BE1019607A3 - Trepan rotatif. - Google Patents
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Abstract
Trépan rotatif, comprenant un corps (1) sensiblement de révolution, présentant, à sa périphérie (3), au moins une cavité (4) contenant un élément coupant (5), l'élément coupant présentant une face sensiblement plane qui est appliquée sur une paroi sensiblement plane (6) de la cavité.
Description
Trépan rotatif Domaine de l'invention L'invention se rapporte aux trépans rotatifs, spécialement aux trépans destinés au forage de puits dans des gisements de pétrole ou le carottage dans de tels gisements.
L'invention concerne plus particulièrement un trépan perfectionné comprenant un corps sensiblement de révolution qui comprend à sa périphérie, au moins une cavité contenant un élément coupant.
Etat de la technique
Des trépans rotatifs du type de celui défini plus haut sont couramment utilisés pour le forage de puits dans des gisements de pétrole ou de gaz. Dans les trépans connus de ce type, les éléments coupants sont généralement des cylindres, à surface transversale circulaire ou elliptique, qui sont partiellement enchâssés dans des cavités semi cylindriques réparties à la périphérie du corps du trépan (US-A-4 471 845).
Dans ces trépans connus, une partie substantielle de chacun des éléments coupants cylindriques doit être enfouie dans la cavité semi cylindrique correspondante pour réaliser un ancrage suffisant de cet élément coupant dans le corps du trépan. La partie des éléments coupants qui est ainsi enfouie dans les cavités du corps du trépan ne participe évidemment pas au forage, ce qui a un effet défavorable sur le coût de fabrication de l'outil de forage, sur son efficacité et sur sa durée de vie.
Résumé de l'invention L'invention vise à remédier aux inconvénients et désavantages des trépans connus.
L'invention a plus particulièrement pour objectif de fournir un trépan rotatif du type comprenant un corps de révolution et des éléments coupants qui sont logés dans des cavités ménagées à la périphérie du corps du trépan, ledit trépan étant conçu en sorte de réduire la partie des éléments coupants qui est enfouie dans les cavités, sans nuire à la solidité de l'ancrage des éléments coupants dans le corps du trépan.
Un autre objectif de l'invention est de fournir un trépan du type défini ci-dessus, dont l'efficacité et la durée de vie sont améliorées.
Un objectif supplémentaire de l'invention consiste à réduire le coût de fabrication des trépans rotatifs sans nuire à leur efficacité et à leur durée de vie.
En conséquence, l'invention concerne un trépan rotatif, comprenant un corps sensiblement de révolution, présentant, à sa périphérie, au moins une cavité contenant un élément coupant, ledit trépan se caractérisant en ce que la cavité comprend une paroi sensiblement plane et l'élément coupant présente une face sensiblement plane qui est appliquée sur la paroi plane de la cavité.
Description détaillée de l'invention
De manière connue en soi pour les trépans rotatifs connus, le corps du trépan selon l'invention est de révolution et il est destiné à être équipé d'éléments coupants conçus pour forer des puits, par exemple dans des gisement de pétrole ou de gaz. A cet effet, la partie postérieure du corps du trépan est normalement agencée pour pouvoir être fixée à un train de tiges couplé à un moteur.
La forme du corps du trépan selon l'invention n'est pas critique pour la définition de l'invention. Il peut être par exemple cylindrique ou conique ou comprendre une partie cylindrique et une partie conique ou tronconique.
Le corps du trépan selon l'invention comprend au moins une cavité creusée à sa périphérie. Ladite cavité a généralement un profil allongé et est disposée transversalement par rapport à l'axe de rotation du corps du trépan, sensiblement tangentiellement à la surface périphérique dudit corps. Des tuyères peuvent être prévues à travers la face frontale du corps du trépan, pour la projection d'un fluide de forage. Lesdites tuyères ne sont pas critiques pour la définition de 1'invention.
L'élément coupant peut être tout élément coupant communément utilisé dans les trépans rotatifs. Il peut notamment être un élément coupant PDC ou un élément coupant infiltré. Les éléments coupants PDC (abréviation de l'expression anglo-saxonne « Polycrystalline Diamond Compacts ») sont bien connus en technique de forage. Ils comprennent une pastille en diamant polycristallin sur un substrat en carbure de tungstène cémenté et ils sont habituellement obtenus en comprimant une poudre mixte de diamant et de cobalt sur le substrat en carbure de tungstène. Les éléments coupants infiltrés sont également bien connus en technique de forage et sont usuellement obtenus au départ d'une poudre de diamant et de carbure de tungstène, que l'on infiltre avec un liant métallique.
Dans le trépan selon l'invention, l'élément coupant est logé et ancré dans la cavité du corps du trépan. L'ancrage peut être obtenu par tout moyen adéquat. La brasure est préférée dans le cas où l'élément coupant est un élément PDC.
Selon l'invention, la cavité comprend une paroi plane et l'élément coupant présente une face plane, qui est appliquée contre la paroi plane de la cavité.
En général, le trépan selon l'invention comprend plusieurs cavités contenant des éléments coupants et ces cavités sont alors de préférence réparties uniformément à la périphérie du corps du trépan. Dans cette forme de réalisation de l'invention, toutes les cavités peuvent avoir une paroi plane comme défini plus haut, l'élément coupant qu'elles contiennent ayant alors une face plane qui est appliquée sur la paroi plane de la cavité. En variante, une partie seulement des cavités et des éléments coupants sont conformes à l'invention. Dans cette variante, on recommande qu'un nombre significatif des cavités et des éléments coupants soient conformes à l'invention. Ce nombre significatif peut par exemple être supérieur au tiers du nombre total des cavités. Il est de préférence au moins égal à 50 % (avantageusement 80 %) du nombre total de cavités. En pratique, on préfère que la totalité des cavités et des éléments coupants soit conforme à l'invention.
Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, la paroi plane de la cavité est sensiblement parallèle à l'axe de rotation du corps du trépan.
Dans une variante d'exécution préférée de la forme de réalisation préférée définie ci-dessus, la paroi plane de la cavité est sensiblement parallèle à l'axe de rotation du corps du trépan et elle est raccordée à la surface périphérique du corps en formant avec celle-ci un angle inférieur à 90 degrés. Par définition, l'angle caractérisant cette variante de l'invention est l'angle formé entre la paroi plane de la cavité et un plan tangent au corps du trépan le long de la ligne d'intersection de cette paroi plane avec la surface périphérique du corps du trépan. Dans cette variante préférée de l'invention, l'angle précité est normalement supérieur à 2 degrés (voire à 3 degrés) . Il est avantageusement au moins égal à 5 degrés (de préférence à 8 degrés). Il est souhaitable qu'il n'excède pas 45 degrés (de préférence 35 degrés). Normalement, l'angle optimum va dépendre de divers paramètres, tels que la forme et les dimensions du corps du trépan et le type d'éléments coupants sélectionné, et il doit être déterminé dans chaque cas particulier par l'homme du métier. En pratique, des angles de 10 à 45 degrés, (de préférence de 15 à 30 degrés) conviennent généralement bien dans la majorité des cas.
Dans la variante d'exécution préférée décrite plus haut, la section transversale de la cavité croît depuis la surface périphérique du corps du trépan vers la face postérieure de la cavité. Cette caractéristique constructive de la cavité procure deux avantages. D'unè part, elle assure un bon ancrage de l'élément coupant dans la cavité ; d'autre part, elle optimise l'efficacité de l'élément coupant.
Dans le trépan selon l'invention, le profil de la section transversale de la cavité n'est pas critique pour la définition de l'invention. On préfère cependant, selon l'invention, que la section transversale de la cavité soit sensiblement rectangulaire ou trapézoïdal. Une section transversale rectangulaire est préférée.
De manière similaire, le profil de la section transversale de l'élément coupant n'est pas critique pour la définition de l'invention. On préfère toutefois, selon l'invention, que la section transversale de l'élément coupant soit sensiblement semi elliptique ou, de préférence, semi-circulaire.
Le trépan rotatif selon l'invention trouve des applications pour le forage de tous types de puits pour diverses applications. Il est tout spécialement adapté au forage de puits profonds dans des gisements de pétrole ou de gaz ou pour le carottage dans de tels gisements.
Brève description des figures
Des particularités et détails de l'invention vont apparaître au cours de la description suivante des figures annexées.
La figure 1 est une vue en perspective d'un trépan rotatif de l'art antérieur ;
La figure 2 est une vue explosée en section transversale d'un élément coupant du trépan de la figure 1 ;
La figure 3 est une vue en perspective d'un trépan conforme à l'invention ;
La figure 4 montre le trépan de la figure 3, démunis des éléments coupants ;
La figure 5 montre une cavité du trépan de la figure 3 et son élément coupant, en section longitudinale axiale ; et
La figure 6 est une coupe selon le plan VI-VI de la figure 5.
Dans ces figures, des mêmes notations de référence désignent des éléments identiques.
Description détaillée d'un trépan de l'art antérieur
Les figures 1 et 2 montrent un trépan rotatif de l'art antérieur. Ce trépan connu comprend un corps sensiblement cylindrique 1 présentant une face frontale 2 et une surface périphérique 3. La face frontale 2 est pourvue, de manière usuelle, de tuyères (non représentées) destinées à projeter un fluide de forage. La face arrière 9 du corps 1 est agencée pour être fixée à un train de tiges, non représenté. A la figure 1, la flèche X désigne le sens de rotation du corps 1 pendant une utilisation normale du trépan.
Des cavités 4 sont ménagées à travers la surface périphérique 3. Les cavités 4 ont un profil semi cylindrique et elles sont positionnées de telle sorte que leur axe longitudinal soit sensiblement tangent à la surface périphérique 3 et sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation du corps 1. La surface périphérique longitudinale des cavités 4 a de la sorte un profil semi cylindrique.
Un élément coupant cylindrique 5 (par exemple en PDC) est logé et ancré dans chacune des cavités 4.
On observe à la figure 2, qu'une moitié de l'élément coupant 5 est enfouie à l'intérieur de la cavité semi-circulaire 4. Seule l'autre moitié de l'élément coupant déborde la surface périphérique 3 et est active lors de l'utilisation du trépan. La partie de l'élément coupant 5, qui se trouve enfouie dans la cavité 4 est inactive, ce qui constitue un inconvénient et nuit à l'efficacité du trépan.
Description détaillée d'un mode de réalisation préféré de l'invention
Les figures 3 à 6 montrent un trépan conforme à l'invention. Dans ce trépan les cavités 4 comprennent une paroi plane 6. Cette paroi plane 6 est sensiblement parallèle à l'axe de rotation du corps 1 du trépan et elle se raccorde à la surface périphérique 3 en formant avec celle-ci un angle approximativement égal à 25 degrés. Il s'ensuit que, perpendiculairement à la paroi 6, la section transversale de la cavité 4 est sensiblement rectangulaire et va croissant depuis la face frontale 7 de la cavité (sur la surface 3) jusqu'à la paroi postérieure 8 de celle-ci. Dans cette forme de réalisation du trépan, les expressions « face frontale » et « paroi postérieure » de la cavité 4 sont définies par rapport au sens de rotation X du corps 1 du trépan.
L'élément coupant 5 est semi cylindrique et présente dès lors une face longitudinale plane. Il est logé dans la cavité 4 de telle sorte que sa face longitudinale plane repose sur la paroi plane 6 de la cavité 4. La fixation de l'élément coupant 5 dans la cavité 4 peut être réalisée par tout moyen d'ancrage adéquat connu. L'élément coupant 5 èst avantageusement un élément PDC, brasé dans la cavité 4.
Claims (10)
1. Trépan rotatif, comprenant un corps sensiblement de révolution, présentant, à sa périphérie, au moins une cavité contenant un élément coupant, caractérisé en ce que la cavité (4) comprend une paroi sensiblement plane (6) et l'élément coupant (5) présente une face sensiblement plane qui est appliquée sur la paroi plane de la cavité.
2. Trépan selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi plane (6) susdite de la cavité (4) est sensiblement parallèle à l'axe de rotation du corps (1) .
3. Trépan selon la revendication 2, caractérisé en ce que la paroi plane (6) de la cavité (4) est raccordée à la surface périphérique (3) du corps (1), en formant avec celle-ci un angle inférieur à 90 degrés.
4. Trépan selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'angle susdit est de 10 à 45 degrés.
5. Trépan selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la section transversale de la cavité (4) est sensiblement rectangulaire.
6. Trépan selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la section transversale de l'élément coupant (5) est sensiblement semi-circulaire ou semi elliptique.
7. Trépan selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'élément coupant (5) est un élément PDC.
8. Trépan selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le corps (1) du trépan est cylindrique.
9. Trépan selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la face frontale (2) du corps (1) du trépan comprend des tuyères pour la projection d'un fluide de forage.
10. Trépan selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, pour le forage de puits dans des gisements de pétrole ou de gaz ou le carottage dans de tells gisements.
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