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"Structure de coupe pour du forage de formations souterraines"
Domaine de l'invention
La présente invention se rapporte dans l'ensemble à des éléments coupants à utiliser sur des têtes de forage, pour le forage du sol, et sur des trépans ainsi équipés. En particulier, la présente invention se rapporte à des éléments coupants comportant des particules abrasives imprégnées dans une matrice. De manière plus particulière, les éléments coupants de la présente invention peuvent comporter une structure porteuse résistante et ductile, qui peut être interne ou externe au segment imprégné. De manière encore plus particulière, des éléments coupants et des segments qui mettent en oeuvre la présente invention peuvent être agencés dans des arrangements ou combinaisons, et orientations, présélectionnés pour augmenter l'efficacité de forage.
Arrière-plan technologique
Usuellement, des trépans, de forage du sol, comportant des structures de coupe imprégnées, usuellement désignées par "segments", ont été utilisés pour forer à travers des formations dures et abrasives, comme du basalte, de la dolomite et du grès dur. Comme représenté par la figure 1, les segments imprégnés 16 de trépans de ce genre sont typiquement fixés, d'une manière généralement radiale, à l'extrémité forante 14 qui est typiquement appelée la "face" du corps 12 du trépan 10. Des segments imprégnés peuvent également être disposés de manière concentrique sur la face du trépan.
A mesure que le trépan broie progressivement à travers une formation très dure et abrasive, la couche la plus externe des segments imprégnés contenant des particules abrasives (comme de petits diamants, des particules de diamant ou d'autres particules très abrasives comme du nitrure de bore cubique) s'use et peut se casser. Plusieurs segments imprégnés usuels sont conçus pour libérer ou "perdre" des diamants ou particules de ce genre d'une manière commandée pendant une utilisation du trépan.
A mesure qu'une couche de diamants ou de
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particules est perdue de la face, des diamants sous-jacents sont mis à nu en tant que copeaux abrasifs et les diamants qui ont été perdus par le trépan usent la phase continue mise à nu du segment, dans laquelle les diamants internes sont dispersés, en "affûtant à nouveau" par cela le trépan jusqu'à ce que toute la partie imprégnée de diamants du trépan a été consommée. Ainsi, des trépans comportant des segments imprégnés avec du diamant conservent typiquement un taux de forage sensiblement constant aussi longtemps que des diamants restent à nu sur des segments de ce genre.
Des segments imprégnés usuels portent typiquement des particules très abrasives dans une phase continue d'une matière dure, telle que du carbure de tungstène, un alliage de tungstène, un carbure métallique, un alliage métallique réfractaire, une céramique, du cuivre, un alliage à base de cuivre, du nickel, un alliage à base de nickel, du cobalt, un alliage à base de cobalt, du fer, un alliage à base de fer, de l'argent, ou un alliage à base d'argent. Des matières de ce genre sont cependant typiquement relativement fragiles et peuvent se rompre lorsqu'elles sont soumises aux contraintes du forage.
En conséquence, lorsqu'elle est soumise aux contraintes élevées de forage et en particulier à des contraintes de chocs, la phase continue de segments imprégnés de ce genre peut se casser, en donnant lieu à sa défaillance prématurée et potentiellement à la défaillance prématurée du trépan par lequel des segments de ce genre sont portés. Ainsi, des temps et coûts de forage sont augmentés par une défaillance prématurée de segments imprégnés usuels, puisqu'il est nécessaire de retirer le train de tiges du trou de forage, de remplacer toute le trépan et de réintroduire le train de tiges dans le trou de forage.
Le brevet US-A-4 234 048, (le "brevet 048") qui a été délivré à David S. Rowley le 18 novembre 1980 décrit un trépan à titre d'exemple, qui porte sur sa couronne des segments imprégnés avec du diamant. Typiquement, les segments imprégnés de trépans de ce genre sont façonnés en C ou façonnés de manière hémisphérique, de façon quelque peu aplatie, et agencés quelque peu radialement autour de la couronne du trépan. Chaque segment imprégné s'étend typiquement à partir du cône interne du trépan, sur le nez, et
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au-delà de la face du trépan, jusqu'au calibre. Les segments imprégnés peuvent être fixés directement sur le trépan pendant une fabrication ou être partiellement disposés dans une encoche ou canal formé dans la couronne et être fixés au trépan par brasure.
Lorsqu'ils sont fixés à la couronne d'un trépan, des segments imprégnés usuels ont un profil relativement bas (c'est-à-dire des évidements peu profonds entre des segments adjacents) par rapport à la face de trépan et une empreinte qui couvre la majorité de la surface du trépan à partir du nez jusqu'au calibre. Le profil bas est typiquement demandé en raison des matières relativement fragiles à partir desquelles les phases continues de segments imprégnés usuels sont façonnées. De même, la forme généralement semi-circulaire de segments imprégnés usuels et leur agencement quelque peu radial autour de la couronne d'un corps de trépan sont demandés pour empêcher les rupture et usure prématurée de tels segments imprégnés en raison de leurs matières de phase continue dures mais relativement fragiles.
La grande "empreinte" de trépans portant des segments imprégnés usuels est typiquement nécessaire pour procurer une quantité suffisante de matière de coupe sur la face du trépan. Jusqu'à un certain point, la forme semi-circulaire usuellement demandée de segments imprégnés a également empêché l'utilisation d'autres formes de segments imprégnés, conceptions de trépans et agencements de segments imprégnés sur des trépans, qui pourraient autrement optimiser des taux de forage et réduire le taux d'usure et de défaillance des trépans.
En raison du profil bas ou de l'empreinte d'exposition et de grande aire de surface de segments imprégnés usuels, il y a un très petit dégagement entre la face du trépan et la formation forée pendant une utilisation du trépan par lequel des segments de ce genre sont portés. En conséquence, l'accumulation de fines de formation, fréquemment désignées par farine de roche, sur les segments imprégnés peut empêcher un contact des segments imprégnés avec la surface interne du trou foré et peut réduire la profondeur de coupe du trépan.
De plus, en raison de l'empreinte de grande aire de surface et du profil bas de segments imprégnés, sur des trépans usuels, l'hydraulique de
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trépans de ce genre ne peut pas être complètement utilisée pour en évacuer des fines de formation ou pour refroidir les segments. En conséquence, le taux de pénétration de forage et la quantité de poids sur le trépan qui peuvent être utilisés sur le trépan peuvent décroître tous deux alors que le taux d'usure sera élevé de manière indésirable et qu'une défaillance du trépan peut avoir lieu.
Une caractéristique supplémentaire avec des segments imprégnés usuels présentant des empreintes de grande aire de surface est qu'une bonne partie de la surface de coupe exposée des segments est située à une distance latérale importante à partir du passage d'eau le plus proche ou de la zone dans laquelle du fluide de forage est mis en circulation. De telles distances latérales relativement grandes par rapport à l'écoulement d'eau ou de fluide de forage empêchent par cela de chasser du segment des copeaux ou des fines et peuvent aggraver les problèmes mentionnés précédemment, de sorte que des sables et des fines s'accumulent sur la face et la couronne du trépan.
Un autre problème rencontré dans le métier consiste en ce que, lorsque l'on fore des formations différentes ou lorsque l'on fore une formation présentant des couches tendres, des couches moyennement dures .et des couches dures, il est usuellement nécessaire d'utiliser des trépans particulièrement conçus et spécialement adaptés pour forer dans la couche que l'on rencontre afin d'assurer une avance constante dans le trou en cours de forage. Ainsi, une équipe de forage sélectionne fréquemment un trépan présentant une densité appropriée de couteaux de diamant pour équilibrer le taux de pénétration (ROP = rate of penetration) et la résistance à l'usure pour accroître la vie utile du trépan.
Par exemple, en rencontrant une couche relativement tendre, un trépan relativement économique, comportant une faible densité de couteaux de diamant particulièrement adaptée pour forer des couches tendres, serait utilisé pour maximaliser le taux de pénétration du trépan dans la formation. En rencontrant une couche moyennement dure, un trépan relativement plus coûteux, comportant une densité moyenne de couteaux particulièrement appropriée pour forer des couches moyennement dures, serait nécessaire pour maximaliser le taux de pénétration du trépan dans
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ces couches particulières moyennement dures de la formation en cours de forage.
Finalement, en rencontrant une couche dure, un trépan encore plus coûteux, comportant une densité élevée de couteaux de diamant particulièrement appropriée pour forer des couches dures, serait nécessaire pour éviter une usure excessive des couteaux tout en permettant un poids suffisant sur le trépan, qui procurerait un ROP acceptable à travers une telle partie dure de la formation en cours de forage. Ainsi, il serait souhaitable d'avoir un trépan qui pourrait forer rapidement à travers des couches tendres et des couches moyennement dures d'une formation donnée et qui pourrait également forer les couches dures de la formation à un ROP acceptable tout en procurant également une résistance accrue à l'usure pour augmenter la vie utile du trépan.
Un trépan de ce genre favoriserait économiquement le métier en diminuant la quantité de temps d'appareil de forage nécessaire pour retirer un trépan particulier du trou de forage en cours de forage, de lui substituer un autre trépan plus approprié pour la couche particulière en cours de forage et de descendre le trépan substitué dans le trou de forage pour terminer le forage.
Pendant le forage d'un puits, et en fonction de la profondeur totale du puits et du nombre de couches différentes, dures, moyennes, et tendres qu'un puits doit traverser jusqu'à atteindre la zone d'intérêt la plus profonde ou la plus distante, plusieurs sinon beaucoup de substitutions de ce genre de trépans peuvent être nécessaires, et cela augmente de manière importante le coût total du forage d'un puits.
Le brevet US-A-5 505 272 délivré à lan E. Clark le 9 avril 1996 décrit un trépan de carottage comportant des inserts de coupe constitués de segments coupés à partir d'un flan composite dans lequel un comprimé de diamant polycristallin (PDC = polycrystalline diamond compact) ou, en variante, un nitrure de bore cubique polycristallin (PCBN = polycrystalline cubic boron nitride) a été fixé à un support de carbure de tungstène. Les segments coupés sont ensuite installés séparément ou agencés en variante dans des groupes de trois dans lesquels la couche de comprimé de PDC ou de PCBN de chaque segment adjacent est orientée différemment de façon à être exposée vers la face antérieure, le calibre interne ou le calibre externe respectivement.
De plus,
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il est décrit un trépan qui ne carotte pas, dans lequel des inserts font légèrement saillie de la face du trépan et s'étendent depuis le calibre externe de la face du trépan en direction du centre de la face et dans lequel les extrémités internes des inserts sont situés à des distances différentes à partir de l'axe central du trépan.
Le brevet US-A-4 128 136 délivré à Generoux le 5 décembre 1978 décrit un trépan de carottage à diamant, comportant une couronne annulaire et des surfaces latérales coaxiales internes et externes. La surface latérale coaxiale interne de la couronne détermine une âme creuse dans la couronne annulaire du trépan pour recevoir un échantillon de carotte d'une formation souterraine. La couronne annulaire est formée à partir d'une pluralité de segments composites orientés radialement, imprégnés de diamants, écartés l'un de l'autre radialement et suivant une circonférence par des matières d'écartement moins abrasives.
Le brevet US-A-3 106 973 délivré à Christensen le 15 octobre 1963 décrit un trépan équipé de rainures écartées suivant une circonférence et radialement, comportant des lames de coupe qui lui sont fixées. Les lames de coupe ont des sections imprégnées de diamants et formées d'une matrice de matières présélectionnées.
Le brevet US-A-5 147 001 délivré à Chow et al. le 15 septembre 1992 décrit une structure de coupe, pour un trépan, comportant une rangée sensiblement plane d'éléments coupants agencés à proximité contiguë, interrompue par une pluralité de discontinuités pour minimiser et localiser des contraintes résiduelles induites thermiquement.
Malgré des bénéfices et avantages offerts par des trépans comprenant des éléments coupants qui comportent des particules abrasives imprégnées avec des matrices de différentes matières, comme cela est décrit dans les documents de référence précédents, il subsiste dans le métier un besoin d'éléments coupants, de trépans, qui comprennent des segments imprégnés résistant mieux à la casse pendant un forage de formations très dures et abrasives et qui puissent être conçus et agencés de manière optimale sur un trépan.
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Il y a également un besoin d'éléments coupants comprenant des segments imprégnés, qui puissent être agencés de manière stratégique sur un trépan afin de faciliter l'utilisation de l'hydraulique du trépan pour enlever des fines de formation des surfaces imprégnées du trépan, en facilitant par cela l'utilisation de conceptions de trépans autres et plus efficaces.
De plus, il y a dans le métier un besoin d'un trépan qui puisse être utilisé pour forer efficacement des couches dures, moyennes et tendres d'une formation donnée ou de formations, tout en maximalisant la résistance à l'usure du trépan.
Une autre nécessité dans le métier consiste en un trépan comportant des éléments coupants comprenant des segments imprégnés, qui peuvent être positionnés pour obtenir une exposition accrue à des passages d'eau ou à des trajets et canaux d'écoulement de fluide de forage du trépan afin de favoriser une meilleure chasse des débris de coupe et des fines de formation à partir de la zone du segment qui entre en prise avec la formation.
Un besoin supplémentaire dans le métier consiste en la possibilité de construire aisément et uniformément des trépans comportant des éléments coupants y comprenant des segments imprégnés, dans des combinaisons et orientations présélectionnées afin d'optimiser le fonctionnement du trépan.
Un autre besoin du métier consiste en une structure de coupe qui comporte des segments d'une matière de matrice abrasive, imprégnée et solide, qui peut être aisément et uniformément produite dans une variété de formes et d'épaisseurs nominales pour être adaptées à une large variété de trépans.
Résumé de l'invention
Les trépans, de forage du sol, et les éléments coupants qui mettent en oeuvre la présente invention abordent les besoins ci-dessus.
Les trépans, pour forer le sol, et les éléments coupants de la présente invention sont particulièrement appropriés pour une utilisation avec des trépans du genre à lame aussi bien qu'avec des trépans sans lame. De préférence, au moins un premier segment d'élément coupant façonné à partir d'une matière de matrice solide à phase continue, imprégnée avec au moins
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une matière très abrasive en particules, est juxtaposée à au moins un second segment d'élément coupant façonné en une matière de matrice solide à phase continue pour former un élément coupant stratifié. De préférence, ledit second segment est essentiellement dénué de particules imprégnées très abrasives ou abrasives.
En variante, ledit second segment peut être imprégné avec une matière présélectionnée secondaire, très abrasive à particules, qui donne lieu à ce que ledit second segment est moins abrasif et moins résistant à l'usure que ledit premier segment abrasif.
Des matrices solides à phase continue de ce genre, particulièrement appropriées pour former les premiers et seconds segments et qui ne sont pas considérées comme étant très abrasives comprennent les suivantes : du carbure métallique, du carbure de tungstène, des alliages à base de tungstène, des alliages métalliques réfractaires, des céramiques, du cuivre, des alliages à base de cuivre, du nickel, des alliages à base de nickel, du cobalt, des alliages à base de cobalt, du fer, des alliages à base de fer, de l'argent, des alliages à base d'argent, par exemple. Des matières très abrasives en particules, particulièrement appropriées pour de l'imprégnation comprennent : du diamant naturel, du diamant synthétique, du comprimé de diamant polycristallin, du diamant polycristallin thermiquement stable et du nitrure de bore cubique.
De préférence, les segments ont une épaisseur nominale présélectionnée qui peut être constante ou non constante, allant d'une épaisseur minimale à une épaisseur maximale. Typiquement, les épaisseurs nominales des segments sont inférieures à approximativement 12,7 mm (approximativement 0,5 pouce) et ne dépassent pas de préférence 3,8 mm (0,15 pouce). Les segments peuvent avoir une variété de configurations d'ensemble comprenant des généralement rectangulaires, des généralement arquées, des généralement circulaires, des généralement semi-circulaires et des généralement sinueuses. De plus, les segments sont agencés selon des combinaisons et orientations présélectionnées.
Des combinaisons de ce genre comprennent au moins un premier segment abrasif alternant avec au moins un second segment, dans l'ensemble sans matière très abrasive ou moins abrasif.
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De préférence, les segments sont positionnés selon une combinaison présélectionnée s'étendant d'une manière généralement radiale à partir de l'axe longitudinal du trépan, en direction de la partie de calibre du corps de trépan ou, dans le cas d'un montage sur une structure de lame, généralement le long d'une partie sélectionnée de la structure de lame. De plus, les segments distincts comprenant un élément coupant stratifié peuvent être orientés généralement suivant une circonférence, radialement, ou selon un angle par rapport à une ligne de référence imaginaire, pour procurer une large variété d'éléments coupants.
Une forme de réalisation en variante de la présente invention comprend un élément coupant adapté pour être fixé à une structure de lame d'un trépan, pour le forage du sol, d'un type à lame. L'élément coupant comprend au moins un premier segment, présentant une configuration d'ensemble présélectionnée et une épaisseur nominale présélectionnée, fixé à au moins une structure de lame d'un trépan. Par exemple, un segment donné pourrait avoir une épaisseur d'approximativement 3,3 mm (0,13 pouce) à travers une zone du segment et une épaisseur d'approximativement 12,7 mm (0,5 pouce) à travers une autre zone du même segment.
Ledit premier segment de l'élément coupant comporte une matrice solide à phase essentiellement continue d'au moins une matière imprégnée avec au moins une matière très abrasive en particules dans au moins une de ses parties. De plus, ledit premier segment est disposé de préférence sur ladite au moins une structure de lame suivant une orientation et de manière à exposer à la formation au moins un bord, qui s'étend longitudinalement, dudit premier segment. De plus, ledit premier segment est situé à une distance présélectionnée à partir de, et selon une orientation sélectionnée par rapport à, une ligne de référence imaginaire s'étendant dans l'ensemble le long de l'axe principal, ou centre, de ladite structure de lame.
En variante, l'élément coupant peut être muni d'au moins un second segment qui essentiellement sans matière très abrasive et qui a au moins un bord longitudinal exposé et positionné d'une manière bout à bout avec ledit premier segment. Une autre variante encore comporte le fait que ledit second segment est imprégné d'une matière
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sélectionnée très abrasive en particules, qui donne lieu à ce que ledit second segment est moins abrasif et moins résistant à l'abrasion que ledit premier segment abrasif.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront des revendications secondaires et de la description des dessins qui sont annexés au présent mémoire et qui illustrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation particulières de la structure de coupe suivant l'invention.
Brève description des dessins
La figure 1 est une vue latérale et en plan inversée d'un trépan usuel comprenant des segments imprégnés disposés d'une manière radiale dans l'ensemble sur sa couronne.
La figure 2 est une vue en perspective d'une première forme de réalisation d'un élément coupant suivant la présente invention, comprenant un segment imprégné en forme de C et un organe porteur disposé dans une partie concave du segment imprégné.
Les figures 2a à 2c sont des vues en perspective de variantes de l'élément coupant de la figure 2.
La figure 3 est une vue latérale en plan partielle et inversée d'un trépan qui comprend les éléments coupants de la figure 2.
La figure 4 est une vue frontale en perspective d'une autre forme de réalisation de l'élément coupant de la présente invention, l'organe porteur étant un organe allongé comportant un segment imprégné disposé sur une de ses parties.
La figure 5 est une coupe transversale prise le long de la ligne 5 - 5 de la figure 4.
La figure 6 est une vue en perspective d'une variante de l'élément coupant des figures 4 et 5, dans laquelle l'organe porteur et le segment imprégné ont chacun une section transversale non circulaire.
La figure 7 est une vue partielle verticale en coupe transversale d'un corps de trépan, qui représente l'organe porteur des figures 4 et 5 disposé dans une cavité du corps de trépan, tout le segment imprégné étant situé de manière externe par rapport à la face du trépan.
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La figure 8 est une vue partielle verticale en coupe transversale d'un corps de trépan, qui représente l'organe porteur des figures 4 et 5 disposé dans une cavité du corps de trépan et une partie du segment imprégné disposée dans un fraisage façonné autour de la cavité.
La figure 9 est une vue frontale en perspective d'une autre forme de réalisation de l'élément coupant de la présente invention, l'organe porteur étant un organe allongé comportant un segment imprégné disposé dans une de ses parties de façon à ce que la périphérie du segment imprégné soit sensiblement à fleur avec la périphérie à nu de l'organe porteur.
La figure 10 est une coupe transversale prise le long de la ligne 10 - 10 de la figure 9.
La figure 11est une vue partielle verticale en coupe transversale d'un corps de trépan, qui représente l'organe porteur des figures 9 et 10 disposé dans une cavité du corps de trépan, tout le segment imprégné étant situé de manière externe par rapport à la face du trépan.
La figure 12 est une vue partielle verticale en coupe transversale d'un corps de trépan, qui représente l'organe porteur des figures 9 et 10 disposé dans une cavité du corps de trépan, une partie segment imprégné étant située dans la cavité.
Les figures 13 à 15 sont des vues en coupe transversale de formes de réalisation en variante de l'élément coupant, la surface de coupe faisant saillie du trépan.
La figure 16 est une vue en coupe transversale d'une autre forme de réalisation de l'élément coupant, le segment imprégné faisant face dans le sens de la rotation du trépan.
La figure 16a est une vue en plan supérieure d'une variante de la forme de réalisation de la figure 16.
La figure 17 est une vue en coupe transversale d'une autre forme de réalisation de l'élément coupant, l'organe porteur comprenant un évidement pour recevoir le segment imprégné ou une partie de celui-ci.
La figure 18 est une vue en perspective inversée d'un trépan qui porte les éléments coupants des figures 4 et 5 ou des figures 9 et 10.
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Les figures 19 à 21 sont des vues en perspective inversées qui représentent chacune une variante du trépan de la figure 18.
Les figures 22 à 24 représentent des interfaces à aires de surface accrues, à titre d'exemples, entre un segment imprégné et un organe porteur associé.
La figure 25 est une vue frontale en perspective d'un segment et d'un organe porteur façonnés de manière arquée, suivant la présent invention.
La figure 26 est une vue du bas d'un trépan comprenant les segments et organes porteurs façonnées de manière arquée de la figure 25, disposés là autour dans une configuration circulaire.
Les figures 27a et 27b sont des vues en perspective de segments de matière de matrice solide à titre d'exemple, qui peuvent être utilisés dans des formes de réalisation de la présente invention. Un segment est façonné en une matière de matrice solide et préférablement appairée à un segment façonné en une matière de matrice solide imprégnée avec des particules très abrasives. La figure 27b montre une forme de réalisation en variante dans laquelle les deux segments sont imprégnés avec des particules très abrasives mais un segment est moins abrasif et moins résistant à l'abrasion que l'autre.
La figure 28 est une vue en perspective d'une forme de réalisation de la présente invention, dans laquelle une pluralité de segments à matrice solide et de segments imprégnés à matière très abrasive, qui alternent, forment un élément coupant stratifié.
La figure 29 est une forme de réalisation de la présente invention, dans laquelle un segment façonné en une matière de matrice solide comporte des particules très abrasives imprégnées dans une de ses parties.
La figure 30 est une vue en perspective d'un élément coupant stratifié arqué à titre d'exemple, comprenant un segment imprégné très abrasif arqué et un segment à matrice solide arqué.
La figure 31 est une vue en perspective d'un élément coupant stratifié sinueux à titre d'exemple, comprenant un segment imprégné très abrasif sinueux et un segment à matrice solide sinueux.
Les figures 32a et 32b sont des vues en perspective respectives
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d'un segment à matrice solide circulaire et d'un segment à matrice solide circulaire imprégné avec des particules très abrasives, et d'un élément coupant stratifié comprenant des segments circulaires alternés.
Les figures 33a et 33b sont des vues en perspective respectives d'un segment à matrice solide semi-circulaire et d'un segment à matrice solide semi-circulaire imprégné avec des particules très abrasives et d'un élément coupant stratifié de segments semi-circulaires alternés.
La figure 34a est une vue en perspective d'un élément coupant stratifié comprenant un segment façonné en matière de matrice solide et un segment y comportant une pluralité d'éléments très abrasifs imprégnés, façonnés de manière cylindrique.
La figure 34b est une vue en coupe transversale de l'élément coupant montré à la figure 34a.
La figure 35a est une vue en coupe transversale, avec brisure, d'un trépan dans lequel une pluralité de segments alternés ont été positionnés autour de la couronne pour former un élément coupant à titre d'exemple.
La figure 35b est une vue frontale agrandie, montrant l'épaisseur non constante de segments montrés à la figure 35a.
La figure 36 est une vue du bas d'un trépan, qui montre différents combinaisons ou agencements de stratifications orientées circulairement à titre d'exemple, dans lesquels des segments peuvent être installés sur sa face.
Les figures 37 et 38 sont des vues du bas montrant différents combinaisons et agencements de stratifications orientées radialement à titre d'exemple, dans lesquels des segments peuvent être installés sur sa face.
La figure 39 est une vue du bas d'un trépan montrant une structure de lame orientée radialement à titre d'exemple, dans laquelle des segments alternés y sont agencés d'une manière inclinée.
La figure 40 est une vue en perspective d'un trépan dans lequel une pluralité de segments sont positionnés à titre d'illustration sur le nez du trépan et sont agencés d'une manière alternée autour de celui-ci; de plus, une structure de coupe stratifiée orientée radialement et une structure de coupe stratifiée orientée circulairement sont représentées à titre d'illustration comme
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étant positionnées sur la partie d'épaulement du trépan.
La figure 41 a est une vue du bas d'un trépan présentant des structures de lame dans lesquelles des segments stratifiés alternés y ont été positionnés pour former des combinaisons ou agencements à titre d'exemples.
La figure 41 b est une vue en élévation frontale isolée de la surface antérieure d'une lame 412, le long de la ligne 41 b -41 b de la figure 41 a.
La figure 42a est une vue du bas d'un trépan qui met en oeuvre la présente invention, dans lequel différents segments rectangulaires dans l'ensemble sont montés sur des structures ou lames de coupe orientées radialement dans l'ensemble.
La figure 42b est une vue en perspective, avec brisure, d'une partie d'une structure de coupe représentative montrée à la figure 42a.
La figure 43a est une vue du bas d'un trépan mettant en oeuvre la présente invention, dans lequel différents segments rectangulaires dans l'ensemble sont montés sur des structures ou lames de coupe orientées radialement dans l'ensemble.
La figure 43b est une vue en perspective, avec brisure, d'une partie d'une structure de coupe représentative montrée à la figure 43a.
La figure 44 est une vue en coupe transversale, avec brisure, d'un trépan comportant un unique segment imprégné très abrasif monté sur une structure de coupe de celui-ci.
Les figures 45a à 45c sont des vues en perspective d'un élément coupant cylindrique en PDC qui peut être sectionné pour procurer un support en PDC à utiliser en combinaison avec un segment façonné en une matière de matrice solide pour construire un élément coupant stratifié suivant la présente invention.
La figure 46 est une vue en coupe transversale d'une variante de l'élément coupant montré à l'origine à la figure 17.
Dans les différentes figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques ou analogues.
Description détaillée des formes de réalisation préférées
En référence à la figure 2, une première forme de réalisation d'un
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élément coupant 30 suivant la présente invention est décrit. L'élément coupant 30 comprend un segment 32 imprégné, sensiblement en forme de C, qui détermine, dans sa partie concave, un évidement 34 qui est également désigné comme étant une partie ou surface de fixation d'organe. L'évidement 34 est configuré pour recevoir une partie 38, façonnée de manière complémentaire et de réception de segment, d'un organe porteur 36 qui est également désigné comme étant un organe. Une partie de l'organe porteur 36 située dans la courbe du "C" du segment imprégné 32 est désignée comme étant une partie 40 de fixation au trépan.
Le segment imprégné 32 comprend de préférence une phase continue qui peut être une phase métallique, à travers laquelle est dispersée une matière abrasive et résistant à l'abrasion, comme cela est connu dans le métier. De préférence, la matière de phase continue est une matière dure, résistant à l'érosion et résistant à l'usure. Des matières de phase continue qui sont utiles dans un segment imprégné 32 comprennent, sans être une limitation, des carbures métalliques (par exemple du carbure de tungstène, du carbure de titane, du carbure de silicium, etc....), des alliages métalliques réfractaires, des céramiques, du cuivre, des alliages à base de cuivre, du nickel, des alliages à base de nickel, du cobalt, des alliages à base de cobalt, du fer, des alliages à base de fer, de l'argent ou des alliages à base d'argent.
Des matières abrasives qui sont utiles dans le segment imprégné 32 et qui procurent une structure de coupe dans le segment sont de préférence des matières dures, abrasives et résistant à l'abrasion. Des matières abrasives à titre d'exemple, avec lesquelles la matière de phase continue du segment imprégné 32 peuvent être imprégnées comprennent, mais ne sont pas limitées à, des matières très abrasives comme des diamants naturels, des diamants synthétiques, du nitrure de bore cubique ainsi que d'autres matières dures, abrasives et résistant à l'abrasion. La matière abrasive peut être enduite avec une unique couche ou de multiples couches de revêtements métalliques comme cela est connu dans le métier et décrit dans les brevets US-A-4 943 488 et US-A-5 049 164 dont la description de chacun est incorporée à cet effet par référence à leur entièreté.
Des revêtements métalliques de ce genre sont
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connus pour augmenter la résistance avec laquelle la matière abrasive se fixe à la matière de phase continue. La matière abrasive peut avoir une dimension de particules sensiblement uniforme, qui peut être mesurée en carats ou en dimension de mailles, ou peut comprendre des particules de différentes dimensions. D'une même manière, la matière de phase continue peut être imprégnée avec une combinaison de différents types de matières abrasives. Le segment imprégné 32 peut également comprendre des matières abrasives secondaires comme des céramiques et des oxydes d'aluminium.
La matière de phase continue et la matière abrasive des segments imprégnés 32 sont de préférence agrégées en une forme souhaitée par des processus connus qui fixent ensemble la matière de phase continue et les particules de matière abrasive, comme un frittage, un pressage isostatique à chaud, une fusion au laser, ou une fusion par faisceau ionique. Le segment imprégné 32 peut être fabriqué avec un évidement ou, partie de fixation d'organe, qui est façonné pour recevoir la partie de réception de segment 38 de l'organe porteur 36 et y être subséquemment fixé par des techniques connues comme par l'utilisation d'adhésifs, de brasure ou d'une fixation mécanique. En variante, le segment imprégné 32 peut être façonné directement sur l'organe porteur 36, le segment imprégné 32 étant fixé simultanément à l'organe porteur 36.
L'organe porteur 36 est fabriqué de préférence à partir d'une matière résistante et ductile qui résistera aux forces qui sont rencontrées par le trépan lorsqu'il est utilisé pour le forage de formations souterraines. Des matières à titre d'exemple, qui peuvent être utilisées pour fabriquer l'organe porteur 36 comprennent, sans limitation, du fer, un alliage à base de fer, du nickel, un alliage à base de nickel, du cuivre, un alliage à base de cuivre, du titane, un alliage à base de titane, du zirconium, un alliage à base de zirconium, de l'argent, un alliage à base d'argent, et d'autres matières résistantes et ductiles qui résisteront à des températures élevées comme celles qui sont éprouvées pendant un frittage, un brasage et un passage au four du trépan.
L'organe porteur 36 peut être fabriqué par des techniques connues dans le métier, telles que du frittage, de la coulée, du forgeage ou de l'usinage.
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Les figures 2a à 2c montrent des variantes à titre d'exemples de l'élément coupant 30 de la figure 2, qui sont également comprises dans la portée de la présente invention. La figure 2a montre un élément coupant 30' qui comprend un segment imprégné 32' présentant une section transversale en forme de C. De préférence, lorsqu'il est disposé sur un trépan, la partie du segment imprégné 32' qui s'étend au-delà du côté de l'organe porteur 36' fait face dans le sens dans lequel le trépan tourne. La figure 2b montre un élément coupant 30" comprenant un segment imprégné 32" semblable à celui qui est montré à la figure 2a, mais comportant une section transversale sensiblement triangulaire. A nouveau, le côté exposé du segment imprégné 32" fait face dans le sens de la rotation du trépan.
La figure 2c montre une autre variante dans laquelle l'élément coupant 30'" comprend un segment imprégné 32'" qui est fixé à une unique surface principale de l'organe porteur 36"'.
En se reportant à la figure 3, il est montré un trépan 48 qui comprend plusieurs éléments coupants 30 disposés d'une manière radiale dans l'ensemble autour de la couronne 52 du trépan 48. De préférence, la partie de fixation 40 au trépan de l'organe porteur 36 (voir la figure 2) de chaque élément coupant 30 est disposée dans une encoche 56 qui est formée dans la couronne 52 du trépan 48 et est façonnée de manière complémentaire par rapport à la partie de fixation au trépan 40.
Des encoches 56 peuvent également être façonnées pour recevoir des parties inférieures des segments imprégnés 32 de façon à ce que des parties inférieures des segments imprégnés 32 soient évidées en-dessous et à l'extérieur de la face 54 du trépan de sorte que les interfaces entre des segments imprégnés 32 et les organes porteurs 36 soient protégées par rapport au fluide de forage et à des débris qui sont présents pendant le forage dans le trou foré.
La partie de fixation au trépan 40 (voir la figure 2) de chaque élément coupant 30 est fixée à la couronne 52 par des techniques connues, telles que par l'utilisation d'adhésifs, d'une brasure ou d'une fixation mécanique.
En variante, et en particulier lorsque l'organe porteur 36 est une structure à base de particules (par exemple une structure comprenant de l'acier fritté), la partie de fixation au trépan 40 de chaque élément coupant peut être disposée
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dans une masse d'une matière de matrice à base de particules utilisée pour former le corps de trépan 50, et la matière de la matrice et les organes porteurs peuvent être intégralement infiltrés comme cela est connu dans métier. Pendant une infiltration, un liant fondu, typiquement un alliage à base de cuivre, est absorbé, par action capillaire, par gravité ou sous pression, entre les particules de la matrice du corps de trépan 50 et l'organe porteur 36.
A mesure que le liant se solidifie, il lie l'une à l'autre les particules de la matrice pour former le corps de trépan 50 et il fixe les éléments coupants 30 au corps de trépan 50. En tant qu'une autre variante, un organe porteur 36 à base de particules et son segment 32 associé peuvent infiltrés indépendamment du corps de trépan, avant un assemblage avec ou une fixation des mêmes à la couronne 52.
En se reportant encore à la figure 3, en raison de l'insertion de la partie 38 de réception de segment de l'organe porteur 36 dans un évidement 34 (voir la figure 2) du segment imprégné 32, l'organe porteur 36 serre et supporte de manière quelque peu élastique le segment imprégné 32 à l'encontre de tensions tant normales que de torsions par rotation rencontrées pendant un forage. Ainsi, l'organe porteur 36 peut réduire la probabilité que le segment imprégné 32 se casse ou soit autrement endommagé pendant un forage. En conséquence, l'organe porteur 36 facilite un profil ou une mise à nu supérieur des éléments coupants 30 par rapport à la face 54 du trépan par rapport à des trépans usuels qui portent des segments imprégnés (voir la figure 1).
Ainsi, il peut y avoir des volume et profondeur d'espace supérieurs entre des éléments coupants 30 adjacents sur un trépan 48 qu'entre des segments imprégnés usuels qui sont portés sur un trépan configuré d'une même manière. Ces volume et profondeur d'espace accrus entre des éléments coupants 30 adjacents améliorent le rendement hydraulique du trépan 48 par rapport à des trépans usuels qui portent des segments imprégnés. En conséquence, les éléments coupants 30 facilitent un taux accru de retrait de débris depuis la surface de forage.
De même, plus de fluide de forage peut être fourni aux segments imprégnés, et cela facilite une réduction de la quantité de frottement potentiellement endommageant produit à l'endroit de la couronne 52 et qui tout autant augmente le taux suivant lequel les segments imprégnés sont refroidis,
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en réduisant la probabilité d'endommager les segments et en diminuant potentiellement leur taux d'usure en raison d'une dégradation, induite par la chaleur, de la matière de phase continue des segments.
Les figures 4 et 5 montrent une autre forme de réalisation de l'élément coupant 60 de la présente invention, qui comprend un organe porteur 66, en genre de colonne, qui est également désigné en tant qu'organe, comprenant un segment imprégné 62 disposé sur une de ses parties. De préférence, le segment imprégné 62 est fabriqué à partir d'une matière de phase continue qui est imprégnée avec une matière abrasive, comme les matières de phase continue et matières abrasives décrites ci-dessus en référence au segment imprégné 32 de l'élément coupant 30 montré à la figure 2. La matière de phase continue et la matière abrasive du segment imprégné 62 peuvent également être agrégées par des processus connus comme du frittage, un pressage isostatique à chaud, une fusion au laser ou une fusion par faisceau ionique.
Le segment imprégné 62 présente une section transversale circulaire, prise transversalement à un axe longitudinal 72 de l'élément coupant 60, et comprend un logement 64 formé dans une surface de fond de celui-ci.
L'organe porteur 66 peut être une structure allongée qui comprend une partie de réception de segment 68 à une de ses extrémités et une partie de fixation au trépan 70 à son extrémité opposée. La partie de réception de segment 68 est façonnée de préférence de manière complémentaire au logement 64 du segment imprégné 62, de sorte qu'elle puisse recevoir et fixer le segment imprégné ou que le segment imprégné 62 puisse être façonné sur l'organe porteur 66. L'organe porteur 66 peut être fabriqué à partir des mêmes matière et processus qui peuvent être utilisés pour fabriquer l'organe porteur 36 qui est montré à la figure 2. De même, des techniques connues comme celles décrites ci-dessus en référence à la figure 2 peuvent être utilisées pour fixer le segment imprégné 62 à l'organe porteur 66.
La figure 6 montre une variante de la présente forme de réalisation de l'élément coupant 60' qui comprend un segment imprégné 62" façonné de manière rectangulaire et fixé à une partie de l'organe porteur 66' de section transversale rectangulaire prise transversalement à l'axe longitudinal 72'
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de l'éléments coupant. De même, les segments imprégnés et organes porteurs d'autres variantes de la présente forme de réalisation de l'élément coupant peuvent avoir d'autres formes, non cylindriques.
Comme montré à la figure 7, la partie de fixation au trépan 70 de l'organe porteur 66 peut être disposée dans une cavité 82 formée dans une face 84 d'un corps de trépan 80, par des techniques similaires à celles décrites ci-dessus en référence à la figure 3. De préférence, la cavité 82 est façonnée de manière complémentaire par rapport à la partie de fixation au trépan 70 afin de recevoir l'élément coupant 60 et de le fixer de manière sûre au corps de trépan 80. A la figure 7, les éléments coupants 60 sont agencés sur une face 84 du corps de trépan de façon à ce que les segments imprégnés 62 soient situés entièrement à l'extérieur par rapport à la face du trépan, et la surface de base des segments imprégnés peut aboutir sur la face du trépan.
En variante, comme cela est montré à la figure 8, chaque cavité 82 peut comprendre, autour de son ouverture, un fraisage 83 dans lequel une partie inférieure du segment imprégné 62 peut être disposée lorsque l'organe porteur 66 est positionné dans la cavité 82 et que l'élément coupant 60 est fixé au corps de trépan 80. Lorsqu'une partie des segments imprégnés 62 est située en-dessous de la face 84 du corps de trépan, l'interface entre les segments imprégnés 62 et l'organe porteur 66 est protégée de la surface de forage, des débris et du fluide de forage qui peuvent pénétrer sinon dans l'interface et détacher, par érosion ou abrasion, les segments imprégnés 62 de l'organe porteur 66.
En se tournant à présent vers les figures 9 et 10, il y est montré une autre forme de réalisation de l'élément coupant 100 inventif, qui comprend un segment imprégné 102 disposé sur une partie d'un organe porteur 106. Le segment imprégné 102 et l'organe porteur 106 présentent chacun une section transversale circulaire, prise transversalement à un axe longitudinal 112 de l'élément coupant 100. Le segment imprégné 102 comprend un évidement 104 qui est également désigné en tant que partie de fixation d'organe et qui y est formée au fond, qui est configuré pour s'interconnecter à une partie 108, de l'organe porteur 106, qui reçoit le segment et qui est façonnée de manière
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complémentaire. L'organe porteur 106 comprend également une partie 110 de fixation au trépan, opposée à la partie 108 de réception de segment.
De préférence, la partie 108 de réception de segment présente une circonférence plus petite que la partie 110 de fixation au trépan et, lorsque cela est vu à partir de son sommet, elle est positionnée de manière concentrique sur la partie 110 de fixation au trépan.
L'organe porteur 106 et le segment imprégné 102 peuvent être interconnectés par des techniques connues, telles que par l'utilisation d'adhésifs, d'une brasure, d'une fixation mécanique ou par une agrégation directe, de la matière de phase continue et de la matière abrasive du segment imprégné 102, sur la partie 108 de réception de segment de l'organe porteur 106.
Lorsque le segment imprégné 102 et l'organe porteur 106 sont interconnectés, une interface périphérique 105 est déterminée entre le segment imprégné et l'organe porteur. De préférence, le segment imprégné 102 et la partie 110 de fixation au trépan de l'organe porteur 106 peuvent avoir chacun le long de leur hauteurs des circonférences périphériques de sections transversales sensiblement constantes (prises transversalement à l'axe longitudinal 112). Les circonférences périphériques de sections transversales du segment imprégné 102 et de la partie 110 de fixation au trépan sont sensiblement les mêmes.
Ainsi, les bords du segment imprégné 102 et de l'organe porteur 106 à l'endroit de l'interface périphérique 105 sont aboutées l'un avec l'autre dans un agencement sensiblement à fleur, en donnant un élément coupant 100 avec une apparence sensiblement cylindrique.
De préférence, le segment imprégné 102 est fabriqué à partir d'une matière de phase continue qui est imprégnée avec une matière abrasive, comme par exemple les matières de phase continue et les matières abrasives décrites ci-dessus en référence au segment imprégné 32 de l'élément coupant 30 montré à la figure 2. D'une même manière, la matière de phase continue et la matière abrasive du segment imprégné 102 peuvent être agrégées par des processus connus comme du frittage, du pressage isostatique à chaud, de la fusion au laser ou de la fusion par faisceau ionique. D'une même manière,
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l'organe porteur 106 est fabriqué à partir des mêmes matières et par les mêmes techniques que celles décrites ci-dessus en référence à l'organe porteur 36 qui est également montré à la figure 2.
En se reportant à présent à la figure 11, la partie 110 de fixation au trépan de chaque organe porteur 106 peut être disposée dans une cavité 82 formée dans une face 84 d'un corps de trépan 80. De préférence, les cavités 82 sont façonnées de manière complémentaire à une partie 110 correspondante de fixation au trépan, de manière à recevoir de façon sûre l'élément coupant 100. L'élément coupant 100 peut être fixé au corps de trépan 80 par des techniques telles que celles décrites ci-dessus en référence à la figure 3. La profondeur des cavités 82 peut être telle que, lorsque les éléments coupants 100 sont fixés au corps de trépan 80, les segments imprégnés 102 sont situés entièrement à l'extérieur de la face 84 du corps de trépan.
En variante, comme cela est montré à la figure 12, des cavités 82' plus profondes peuvent recevoir une partie inférieure des segments imprégnés 102, en positionnant la partie inférieure en-dessous de la face 84 du corps de trépan et en protégeant par cela l'interface périphérique 105 par rapport à la surface de forage, à des débris et à du fluide de forage qui peuvent pénétrer autrement dans l'interface et disloquer de l'organe porteur 106 le segment imprégné 102.
D'autres variantes de l'élément coupant 100 peuvent présenter des formes de section transversale non circulaires, par exemple ovales, elliptiques, triangulaires, rectangulaires, ou d'autres formes polygonales, ou d'autres formes. Des variantes à titre d'exemple de l'élément coupant 100, qui comprennent des segments imprégnés qui font saillie du trépan, sont représentées dans les figures 13 à 15, dans lesquelles des segments 107,107', 107" sont fixés respectivement, par des organes porteurs 109,109', 109", à des trépans 108,108', 108".
En faisant référence à la figure 16, une autre forme de réalisation d'un élément coupant 140 de la présente invention est montré. L'élément coupant 140 comprend un organe porteur 142 qui peut être fixé à une cavité 147 définie dans la face d'un trépan 146. Ainsi, l'organe porteur 142 s'étend à partir du trépan 146. L'organe porteur 142 comprend une face antérieure 144
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qui fait face dans le sens de rotation du trépan 146. L'élément coupant 140 comprend également un segment imprégné 148 qui y est fixé et disposé sur la face antérieure 144 de manière à faciliter un contact du segment imprégné 148 avec une surface intérieure du trou de forage pendant une rotation du trépan 146.
L'organe porteur 142 peut être supporté à l'arrière, par rapport à des forces exercées contre lui pendant un forage, par une butée 145 de la matière du corps de trépan.
La figure 16a montre une variante de l'élément coupant 140', dans laquelle l'organe porteur 142' comprend des nervures ou étais de renforcement d'une pièce, cette configuration facilitant la fabrication d'un organe porteur avec moins de matière que pour l'organe porteur 142 de l'élément coupant 140 de la figure 16 et procurant également une aire de surface supplémentaire pour fixer l'organe porteur 142 au corps de trépan.
La figure 17 montre encore une autre forme de réalisation de l'élément coupant 150 comprenant un organe porteur 152 qui peut être fixé à un trépan 156, par exemple dans une cavité 157 de celui-ci, et qui comprend un évidement 153 également désigné en tant que partie de fixation d'organe.
L'évidement 153 est configuré pour recevoir un segment imprégné 158, ou une extension de celui-ci, et y fixer le segment imprégné 158. En variante, l'organe porteur 152 peut être fixé à un corps de trépan du type à matrice pendant une infiltration de celui-ci.
La figure 25 représente un élément coupant 180 façonné de manière arquée, suivant la présente invention. L'élément coupant 180 comprend un organe porteur 182 qui peut être fixé à un trépan, par exemple par une cavité de celui-ci, et comprend un segment imprégné 184 qui est disposé par dessus.
L'organe porteur de la présente invention facilite une exposition ou profil accru des segments imprégnés par rapport à ceux de segments imprégnés usuels. Cette exposition accrue des segments imprégnés empêche l'accumulation de fines de formation sur la surface de coupe des segments imprégnés, favorise un affûtage automatique des segments imprégnés et réduit l'aire de surface de l'empreinte du trépan, ce qui facilite l'utilisation des moyens
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hydrauliques du trépan pour nettoyer des fines et des débris de formation des surfaces du trou foré et de la face du trépan. Une utilisation de ce genre des moyens hydrauliques du trépan pour retirer les fines de formation réduit également une "accumulation" qui survient lorsque des fines s'assemblent sur les segments imprégnés et qui peut réduire la profondeur de coupe du trépan.
Une exposition accrue des segments imprégnés s'adapte également à la coupe de "filets" durs, comme du schiste.
En se reportant aux figures 22 à 24, pour augmenter la résistance avec laquelle un segment imprégné est fixé à son organe porteur correspondant, l'aire de surface de l'interface 164,164', 164" entre un segment imprégné 160, 160', 160" et respectivement son organe porteur 162,162', 162" correspondant est augmenté de préférence par rapport à celle telle que si une interface plane était utilisée. En conséquence, la partie de retenue de segment de l'organe porteur 162,162', 162" et la partie de fixation d'organe du segment imprégné 160,160', 160" respectivement peuvent comprendre chacune des surfaces rugueuses, de préférence complémentaires.
De telles interfaces à grandes aires de surface empêchent un cisaillement ou une déstratification d'un segment imprégné et d'un organe porteur, qui peut. être provoquée par des tensions de flexion de l'élément coupant ou par des forces perpendiculaires sur l'élément coupant, parallèles à l'interface organe/segment.
En conséquence, les surfaces de prise mutuelle de l'interface 164, 164' et 164" du segment imprégné et de l'organe porteur peuvent comprendre une coupe de filet (voir la figure 22), un gaufrage (voir la figure 23), des surfaces en queue d'aronde (voir la figure 24), pointillées ou hachurées en croix; des ouvertures ou des trous aveugles et des saillies complémentaires; des surfaces fortement sablées ou autrement rendues rugueuses ; d'autres configurations qui accroissent les aires de surfaces entrant réciproquement en prise des deux composants. Les interfaces entre segment imprégné et organe porteur, à grande aire de surface, sont particulièrement utiles dans des formes de réalisation de la présente invention qui comprennent de relativement grands segments imprégnés minces.
Avec une référence poursuivie à la figure 23, un organe porteur
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162' suivant l'invention peut comprendre une lame 163' du trépan, à laquelle est fixé le segment imprégné 160'.
La figure 18 représente un trépan 120 qui comprend un corps de trépan 122, un bouchon qui est partiellement disposé dans le corps de trépan et une tige filetée 131 qui s'étend à partir du bouchon et qui fixe le trépan à un train de tiges de forage comme cela est connu dans le métier. Le corps de trépan 122 porte sur sa face de trépan 123 une pluralité d'éléments coupants 128. Les éléments coupants 128 qui sont de préférence configurés de la même manière que les éléments coupants 60,100 décrits ci-dessus respectivement en référence aux figures 5 et 6 et aux figures 9 et 10 sont disposés de préférence dans des cavités 130 façonnées dans la face de trépan 123.
Les cavités 130 sont de préférence façonnées de manière complémentaire à une partie de fixation au trépan 70,110 (voir respectivement les figures 5 et 6,9 et 10) des éléments coupants 128.
Les éléments coupants 128 peuvent être agencés en des rangées 129 radiales dans l'ensemble qui s'étendent sur la couronne du corps de trépan 122. En variante, comme cela est montré à la figure 19, des éléments coupants 128' peuvent être disposés sur la face de trépan 123', en des rangées 129' qui s'étendent quelque peu en spirale sur la couronne du corps de trépan 122'.
Comme autre variante, la figure 20 montre un trépan 120" qui comprend des éléments coupants 128" disposés sur la face de trépan 123" du corps de trépan 122", dans un agencement non groupé. Comme encore autre variante, la figure 21 montre un trépan 120"' qui comprend des éléments coupants 128"' disposés sur une face de trépan 123"' d'un corps de trépan 122'" selon un agencement coaxial. La figure 26 montre un trépan 186 qui comprend des éléments coupants 180 arqués (voir la figure 25), selon un agencement quelque peu circulaire sur celui-ci.
De préférence, des éléments coupants 128 adjacents sont agencés sur la face de trépan de façon à ce que, pendant un forage, les éléments coupants coupent d'une manière uniforme la surface de la formation, à l'extrémité du trou foré, et à un taux sensiblement constant.
En se reportant à nouveau à la figure 18, l'organe porteur 66,106
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(voir respectivement les figures 5 et 6,9 et 10) de chaque élément coupant 128 est fixé dans sa cavité 130 correspondante par des techniques connues, comme par l'utilisation d'adhésifs, de brasure ou d'une fixation mécanique. En variante, lorsque les organes porteurs 66,106 sont poreux (par exemple composés d'acier fritté), ils peuvent être fixés au corps de trépan 122 pendant une infiltration d'une matière de matrice du corps de trépan 122 comme cela est décrit ci-dessus en référence à la figure 3.
En raison de l'utilisation des organes porteurs 66,106 conjointement avec des segments imprégnés 62,102, pour les mêmes raisons que celles qui ont été exposées ci-dessus en référence à la figure 3, les éléments coupants 128 résistent mieux aux contraintes du forage et, en conséquence, peuvent être positionnés sur le trépan 120 d'une manière qui en améliore le rendement hydraulique par rapport à celui de trépans qui portent des segments imprégnés usuels. En conséquence, une quantité accrue de fluide de forage peut être fournie à la face de trépan 123 et cela facilite un taux accru de retrait de débris de la surface de forage du trou foré, une réduction de la quantité de frottement potentiellement endommageant qui peut survenir pendant une coupe et un accroissement du taux suivant lequel les éléments coupants 128 sont refroidis.
Les figures 27a à 45 des dessins montrent d'autres particularités de la présente invention.
Dans les figures 27a et 27b, il est montré des segments d'éléments coupants 250,252 et 252' qui sont façonnés rectangulairement dans l'ensemble, chacun présentant une épaisseur présélectionnée T. Les segments façonnés rectangulairement ou pastilles 250,252 et 252' sont façonnés de préférence à partir d'une matière de matrice solide, en une phase continue, comme décrit précédemment ci-dessus.
Une matière de matrice solide de ce genre, appropriée pour former les segments 250, 252 et 252' comprend, mais n'est pas limitée à, des carbures tels que du carbure de tungstène, du carbure de titane, du carbure du silicium, des alliages métalliques réfractaires, des céramiques, du cuivre, des alliages à base de cuivre, du nickel, des alliages à base de nickel, du cobalt, des alliages à base de cobalt, de l'argent ou des
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alliages à base d'argent.
Le segment 250 est par exemple imprégné avec une matière primaire comprenant une matière en particules très abrasive comme du diamant naturel ou des diamants synthétiques comme du comprimé de diamant polycristallin (PDC = polycrystalline diamond compact), du diamant polycristallin thermiquement stable (TSP = thermally stable polycrystalline diamond), ou du nitrure de bore cubique polycristallin (PCBN = polycrystalline cubic boron nitride) décrits comme étant des particules ou éclats 254 très abrasifs. De préférence, des particules ou éclats 254 de diamant synthétique, qui se classent dans une dimension entre approximativement 18 et 48 Tylermesh sont dispersés dans la matière dans laquelle le segment 250 est façonné.
Des éclats de diamant synthétique 254 sont de préférence répartis de manière uniforme dans la matière de matrice, lors de la construction des segments par pressage isostatique à chaud, par frittage, par fusion au laser, par fusion au faisceau ionique ou par d'autres techniques connues dans le métier, pour imprégner des particules très abrasives dans le segment 250. Au contraire, un segment sans abrasif 252 ne comporte aucune particule ou éclat très abrasif et, en conséquence, consiste essentiellement de préférence en uniquement une solide matrice en une phase continue.
Les particules décrites de matière très abrasive imprégnées dans les différents segments à matrices métalliques montrés aux figures 27a à 46 sont très exagérées en dimension afin que les particules très abrasives puissent être mieux représentées dans les dessins et distinguées de segments non imprégnés avec des particules très abrasives.
En variante, le segment 252' utilisable à la place du segment 252 sans particule très abrasive, ou en combinaison avec le segment 252 sans particules très abrasive, peut être imprégné avec des particules ou éclats 256 très abrasifs secondaires qui se classent dans des dimensions quelque peu plus petites que les éclats de diamant 254 prévus dans le segment 250.
Une autre variante comprend l'utilisation d'une matière TSP pour procurer des éclats très abrasifs 258 dans le segment 250 afin de servir en tant que segment très abrasif primaire et en imprégnant une moindre quantité de particules de diamant naturel, ou des éclats 256 pour servir en tant que segment abrasif secondaire dans lequel des éclats, dérivés de TSP, relativement plus
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abondants dans le segment 250 amènent le segment 250 à être plus abrasif et plus résistant à l'usure que le segment 252' qui y a une quantité moindre de particules ou éclats de diamant naturel très abrasif.
Une autre variante encore comprend, à l'opposé de particules très abrasives, l'utilisation de particules abrasives comme des céramiques et des oxydes d'aluminium, qui sont particulièrement appropriées pour servir en tant que particules moins abrasives ou abrasives secondaires 256 pour être imprégnées dans le segment 252' de variante.
Encore toujours une autre variante consiste à imprégner des segments 250 et 252' avec le même type de particules ou éclats très abrasifs mais à prévoir une quantité manifestement supérieure de tels éclats très abrasifs dans la matrice qui forme le segment 250 par rapport à la quantité de tels éclats très abrasifs qui sont imprégnés dans la matrice formant le segment 252'. C'est-à-dire que prévoir une différence importante de quantité ou de densité de particules très abrasives dans les segments 250 et 252' respectivement, même s'il s'agit des mêmes type et dimensions de particules de matière très abrasive, procure suffisamment de différence relative du pouvoir abrasif total et de la résistance à l'usure des segments 250 et 252' pour procurer les bénéfices de la présente invention.
Comme décrit et représenté présentement, on compte qu'il soit compris que dans toutes les références à et représentations d'un quelconque segment particulier conçu ou désigné comme étant essentiellement sans particule ou matière très abrasive, un segment comprenant en fait des particules très abrasives moins abrasives et/ou des particules pas très abrasives, qui ne sont pas considérées comme étant très abrasives mais qui sont considérées être des particules abrasives ou des particules abrasives secondaires, pourrait être utilisé à la place de ou en combinaison avec le segment sans matière très abrasive pris en référence, tel que décrit et exposé ici.
Les segments 250,252 et 252' on des épaisseurs nominales inférieures à approximativement 12,7 mm (approximativement 0,5 pouce) et ont de préférence approximativement 3 mm (approximativement 0,125 de pouce) d'épaisseur, montrée en tant que dimension T et ont approximativement 25 mm
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(approximativement 1 pouce) de largeur et 25 mm de long (approximativement 1 pouce). Bien que les dimensions d'encombrement et l'épaisseur des segments puissent être considérablement supérieures, en limitant l'épaisseur des segments pour former une "galette", la solidité et la possibilité de répétition du façonnage de segments d'une qualité suffisamment grande par les opérations connues de pressage et de frittage seront assurées.
Il en est particulièrement ainsi si l'on utilise des diamants synthétiques également désignés en tant que diamants polycristallins thermiquement stables (TSP) pour compenser la tendance qu'ont des segments imprégnés de TSP relativement plus épais de se casser pendant une manipulation et jusqu'à être complètement installés et fixés dans un trépan. De plus, en limitant l'épaisseur dans laquelle les segments 250,252 et 252' sont formés, un rendement de coupe accru est obtenu en tant que résultat de ce que des fines de formations dures, ou de la farine de roche, ont une tendance réduite d'être enfermées entre le bord ou les bords des segments coupants qui sont en prise et qui ainsi coupent le trou de forage.
C'est-à-dire qu'il est préféré qu'un bord du segment serve en tant que surface primaire d'entrée en prise avec la formation pour le segment lorsqu'il est installé dans un trépan. De plus, en limitant l'épaisseur T des segments d'éléments coupants, une variété de segments peuvent être aisément façonnés, les segments pouvant être prévus dans une large gamme de configurations générales et de dimensions d'encombrement. Ces qualités ainsi que d'autres apparaîtront des descriptions et illustrations suivantes.
Comme montré à la figure 28, les segments 250,252 et 252' sont agencés d'une manière alternée pour former un élément coupant stratifié 260.
L'élément coupant 260 peut être composé d'un quelconque nombre de segments 250, 252,252' afin de former l'élément coupant stratifié 260 façonné rectangulairement dans l'ensemble. Un but de procurer un élément coupant stratifié de ce genre, tel que l'élément coupant 260, consiste à procurer un trajet d'écoulement amélioré pour que du fluide de forage, de la boue de forage ou de l'eau passe entre les segments abrasifs respectifs à mesure que l'élément coupant stratifié s'use en étant en service.
C'est-à-dire que, les segments imprégnés très abrasifs 250, qui sont plus résistants à l'usure que les segments
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252 sans matière très abrasive ou les segments imprégnés abrasifs 252' , permettront un nettoyage ou retrait hydrauliquement provoqué de fines de formation en provenance d'entre le segment 250 imprégné très abrasif et la formation en cours de forage pour former un trou foré. Ainsi, du fluide de forage, de la boue de forage ou de l'eau aura un trajet pour chasser des fines ou de la farine de roche d'entre l'élément coupant et la formation en cours de forage, de manière à augmenter l'efficacité du trépan dans lequel un élément coupant de genre est installé.
De plus, le fluide de forage, la boue de forage ou l'eau, en ayant un accès amélioré vers la surface de coupe de l'élément coupant refroidira mieux l'élément coupant lorsque de grandes charges de poids sur le trépan sont utilisées pour forer à travers des formations exceptionnellement dures.
A titre d'exemple, l'élément coupant 260 façonné rectangulairement dans l'ensemble peut être fixé directement dans une zone évidée d'une face, ou dans une autre zone, d'un trépan tel que représenté aux figures 37,38 et 40 par exemple. L'élément coupant 260 stratifié et façonné rectangulairement à titre d'exemple peut également être installé sur une structure de lame d'un trépan tel qu'il est prévu sur une lame 412 d'un trépan 408 montré à la figure 41. Les segments distincts qui forment l'élément coupant stratifié 260 peuvent être installés sur la lame 412 par brasage, moulage, fixation mécanique, ou par d'autres processus de fixation connus dans le métier. Il est à noter que l'épaisseur des segments distincts est exagérée dans tous les dessins pour la clarté.
Bien que l'élément coupant 260, façonné rectangulairement dans l'ensemble, montré à la figure 28 comprend un segment imprégné 250 très abrasif et un segment 252 sans matière très abrasive, d'une manière alternée, il est à comprendre qu'un segment 252' imprégné abrasif secondaire en variante peut y être substitué ou être utilisé en combinaison avec des segments 252 sans matière très abrasive. Par exemple, un segment primaire 250 très abrasif imprégné, un segment secondaire 252 sans matière très abrasive et un segment secondaire 252' abrasif comprenant soit des particules très abrasives soit des particules abrasives dans la matrice du segment 252' pourraient être
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positionnés dans des ordres alternés de trois segments de ce genre.
De plus, une grande variété de manières alternées, y compris en plaçant le même type de segments côte à côte, bout à bout, etc....
La figure 29 montre un unique segment d'élément coupant 262 façonné en une matrice métallique telle que décrite précédemment, le segment comportant des particules très abrasives 266, comme expliqué précédemment, imprégnées dans l'ensemble dans une partie 264 et non dans une partie 268 du segment 262. Un segment composite de ce genre est fixé de préférence au trépan de façon à ce que, lorsque le trépan est en cours de rotation comme cela est connu dans le métier, une partie de bord 270 sera le bord antérieur du segment et une partie de bord 272 sera la partie de bord postérieur du segment lorsque le trépan tourne autour de son axe longitudinal et entre en prise avec la formation pendant des opérations de forage.
En étant monté dans un trépan de cette manière, le bord antérieur 270, qui comporte des particules très abrasives 266, sera le premier bord du segment 262 à entrer en prise avec la formation du trou de puits en cours de forage et le bord postérieur 272, qui n'a de préférence pas de particules très abrasives ou des particules relativement moins abrasives, suivra derrière cela.
Ainsi, à mesure que le segment composite s'use, le bord postérieur 272 s'usera sensiblement plus vite que le bord antérieur 270 en procurant par cela un trajet dans lequel des fluides tels que des fluides de forage, de la boue de forage ou de l'eau peuvent chasser des fines de formation et de la farine de roche à l'écart du bord antérieur ou de coupe, et offrent ainsi un avantage important par rapport à l'état antérieur tel qu'expliqué précédemment en ce qui concerne les bénéfices de l'élément coupant stratifié 260.
En se reportant à présent aux figures 30 et 31 des dessins, la figure 30 montre un élément coupant stratifié 274 façonné de marnière arquée et comprenant un segment imprégné très abrasif 276 comportant des particules très abrasives 278 qui y sont disposées dedans. Un segment sans matière très abrasive 280 est positionné contre le segment 276, comme cela est montré à la figure 30, pour procurer l'élément coupant 274 façonné dans l'ensemble de manière arquée et dans lequel de préférence les bords supérieurs des
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segments 276 et 280 procureraient une surface de coupe 282 de l'élément coupant 274.
Une pluralité de segments 278 et 280 peuvent être prévus dans des largeurs croissantes pour former un élément coupant tel que l'élément coupant 392 à titre d'exemple, prévu sur une face 388 du trépan 386 représenté à la figure 39.
Un élément coupant stratifié 284 sinueux ou non rectiligne, tel que montré à la figure 31, ne procure qu'un exemple d'une variété d'éléments coupants, façonnés d'une manière irrégulière, qui peuvent être façonnées en prévoyant et stratifiant un segment primaire très abrasif 286 sinueux ou façonné de manière irrégulière, et comportant des particules très abrasives 288, en combinaison avec un segment 290 sans matière très abrasive, suivant la présente invention. De plus, il est préféré que les bords supérieurs 292 forment la surface coupante primaire de l'élément coupant 284.
Les figures 32a et 32b montrent une autre configuration possible dans laquelle un élément coupant stratifié peut être prévu suivant la présente invention. Une pluralité de segments imprégnés très abrasifs 294, façonnés de manière circulaire dans l'ensemble et comportant des particules très abrasives 296 peuvent être joints à une pluralité de segments 298 sans matière très abrasive et façonnés de manière circulaire dans l'ensemble, pour former un élément coupant stratifié 304 façonné de manière cylindrique, comme cela est montré. De préférence, les bords 300 et 302 respectifs procurent une surface de coupe primaire pour une entrée en prise avec la formation.
Les figures 33a à 33b montrent une configuration semi-circulaire qui comprend un élément coupant 316 de forme semi-circulaire, formé de segments 306 de forme semi-circulaire, imprégnés de matière très abrasive et comprenant des surfaces arquées 312 présentant des particules très abrasives 308 qui y sont dispersées et combinés à des segments 310 de forme semi- circulaire et sans matière très abrasive et comprenant des surfaces arquées 314. Les segments 306 et 310 et/ou l'élément coupant 316 peuvent être formés au départ de façon à avoir une configuration semi-circulaire ou en variante, peuvent être formés de façon à avoir au départ une configuration circulaire et être ensuite usinés en des moitiés par des méthodes et équipement connus
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dans le métier.
Une variante à des particules très abrasives d'imprégnation à travers un segment formé d'une matrice métallique est montrée aux figures 34a et 34b. Comme cela est montré aux figures 34a et 34b, un élément coupant stratifié 318 comprend un segment 320 à matrice métallique comprenant une matière très abrasive et comportant, y incorporés, une pluralité d'éléments ou cylindres très abrasifs, en particules, préfabriqués ou discrets façonnés de manière cylindrique. De tels éléments très abrasifs en particules 322, en genre de barre et façonnés de manière cylindrique, contiennent des diamants naturels, des diamants synthétiques ou de la matière très abrasive comme du PDC et du TSP. Des cylindres très abrasifs en particules à titre d'exemple, appropriés pour être incorporés dans le segment 320 sont commercialement disponibles.
Le segment 320 est de préférence joint de manière permanente, par frittage/pressage isostatique à chaud comme décrit précédemment, à au moins un segment 324 à matrice métallique sinon sans matière très abrasive, en procurant ainsi un exemple d'utilisation de cylindres très abrasifs commercialement disponibles pour procurer un élément coupant suivant la présente invention. De préférence, l'élément coupant 318, comportant des paires alternées de segments 320 et 324 serait installé dans un trépan de manière à positionner des bords supérieurs des segments 320 et 324 pour fournir une surface de coupe 326 de l'élément coupant 318 en vue d'entrer en prise avec la formation à forer.
Ainsi, les cylindres 322 sont orientés de préférence de manière à procurer une alimentation continue de matière très abrasive en particules à l'endroit de la surface de coupe 326 à mesure que l'élément coupant 318, comprenant de préférence une pluralité de segments très abrasifs 320 et de segments sans matière très abrasive 324, s'use lorsqu'en service.
En se tournant à présent vers les figures 35a et 35b des dessins, un trépan 328 à titre d'exemple, comprenant un élément coupant stratifié 330 suivant la présente invention est montré à la figure 35a. L'élément coupant 330 est disposé sur le trépan 328 de manière à s'étendre à partir de l'axe longitudinal du trépan, vers l'extérieur autour du nez et de la couronne du
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trépan 328. L'élément coupant 330 comprend une combinaison alternée présélectionnée de segments coupants très abrasifs 332 et de segments 334 sans matière très abrasive. Afin que l'élément coupant 330 ait une telle géométrie variée, les segments 332 et 334 peuvent être façonnés selon la forme d'un coin comme cela est représenté à la figure 35b de manière à être à même de suivre le contour du nez et de la couronne du trépan 328.
En d'autres mots, des segments façonnés suivant la présente invention n'ont pas besoin d'avoir une épaisseur uniforme mais peuvent avoir une épaisseur non constante, allant d'une épaisseur T, à une extrémité d'un segment, jusqu'à une épaisseur moindre t à l'extrémité opposée du segment comme cela est représenté à la figure 35b, afin de procurer des segments qui peuvent être agencés pour former des configurations d'éléments coupants pour sensiblement n'importe quel trépan, qu'ils soient montés directement sur la face du trépan ou sur une structure de coupe dressée, comme une lame.
Le terme "épaisseur nominale" tel qu'utilisé ici en ce qui concerne l'épaisseur d'un segment est utilisé pour montrer que le segment peut avoir à travers sa section transversale une épaisseur moins que parfaitement uniforme et, dans certaines formes de réalisation de la présente invention, cela peut être préféré. C'est-à- dire qu'un segment particulier peut avoir, dans une partie, une épaisseur ou section transversale minimale réelle et, dans une autre partie, une épaisseur ou section transversale maximale réelle, les deux épaisseurs tombant dans une plage acceptable de variation du reste du segment. Le terme "épaisseur sensiblement non uniforme" tel qu'utilisé ici en ce qui concerne l'épaisseur du segment montre qu'un segment a une épaisseur qui varie amplement en section transversale.
De plus, un unique segment ou une pluralité de segments ayant chacun soit une épaisseur nominale soit en variante une épaisseur sensiblement non uniforme peuvent être utilisés pour former une structure de coupe stratifiée dans laquelle les segments s'adapteraient respectivement à la réciproque en épaisseur des segments positionnés de manière adjacente. Par exemple, une partie d'un premier segment imprégné très abrasif, présentant une épaisseur ou section transversale réduite dans une partie particulière peut être agencé et assemblé pour être positionné de manière complémentaire afin
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de s'adapter à une partie d'un second segment sans matière abrasive ou moins abrasif positionné de manière adjacente et présentant une épaisseur ou section transversale correspondante relativement accrue.
La figure 36 des dessins représente un trépan 336 comportant une variété d'éléments coupants stratifiés représentatifs, installés sur une face 338 et qui ont dans l'ensemble une configuration circulaire ou arquée.
Cependant, il devrait être compris que des trépans réels qui incorporent les particularités de la présente invention peuvent avoir la face entière du trépan sensiblement recouverte d'éléments coupants stratifiés, soit d'une configuration circulaire soit d'une autre configuration, ou la face peut n'avoir que peu d'éléments coupants positionnés de manière sélective ou les éléments coupants peuvent être positionnés symétriquement ou positionnés asymétriquement, etc....
Par exemple, il peut être prévu des éléments coupants 340 stratifiés positionnés en opposition et composés de deux rangées de segments imprégnés 342 très abrasifs et de segments 344 sans matière très abrasive, alternés, les segments distincts pouvant être orientés circulairement pour former un agencement ou combinaison présélectionné de segments pour déterminer l'élément coupant 346. C'est-à-dire que la partie la plus mince des segments distincts est orientée dans l'ensemble suivant une circonférence par rapport au trépan. A l'opposé, des éléments coupants stratifiés 346 positionnés en opposition et comprenant deux rangées de segments imprégnés 348 très abrasifs et de segments 350 sans matière très abrasive et/ou moins abrasifs, alternés, sont montrés ayant les segments distincts alignés radialement dans l'ensemble.
C'est-à-dire que la partie la plus mince des segments est dans l'ensemble alignée radialement par rapport au trépan.
Des éléments coupants stratifiés 352 positionnés en opposition et comportant des segments imprégnés 354 très abrasifs et des segments 356 sans matière très abrasive ou moins abrasifs, alternés, servent à représenter un genre à rangée unique d'éléments coupants stratifiés dans laquelle les segments sont alignés radialement. En variante, les segments pourraient bien sûr être orientés suivant une circonférence ou selon un angle sélectionné par
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rapport à une ligne de préférence imaginaire s'étendant radialement à partir du centre du trépan et vers l'extérieur jusqu'au calibre du trépan si cela est souhaité.
Les éléments coupants stratifiés 274, tels qu'expliqués précédemment et montrés à la figure 30, qui comprennent des segments imprégnés 276 très abrasifs et des segments sans matière très abrasive et/ou des segments moins abrasifs 280, sont positionnés à l'opposé l'un de l'autre afin de servir d'exemple d'un élément coupant stratifié à deux segments, orienté suivant une circonférence, tel qu'installé sur la face d'un trépan.
On se reporte à présent aux figures 37, 38 et 39. Des trépans 364, 374 et 386 ont dans l'ensemble des corps de trépan qui ne sont pas conçus pour des opérations de carottage. C'est-à-dire que les faces des corps de trépan respectifs des trépans sont continues et non creuses dans l'ensemble à l'exception de nombreux passages de fluides pour permettre que du fluide de forage soit pompé vers le bas à l'intérieur du train de tiges, à travers l'intérieur du trépan et soit dirigé dans l'ensemble vers l'extérieur à partir de la face du trépan afin de faciliter un nettoyage hydraulique du trépan et de la formation en cours de forage.
Les différents éléments coupants représentatifs, montrés sur les trépans représentés aux figures 37 à 39, procurent des exemples d'éléments coupants stratifiés qui sont orientés de façon à s'étendre dans l'ensemble radialement sur la face du corps de trépan.
L'élément coupant stratifié 260, situé sur la face 366, comprend des segments imprégnés 250 très abrasifs et des segments 252 sans matière très abrasive. L'élément coupant 260 procure un exemple d'une simple et unique rangée de segments stratifiés dans laquelle les segments distincts sont orientés dans l'ensemble suivant une circonférence ou tangentiellement par rapport au trépan.
L'élément coupant stratifié 368 comprend des segments imprégnés 250 très abrasifs et des segments 252 sans matière très abrasive, positionnés dans un agencement alterné bout à bout, d'une manière orientée radialement dans l'ensemble. L'élément coupant stratifié 370 situé de manière adjacente à l'élément coupant 368 comporte également des segments
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imprégnés 250 très abrasifs et des segments 252 sans matière très abrasive, positionnés dans un agencement alterné bout à bout d'une manière orientée radialement dans l'ensemble.
Cependant, les segments respectifs des éléments coupants 368 et 370 sont radialement en quinconce ou décalés de sorte que, à une distance radiale donnée à partir de l'axe longitudinal du trépan (RD), un segment imprégné très abrasif est flanqué d'un segment proche sans matière très abrasive ou moins abrasif à l'endroit de son côté afin de procurer un balayage plus cohérent et uniforme des segments imprégnés très abrasifs à mesure que le trépan tourne et entre en prise avec la formation.
En d'autres mots, en garantissant que les segments imprégnés très abrasifs balayent à travers la majorité de, sinon toute, la face du trépan par rapport à une ligne de référence imaginaire qui s'étend vers l'extérieur à partir de l'axe longitudinal du trépan, une quelconque tendance de saignée non souhaitée sera éliminée en procurant une action de coupe ou d'abrasion plus uniforme et cohérente entre le trépan et la couche particulière de formation dans laquelle un trou de puits est en cours de formation par forage. De préférence, les éléments coupants stratifiés font saillie légèrement au-dessus de la face 366 de manière à accroître les nettoyage et refroidissement hydrauliques des segments à mesure qu'ils entrent en prise avec la formation pendant un forage.
L'élément coupant stratifié 372 procure un exemple d'un élément coupant stratifié comprenant trois rangées orientées radialement de segments imprégnés 250 très abrasifs et de segments 252 sans matière très abrasive, alternés et agencés selon une combinaison préférée, chaque segment étant d'un genre opposé à celui du segment positionné radialement sur son côté, s'il y en a. En d'autres mots, pour un segment imprégné 250 très abrasif donné, dans une rangée quelconque donnée, un segment 252 sans matière très abrasive est positionné à la même distance générale le long de RL dans la rangée adjacente, orientée radialement, de segments, afin de procurer un agencement des segments alterné suivant une circonférence.
En alternant suivant une circonférence des segments imprégnés très abrasifs et des segments sans matière très abrasive ou moins abrasifs, des fluides de forage auront un meilleur accès au segment imprégné très abrasif par l'intermédiaire
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du ou des segments sans matière très abrasive, positionnés suivant une circonférence et s'usant plus rapidement lorsque le trépan tourne, et procurent par cela de meilleurs nettoyage et refroidissement des segments imprégnés très abrasifs. Comme cela apparaîtra à ceux qui sont expérimentés dans le métier, des éléments coupants présentant plus que trois rangées de segments orientées radialement peuvent être prévus avec ou sans espaces entre eux.
De plus, si des espaces ou des passages d'eau sont prévus entre des rangées de segments orientées radialement, des espaces de ce genre ne doivent pas être limités à être des espaces ou passages d'eau orientés radialement dans l'ensemble mais pourraient être orientés suivant une circonférence, ou tangentiellement, comme cela est montré à la figure 38. De plus, plus d'espaces ou de passages d'eau pourraient être orientés selon un angle et/ou être configurés pour avoir une forme de spirale (non montrée).
Le trépan 374 montré à la figure 38 est équipé d'un élément coupant 360 stratifié représentatif, comprenant des segments imprégnés 250 très abrasifs et des segments 252 sans matière très abrasive, alternés et orientés radialement dans l'ensemble et qui ont été positionnés sur la face 376 selon un angle a par rapport à une ligne de référence désignée par RL pour procurer un élément coupant stratifié incliné qui, comme résultat, est également positionné selon un angle a par rapport à la ligne de référence imaginaire RL.
L'angle a peut aller de 0 à 180 . Bien sûr, de multiples rangées de segments pourraient être prévues d'une même manière, avec ou sans passages d'eau, etc....
L'élément coupant stratifié 274 comprenant des segments 280 et 276 façonnés de manière arquée, expliqués et représentés précédemment, procure un exemple d'un élément coupant orienté radialement dans l'ensemble, dans lequel des segments façonnés de manière arquée sont positionnés dans une rangée unique. Des segments présentant d'autres formes pourraient être utilisés aussi bien pour former un élément coupant orienté radialement dans l'ensemble, y compris des segments 286 et 290 sinueux ou façonnés de manière irrégulière, représentés à la figure 31, par exemple. De plus, de multiples rangées de segments de même forme ou façonnés différemment
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pourraient être utilisées pour former de tels éléments coupants.
L'élément coupant 378 procure un exemple d'un élément coupant présentant des rangées, parallèles dans l'ensemble et orientées radialement, d'éléments de coupe auxiliaire 380 comprenant des segments imprégnés 250 très abrasifs et des segments 252 sans matière très abrasive, orientés de manière tangentielle ou suivant un cercle dans l'ensemble. Dans cette forme de réalisation, un passage d'eau 382 orienté radialement est prévu en combinaison avec une pluralité de passages d'eau 384 orientés tangentiellement, afin de séparer ou d'écarter les éléments de coupe auxiliaire 380 de l'élément coupant 378.
La figure 39 représente un trépan 386 comportant un élément coupant stratifié 392 triangulaire dans l'ensemble, ou en forme de coin, comprenant des segments imprégnés 276 très abrasifs et des segments 280 sans matière très abrasive, alternés et façonnés de manière arquée. Comme on peut le voir à la figure 39, les largeurs hors tout des segments 276 et 280 augmentent progressivement avec la distance radiale à laquelle chaque segment respectif est positionné à partir du centre de la face 388. En pratique, de préférence une pluralité de tels éléments coupants stratifiés 392 façonnés en coin seraient prévus sur la face d'un trépan.
De plus, un ou plusieurs éléments coupants stratifiés de ce genre,en forme de coin, peuvent être prévus sur la face d'un trépan en combinaison avec des éléments coupants stratifiés façonnés différemment, suivant la présente invention, ou peuvent être combinés à des éléments coupants usuels connus antérieurement, si cela est souhaité.
L'élément coupant stratifié 390 donne un exemple d'un élément coupant stratifié orienté radialement dans l'ensemble, dans lequel des segments imprégnés 250 très abrasifs et des segments 252 sans matière très abrasive, ou des segments façonnés autrement, sont positionnés dans un rapport échelonné et sont inclinés de manière collective selon un angle présélectionné a par rapport à une ligne de référence imaginaire RL qui s'étend radialement vers l'extérieur à partir du centre du trépan 386. L'angle a peut aller de 0 à 180 .
En échelonnant et en inclinant les segments 250 et 252, lorsque
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le trépan est en cours de rotation pendant le processus de forage, l'élément coupant résultant expose les éléments coupants selon un angle par rapport au trajet de coupe des segments respectifs, en augmentant par cela l'action de nettoyage hydraulique de fines de formation et/ou de farine de roche d'entre les surfaces de coupe exposées de segments imprégnés 250 très abrasifs et la formation en cours de forage. Les segments 252 sans matière très abrasive, qui contribuent également à la coupe de la formation, tendent à s'user plus rapidement que les segments 250 et procurent ainsi des canaux adjacents dans lequel du fluide de forage ou de l'eau peut mieux accéder aux segments coupants imprégnés 250 très abrasifs.
Comme avec l'élément coupant 392 façonné en coin, en pratique une pluralité d'éléments coupants 390 comportant une pluralité de segments inclinés et en échelonnés seraient prévu de préférence sur un trépan.
En se reportant à présent à la figure 40, il y est montré un trépan 394 présentant une zone de nez 396, une zone d'épaulement 398 et une zone de calibre 400. Le trépan 394 peut être une couronne de carottage dans laquelle la partie la plus centrale du trépan est creuse ou le trépan 394 peut être façonné dans l'ensemble de la même manière qu'un trépan à diamant usuel comportant des anneaux dans une partie centrale du trépan 394 comme cela est montré et décrit dans le brevet "048" de Rowley incorporé précédemment.
Le trépan de carottage 394 représentatif est particulièrement approprié pour l'installation de segments imprégnés 306 très abrasifs semi-circulaires et de segments 310 sans matière très abrasive à installer autour de la zone de nez ou de la zone de couronne 396 pour former un élément coupant stratifié 402 façonné en anneau dans l'ensemble, mettant en oeuvre la présente invention.
L'élément coupant 402 procure la partie de coupe primaire du trépan 394; cependant, d'autres éléments coupants stratifiés peuvent être prévus sur d'autres parties du trépan suivant la nécessité ou le souhait. A titre d'exemple, des éléments coupants 260 comprenant des segments imprégnés 250 très abrasifs et des segments 252 sans matière très abrasive peuvent être installés radialement, tangentiellement, ou selon un angle, dans l'ensemble, sur la zone d'épaulement 398 et la zone de calibre 400 s'il est jugé approprié pour les
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paramètres de conception et les formations terrestres dans lesquelles un trépan donné est conçu pour être utilisé.
Il est fait référence à présent à la figure 41 a des dessins, dans laquelle est décrit un trépan 408 du genre à lames, comportant une pluralité de structures de lames disposées sur une face 410 et qui s'enroulent dans l'ensemble autour de la couronne du trépan vers la zone de calibre. La rotation usuelle, tournant à droite, du trépan 408 est montrée, la vue du trépan 408 étant celle de quelqu'un qui regarde vers le base tandis que la face 410 du trépan 408 fait face vers le haut. Une lame 412 qui s'étend radialement à travers la face 410 est équipée d'un élément coupant stratifié 260 à titre d'exemple, comportant des segments imprégnés 250 très abrasifs et des segments 252 sans matière très abrasive, alternés, juxtaposés transversalement le long du bord antérieur de la lame 412.
Le numéro 413 indique l'empreinte des surfaces, des segments 250 et 252, qui font face dans l'ensemble vers le haut, lorsqu'ils sont installés sur la lame 412, si l'on regardait vers le bas sur ceux-ci. La figure 41 b procure une vue frontale en élévation d'un bord antérieur dans l'ensemble de la lame 412, comprenant des bords des segments 250 et 252 ainsi qu'une partie de la lame 412, qui forment ensemble le bord antérieur de la lame 412. Ainsi, dans cette forme de réalisation particulière, la surface de coupe de l'élément coupant stratifié 260 serait tant les bords faisant face vers le haut des segments 250 et 252 qu'aussi bien les bords des segments 250 et 252 qui sont perpendiculaires dans l'ensemble à la face 410.
Cette forme de réalisation particulière de la présente invention, comprenant les autres éléments coupants stratifiés, à titre d'exemple, montrés à la figure 41a, procure un trépan qui est particulièrement approprié pour du forage dans des formations tant tendres que dures. Lors d'un forage dans des formations tendres avec un trépan à lames mettant en oeuvre la présente invention, dans l'ensemble tout le bord antérieur de la lame 412 ainsi que la surface, de la lame 412, faisant face vers le haut comme cela est montré aux figures 41 a et 41 b entrent en prise tous les deux avec la formation en cours de forage.
Lorsque le trépan 408 entre en contact avec des formations plus dures, la surface 413 faisant face vers le haut devient la surface de coupe primaire
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puisque la formation dure empêche la surface antérieure 415 d'entrer complètement en prise avec la formation comme cela est possible lors d'un forage à travers de formations tendres dans lesquelles la lame peut "mordre" plus complètement dans celles-ci. De plus, lors d'un forage dans des formations dures, la petite "empreinte" de la surface de coupe primaire des segments offre des avantages distincts en ce qui concerne des fluides de forage qui ont un accès supérieur à la surface de coupe pour en chasser des fines de formation et pour refroidir la surface de coupe primaire des segments, ce qui est critique lors d'un forage dans des formations dures.
Ainsi, un trépan à lames tel que le trépan 408 représentatif, équipé d'éléments coupants stratifiés suivant la présente invention, peut procurer des économies importantes en coût lors du forage de puits qui passent à travers des formations tendres et dures, en n'exigeant pas de retirer le trépan, de le remplacer par un autre, et de faire à nouveau travailler le trépan conçu de manière spécifique pour la formation particulière en cours de forage.
De plus, des performances hydrauliques améliorées du fluide de forage, qui peuvent être attribuées à l'empreinte relativement petite des surfaces de coupe primaire des segments, favorisent une durée de vie plus longue et une meilleure performance du trépan, en particulier lors d'un forage dans des formations dures.
La lame 416 est équipée d'un élément coupant stratifié en variante, comprenant des segments imprégnés 276 très abrasifs et des segments 280 sans matière très abrasive, alternés et façonnés de manière arquée.
La lame 418 est équipée d'un élément coupant stratifié 420 comprenant des segments imprégnés 424 très abrasifs allongés, orientés radialement dans l'ensemble, agencés d'une manière alternée avec des segments allongés 422 sans matière très abrasive, l'élément coupant 420 étant positionné de préférence le long du bord antérieur de la lame 418.
La lame 426 est équipée d'un élément coupant stratifié 428 orienté radialement dans l'ensemble et comprenant des segments inclinés 250 et 252, l'élément coupant 428 étant positionné de préférence le long du bord
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antérieur de la lame 426.
Les lames 430 qui ont été conçues de manière à ne pas s'étendre radialement vers l'intérieur aussi loin que les lames 412,416, 418 et 426, peuvent être équipées d'un élément coupant stratifié de n'importe quelle configuration souhaitée, par exemple avec des segments imprégnés 431 très abrasifs et des segments 432 sans matière très abrasive, alternés, de n'importe quelle forme souhaitée suivant la présente invention. En ce qui concerne la lame 430, il peut être vu que la lame 430 entoure le bord antérieur et le bord postérieur d'un élément coupant, à titre d'exemple, comprenant des segments 431 et 432. En concevant un élément coupant stratifié de façon à être retenu par une lame, des support et rigidité accrus peuvent être prévus.
Pendant une utilisation, la lame s'userait plus rapidement que le segment 432 sans matière très abrasive qui, à son tour, s'userait plus rapidement que le segment imprégné très abrasif 431, en permettant par cela que les surfaces de coupe des segments entrent en prise avec la formation alors que le segment 432 moins abrasif permettrait que du fluide de forage accède au segment imprégné très abrasif 431 comme exposé précédemment. Il devrait être compris que toutes les lames représentées à la figure 41 a sont des exemples et que plusieurs autres combinaisons et éléments coupants façonnés et orientés en variante et comprenant des segments façonnés différemment peuvent être utilisés sur un trépan du genre à lame suivant la présente invention.
Une ligne de référence imaginaire CLB située le long de, ou coïncidant avec, l'axe principal d'une lame donnée procure une manière commode pour donner une référence de l'orientation de segments prévus sur une lame de ce genre.
Comme montré à la figure 43a ainsi que dans d'autres figures des dessins, des lames peuvent être alignées pour s'étendre radialement dans l'ensemble de l'axe longitudinal d'un trépan ou, comme cela est souvent préféré, des lames peuvent être décalées de l'axe longitudinal d'un trépan comme cela est montré par exemple à la figure 43a. Il devrait être apprécié cependant que des lames n'ont pas nécessairement besoin d'être orientées pour s'étendre radialement dans l'ensemble vers l'extérieur à partir de l'axe longitudinal d'un trépan mais pourraient également s'étendre dans l'ensemble de manière circulaire autour de
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la face du trépan par rapport à l'axe longitudinal du trépan.
Une autre forme de réalisation de la présente invention est montrée aux figures 42a et 42b des dessins. Un trépan du genre à lames 434 est équipé de préférence d'une pluralité de lames de longueurs radiales semblables ou différentes, qui commencent sur une face 435. Le sens usuel dans lequel le trépan 434 est mis en rotation est montré, la face 435 étant tenue pour faire face vers le haut tandis que l'on regarde vers le bas sur celle-ci.
Formant un élément coupant 436, un unique segment imprégné 440 très abrasif, à titre d'exemple, comportant des particules très abrasives 442 dispersées de préférence là au travers, est montré installé sur le côté antérieur d'une lame représentative 438. De préférence, un trépan serait équipé d'une pluralité de lames représentatives 438 de ce genre, comportant sur elles un élément coupant 436. En variante, comme cela est montré dans la lame représentative comportant un élément coupant 436', une pluralité de segments imprégnés 440' très abrasifs peuvent être prévus sur le côté antérieur de la lame représentative, dans une façon en bout à bout, pour former l'élément coupant 436' au lieu de n'avoir qu'un unique segment.
Une autre variante encore comprend de prévoir un segment 441 sans matière très abrasive, comme représenté monté sur le côté antérieur de la lame représentative qui y comporte un élément coupant 436". Comme avec l'élément coupant 436', une pluralité de segments sans matière abrasive pourraient être prévus d'une façon en bout à bout. De préférence, un trépan serait équipé d'un nombre présélectionné de lames comportant un agencement ou combinaison alterné d'éléments coupants tels que des éléments coupants 436' et 436".
En équipant un trépan de lames comportant un tel agencement d'éléments coupants alternés, la formation serait mise en prise par une lame contenant des segments imprégnés très abrasifs, suivie par une lame contenant des segments sans matière très abrasive, et ainsi de suite à mesure que le trépan tourne et que les lames balaient leurs chemins respectifs.
En variante, un segment 441' sans matière très abrasive peut être positionné et fixé sur la partie radialement la plus externe du côté antérieur d'une lame et un segment imprégné 440' très abrasif peut être positionné et fixé
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sur la partie radialement la plus interne du côté antérieur de la même lame, d'une façon en bout à bout avec le segment 441'. Un tel agencement alterné de segments bout à bout est montré dans un élément coupant 436"'.
De préférence, un élément coupant sur une lame voisine, comme l'élément coupant 436"" serait équipé d'un agencement inverse de segments, dans lequel un segment 441' sans matière très abrasive est positionné radialement le plus à l'intérieur et un segment imprégné très abrasif 440' est positionné radialement le plus à l'extérieur, avec l'agencement inverse se répétant lui-même sur d'autres lames à prévoir sur un trépan, de sorte qu'un trépan ainsi conçu aurait des segments imprégnés très abrasifs suivis par des segments sans matière très abrasive balayant toute la face du trépan à mesure qu'il entre en prise dans une formation et empêcherait par cela une saignée non souhaitée comme exposé précédemment ci-dessus.
En raison des éléments coupants représentatifs 436, 436', 436", 436'" et 436"" qui comportent au moins un segment imprégné très abrasil suivant la présente invention, il est proposé un agencement d'éléments coupants dans lequel l'épaisseur T de section transversale relativement étroite, comme montré à la figure 42b et comme exposé précédemment comme étani de préférence d'approximativement 3 mm (approximativement 0,125 pouce), permet que des surfaces de coupe A et B du segment 440 soient mieux nettoyées par de l'eau ou du fluide de forage pour enlever des fines de formation et de la farine de roche lorsque sont rencontrées des formations dures.
Ainsi, des segments 440, des segments 440', 441, et/ou des segments 441' procurent une petite empreinte par rapport à la surface de coupe A exposée orientée dans la même direction que la face 435, et par rapport à la surface B orientée dans la même direction générale que le calibre du trépan mais offre le bénéfice d'une grande surface C pour procurer des capacité de coupe et résistance à l'usure accrues dans des formations tant tendres que dures.
De plus, les grandes surface postérieure D du segment 440 et surface de support E de la lame 438 procurent des aires de surface importantes dans lesquelles le segment 440 peut être fixé à la lame 438 par des processus connus dans le métier et précédemment mentionnés en comparaison à des
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trépans du type à lames qui incorporent des éléments coupants imprégnés antérieurement connus.
Encore une autre variante comprend une substitution d'une pluralité de segments tels que des segments 440' et 441' par un segment 262 du genre composite montré à la figure 27. En utilisant un segment 262 de ce genre, l'agencement alterné de segments imprégnés très abrasifs et de segments sans matière très abrasive pourrait être obtenu sur des lames alternées 436"' et 436"" , par exemple, en tournant purement le segment 262 de 180 pour orienter et positionner la partie imprégnée très abrasive 264 et la partie 268 sans matière très abrasive sur des lames d'adaptation respective selon le souhait.
Ainsi, la présente invention n'est pas nécessairement limitée à des trépans comportant des éléments coupants comprenant au moins segment sans matière très abrasive et au moins un segment imprégné très abrasif pour former un élément coupant présentant une combinaison ou un agencement présélectionné.
En se reportant aux figures 43a et 43b des dessins, il est montré encore d'autres formes de réalisation de la présente invention, adaptées à un trépan 434' du genre à lames représentatif, semblable au trépan 434 du genre à lames représenté à la figure 42a. Un unique segment 440 imprégné très abrasif à titre d'exemple, comportant des particules très abrasives 442 dispersées de préférence au travers, formant un élément coupant 439 est montré installé dans l'ensemble le long de l'axe d'une lame représentative 438' et porté dans l'ensemble de cette façon par la lame 438'. De préférence, le trépan 434' montré à la figure 43a serait équipé d'une pluralité de lames 438' représentatives de ce genre, qui comportent un élément coupant 439.
En variante, comme cela est montré dans la lame représentative qui y comporte l'élément coupant 439', une pluralité de segments imprégnés 440' très abrasifs peuvent être prévus dans l'ensemble le long de l'axe de la lame représentative, d'une manière en bout à bout pour former l'élément coupant 439' au lieu d'avoir un unique segment porté dans la lame. Une autre variante encore comprend de prévoir un segment 441 sans matière très abrasive, tel que montré monté dans l'ensemble le long de l'axe d'une lame
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représentative qui comporte un élément coupant 439". Comme avec l'élément coupant 439', une pluralité de segments sans matière très abrasive pourraient être prévus d'une manière en bout à bout si cela est souhaité (non représentée).
De préférence, un trépan serait équipé d'un nombre présélectionné de lames comportant un agencement ou combinaison alterné d'éléments coupants tels que les éléments coupants 439 et 439". En équipant un trépan avec des lames comportant un tel agencement alterné d'éléments coupants, la formation serait mise en prise par une lame contenant des segments imprégnés très abrasifs, suivie par une lame contenant des segments sans matière très abrasive, etc.... à mesure que le trépan est mis en rotation et que les lames balayent leurs trajets respectifs.
En variante, un segment 441' sans matière très abrasive peut être positionné et fixé à la partie radialement la plus externe du côté antérieur d'une lame et un segment 440' imprégné très abrasif peut être positionné et fixé à la partie radialement la plus interne et, dans l'ensemble, le long de l'axe de la même lame, d'une manière en bout à bout, avec le segment 441'. Un tel agencement alterné de segments bout à bout est monté dans l'élément coupant 439"'.
De préférence, un élément coupant sur une lame voisine, comme l'élément coupant 439"" serait équipé d'un agencement inverse des segments dans lequel un segment 441' sans matière très abrasive est positionné radialement le plus à l'intérieur et un segment imprégné très abrasif 440' est positionné radialement le plus à l'extérieur, l'agencement inverse se répétant sur d'autres lames à prévoir sur un trépan, de sorte qu'un trépan ainsi conçu aurait des segments imprégnés très abrasifs suivi par des segments sans matière très abrasive, qui balayent la face entière du trépan à mesure qu'il entre en prise dans une formation, et empêcherait par cela une saignée non souhaitée comme précédemment expliqué ci-dessus.
Comme avec les éléments coupants montrés à la figure 42a, des éléments coupants représentatifs 439,439', 439", 439"' et 439"" montrés à la figure 43a ont au moins un segment porté par une lame 438' d'adaptation respective, suivant la présente invention. Ceci offre un agencement d'éléments coupants dans lequel l'épaisseur T de section transversale relativement étroite
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5 10 15 20 25 30 du segment 440 par exemple, tel que montré à la figure 43b et comme expliqué précédemment comme étant de préférence d'approximativement 3 mm (approximativement 0,125 pouce), permet que les surfaces de coupe A et B du segment 440 et les parties dressées de la lame 438' soient mieux nettoyées avec de l'eau ou du fluide de forage pour enlever des fines de formation et de la farine de roche lorsque sont rencontrées des formations dures.
Ainsi, les segments 440, les segments 440', 441 et/ou les segments 441', lorsqu'ils sont installés, procurent une petite empreinte par rapport à la surface de coupe A exposée orientée dans la même direction que la face 435' , et par rapport à la surface B orientée dans la même direction générale que le calibre du trépan, mais la nature portante de la lame 438' procure un support structurel accru d'un segment ainsi installé pour le protéger d'une cassure prématurée ou d'être complètement déplacé de la lame 438'.
De plus, les grandes surfaces postérieures D' du segment 440 et surfaces de support E' de la lame 438' procurent encore bien plus d'aire importante de surface dans laquelle le segment 440 peut être fixé à la lame 438' par des processus connus dans le métier et précédemment mentionnés par comparaison à des trépans du type à lame qui incorporent des éléments coupants imprégnés connus antérieurement.
Une vue frontale partielle d'un trépan 442 montré à la figure 44 représente un unique segment 446 imprégné très abrasif comportant des particules très abrasives 448 dispersées dans l'ensemble à travers celui-ci, monté le long de la couronne 444 du trépan 442. Bien que le segment 446 soit montré comme étant un unique segment continu, de multiples segments contigus pourraient également être prévus suivant la présente invention.
Les figures 45a à 45c représentent une forme de réalisation en variante de la présente invention, dans laquelle un segment 456 approprié contenant de la matière très abrasive est sectionné de la partie centrale d'un élément coupant ou bouton 450 façonné de manière cylindrique et connu antérieurement. Des boutons 450 de diamant ou de PDC ont typiquement une table 452 de diamants ou de PDC fixée solidement à un substrat 454 de matrice métallique et sont aisément disponibles dans le commerce. Un segment 456 rectangulaire dans l'ensemble et contenant de la matière très abrasive peut
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être sectionné hors d'un bouton 450 par des techniques d'usinage connues, comme de l'usinage par décharges électriques, et par des techniques connues de sciage très abrasif.
Après que le segment 456 comportant une table très abrasive 452 a été retiré d'un bouton sélectionné, le segment 456 peut alors être combiné à un segment 460 à matrice métallique sans matière très abrasive et comportant les qualités et caractéristiques requises, précédemment expliquées ici, pour procurer un élément coupant stratifié 458. L'élément coupant stratifié 458, avec ou sans des supplémentaires segments contenant de la matière très abrasive et/ou segments sans matière très abrasive, étant combiné pour former une combinaison ou stratifié présélectionné peut alors être installé ou formé sur place sur des trépans suivant la présente invention comme cela a été expliqué et illustré précédemment.
De manière cohérente avec des formes de réalisation en variante expliquées et décrites ici, un segment 460 à matrice métallique et sans matière très abrasive peut comprendre en variante des particules très abrasives ou des particules abrasives qui sont réellement ou effectivement moins abrasives et moins résistantes à l'abrasion que la table très abrasive 452 incorporée dans le segment 456.
Un autre exemple d'un élément coupant stratifié suivant la présente invention peut être monté sur un organe porteur fabriqué à partir d'une matière résistante et ductile, comme expliqué ci-dessus, qui est fixé à son tour en une position présélectionnée sur un trépan. Par exemple, un unique segment imprégné très abrasif, tel que le segment 250 imprégné très abrasif précédemment décrit, pourrait servir comme segment imprégné très abrasif 148 de l'élément coupant 140 monté sur l'organe porteur 142 qui est fixé dans la cavité 147, dans la face du trépan 146 comme cela est montré à la figure 16.
Une autre variante dans laquelle au moins un segment imprégné très abrasif 250 est juxtaposé à au moins un segment 252 sans matière très abrasive est montrée à la figure 46 sous la forme d'une structure de coupe 150'.
Des segments 250 et 252 sont fixés et retenus dans un évidement 153' de l'organe porteur 152', de la manière décrite précédemment. De préférence, les segments 250 et 252 sont positionnés selon une manière en côte à côte montrée à la figure 46 et sont orientés de préférence de façon à ce que le
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segment très abrasif imprégné 250, sur l'organe porteur 152' installé sur le corps d'un trépan 156' , précéderait le segment 252 sans matière très abrasive.
C'est-à-dire que le segment 250 serait le premier segment à entrer en prise avec la formation en cours de forage, suivi par le segment 252 lorsque le trépan est mis en rotation pendant le processus de forage. En orientant les segments suivant une telle orientation de précédent/suivant, du fluide de forage aura un meilleur accès à la surface de coupe du segment très abrasif imprégné 250 tout en procurant également un support d'appui au segment imprégné très abrasif 250. Comme avec les différents éléments coupants décrits et représentés ici, une pluralité de segments 250 et 252 peuvent être agencés suivant une variété de combinaisons et orientations et retenus dans un évidement 153' d'un organe porteur 152'.
En variante, le segment 252 sans matière très abrasive peut être muni de particules très abrasives ou abrasives, secondaires moins abrasives et moins résistantes à l'usure que la matière imprégnée très abrasive en particules des segments primaires 250 très abrasifs imprégnés.
Comme avec tous les éléments coupants à titre d'exemple, représentés dans les dessins, une grande variété de segments particulièrement façonnés, agencés selon une grande variété de combinaisons ou d'agencements, pour former différents éléments coupants stratifiés suivant la présente invention apparaîtront à présent à ceux qui sont expérimentés dans le métier.
Bien que la description précédente contient plusieurs descriptions précises, celles-ci ne devraient pas être interprétées comme limitant la portée de la présente invention mais purement comme procurant des illustrations de certaines des formes de réalisation présentement préférées. De même, d'autres formes de réalisation de l'invention, qui ne s'écartent pas de l'esprit ou de la portée de la présente invention, peuvent être imaginées. La portée de cette invention est en conséquence uniquement indiquée dans et limitée par les revendications annexées et par leurs équivalents légaux plutôt que par la description qui précède. Toutes additions, suppressions et modifications à l'invention telle que décrite ici et qui tombent dans la signification et la portée des revendications sont à englober dans celles-ci.