les exemples -9- ne sont donnés qu'à titre indicatif mais non limitatif et que certains éléments des modes de réalisation pourraient être remplacés par d'autres éléments équivalents. - la figure 1 est une coupe longitudinale partielle d'un rouleau élargisseur unitaire utilisé dans un élargisseur à rouleaux réalisé conformément à l'invention, - la figure 2 est une coupe transversale selon la ligne 2-2 de la figure 1, - la figure 3 est une coupe transversale selon la ligne 3-3 de la figure 1, - la figure 4 est une vue de dessus partielle de la fi- gure 1 montrant plus en détail l'extrémité de l'arbre, - la figure 5 est une coupe longitudinale d'un rouleau élargisseur unitaire auto-lubrifiant utilisable sur un élar- gisseur à rouleaux réalisé conformément à l'invention, la figure 5Aétant une vue de:-détail agrandie de la partie for- mant réservoir, - la figure 6 est une coupe transversale prise selon la ligne 6-6 de la figure 5, - la figure 7 est une coupe transversale prise selon la ligne 7-7 de la figure 5, - la figure 8 est une vue partielle en coupe transversa- le prise selon la ligne 8-8 de la figure 5, - la figure 9 est une vue longitudinale, en coupe par- tielle, d'une variante d'un rouleau élargisseur unitaire uti- lisable sur un élargisseur à rouleaux réalisé conformément à l'invention, - la figure 10 est une coupe transversale partielle pri- se selon la ligne 10-10 de la figure 9, - la figure 11 est une coupe transversale partielle pri- se selon la ligne 11-11 de la figure 9, - les figures 12, 13 et 14 sont respectivement des vues de dessus, de côté et en bout d'un siège d'arbre utilisé dans le mode de réalisation représenté à la figure 9, - la figure 15 est une vue partielle en coupe longitudi- nale d'un autre mode de réalisation d'un rouleau élargisseur unitaire utilisé sur un élargisseur à rouleaux conforme à l'invention, - la figure 16 est une coupe transversale partielle du - 10 - mode de réalisation illustré à la figure 15, coupe réalisée selon la ligne 16-16, - la figure 17 est une coupe longitudinale partielle selon la ligne 17-17 de la figure 15, - la figure 18 est une vue partielle de dessus qui montre un autre mode de réalisation d'un rouleau élargisseur réali- sé conformément à l'invention et utilisable pour réaliser un élargisseur à rouleaux, - la figure 19 est une vue en coupe longitudinale d'un rouleau élargisseur unitaire utilisé sur l'ensemble représen- té à la figure 18, - les figures 20, 21 et 22 sont respectivement des vues en coupe partielle prises selon les lignes 38-38, 39-39 et -40 de la figure 19. Si l'on se reporte aux schémas annexés, la figure 1 montre, en coupe longitudinale, un.rouleau élargisseur uni- taire réalisé conformément à l'invention. De tels rouleaux élargisseurs unitaires sont, de manière bien connue, dispo- sés autour du corps (10) de l'.largisseur à rouleaux propre- ment dit, par groupe de trois rouleaux élargisseurs unitai- res, régulièrement espacés à la périphérie.ou éventuellement par multiples de groupe de trois.. Les extrémités du corps (10) sont filetées de manière à pouvoir monter l'élargisseur à rouleaux sur la tige de fora- ge proprement dite. Le corps de l'élargisseur comporte un canal pour permettre la circulation du liquide qui est injec- té dans le puits lors du forage. De préférence, l'élargisseur à rouleaux est disposé au-dessus du trépan de forage et à une distance relativement faible de cet élément. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, le filetage (12) est interne au corps alors que le filetage (14) est à l'ex- térieur. Dans la suite de la description, on considèrera que la partie du corps comportant le filetage (12) sera considé- ré comme constituant le sommet de l'élargisseur à rouleaux, alors que la partie filetée (14) sera considérée comme étant la partie inférieure. Le corps comporte une cavité (16) ouverte à l'extérieur, allongée, destinée à recevoir le rouleau (18). Le rouleau (18) a des dimensions légèrement inférieures à celles du - 11 - logement (16), aussi bien en longueur qu'en diamètre,de telle sorte que le fluide qui est injecté lors du forage puisse circuler autour de la périphérie du rouleau ainsi qu'entre chacun des rouleaux adjacents dans l'espace formé entre la paroi du puits et le diamètre extérieur du corps de l'élar- gisseur. Il convient en outre de noter que les ouvertures autour du rouleau sont légèrement arrondies à leur périphérie exté- rieure dans les angles (20 et 22) afin de diminuer les ris- ques de dép8t de matières étrangères. Le rouleau (18) est généralement de forme cylindrique et est monté sur un arbre (24). Le rouleau et l'arbre sont disposés concentriquement sur un axe commun. L'arbre dépasse de chaque côté des extrémités du rouleau pour pouvoir être disposé dans des logements (26) permettant la fixation au corps (10). Les logements (16 et 26) sont contigus, les di- mensions deslogement (26) étant cependant réduites'pour per- mettre le montage de l'extrémité de l'arbre comme cela sera décrit plus en détail aux figures 2, 3 et 4. Si l'on se reporte à la figure 2, les parois des loge- ments (26) sont plates et l'arbre présente également à son extrémité des zones planes de telle sorte qu'il puisse s'en- castrer dans le logement (26). De cette manière, l'arbre est immobilisé à l'intérieur des logements (26) et ne peut pas tourner par rapport au corps. Par ailleurs, chaque extrémité de l'arbre (24) comporte un alésage (28) réalisé de préfé- rence radialement. L'alésage (28), ainsi que cela ressort - clairement de la figure 2, est constitué de deux parties tronconiques (28A-28B) reliées par leur petite base. Cet alsésage (28) est destiné à recevoir une vis de fixation (30), la partie tronconique (28A) servant de logement à la tête de la vis (30). Les deux parties tronconiques (28A-28B) sont symétriques, ce qui permet de retourner l'arbre (24) de 1800, la tête de la vis venant, lors de cette opération se loger de la même manière que précédemment dans la partie tronconique (28B). Lors de sa mise en place, l'arbre (24) est emmanch é en force dans les logements (26), les extrémités (33, 35) de l'arbre venant en butée contre les fonds des logements, ce *- 12 - qui donne une grande résistance aux contraintes dans le sens longitudinal. En conséquence, le montage est réalisé de telle sorte qu'il y ait contact non seulement avec les parois latérales des logements (26) mais également avec les fonds des loge- ments. Il convient également de noter, ainsi qu'on peut le voir à la figure 2, que les méplats formés à chacune des extrémités de l'arbre (24) ont des dimensions légèrement inférieures à la hauteur des-logements (26), ces éléments étant maintenus en position l'un par rapport à l'autre, de telle sorte qu'il puisse y avoir une légère déformation elas- tique. La vis (30) est mise en place et--serrée de manière conventionnelle. Il convient cependant de noter que la têSte de la vis (30) vient se loger à l'interieur de l'alésage (28) et ne dépasse pas à l'extérieur de la surface périphé rique du rouleau. Bien s r, l'extrémité de l'arbre est éga- lement disposée en retrait par rapport à la périph4rke du rouleau. Si l'on se reporte à nouveau à la figure 1, il faut re- marquer que l'arbre (24) comporte une partie (32) de plus grand diamètre sur laquelle s'appuie un palier de butée _34). Par suite, les surfaces radiales de cette couronne (32% sup- portent la charge longitudinale qui peut se trouver appliquée lors des efforts nécessités par l'opération de forage. Le palier (34) est fixé à la partie supérieure du rouleau (18) au moyen de soudures (36), ledit palier (34) étant disposé entre le rouleau (18) et l'arbre (24). Il pourrait 9tre éga- lement envisagé d'utiliser des paliers de butée autour de l'arbre entre chaque extrémité du rouleau et le corps, Le palier (38) est disposé entre la surface interne du rouleau et la surface externe de l'arbre à l'intérieur du rouleau. Comme décrit précédemment, il convient de noter que les contraintes de charge sont supportées en deux endroits, d'une part au niveau du palier de butée (34) et d'autre part au point de contact entre l'arbre et le corps. Si l'on se reporte à la figure 4, on remarque que le logement dans lequel l'arbre est disposé, présente des di- mensions légèrement supérieures vers l'extrémité de l'arbre. Des contraintes très fortes provoqueraient une légère - 13 - déformation élastique à la-fois de l'arbre et du corps. Si l'arbre était maintenu de manière serrée sur toute sa sur- face lors de contraintes importantes, il pourrait se produi- re un endommagement des extrémités. Les par'ties agrandies (40A-40B) du logement qui, dans certains cas sont inhérentes à la fabrication d'un tel logement, permettent d'éviter la création de pression destructrice. Lorsque l'on désire enlever un arbre en vue de le rem- placer, tout d'abord, dans un premier temps, on enlève les écrous et on introduit un outil dont l'extrémité peut être dilatée,à l'intérieur de l'alésage (28), de telle sorte que son extrémité vienne dans la partie infé rieure (28B) et l'on provoque alors la dilatation de l'extrémité de l'outil, afin de pouvoir effectuer l'extraction de l'arbre. Si l'arbre n'est pas usé sur l'un de ses côtés, on le renverse de 1800 pour réutilisation. La figure 5 illustre une variante d'un rouleau 'unitaire conforme à l'invention comportant des moyens d'auto-lubrifi- cation des surfaces comprises entre l'arbre et le rouleau. Dans ce mode de réalisation, la partie supérieure de l'arbre est réalisée de manière à former une rainure (74) destinée à recevoir les anneaux (76). Un prolongement (78) est prévu à l'extrémité du rouleau de manière à s'appuyer contre les anneaux (76), afin d'établir une étanchéité effi- cace à l'extrémité supérieure du rouleau. A l'extrémité in- férieure du rouleau, est prévu un anneau (80) disposé dans une rainure (82) de manière à également assurer l'étanchéi- té entre l'arbre et le rouleau. Des paliers radiaux (84) et des paliers de poussée (86) sont prévus entre l'arbre et le rouleau dans la zone comprise entre les anneaux (76) et (80). Dans ce mode de réalisation, la surface coupante du rouleau est constituée par des pastilles compactes en car- bure (85) insérees à la périphérie dudit rouleau. Une rangée complémentaire d'éléments tranchants (88) est disposée dans la partie inférieure à la périphérie du rouleau et à un ni- veau plus bas que l'anneau 480). Cette rangée d'éléments tranchants assure une protection entre l'arbre et le rouleau contre l'action de matières étrangères. Il convient de noter que l'arbre n'a pas besoin d'être agrandi et qu'il n'est pas - 14 - nécessaire d'avoir des blocs pour assurer l'étanchéité comme dans les solutions antérieures. Le palier (86) peut être réalisé de la manière illustrée en coupe à la figure 8. Dans ce mode de réalisation, un che- min (90) est prévu à la fois sur l'arbre et sur la surface interne du rouleau. Un orifice radial est également prévu à travers le rouleau afin que les billes (92) puissent être insérées pour remplir ledit chemin (90). Lorsque le chemin est rempli, un tampon (94) vient fermer le trou, ce tampon étant recouvert d'une couche de matière (96) assurant l'é- tanchéité de telle sorte qu'aucune matière étrangère ne puis- se pénétrer par-l'intermédi-aire -de l'ouverture radiale. - Le rouleau élargisseur unitaire du type illustré par les figures 5 à 8 est monté sur un élargisseur à rouleaux de la meme manière que dans le mode de réalisation illustré par les figures 1 à 4. Conformément à ce mode de réalisation, un réservoir (50) est prévu le long de l'axe de l'arbre interne. Des orifices de graissage (54) et (56) sont prévus à l'extrémité du réser- voir et débouchent sur la surface extérieure de l'arbre en- dessous des rouleaux et environ au milieu de la longueur de ce rouleau. La pression sur la matière lubrifiante est exercée à l'intérieur du réservoir par l'intermédiaire d'un système à ressort et piston, comprenant à une extrémité un anneau (58), dont la structure sera décrite plus en détail ulté- rieurement, qui presse ladite matière lubrifiante en direc- tion des orifices (54) et (56) grâce à l'action d'un res- sort hélicoïdal (60). Le fonctionnement d'un tel réservoir est le suivant. Les différents éléments (arbre, rouleau élargisseur, joints d'étanchéité et paliers) étant assemblés, pour effec- tuer le remplissage, on met tout d'abord le réservoir sous vide tandis que la graisse est introduite dans les paliers et le réservoir sous pression atmosphérique. L'élément de maintien d'étanchéité en forme de S (62) comportant des joints (64) et (66), disposés à l'intérieur du réservoir, est alors poussé longitudinalement. L'excès de matière lubrifiante peut alors s'écrouler à travers les - 15 - orifices centraux axiaux. Le joint (64), disposé dans l'élé- ment support (62) est en contact avec les parois du réser- voir. Le joint (66) permet d'assurer l'étanchéité avec le téton de poussée (68), téton disposé dans la partie centrale du support (62). On introduit alors un ressort hélicoïdal (60) de maniè- re à exercer une pression sur la matière lubrifiante conte- nue dans le réservoir. L'anneau (70) est alors mis en place dans la cage (72) afin de maintenir le ressort pour qu'il exerce une pression correcte dans le réservoir. Il est important que la pression exercée à l'intérieur du réservoir soit légèrement plus élevée que la pression externe. Cette condition est suffisante pour pousser-le lu- brifiant ou le joint et éviter l'intrusion du fluide utilisé pour le forage. Cette pression doit cependant être relative- ment modérée pour ne pas entraîner un excès de pression et de frottement susceptible de détériorer l'étanchéité. En fonctionnement normal, étant donné que le lubrifiant s'écoule durant l'utilisation, l'ensemble comprend un systè- me compensateur de volume qui est constitué d'un piston et d'un ressort qui provoque l'écoulement du lubrifiant ou de la graisse à travers les orifices (54) et (56) vers les pa- liers. Bien sûr, le dispositif décrit précédemment pourrait être remplacé par tout autre dispositif équivalent, par exem- ple du type de ceux décrits et illustrés aux figures 9 et 9A du brevet des Etats-Unis d'Amérique 4 182 425. La figure 9 illustre une variante d'un mode de réalisa- tion conforme à l'invention. Dans ce mode de réalisation, l'extrémité de l'arbre (100) est fixé, comme précédemment, dans une cavité (102). Dans ce mode de réalisation, la fixa- tion de l'arbre au corps n'est pas obtenue par l'intermé- diare de vis traversant l'extrémité dud-it arbre, mais au mo- yen d'un capuchon de sécurité (104). Pour cela, l'extrémité de l'arbre (100) est fraisé longitudinalement de manière à présenter un évidement (106) destiné à recevoir une partie en relief (108) prévue sur le capuchon (104). Le capuchon (104) est maintenu en place sur le corps au moyen de vis (110) et (112), ledit corps étant usiné de manière appropriée - 16 - pour assurer un bon alignement du capuchon (104). Un siège (114) est disposé derrière l'extrémité de l'arbre (100) comme cela a été illustré aux figures 10 et 11. Ce siège étant montré plus en détail aux figures 12 à 114. Un tel siège (114) est réalisé de telle sorte qu'il puis- se s'adapter à la surface curviligne de l'extrémité de l'ar- bre (100) et il comporte des encoches permettant d'entourer partiellement les têtes des vis lorsqu'elles sont mises en place, ce qui permet de maintenir le siège dans sa position appropriée. Grace à la présence d'un tel siège, il est possi- ble de régler l'action du rouleau élargisseur. Si l'on utili- se un siège de faible épaisseur, le rouleau élargisseur aura une action limitée alors que son action sera amplifiée avec un siège d'épaisseur plus importante. - Les vis de fixation (110) ont leur tête disposée dans des évidements filetés (104), ce qui facilite le démontage au moyen d'un poussoir. La figure 15 illustre un autre dispositif permettant la fixation de l'extrémité (120) de l'arbre. Dans ce mode de réalisation, une poche (121) est prévue pour recevoir un bloc (122). Le bloc (122) présente des catés plats (124- 126) permettant sa mise en place par ajustement serré dans la poche (121). Le bloc (122) comporte un passage axial longitudinal dans lequel peut être disposée l'extrémité de l'arbre, ce passage étant ouvert sur sa face externe afin de lui assurer une certaine flexibilité autour de l'extrémi- té de l'arbre. Lors du montage de l'arbre, le bloc est mis en position à l'extrémité et l'ensemble est inséré dans la poche afin de s'adapter par ajustement avec les parties cylindriques (124- 126). A ce moment, l'arbre peut être serré ou légèrement lâche à l'intérieur du bloc (122). L'insertion du bloc (122) à l'intérieur de la poche (121) provoque le resserement au- tour de l'arbre (120) et le blocage de cet arbre. Les vis de blocage (128130) peuvent alors être mises en place afin d'assurer la fixation finale entre le bloc (122) et le corps. Comme cela ressort plus en détail de la figure 17, l'arrière du bloc (120) présente une fente allongée (132) permettant d'en assurer l'extraction. Pour effectuer cette - 17 - extraction, un outil approprié est disposé dans la fente (132), l'extraction du bloc (120) étant assurée d'une- maniè- re similaire à celle décrite à la figure 9C du brevet des Etats-Unis d'Amérique 4 182 425. Les figures 18 à 22 illustrent un autre mode de réalisa- tion qui est une variante de celui illustré à la figure 5 et qui a été décrit en détail précédemment. Par suite, seules les différences sur les deux réalisations seront décrites ci-après, les points communs n'étant pas répétés à nouveau. Dans ce mode de réalisation, le rouleau élargisseur (218) comporte une extrémité (220) qui est plus large que l'extrémité correspondante (222) située de l'autre côté et ce, afin de fournir une plus grande résistance. Chacune de ces extrémités (222) sont disposées dans des évidements correspondants de la même manière que dans les exemples dé- crits précédemment. Dans le cas présent, l'exbrémité (220) est supposée être l'extrémité supérieure de l'élargisseur à rouleaux lorsqu'il est en fonctionnement et l'extrémité (222) la partie inférieure. De plus, l'extrémité (220) comporte deux séries d'ouvertures radiales alignées permettant de recevoir des vis de fixation (224 et 226) alors que l'extrémité (222) ne comporte qu'une seule ouverture et une seule vis de fixa- tion. Dans ce mode de réalisation, l'ensemble n'est pas re- versible, ce qui permet d'avoir une extrémité (220) beaucoup plus résistante. Un écoulement (228) est en contact avec l'extrémité (220). Par ailleurs, une fente allongée (230) permettant d'ef- fectuer l'extraction est prévue dans le prolongement de l'arbre, un outil (232), représenté en pointillés à la figu- re 19, pouvant être introduit dans cette fente pour soulever l'ensemble. Afin de faciliter la mise en place de l'outil (232) pour effectuer l'extraction, la partie inférieure de l'extrémité (220) est fraisée. La lubrification et les paliers utilisés pour ériger un tel ensemble ne sont pas décrits en détail, ces éléments étant similaires aux modes de réalisation décrits précédem- ment et illustrés par la figure 5. - 18 - L'élargisseur illustré à la figure 19 pourrait, bien entendu, être réalisé sans système de lubrification et avoir une structure similaire à celle faisant l'objet de l'exemple illustré par la figure 1. Dans ce cas, l'extrémité supérieure de l'arbre comprendrait une partie plus large pour supporter les charges, des paliers butées en forme d'an- neau étant prévus en dessus et en dessous de cette partie de plus grande dimension. Eventuellement, l'anneau formant butée pourrait être réalisé en une pluralité de sections séparées si l'extrémité de l'arbre est trop grande. L'anneau pourrait être fixé à la partie supérieure du rouleau par soudure, ledit anneau étant disposé entre le rouleau et l'ar- bre. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment, mais elle en couvre toutes les variantes réalisées dans le même esprit. Par rapport aux solutions antérieures, l'invention per- met non seulement d'assurer une liaison efficace entre les différents éléments, mais également rend possible le démon- tage et élimine pratiquement les détériorations provoquées par le phénomène de rongeage. - 19 - REVENDICATIONS 1i Elargisseur à rouleaux utilisable sur les installa- tions de forage du type comportant un corps allongé (10) pré- sentant un canal central pour le passage du fluide utilisé lors de l'opération de forage, les extrémités de ce corps étant filetées pour permettre de le raccorder aux tiges de forage proprement dit, caractérisé par le fait: - le corps (10) comporte une pluralité de logements ouverts (16), chacun desdits logements (16) étant prolongés par un logement de dimensions plus faibles (26), - qu'un arbre (24) est disposé dans chacun des loge- ments (26), les extrémités de ce-t arbre:-étant immobilisées à l'intérieur des logements (26), - que des moyens (30) permettent d'immobiliser l'arbre (24) dans les logements tout en autorisant son démontage, - qu'un rouleau (18) est monté libre en rotation sur l'arbre (24), la surface externe du rouleau débordaht par rapport aux limites du corps de manière à venir en contact avec la paroi interne du puits lors du forage, les logements (16) dans lesquels sont disposés les rouleaux (18) ayant des dimensions suffisantes pour permettre une circulation du fluide à l'intérieur du puits autour desdits rouleaux (18), - que des paliers radiaux (34) sont associés intérieure- ment auxdits rouleaux (18), - et que des butées.(32) sont prévues pour limiter le déplacement axial dudit rouleau (18). 2/ Elargisseur à rouleaux selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'arbre (24) supportant le rou- leau (18) peut être retourné de 180 .- 3/ Elargisseur à rouleaux selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'arbre (24) supportant le rou- leau (18) et ledit rouleau (18) comportent des moyens d'ar- rêt longitudinaux pour maintenir le rouleau dans le logement (16), de telle sorte que la paroi du puits foré n'entre pas en contact avec la surface de l'arbre aux extrémités dudit rouleau. 4/ Elargisseur à rouleaux selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'extrémité de l'arbre (24) est - 20 - susceptible de se déformer élastiquement lorsqu'elle est soumise à une compression par rapport au logement (26) dans lequel elle est disposée. / Elargisseur à rouleaux selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le logement (26) comporte une zone (40OA-40B) légèrement plus grande afin de permettre une déformation élastique. 6/ Elargisseur à rouleaux selon la revendication 1, caractérisé par le fait que - d'une part, chaque logement (26) présente au moins une face latérale plane et, - que les extrémités de l'arbre (24) eomportent au- moins une surface plane destinée à venir en contact avec la surface plane du logement (26). 7/ Elargisseur à rouleaux selon la revendication 19 caractérisée par le fait - que respectivement pour chacun des arbres (24) les moyens de fixation permettant le démontage sont constitués par des alésages (28) radiaux, - que le corps comporte des alésages correspondants et, - que les moyens de fixation permettant le démontage comprennent des vis (30) permettant de relier l'arbre i24) avec le corps (10), ces vis étant disposées dans les alésa- ges (28). 8/ Elargisseur à rouleaux selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les alésages internes (28) des extrémités de l'arbre sont de forme tronconique de manière à pouvoir y introduire un outil comportant une tête dilata- ble pour pouvoir effectuer l'extraction lorsque l'on désire enlever un ensemble. 9/ Elargisseur à rouleaux selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les alésages (28) réalisés dans les extrémités de l'arbre (24) ont une forme telle que la tête de la vis (30) puisse s'y loger lorsque l'arbre (24) est retourné de 180 . / Elargisseur à rouleaux selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les paliers butée sont consti- tués, pour chaque rouleau cylindrique séparé, par un palier - 21 - butée en forme d'anneau interne (34) fixé à une extrémité du rouleau, ledit arbre (24) comportant une surface radiale coagissant avec ledit anneau. 11/ Elargisseur à rouleaux selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les logements (26) de dimensions réduites pour les extrémités de l'arbre ont des dimensions légèrement supérieures au bout dudit arbre, afin de permet- tre une déformation élastique du corps pour obtenir une pression plus uniforme entre'l'arbre et le corps. 12/ Elargisseur à rouleaux selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque ensemble élémentaire sé- paré comporte des moyens de lubrification permettant d'assu- rer une lubrification entre l'arbre et le rouleau, ainsi que des moyens d'étanchéité à chacune des extrémités dudit rou- leau. 13/ Elargisseur à rouleaux selon la revendication 12, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un'couteau fixé à la surface du rouleau en-dessous de l'élément d'étan- chéité le plus bas. 14/ Elargisseur à rouleaux selon la revendication 12, caractérisé par le fait que les moyens permettant d'assurer la lubrification comportent: - - un réservoir interne (50) formé dans l'arbre, - un orifice allant de cette chambre (50) à la surface dudit arbre, orifice disposé entre les éléments d'étanchéité, - et des moyens permettant de comprimer le lubrifiant à l'intérieur du réservoir (50). / Elargisseur à rouleaux selon la revendication 14, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un couteau fixé à la surface du rouleau disposé en-dessous des éléments d'étanchéité les plus bas. 16/ Elargisseur à rouleaux selon la revendication 14, caractérisé par le fait que les moyens permettant de compri- mer le lubrifiant à l'intérieur de la chambre (50) compren- nent un piston associé à un. ressort de -compression. 17/ Elargisseur à rouleaux selon la revendication 16, caractérisé par le fait que: - le réservoir (50) est de forme cylindrique, - le piston comporte: - 22 - un système à anneaux (64-66) agissant sur la surface du reservoir cylindrique, un bouchon (94) permettant d'assurer l'étan- chéité après que le réservoir ait été rempli de lubrifiant. 18/ Elargisseur à rouleaux selon la revendication 12, caractérisé par le fait que les butées paliers sont des paliers à-billes disposés entre l'arbre et le rouleau en- dessous des éléments d'étanchéité. 19/ Elargisseur à rouleaux selon la revendication 12, caractérisé par le fait que: l'arbre comporte une rainure (74)-destinée à--reeevoir -.. le joint d'étanchéité supérieur, (76) et, - le rouleau élargisseur comporte une extrémité (78) qui vient s'appuyer contre le.joint (76) disposé à l'inté- rieur de la rainure 474). -. / Elargisseur à rouleaux selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte pour chaque arbre: - un évidement de plus grandes dimensions contigu-à l'évidement suivant l'extrémité de l'arbre (100), cet évi- dement formant une poche, - un ensemble de sécurité (104) disposé dans ladite poche est destiné à coopérer avec l'extrémité de l'arbre (100) et usiné, de telle sorte qu'il puisse recevoir au moins une vis de fixation, - au moins une vis de fixation permettant d'immobiliser de manière démontable l'ensemble (104). 21/ Elargisseur à rouleaux selon la revendication 20, caractérisé par le fait que: - l'extrémité de l'arbre (100) est fraisée longitudina- lement et, - l'ensemble de sécurité (104) comporte une partie en relief longitudinale (108) susceptible de pouvoir s'adapter dans l'évidement (106) formé par le fraisage longitudinal. 22/ Elargisseur à rouleaux selon la revendication 20, caractérisé par le fait qu'il comporte respectivement pour chaque arbre de rouleau élargisseur un siège d'arbre (114) disposé dans le logement (102) et permettant de positionner latéralement ledit arbre. - 23 - 23/ Elargisseur à rouleaux selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les logements destinés à recevoir les extrémités des arbres ont des dimensions différentes, l'un étant plus important que l'autre. 24/ Elargisseur -à rouleaux selon la revendication 23, caractérisé par le fait que: - l'extrémité (.220) de l'arbre ayant des dimensions im- portantes, comporte deux alésages espacés l'un de l'autre longitudinalement, la fixation de l'arbre dans les évidements étant obtenue par l'intermédiaire de vis (224-226). / Elargisseur à rouleaux selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'au moins un des évidements rece- vant les extrémités de l'arbre est prolongé par une fente contigue dans laquelle peut être inséré'n outil permettant d'extraire ledit arbre. 26/ Rouleau élargisseur unitaire pouvant être fixé au corps d'un élargisseur à rouleaux utilisé lors d'une opéra- tion de forage caractérisé par le fait qu'il comporte: - un arbre support de rouleaux comprenant des moyens permettant de le fixer de manière amobible au corps, - un rouleau cylindrique monté libre en rotation sur une partie dudit arbre, - des moyens permettant d'immobiliser en translation l'arbre par rapport au rouleau, - des paliers radiaux disposés entre l'arbre et ledit rouleau et, - des paliers butées associés au moyen permettant d'as- surer l'immobilisation longitudinale de l'arbre par rapport au rouleau. 27/ Rouleau élargisseur unitaire selon la revendication 26, caractérisé par le fait que le dit rouleau comporte une partie formant chemin de roulement en-dessous du moyen assu- rant l'immobilisation longitudinale du rouleau par rapport à l'arbre. 28/ Rouleau élargisseur unitaire selon la revendication 26, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de lu- brification, ces moyens comprenant: - un réservoir interne à l'arbre, - un orifice allant de ce réservoir à la périphérie de - 24 - l'arbre et disposé entre les joints d'étanchéité, - un ensemble permettant d'assurer la pression sur le lubrifiant à l'intérieur du réservoir. 29/ Rouleau élargisseur unitaire selon la revendication 28, caractérisé par le fait que l'élément permettant d'assu- rer la pression sur le lubrifiant, comprend un piston et un ressort de compression. / Rouleau élargisseur unitaire selon la revendication 29, caractérisé par le fait que: - d'une part le résó: oir est de forie eylirdrique et, d'autre part le piston comprend: un système à anneaux (64-66) agissant sur la surface du. rëservoîr cylindrique, un bouchon (94) permettant d'assurer l'étanchèi- té après que le réservoir ait été rempli de lu- brifiant. 3'i Rouleau élargisseur unitaire selon la re diea;ion 26, caractérisé par le fait que: - l'arbre comporte une rainure (74) destinée à recevorr le joint d'étanchéité supérieur (76) et, - le rouleau élargisseur comporte une extrèmité 7 qui vient s'appuyer contre le joint (76) disposé a làinbe rieur de la rainure (74). 322/ Rouleau élargisseur unitaire pouvant être utilisé sur un élargisseur à rouleaux lors d'une operation de forage caractérisé en ce qu'il comprend: un arbre support de rouleaux comprenant des moyens permettant de fixer de manière démontable ledit arbre au corps, - un rouleau cylindrique monté libre en rotat!o s ur ne partie dudit arbre, - des moyens supérieurs et inférieurs permettant d'immo- biliser l'arbre en translation par rapport au rouleau, - des paliers radiaux disposés entre l'arbre et le rou- leau, - des paliers de poussée disposés entre l'arbre et le roule.au, des moyens de lubrification comprenant: un réservoir interne à l'arbre, - 25 - un orifice allant du réservoir jusqu'à la sur- face de l'arbre, orifice débouchant entre des joints d'étanchéité et, des moyens permettant de maintenir sous pression le fluide lubrifiant à l'intérieur du réservoir, ces moyens comprenant un piston et un ressort de compression. 33/ Rouleau élargisseur unitaire selon la revendication 32, caractérisé par le fait que: - l'arbre comporte une rainure pouvant recevoir un joint d'étanchéité supérieur et, - le rouleau comporte une partie-en relief venant coopé- rer avec le joint d'étanchéité disposé dans la rainure préci- tée. DEPOSANT ONCOR CORPORATION MANDATAIRE: Cabinet Michel LAURENT