BE1012193A3

BE1012193A3 - Trepan de forage souterrain fabrique a partir de composants principaux formes separement.

Info

Publication number: BE1012193A3
Application number: BE9500909A
Authority: BE
Inventors: Gordon A Tibbitts
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 1994-11-07
Filing date: 1995-11-06
Publication date: 2000-07-04
Also published as: GB2294715A; US5560440A; GB9522514D0

Abstract

Le trépan de forage de formations souterraines comprend un corps de trépan (12) et des structures de support d'éléments de coupe (14,40,42,44) qui peuvent être conçues commes des lames, nervures, patins suivant le type de trépan. Le corps (12) et une ou plusieurs structures de support d'éléments de coupe (14,40,42,44) sont assemblés et fixés après fabrication. Les structures de support d'éléments de coupe (14,40,42,44) peuvent être mobiles radialement par rapport au corps de trépan (12) de manière à pouvoir être ajustées.

Description

Trépan de forage souterrain fabriqué tel partir de composants principaux formés séparément.

Arrière-plan de l'invention.

Domaine de l'invention.

La présente invention concerne de manière générale des trépans utilisés dans le forage de puits souterrains ou dans le carottage de tels puits. L'invention concerne spécifiquement des trépans ayant un diamètre effectif variable qui facilite la mise en place et la récupération du trépan au fond du trou. Le trépan de la présente invention est particulièrement approprié pour passer à travers des endroits étroits dans le trou de forage, des endroits boulants et à travers le tubage afin de forer en dessous un trou de forage plus grand.

L'invention peut également être utilisée dans des trépans comportant des lames remplaçables ou d'autres structures de support d'éléments de coupe.

Etat de la technique.

L'équipement de forage sur terre est bien connu et établi depuis longtemps dans la technique. L'équipement de base utilisé en forage comporte de manière générale un trépan fixé à l'extrémité inférieure d'un train de tiges et peut comprendre un moteur placé au-dessus du trépan pour effectuer le forage rotary en lieu et place ou en plus d'une table de rotation ou d'une tête d'injection d'entraînement à la surface. Dans les procédures de forage classiques, un avant-trou pour la mise en place de la colonne de surface est foré afin de débuter le puits. Un trépan plus petit est ensuite placé au fond de l'avant-trou de la colonne de surface et est animé d'un mouvement de rotation pour forer le reste du trou de forage dans la terre.

De nombreux types et calibres de trépans ont été développés en particulier pour s'adapter aux divers types de forages qui sont réalisés (par exemple, le forage de

puits et le carottage). Un trépan comprend typiquement un corps ayant, à une extrémité, un raccord mâle fileté destiné à la fixation à une masse-tige ou à une autre tige de forage, un embout situé en dessous du raccord mâle et une couronne. La couronne comprend dans l'ensemble la partie du trépan qui est garnie des moyens de coupe destinés à tailler et/ou à broyer la terre.

La couronne comprend typiquement des parties qualifiées de chanfrein (la partie en dessous de l'embout qui s'évase vers l'extérieur depuis l'embout), de calibre (la partie annulaire des moyens de coupe située en dessous du chanfrein, qui est habituellement concentrique avec l'embout), de flanc (une partie conique des moyens de coupe située en dessous du calibre), et de nez (la partie la plus basse des moyens de coupe et celle qui agit sur le fond du trou).

Les trépans comportent des éléments de coupe destinés à tailler la terre. Les deux principales catégories de trépans sont les trépans à lames à diamants, qui ont de petits diamants naturels ou des diamants synthétiques plans ou polyédriques fixés sur certaines surfaces du corps de trépan, et les trépans à molettes qui comprennent typiquement au moins deux cônes rotatifs garnis d'éléments de coupe en carbure de tungstène ou autres disposés sur leurs surfaces. De temps en temps, les éléments de coupe d'un trépan s'avèrent être émoussés et doivent être remplacés ou le trépan lui-même doit être remplacé. Pendant les opérations de forage, des pompes injectent du fluide de forage ou de la boue dans le trou afin de faciliter le forage et d'évacuer les déblais de formation qui ont été détachés par les éléments de coupe.

De temps en temps, pendant le forage d'un puits, l'activité de forage s'arrêtera pour un certain nombre de raisons. Par exemple, une longueur supplémentaire de tige de forage doit être périodiquement ajoutée au train de tiges afin de poursuivre le forage. A d'autres moments, le forage s'arrêtera parce que le trépan est coincé ou calé au fond

du trou, ou parce que le trépan est usé et doit être remplacé. En réaction à un quelconque de ces scénarios, le trépan doit être retiré du trou afin de diagnostiquer la raison de l'arrêt ou de remplacer les anciens éléments de coupe usés par de nouveaux éléments.

Fréquemment, lorsqu'un train de tiges est manoeuvré ou retiré hors d'un trou, il arrive que le trépan cale au fond du trou à cause d'une rencontre avec des débris ou avec une irrégularité dans la paroi du trou. Le calage est particulièrement fréquent lorsque le trou de forage comprend un segment non vertical dû à une cause involontaire, ou prévu par conception, par exemple pendant un forage très dévié ou horizontal. Dans le premier cas, pendant le forage, le trépan peut s'écarter ou bouger temporairement d'une orientation strictement verticale, ce qui donne un trou qui s'écarte de la verticale. Un tel phénomène, notamment lorsque la déviation par rapport à la verticale est brusque, peut être qualifié de"patte de chien".

Dans le dernier cas, le trou de forage est dévié de la verticale en utilisant un sifflet déviateur ou par des ensembles de fond de forage dirigé ou par navigation. Dans les deux cas, à cause de la courbure du trou, les manoeuvres visant à introduire un trépan de l'état de la technique dans le trou ou à l'en retirer, prennent souvent du temps ou sont même impossibles, nécessitant dans le dernier cas, le sectionnement du train de tiges au niveau du point de coincement, sa récupération, la mise en place d'un sifflet déviateur et le forage d'un nouveau trou autour de la partie restante du train de tiges et du trépan se trouvant à son extrémité.

Dans certains cas, du fait de l'endommagement d'éléments de coupe du trépan ou de caractéristiques inhabituelles de la formation, on peut forer des trous de forage qui sont"sous-calibrés" (c'est-à-dire, d'un diamètre sous-dimensionné par rapport au diamètre de conception ou diamètre de calibre du trépan), ou non ronds ainsi que sous-

calibrés. L'enlèvement ultérieur du train de tiges et, en particulier, du trépan est difficile à réaliser dans de telles situations.

Ainsi, procurer un trépan, comprenant des moyens de coupe qui peuvent être positionnés de manière variable pour s'étendre jusqu'au calibre entier ou nominal au fond du trou et en mode de forage, et pour se rétracter lorsque le trépan est soulevé du fond du trou afin de faciliter la descente et la remontée du trépan dans le trou, constituerait un perfectionnement de la technique.

Procurer un trépan, qui passera à travers un trou de forage ou tubage de plus petit diamètre et forera un trou de plus grand diamètre plus bas, constituerait également un perfectionnement.

On connaît depuis de nombreuses années des moyens de coupe expansibles associés à un l'équipement de forage, mais de tels moyens de coupe expansibles ont été dirigés vers d'autres problèmes rencontrés dans les procédures de forage. Par exemple, des éléments de coupe expansibles fixés à un raccord double femelle de forage et placés entre des tiges du train de tiges ont été utilisés en tant qu'appareil d'élargissement de trous déjà forés. L'élargissement est une procédure bien connue dans l'industrie du forage pour élargir une partie d'un trou déjà foré en dessous d'un point d'étranglement. Ainsi, des appareils d'élargissement sont utilisés pour élargir des trous sous un tubage afin de mettre en place la longueur suivante du tubage (voir, par exemple, le brevet U. S. n 1 944 556 de Halliday, et al. ; le brevet U.

S. n 2 809 016 de Kammerer ; le brevet U. S. no 4 589 504 de Simpson) ou pour élargir un avant-trou déjà foré en préparation à l'insertion d'explosifs (voir, par exemple, le brevet U. S. nO 4 354 559 de Johnson ; le brevet U. S. n 3 817 339 de Furse).

Des ensembles de trépans destinés à forer un trou de forage ont été conçus, dans lesquels les moyens de coupe taillent jusqu'à un diamètre supérieur au diamètre du corps

de trépan ou du train de tiges. Par exemple, dans le brevet U. S. n 1 468 509 de Overman, un trépan cunéiforme comporte des coins correspondants qui s'assemblent en queue-d'aronde avec le trépan, de telle sorte que lorsque le trépan est descendu au fond, les coins coulissent vers le haut pour venir en coïncidence de complémentarité avec le corps du trépan.

Des molettes de forage destinées à écraser ou broyer finement la matière au fond du trou sont placées à angle aigu par rapport à un alésage longitudinal central, de telle sorte que lorsque les molettes tournent, elles forent selon un diamètre de terre légèrement plus grand que le diamètre du trépan. Les molettes de Overman, toutefois, ne se déplacent pas vers l'extérieur depuis un axe vertical pour atteindre un diamètre nettement supérieur à celui du trépan.

De plus, la conception allongée du dispositif d'Overman serait désavantageuse dans des conditions impliquant des puits courbes.

Dans le brevet U. S. n 1 838 467 de Stokes, un ensemble de trépan comprend deux lames de coupe placées dans une tête de trépan, les deux lames de coupe se déplaçant depuis une position rétractée dans la tête de trépan jusqu'à une position déployée par rapport à la tête de trépan lorsqu'un piston sollicité par ressort est déplacé de force vers le bas pour attaquer les lames de coupe. Le déplacement vers le haut du support de trépan logé dans la tête de trépan pousse le piston vers le haut afin de déplacer les lames de coupe dans une position rétractée pour la remontée hors du trou.

Les moyens de coupe expansibles dans la technique antérieure n'ont pas été développés spécifiquement pour faciliter l'enlèvement du trépan hors d'un trou, notamment dans des conditions de forage spéciales telles que des trous non verticaux ou courbes. Par conséquent, procurer des moyens de coupe associés à un trépan qui soient expansibles et rétractables de manière appropriée dans toutes les conditions de forage et qui ne requièrent pas de sous-

ensembles complexes dans la tête de trépan, constituerait un perfectionnement de la technique.

Résumé de l'invention.

Suivant l'invention, le trépan comprend un corps et des moyens de coupe associés à ce dernier, qui se déplacent entre une première position réalisant un diamètre inférieur au diamètre du corps et une deuxième position réalisant un diamètre supérieur au diamètre du corps, le plus grand diamètre constituant le calibre effectif du trépan. Les moyens de coupe mobiles passent de la première position rétractée à la deuxième position déployée grâce à une pression appliquée à l'extrémité inférieure ou d'attaque des moyens de coupe. Cette pression est fournie par le poids du train de tiges ou par un mécanisme utilisé pour faire avancer le train de tiges dans le trou (commun en forage horizontal) lorsque le trépan est placé au fond du trou et que les moyens de coupe mobiles viennent prendre appui sur le fond du trou.

Lorsque le trépan est soulevé, les moyens de coupe mobiles se rétractent depuis la deuxième position vers la première position, réalisant par conséquent un diamètre de calibre égal ou inférieur au corps de trépan pour faciliter l'enlèvement du trépan hors du trou.

Le corps selon l'invention est structuré de manière à retenir les moyens de coupe mobiles associés à coulissement. Une structure particulièrement appropriée du corps comprend l'aménagement de rainures dans la face du corps, dimensionnées pour recevoir une partie des moyens de coupe mobiles afin de faciliter le mouvement de coulissement des moyens de coupe par rapport au corps.

La configuration extérieure du corps est à même de faciliter le mouvement des moyens de coupe depuis une première position réalisant un diamètre plus petit jusqu'à une deuxième position déployée réalisant un diamètre plus grand. Une configuration particulièrement appropriée pour le corps est une forme globalement conique avec une partie

supérieure d'un diamètre approximativement égal ou légèrement supérieur à celui de la tige de forage et une partie inférieure allant en s'effilant vers le nez du trépan.

Les moyens de coupe peuvent être d'une taille, forme ou dimension quelconque appropriée à condition que les moyens de coupe soient mobiles par rapport au corps afin de réaliser un diamètre de calibre supérieur à celui de la tige de forage. Une configuration appropriée pour les moyens de coupe de l'invention est une lame ou une ailette. Les moyens de coupe peuvent comprendre, de préférence, une partie qui peut être disposée à coulissement dans une rainure ménagée dans le corps du trépan. Les moyens de coupe comprennent, en outre, des éléments de coupe qui peuvent être des dents en carbure de tungstène classiques, des diamants naturels ou synthétiques d'une configuration quelconque, ou d'autres éléments de coupe appropriés connus dans la technique.

Le trépan de la présente invention peut être utilisé tant dans le forage de puits que dans le carottage.

Dans le forage de puits, le corps comprend, en plus, des moyens de coupe secondaires qui sont fixés au bas du corps, centrés autour de l'axe longitudinal du trépan. Les moyens de coupe secondaires sont configurés de manière à permettre le mouvement sans entrave des moyens de coupe mobiles entre la première et la deuxième positions. Les moyens de coupe secondaires comprennent des éléments de coupe qui peuvent être des dents en carbure de tungstène, des diamants ou d'autres éléments de coupe appropriés connus dans la technique. Lorsque le trépan de la présente invention est utilisé dans le carottage, les moyens de coupe mobiles sont positionnés autour d'un orifice central dans le nez au bas du corps, qui permet à la carotte découpée d'entrer dans l'alésage intérieur d'un tube carottier placé au-dessus de trépan.

Il est clair également que la conception de trépan de la présente invention peut être utilisée dans un

trépan à lames, ailettes, nervures ou patins, pouvant être insérés à coulissement ou formés autrement, qui sont préfabriqués et portent des éléments de coupe fixés, lesquelles structures sont alors fixées au corps du trépan, et peuvent être enlevées ultérieurement de ce dernier pour réparation ou remplacement. Il est clair également que cette forme de réalisation de l'invention offre la possibilité de fabriquer des trépans de divers diamètres dans certaines gammes de taille ou de calibre en ajustant la position des lames par rapport au corps de trépan avant de les fixer.

La présente invention peut être appliquée indifféremment à des trépans à éléments de coupe fixes ou à lames pour forage rotary, et à des trépans à molettes.

Brève description des dessins.

Dans les dessins, qui illustrent ce qui est actuellement considéré comme le meilleur mode de réalisation de l'invention, la Fig. 1 est une vue en élévation d'une première forme de réalisation préférée du trépan de l'invention, montrant les moyens de coupe dans la première position ; la Fig. 2 est une vue en coupe transversale du trépan suivant la ligne X-X de la Fig. 1 ; la Fig. 3 est une vue en élévation du trépan, montrant les moyens de coupe dans la deuxième position déployée ; la Fig. 4 est une vue partielle, en coupe transversale, d'un trépan carottier, montrant les moyens de coupe dans la première position ; la Fig. 5 est une vue partielle, en coupe transversale, d'un trépan carottier, montrant les moyens de coupe dans la deuxième position ;

la Fig. 6 est une vue en plan du dessous d'un trépan de la présente invention, utilisé dans le forage de puits, montrant des éléments de coupe fixés directement au corps du trépan et des éléments de coupe fixés à des parties

mobiles de la couronne de trépan ; la Fig. 7 est une vue en plan du dessous du trépan carottier illustré aux Fig. 4 et 5 ; la Fig. 8 est une vue en coupe transversale latérale d'une deuxième forme de réalisation préférée de la présente invention ; la Fig. 9 est une vue en élévation de côté de la forme de réalisation de la Fig. 8 ; la Fig. 10 est une vue en coupe transversale longitudinale de la forme de réalisation de la Fig. 9 ; la Fig. 10A est une vue en coupe transversale longitudinale d'une structure de roulement modifiée utilisée dans la présente invention ;

la Fig. 11 est une vue en coupe transversale latérale d'une troisième forme de réalisation de l'invention ; la Fig. 12 est une vue en élévation de côté de la forme de réalisation de la Fig. 11 ; la Fig. 13 est une vue en coupe transversale latérale d'une quatrième forme de réalisation de l'invention ; la Fig. 14 est une vue en élévation de côté de la forme de réalisation de la Fig. 13 ; la Fig. 15 est une vue en coupe transversale latérale partielle (regardant vers le haut) d'un trépan ayant une structure de support d'élément de coupe fixe, remplaçable, conforme à l'invention ; la Fig. 16 est une vue en élévation de côté du trépan de la Fig. 15 ; la Fig. 16A est une vue en coupe, à plus grande échelle, d'un élément de coupe monté dans une des structures de support d'éléments de coupe du trépan des Fig. 15 et 16 ;

la Fig. 17 est une vue en coupe, partielle, à plus grande échelle, d'un quart d'un trépan de calibre expansible par pivotement conforme à l'invention, et les Fig. 18 et 19 sont des vues en perspective de

parties d'un corps de trépan et de structures de support d'éléments de coupe associées, fabriquées séparément, et la Fig. 20 est une vue en élévation, de côté, en coupe, partielle, d'une forme de réalisation d'une molette de l'invention.

Description détaillée des formes de réalisation préférées.

Une première forme de réalisation préférée du trépan de l'invention, indiquée dans son ensemble par le chiffre de référence 10 sur la Fig. 1, comprend un corps 12 et des moyens de coupe 14 associés. Le trépan peut être fixé à l'extrémité inférieure d'un appareil classique de forage (non représenté) tel qu'un train de tiges, une masse-tige ou un autre raccord double femelle de forage, incluant sans restriction l'arbre de sortie d'un moteur de fond. Le trépan 10 peut être fixé à l'appareil de forage au moyen d'un raccord mâle fileté 16. En dessous du raccord mâle 16 se trouve l'embout 18 du trépan 10 et en dessous de l'embout 18 se trouve le chanfrein 20.

Le diamètre extérieur 22 du corps du trépan 10 définit généralement la plus grande circonférence 24 du corps de trépan 12, qui, dans des trépans classiques, définit également le calibre du trépan. Cependant, dans le trépan 10 de l'invention, le corps de trépan 12 est structuré de manière à permettre un positionnement variable de moyens de coupe mobiles 14 entre une première position rétractée et une deuxième position déployée, la première position, dans la plupart des cas, définissant un diamètre qui n'est pas supérieur à celui du corps de trépan 12, alors que la dernière position définit un diamètre sensiblement supérieur. La deuxième position déployée des moyens de coupe 14 définit le calibre ou diamètre actif du trépan 10 de l'invention.

Le corps de trépan 12 peut, de préférence, être structuré de manière à aller en s'effilant vers l'intérieur (voir Fig. 1) depuis le diamètre extérieur 22 du corps, la conicité vers l'intérieur, en combinaison avec les moyens

de coupe 14 dans la position rétractée, facilitent l'abaissement du trépan dans le trou, un processus habituellement connu sous le nom de"descente"et facilite l'enlèvement du trépan hors du trou, un processus habituellement connu sous le nom de"remontée".

Dans un exemple de forme de réalisation illustré par la Fig. 1, le corps de trépan 12 a une configuration à trois colonnes 26,28, 30 qui servent chacune à supporter des moyens de coupe 14. Les colonnes 26,28, 30 s'étendent depuis le bord inférieur 31 du diamètre extérieur 22 du corps jusqu'au nez 32 du corps de trépan 12 et vont en s'effilant vers l'intérieur depuis le diamètre extérieur 22 du corps jusqu'au nez 32. Chaque colonne 26,28, 30 présente une rainure 36 qui la traverse de part en part, représentée en traits interrompus, dans laquelle une partie des moyens de coupe 14, qualifiés de lames ou ailettes 40,42, 44, est placée à coulissement.

Comme le suggère la ligne en traits interrompus de la Fig. 1, la lame 44 peut se déplacer vers le haut et vers le bas dans la rainure 36 dans les directions montrées en 46. Les lames 40 et 42 peuvent se déplacer de manière semblable dans des rainures coopérantes. Comme le suggère également la ligne en traits interrompus de la Fig. 1, chaque lame (la lame 44 servant d'exemple) présente une boutonnière 48 traversant toute son épaisseur et une broche de positionnement 50, insérée latéralement à travers chaque colonne 26,28, 30, s'engage dans la boutonnière 48 de la lame. Chaque lame 40,42, 44 est par conséquent maintenue dans sa rainure respective par la broche 50. Le déplacement de chaque lame 40,42, 44 dans sa rainure respective 36 est dicté par le parcours de la broche 50 dans la boutonnière 48.

On comprendra évidemment que le corps de trépan 12, et plus spécifiquement les colonnes 26,28 et 30 peuvent présenter une boutonnière en lieu et place des lames 40,42 et 44, ces dernières portant les broches destinées à coopérer avec les colonnes à boutonnières.

La relation de la lame 44, de la rainure 36, de la boutonnière 48 et de la broche 50 peut être mieux comprise avec référence à la Fig. 2 qui est une vue en coupe transversale du corps de trépan 12 de la Fig. 1 suivant la ligne X-X. On peut voir que la broche 50 s'étend latéralement à travers la colonne 30 et à travers la boutonnière 48 ménagée à travers la lame 44. On peut également voir que la partie 52 de la lame 44 qui s'étend vers l'extérieur depuis la colonne 30 peut être légèrement plus large que la partie de la lame 44 qui est placée dans la rainure 36. Cette configuration de la lame 44 aide à empêcher des débris d'entrer dans la rainure 36.

Un moyen de guidage 54 peut être associé à chaque rainure 36 pour y faciliter le déplacement de la lame 44.

Comme illustré par la Fig. 2, le moyen de guidage 54 peut comprendre une tige cylindrique 56 formée ou fixée dans le fond 58 de la rainure 36 qui coopère avec un chemin de vaet-vient réciproque 60 formé le long de la face intérieure 62 de la lame 44. Ainsi, lorsque la lame 44 coulisse dans la rainure 36, le chemin 60 de la lame 44 glisse sur la tige 56 afin de faciliter le mouvement. En variante, la tige 56 peut être remplacée par une pluralité de billes placées soit avec serrage soit avec jeu dans un chemin de roulement ou rainure dans le corps 12.

Les moyens de coupe 14 du trépan 10 peuvent être dimensionnés et configurés de n'importe quelle manière qui fournit un profil de coupe approprié. A titre d'illustration, les lames 40,42, 44, représentées sur la Fig. 1, peuvent avoir la forme de disques, ayant une partie placée dans une rainure du corps de trépan 12 et une partie qui s'étend vers l'extérieur du corps de trépan 12. La partie qui s'étend vers l'extérieur depuis le corps de trépan 12 a des éléments de coupe qui y sont associés, tels que les mises en carbure de tungstène représentées sur la Fig. 1. Le type d'élément de coupe 66 utilisé conjointement avec les moyens de coupe 14 peut être de tout type classique

connu dans la technique, tel que des diamants naturels ou synthétiques et des éléments analogues.

Le matériau optimal des éléments de coupe 66 et la configuration des moyens de coupe 14 sont déterminés par le type de forage souhaité et par les caractéristiques particulières de la formation terrestre forée. Il est préférable que les éléments de coupe 66 soient fixés plutôt que mobiles (rotatifs) par rapport aux lames.

Le trépan de l'invention peut également comprendre des orifices 70 formés à travers le corps de trépan 12 pour procurer des passages pour le fluide de forage, ou la boue, jusqu'à la face des moyens de coupe 14.

En d'autres termes, le fluide de forage est pompé typiquement vers le bas à travers la tige de forage dans des passages ou un diffuseur central dans le corps de trépan 12 et sort par les orifices 70, communément connus sous le nom d'ajutages. Les orifices 70 sont formés dans le corps de trépan à un angle qui dirige spécifiquement un jet de fluide sur la face des éléments de coupe 66 de chaque lame afin d'empêcher les débris de venir se coincer contre ou entre les éléments de coupe 66, afin de refroidir les éléments de coupe 66 et afin d'évacuer les débris du fond du trou de forage et de les faire remonter à l'extérieur du train de tiges.

Comme illustré, le trépan 10 de l'invention fournit des moyens de coupe mobiles 14 qui peuvent se déplacer à partir d'une première position rétractée, réalisant un diamètre qui donne une circonférence 78 définie par la rotation des moyens de coupe 14 qui est égale ou inférieure à la circonférence 24 du diamètre extérieur 22 du corps 12 du trépan 10 (voir Fig. 1), jusqu'à une deuxième position déployée, réalisant un diamètre qui donne une circonférence 78'qui est supérieure à la circonférence 24 du diamètre extérieur 22 du corps 12 (voir Fig. 3) et qui définit le calibre actif du trépan 10 lors du forage.

Comme illustré par la Fig. 1, lorsque le trépan 10 est descendu

ou remonté dans le trou, la gravité et la résistance sur la paroi du trou de forage agissent sur les lames 40,42, 44 et les tirent vers le bas. En étant tirés vers le bas, les bords inférieurs 72,74, 76 des lames 40,42, 44 convergent l'un vers l'autre et chaque lame est suspendue dans sa rainure respective par l'engagement des broches 50 contre l'extrémité supérieure 77 de chaque boutonnière correspondante 48 et par le contact réciproque au niveau du nez du trépan.

Lorsque le trépan 10 est descendu ou remonté dans le trou, et donc que les lames 40,42, 44 sont tirées vers le bas, la circonférence 78 autour de la partie de calibrage extérieur 80 des lames 40,42, 44 est égale ou inférieure à la circonférence 24 autour du diamètre extérieur 22 du corps du trépan 10. Une comparaison du diamètre extérieur 22 du corps du trépan 10 à l'étendue extérieure 80 des lames pendant les manoeuvres ressort de la Fig. 4, qui est une vue en coupe transversale de la lame 44 représentée sur la Fig. 7. Comme les lames sont rétractées lorsque le trépan 10 progresse dans le trou, les lames 40, 42, 44 ne peuvent se coincer facilement sur une matière ou formation quelconque dans le trou et ne peuvent pas être calées au fond du trou.

Comme le montre la Fig. 3, lorsque le trépan 10 est manoeuvré dans le trou, les bords inférieurs 72,74, 76 des lames 40,42, 44 viennent finalement en contact avec le fond du trou 82. Le contact des lames 40,42, 44 avec le fond du trou 82 engendre une force qui est appliquée sur les bords inférieurs 72,74, 76 des lames 40,42, 44 et les lames sont poussées vers le haut et radialement vers l'extérieur dans la direction 84, jusqu'à ce que chaque broche 50 adopte une position proche de l'extrémité inférieure 86 de chaque boutonnière 48. En même temps, le bord supérieur 88 de la lame 44, placé dans la rainure 36, vient en contact avec l'extrémité supérieure 90 de la rainure 36, empêchant ainsi tout déplacement supplémentaire

vers le haut et vers l'extérieur de la lame 44 dans la rainure 36, et le cisaillement de la broche 50.

La relation entre la lame 44 et la rainure 36 peut être davantage comprise avec référence à la Fig. 5.

Alors que le trépan 10 de l'invention est illustré comme ayant une position rétractée dans laquelle les moyens de coupe 14 définissent un diamètre qui est inférieur au diamètre extérieur 22 du corps 12, il va de soi que les moyens de coupe 14 rétractés peuvent définir initialement un diamètre supérieur au corps 12, et même s'étendre plus loin radialement vers l'extérieur depuis le corps 12 dans une position déployée.

Il doit également être compris que des moyens de retenue de lame, tels que des goupilles de cisaillement, des ressorts de rappel, des déclics à bille à ressort, des aimants, des ressorts d'arrêt à lames ou d'autres moyens connus dans la technique, peuvent être utilisés pour aider à retenir les lames 40,42 et 44 dans une position rétractée jusqu'à ce que l'on souhaite les déployer. La Fig. 4 représente une modification utilisant un ressort de rappel du type hélicoïdal 93. La Fig. 5 représente une modification utilisant une goupille de cisaillement 95 qui a été sectionnées lorsque la lame 44 s'étend. Toutefois, de telles particularités ne sont absolument pas essentielles au concept de base de l'invention.

Du fait de la pression hydrostatique du fluide de forage dans le trou de forage, il y aura normalement une accumulation de fluide qui se sera infiltré dans la rainure 36 et qui peut gêner le déplacement libre vers le haut des lames 40,42 et 44. Par conséquent, des orifices de décharge 92, montrés sur les Fig. 4 et 5 de la colonne 30 et de la lame 44, peuvent être ménagés à travers le corps de trépan 12 ou les colonnes 26,28 et 30 de manière à mettre en communication les rainures 36 et l'extérieur du corps de trépan 12.

Lorsque les lames 40,42, 44 sont sollicitées vers le haut, la circonférence 78'définie par le calibre

extérieur 80 des lames 40,42, 44 pendant la rotation du trépan 10 devient supérieure à la circonférence 24 du diamètre extérieur 22 du corps du trépan 10, comme illustré par les Fig. 3 et 5. La rotation du trépan 10 pendant le forage donne par conséquent un trou foré d'un calibre ou diamètre qui est supérieur au diamètre extérieur 22 du corps 12 du trépan 10. On peut facilement comprendre, par conséquent, que lorsque le forage cesse et que le trépan 10 est remonté hors du trou, les lames 40,42, 44 coulissent vers le bas et radialement vers l'intérieur, comme montré sur la Fig. 1, décrivant une circonférence 78 plus petite, de sorte que le trépan 10 peut être enlevé facilement hors du trou.

Les principes de l'invention sont applicables aux opérations de forage de puits ainsi qu'aux opérations de carottage. Plus spécifiquement, dans les opérations de forage de puits, l'objectif est de forer un trou dans la terre pour accéder à des réserves souterraines de minerais ou de fluides tels que du pétrole. Dans les opérations de forage de puits, par conséquent, il est nécessaire de prévoir des moyens de coupe qui agissent, pendant le forage d'un trou, sur le centre proprement dit et sur la zone radialement extérieure du fond de ce trou. Ainsi, lorsqu'elle est utilisée dans des opérations de forage de puits, l'invention comprend un moyen de coupe secondaire 94, représenté sur la Fig. 6, placé sur le nez 32 du trépan 10.

Le moyen de coupe secondaire 94 a des éléments de coupe 96 qui y sont associés et qui, conjointement avec les éléments de coupe 66 placés sur les bords inférieurs 72,74, 76 des lames 40,42, 44 agit sur la surface la plus au fond du trou.

Le moyen de coupe secondaire 94 peut prendre toute forme qui assure une action de coupe appropriée contre le fond du trou mais qui n'entrave pas le déplacement des lames 40,42, 44 lorsqu'elles sont tirées vers le bas, comme lors des manoeuvres dans le trou et hors de celui-ci. Un

exemple de configuration du moyen de coupe secondaire 94 est illustré sur la Fig. 6. Notons que les lames 40,42, 44 sont montrées sur la Fig. 6 dans la deuxième position déployée, poussées vers l'extérieur par rapport au corps 12 du trépan 10. Toutefois, lorsque le trépan de forage 10 est manoeuvré dans le trou ou hors de celui-ci, les lames 40,42, 44 convergent vers le bas vers le moyen de coupe secondaire 94 et le moyen de coupe secondaire 94 n'entrave pas le déplacement des lames 40,42, 44.

Les orifices ou ajutages 70, qui dirigent le fluide de forage vers le bas, vers les lames 40,42, 44 pendant le forage, peuvent également être orientés de manière à évacuer les débris du moyen de coupe secondaire 94.

Les principes de l'invention peuvent également être appliqués à un appareil de forage utilisé pour le carottage. Un tel appareil comprend typiquement un trépan relié à un tube carottier qui comprend un tube intérieur destiné à recevoir et retenir une carotte de terre taillée par le trépan. Les trépans utilisés dans le carottage comprennent un orifice central 48 ménagé dans le nez 32 du trépan 10, comme illustré sur les Fig. 4,5 et 7.

Lorsqu'un trépan 10 conforme à l'invention est utilisé pour le carottage, les lames 40,42, 44 sont poussées vers l'extérieur lorsque les bords inférieurs 72, 74,76 touchent le fond du trou, comme illustré sur les Fig. 5 et 7. Lorsqu'il est utilisé pour le carottage, le corps de trépan 12 possède également des éléments de coupe de carottage 100,102, 104 qui sont placés radialement vers l'intérieur par rapport à la position des bords inférieurs 72,74, 76 des lames 40,42, 44 pendant le carottage et qui taillent en cercle, coupant par conséquent une carotte 106 qui entre dans le sabot 108, représenté sur les Fig. 4 et 5, à mesure que le forage progresse dans le trou.

Dans une autre forme de réalisation de l'invention, illustrée par les Fig. 8,9 et 10, le corps de trépan 12 peut présenter des rainures en T 120 dimensionnées

pour recevoir un organe en T, mobile en va-et-vient 122, d'une lame 124. Comme illustré par la Fig. 8, il peut y avoir une pluralité de lames 124, de deux à douze ou plus pour des trépans extrêmement grands. Une pluralité de moyens de coupe 128 pour le forage de la formation sont fixés à la face extérieure 126 de la lame 124. Dans cette forme de réalisation, la rainure en T 120 peut comprendre un moyen d'intervention ou d'arrêt 130 associé à son extrémité supérieure 132 afin de limiter le déplacement vers le haut de la lame. La lame 124 ne peut pas, par conséquent, sortir complètement de la rainure en T 120.

Comme le montre la Fig. 10, le déplacement des lames 124 dans la rainure en T 120 peut être facilité par des paliers, représentés ici comme des billes 136 logées dans des alvéoles 138 prévues dans le corps de trépan 12. Les billes 136 peuvent rouler dans un chemin de roulement 140 formé dans la lame 124. Lorsque les billes 136 sont utilisées comme paliers, il peut y avoir une seule bille ou une pluralité de billes 136 comme représenté sur la Fig. 10. De plus, comme représenté sur la Fig. 10A, les billes 136 peuvent être contenues dans un creux 141 dans le corps de trépan 12 et rouler sur une surface de roulement 143 sur les lames.

Dans encore une autre forme de réalisation, comme le montrent les Fig. 11 et 12, des rails en T 150 peuvent être formés sur la face extérieure 152 du corps de trépan 12. Les lames 154 peuvent avoir une configuration présentant une rainure en T 156 qui est dimensionnée pour coopérer à coulissement avec les rails en T 150 sur le corps de trépan 12. Des moyens de coupe 158 sont fixés sur la face extérieure 160 des lames 154 pour le forage de la formation. Un moyen d'intervention ou d'arrêt 162, représenté sur la Fig. 12 comme un boulon, peut être associé à l'extrémité supérieure 164 du rail en T 150 pour limiter le déplacement vers le haut de la lame 154 sur le support 150.

Une autre forme de réalisation de l'invention est

illustrée sur les Fig. 13 et 14. Dans cette forme de réalisation, le corps de trépan 12 comprend des rainures 36 qui sont élargies à leur base 200 pour recevoir une saillie élargie coopérante 202 le long de l'étendue intérieure des lames 240. La section transversale des bases élargies de rainures 200 et des saillies élargies coopérantes 202 peut être en queue-d'aronde ou circulaire, semi-circulaire, rectangulaire ou de n'importe quelle autre configuration propre à retenir une lame, comme montré à titre d'exemple sur la vue en coupe transversale de la Fig. 13.

Une telle conception supprime le besoin de structures de palier spécialisées, bien que, évidemment, des revêtements de Téflon ou des insertions en laiton ou autres puissent être utilisés pour faciliter le déplacement des lames. Une configuration à broche et boutonnière, comme décrite pour la forme de réalisation de la Fig. 1, ou un moyen d'arrêt, comme montré sur la Fig. 9, peuvent être utilisés pour limiter le déplacement vers l'extérieur des lames 240 et ainsi, définir le calibre du puits en cours de forage.

La Fig. 13 montre également que l'arrière ou face arrière 204 d'une colonne 230 contenant une lame 240 peut s'étendre radialement vers l'extérieur plus loin que la face avant 206 afin de fournir un support aux lames à l'encontre des forces dirigées suivant la circonférence ou tangentiellement, causées par la rotation du train de tiges et par le contact avec la formation. Il faut également noter que, comme illustré sur les Fig. 13 et 14, les rainures 36 peuvent se trouver dans le corps de trépan 12 lui-même, les colonnes 230 n'étant pas requises pour toutes les applications.

Finalement, les Fig. 13 et 14 montrent également l'utilisation de joints d'étanchéité 208 et/ou 210 placés entre les lames et les surfaces intérieures des rainures dans lesquelles elles bougent.

La forme de réalisation des Fig. 15 et 16 montre comment le principe de l'invention peut également être

utilisé pour améliorer les caractéristiques d'un trépan à lames fixes. Le trépan 300 comprend des rainures 336 dans le corps 312. Des passages hydrauliques 314 se terminant par des ajutages 316 sont également ménagés dans le corps 312.

Les passages 314 communiquent avec l'alésage 318 du corps 312 afin de recevoir le fluide de forage depuis ce dernier.

Des lames ou ailettes 340 comprenant des structures de support d'éléments de coupe sont fabriquées séparément du corps 312, et comprennent des parties intérieures qui peuvent être qualifiées de clés de lames 334, qui coulissent dans les rainures 336 où elles sont fixées par soudage, brasage ou collage ou par des moyens de fixation mécaniques connus dans la technique, tels que boulons, vis, goupilles ou clavettes. En variante, le corps 312 peut être chauffé, les lames 340 peuvent être placées dans les rainures 336, et le corps 312 peut être refroidi, ce qui entraîne la contraction du corps 312 et la retenue des lames 340 dans ses rainures.

Avec un tel arrangement, les dégâts ou l'usure d'une lame particulière ou d'éléments de coupe présents sur celle-ci peuvent être palliés par l'enlèvement de la lame endommagée, sa réparation et sa réinsertion dans le corps 312 ou, si la lame est irréparable, par son remplacement par une nouvelle lame. Les patins de calibrage 350 ainsi que les éléments de coupe 66 constituent des éléments remplaçables sur les lames 340.

Comme montré, à titre d'exemple, sur les Fig. 15 et 16, les lames 340 peuvent être fixées dans le corps 312 par des cordons de soudure 360. Le déplacement vers le bas des lames 340 dans les rainures 336 est arrêté par le contact de l'extrémité inférieure 342 de chaque clé de lame 334 avec l'épaulement 338 dans une rainure 336. Il faut noter que la partie intérieure de la clé de lame 334 et celle de la rainure 336 ont une section transversale plus grande que les parties intermédiaires, comme dans les autres formes de réalisation de l'invention, afin de maintenir les lames 340 dans les rainures 336.

Les lames 340 ne sont normalement pas identiques, du fait qu'une rainure 336 et la lame coopérante 340 sont prolongées de telle sorte que les éléments de coupe 66 de cette lame 340 taillent le centre proprement dit du trou de forage, comme montré sur la Fig. 16, la ligne centrale ou axe du trépan 312 étant désigné par 380. En variante, un groupe d'éléments de coupe peut être monté directement sur le nez du trépan pour tailler le centre du trou de forage (voir Fig. 6 pour un tel groupement). Avec une telle conception, toutes les lames 340 peuvent être identiques, sachant que même avec des lames de dimensions et de configuration identiques, le nombre et la disposition des éléments de coupe 66 des lames peuvent différer ou non en vue d'une performance optimale.

La Fig. 16A montre un exemple d'élément de coupe 66 utilisable avec le trépan de forage 300. L'élément de coupe 66 comprend une couche 400 de diamant ou d'un autre matériau très dur formée sur un substrat métallique 402 (typiquement en carbure de tungstène) et fixée sur l'élément de support cylindrique 404 de longueur suffisante pour fournir une zone superficielle adéquate pour braser ou coller autrement l'élément 66 sur la lame 340. En outre, comme représenté sur la Fig. 16A, la longueur de l'élément de support 404 fournit une résistance d'adhésion continue sur toute la vie d'usure de l'élément de coupe 66, jusqu'à ce que 75% environ de la couche de diamant 402 soient usés, comme représenté par la ligne 406 pour l'élément 400, disposée à un angle de 200 par rapport à l'axe ou à la ligne centrale 380 du trépan 300.

L'examen des Fig. 15 et 16 permet de comprendre facilement que l'invention, telle qu'elle est appliquée dans ces figures, permet de fabriquer, à partir d'une seule dimension de corps 312, une gamme entière de dimensions ou calibres de trépans, en utilisant des lames de dimensions différentes 340. De cette manière, des calibres spéciaux peuvent être facilement réalisés sans garder en stock des

trépans entiers. Mieux encore, une seule dimension de lame 340 peut être utilisée dans une gamme donnée de calibres, et les lames 340 peuvent être disposées sélectivement dans des rainures 336 avant d'être fixées dans celles-ci, le changement de position vers le haut ou vers le bas assurant un changement de calibre donné (voir 340'et 340") tout en utilisant la même lame.

De cette manière, on peut fabriquer une gamme de trépans de six pouces (15,3 cm) allant d'un calibre de cinq pouces (12,75 cm) à un calibre de de six pouces % (17,21 cm), ou une gamme de trépans de huit pouces (20,4 cm) allant d'un calibre de sept pouces (17,85 cm) à un calibre de huit pouces % (22,31 cm).

Un autre avantage de la forme de réalisation des Fig. 15 et 16 est la possibilité de fabriquer des lames 340 identiques si ce n'est avec des dimensions, des types et des densités d'éléments de coupe 66 différents (garniture d'éléments de coupe de légère à lourde) afin de s'adapter à différents types de formation. Ainsi, un trépan de calibre particulier, par exemple, de six pouces % (17,21 cm) peut être fabriqué pour tailler de manière optimale une formation dure, mi-dure ou tendre, ou une formation avec ou sans filets de minerais durs intercalés dans une roche plus tendre. Des inclinaisons arrière et latérales préférées des éléments de coupe peuvent également être obtenues en utilisant des lames 340 interchangeables avec un type de corps commun comme le corps 312.

L'utilisation de structures de support d'éléments de coupe fabriquées séparément, représentées comme des lames 340 mais qui peuvent également être appelées"nervures"ou "patins", suivant la conception de trépan dans laquelle ces structures sont utilisées, offre d'autres avantages en plus de ceux exposés plus haut. Par exemple, si le corps de trépan 312 est en une matrice de carbure de tungstène, en acier ou d'une autre construction, un corps conforme à l'invention est nettement plus simple et par conséquent, moins cher à fabriquer que les trépans à lames classiques.

Les difficultés de positionnement et de montage d'éléments de coupe complexes sont transférées du corps de trépan à la structure nettement plus simple, davantage bidimensionnelle et plane des lames, nervures ou patins 340.

L'invention peut même permettre la coulée des corps de trépan à partir de métal en fusion tel que de l'acier, en évitant les difficultés de la mise en place précise des éléments de coupe dues au retrait et à la distorsion de la pièce coulée.

Comme les lames, nervures ou patins 340 sont plus petits et beaucoup moins complexes que le corps de trépan 312, ils peuvent être facilement produits à des tolérances beaucoup plus petites, avec une excellente reproductibilité grâce à un outillage à commande numérique (C/N). Les lames, nervures ou patins 340 peuvent être usinés précisément à partir de métal ductile ou formés de la même manière qu'un trépan du type matrice à partir de moules usinés très précisément. La dimension plus petite de la pièce pour la fabrication de la matrice réduit également de manière significative le temps total de traitement au four par rapport à un trépan d'une seule pièce classique, ainsi que le potentiel de retrait et de fissuration de la pièce.

L'utilisation de structures de support d'éléments de coupe fabriquées séparément favorise également la disposition et l'orientation précises des éléments de coupe 66 et améliore la qualité du lien entre les éléments de coupe 66 et le corps 312 via une lame, une nervure ou un patin 340. Par exemple, les mêmes avantages énumérés cidessus, qui permettent la production d'une lame 340 dimensionnée précisément, permettent également de disposer, de dimensionner et d'orienter précisément comme souhaité les poches ou alvéoles pour éléments de coupe 408, tous les éléments de coupe d'une seule lame étant disposés globalement sur le même plan défini par la lame.

En outre, si la lame est une structure de matrice ou en un métal ductile, la petite dimension et la configuration simple à deux dimensions de la pièce facilitent les opérations

d'usinage précis. Une fois la lame, la nervure ou le patin 340 fabriqué avec des alvéoles pour éléments de coupe 408 destinées à recevoir des éléments de coupe 66 du type à cylindre DPC tels que ceux illustrés sur la Fig. 16A ou d'autres types connus dans la technique, tels que les éléments de coupe dits"picots", la fixation effective des éléments de coupe est améliorée par le fait que l'on peut disposer tous les éléments de coupe dans les alvéoles et ensuite, braser au four en même temps les éléments de coupe sur la lame, la nervure ou le patin 340 avec un certain nombre d'autres structures semblables qui sont achevées dans le même four.

Cette technique contraste avec la technique classique de brasage dans laquelle les éléments de coupe DPC sont brasés sur une face de trépan, un à la fois. Une variante du brasage qui permettrait des températures de brasage plus élevées et ainsi, l'utilisation de brasures plus fortes tout en maintenant les tables de diamant des éléments de coupe DPC à une température raisonnablement basse, consisterait à utiliser un système de chauffage sous les lames, nervures ou patins 340 orientés horizontalement les éléments de coupe 66 étant supportés dans les alvéoles pour éléments de coupe 408 par gravité. Les tables de diamant sont alors mises en contact avec un système de refroidissement placé au-dessus de la lame afin de maintenir une température souhaitable, non dommageable.

Si l'on souhaite fixer mécaniquement les éléments de coupe 66 à une lame, nervure ou patin 340, à nouveau, la forme plus simple de la structure 340 peut faciliter l'utilisation de moyens de fixation mécaniques, qui peuvent même traverser toute la structure de support d'éléments de coupe.

Il est clair également qu'un trépan de type imprégné peut être spécialement adapté à cette conception, puisque les lames, nervures ou patins 340 peuvent être facilement formés, entièrement ou en partie, par frittage ou pressage isostatique à chaud afin d'inclure du diamant

ou d'autres particules abrasives, telles que du nitrure de bore isométrique. Si des segments plus petits d'éléments de coupe imprégnés sont utilisés, les segments peuvent alors être placés ensuite dans un moule afin d'être agglomérés dans une matrice de carbure de tungstène, ou dans un autre matériau pouvant être coulé.

L'assemblage des lames, nervures ou patins 340 avec le corps 312 est relativement simple, comme mentionné plus haut. Si les structures 340 sont soudées à un corps 312, brasées ou collées ou fixées mécaniquement, la précision de l'alignement et de la position de tous les composants assemblés du trépan fini 300 peut être contrôlée et le gabarit ou autre monture maintenant l'ensemble peut être ajusté en conséquence avant que l'étape de fixation finale ne soit exécutée. Si l'on constate qu'une structure de support 340 est hors tolérance, ou qu'un élément de coupe 66 est endommagé, hors tolérance ou mal orienté, on peut remplacer cette structure rapidement et facilement.

Comme on peut le voir aux Fig. 18 et 19, les structures de support 340 peuvent être coulées en des formes qui s'emboîtent dans une rainure non linéaire 336 dans un corps 312 (Fig. 17) ou qui sont fixées (par exemple, par brasage, soudage, collage ou par des moyens mécaniques) à une face extérieure 390 d'une structure de corps comme montré sur la Fig. 19.

La Fig. 20 illustre encore une autre adaptation de l'invention, dans laquelle le corps 312 du trépan 300 est pourvu de rainures 336 destinées à recevoir des parties de clavetage adaptées 334 de structures de support d'éléments de coupe 340, qui portent chacune une molette 500 associée à des structures de paliers 502 et à une structure de lubrification 504, constituant ensemble l'ensemble de molette 506. Avec un tel arrangement, la fabrication d'un trépan à molettes est facilitée et le remplacement d'ensembles de molettes entiers 506 est possible, diminuant ainsi le temps de réparation en cas d'endommagement de l'un

des trois ensembles normalement prévus sur un tel trépan.

De plus, les corps de trépan 312 peuvent rester désassemblés des structures de support d'éléments de coupe 340 jusqu'à ce qu'un ordre soit reçu, suite auquel les structures de support d'éléments de coupe appropriées 340 conjointement avec les ensembles de molettes appropriés 506 pour la formation à forer peuvent être attachés à un corps 312. Par exemple, une molette à dents de fraisage, à picots en carbure de tungstène ou à picots en diamant 500 peut être sélectionnée, lorsque cela s'avère approprié, ou une molette 500 avec une configuration ou un agencement de longueur de dent ou de picot particulier peut être sélectionnée.

Outre le fait qu'ils offrent une plus grande flexibilité et une facilité de fabrication, on peut également escompter que dans certains cas, des trépans à molettes, dans lesquels une des structures de support d'éléments de coupe soit rétractable linéairement comme décrit plus haut par pivotement comme décrit ci-après à propos de la forme de réalisation de la Fig. 17, peuvent être fabriqués conformément à l'invention. Ainsi, on peut fabriquer un trépan à molettes qui peut négocier d'une manière relativement expéditive des trous de forage étroits ou des pattes de chien. La rétraction et le déploiement peuvent être effectués, respectivement, par gravité et contact avec le fond du trou de forage, ou peuvent être commandés par des moyens de sollicitation ou un système hydraulique.

En plus des formes de réalisation de l'invention décrites plus haut, il est clair également que les moyens de coupe 414 d'un trépan 410 de l'invention peuvent être déployés par rotation depuis une première position rétractée vers une deuxième position déployée en réaction au contact avec le fond non foré du trou, comme représenté sur la Fig. 17. Dans cette forme de réalisation, une ou plusieurs lames 440 ayant un bord d'attaque 442 peuvent chacune pivoter autour d'un axe de pivotement 444 qui est fixé au

corps 412 sur les parois 446 et 446'qui définissent un creux de lame 448.

Au contact du bord d'attaque 442 avec le fond du trou, le bord arrière 450 de la lame 440 pivotera vers l'extérieur dans une position déployée dans laquelle les éléments de coupe 66 attaqueront la formation et le trépan 410 taillera un trou de forage élargi lors de la rotation du trépan 410. Lorsque le trépan 410 est retiré hors du fond du trou, la lame 440 se rétractera, la rétraction étant accrue, si on le souhaite, par un moyen de sollicitation tel qu'un ressort 452. En variante, un mécanisme hydraulique peut être utilisé pour assister la rétraction de la lame.

Les moyens de coupe mobiles de l'invention permettent de descendre le trépan dans le trou et de le remonter hors du trou facilement sans le coincer ou le caler au fond du trou. Le trépan de l'invention peut ainsi être adapté à n'importe quel appareil de forage et peut être utilisé avec n'importe quel type de technique de forage. En outre, la configuration du corps discret/lame insérable de l'invention peut être adaptée à un trépan à lames fixes facilement réparable. De plus, le trépan de l'invention peut être utilisé dans des conceptions de trépan dites "antitournoiement". Finalement, on doit comprendre que l'utilisation d'une seule lame mobile ou rétractable plutôt que des lames rétractables multiples des formes de réalisation préférées est envisagée dans le cadre de l'invention.

Un tel trépan avec une lame mobile simple, serait particulièrement approprié pour fournir la force latérale dirigée requise pour un trépan antitournoiement.

Ainsi, les références dans le présent mémoire aux détails spécifiques des formes de réalisation illustrées servent d'exemple et ne sont pas restrictives. Il apparaîtra aux experts en ce domaine que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la forme de réalisation illustrée de base, sans s'écarter de l'esprit et du cadre de l'invention tel que défini par les revendications.

Claims

EMI28.1

R E V E N D I C A T I O N S REVENDICATIONS 1. - Trépan (10,300) pour le forage de formations souterraines, caractérisé en ce qu'il comprend un corps (12, 312) comportant une pluralité de rainures espacées sur sa circonférence (36,120, 338) s'étendant radialement vers l'intérieur sur l'extérieur de celui-ci ; au moins une lame (40,42, 44,124, 240,340) portant des moyens de coupe (66, 500) et dont une partie peut être reçue à coulissement dans lesdites rainures (36,120, 336) ; et des moyens (50,130) pour fixer ladite au moins une lame (40,42, 44,124, 240, 340) à demeure audit corps (12,312).
2.-Trépan suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de fixation (50,130) est à même de permettre l'enlèvement sélectif de ladite au moins une lame (40,42, 44,124, 240,340) dudit corps (12,312).
3.-Trépan suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite au moins une lame (40,42, 44,124, 240,340) peut être fixée dans une pluralité de positions dans lesdites rainures (36,120, 336) de manière à définir sélectivement une pluralité de calibres pour ledit trépan (10, 300).
4.-Trépan suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens de coupe (66,500) comportent des éléments de coupe en diamant.
5.-Trépan suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite au moins une lame (40,42, 44,124, 240,340) porte un patin de calibrage remplaçable (350).
6.-Trépan suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un desdits moyens de coupe (66) est logé dans une alvéole (408) de ladite au moins une lame (40,42, 44,124, 240, 340).
7.-Trépan suivant l'une quelconque des <Desc/Clms Page number 29> revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit moyen de coupe (66) comprend une molette rotative (500).
8. - Trépan pour le forage de formations souterraines, caractérisé en ce qu'il comprend un corps (12, 312,412) ayant une structure (36,120, 150,336, 446) sur sa surface extérieure destinée à engager une structure de support d'éléments de coupe ; et au moins une structure de support d'éléments de coupe fabriquée séparément (40,42, 44,124, 240,340, 440) portant une pluralité d'éléments de coupe (66) sur sa surface extérieure, fixée audit corps (12, 312,412).
9.-Trépan suivant la revendication 8, caractérisé en ce que ladite structure d'engagement sur ledit corps comprend une rainure (36,120, 336).
10.-Trépan suivant la revendication 9, caractérisé en ce que ladite rainure (36,120, 336) est orientée de manière à permettre l'ajustement radial de ladite au moins une structure de support d'éléments de coupe (40,42, 44,124, 240,340) par rapport audit corps (12,312).
11. - Trépan suivant la revendication 8, caractérisé en ce que ladite structure d'engagement comprend une surface (390) sur l'extérieur dudit corps (312).
12.-Trépan suivant la revendication 11, caractérisé en ce que ladite surface (390) comprend une surface plane.
13.-Trépan suivant l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que ladite au moins une structure de support d'éléments de coupe (40,42, 44, 124,240, 340,440) a la configuration d'une lame.
14.-Trépan suivant l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que ladite au moins une structure de support d'éléments de coupe (40,42, 44, 124,240, 340,440) a la configuration d'une nervure.
15.-Trépan suivant l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que ladite au moins <Desc/Clms Page number 30> une structure de support d'éléments de coupe (40,42, 44, 124,240, 340,440) a la configuration d'un patin.
16.-Trépan suivant l'une quelconque des revendications 8 à 13, caractérisé en ce que ladite pluralité d'éléments de coupe (66) sont disposés sur une molette rotative (500).
17.-Trépan suivant l'une quelconque des revendications 8 à 16, caractérisé en ce que ladite pluralité d'éléments de coupe (66) sont reçus dans des alvéoles préformées (408) dans ladite au moins une structure de support d'éléments de coupe (40,42, 44,124, 240,340, 440).
18.-Trépan suivant la revendication 17, caractérisé en ce que lesdites alvéoles (408) sont usinées dans ladite au moins une structure de support d'éléments de coupe (40,42, 44,124, 240,340, 440).
19.-Trépan suivant la revendication 17, caractérisé en ce que lesdites alvéoles (408) sont formées dans ladite au moins une structure de support d'éléments de coupe (40,42, 44,124, 240,340, 440) pendant la formation de cette dernière.
20.-Trépan suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit corps (12,312, 412) comprend une matrice en carbure de tungstène, et ladite au moins une structure de support d'éléments de coupe (40,42, 44,124, 240,340, 440) est faite d'un métal ductile.
21.-Trépan suivant l'une quelconque des revendications 1 à 20, caractérisé en ce que ledit corps (12,312, 412) est fait d'un métal ductile et ladite au moins une structure de coupe (40,42, 44,124, 240,340, 440) comprend une matrice en carbure de tungstène.