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"Perfectionnements aux sondes pour le forage des puits"
Dans les sondes à rouleaux pour le forage des puits fabriquées jusqu'à présent les couteaux montés sur des rouleaux sont habituellement formés en une seule pièce.
De tels couteaux sont efficaces lorsqu'on travaille dans des couches rocheuses.Mais lorsqu'on pratique des forages dans de la craie, dans de l'argile, dans de la chaux, dans les schi&es ou dans des couches dures semblables qui nn n'émiotiont pas main doivont être paroles par un angle coupant et doivent être littéralement perforées et arrachées de leur état primitif, ces oouteaux sont peu
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efficaces.
Les substances qui viennent d'être mentionnées mé- langées avec l'eau constituent une masse pâteuse molle qui forme des agglomérations à l'extrémité de la tête de la sonde. Cela a pour résultat de bloquer la sonde dans le puits, de sorte qu'elle ne peut en être retirée, ce qui conduit à la. perte du puits. Il arrive également fréquemment que la masse pâteuse immobilise les couteaux rouleaux et les pion de tourner Par suite, Il% portent à plat et ne peuvent pas pénétrer dans la couche.
La présente invention a pour but la construction d'une sonde pouvant travailler efficacement aussi bien dans des couches molles que dans des couches dures tel- les que des rochers. Elle a également pour objet une forme perfectionnée de supports pour les couteaux qui facilite le remplacement de ces derniers et empêche la tête de la sonde d'être usée par les couteaux.
Un autre objet de la présente invention consiste dansée mode de construction des couteaux et la manière de les placer dans la sonde qui permet de les nettoyer parvl'eau ainsi que d'obtenir qu'ils se nettoient automa- tiquement mutuellement.
On prévoit également des moyens sur la tête de la sonce destinée à limiter la pénétration des rouleaux por- te-couteaux ainsi que pour diminuer le poids qu'exerce sur ces couteaux l'appareil de forage. On remplace les forêts ordinaires en une pièce par des ensembles consti- tués par des couteaux et des séparateurs de plus faibles dimensions qui permettent le passage du liquide destiné nettoyer ces ensembles d'organes, ce qui les empêche d'être immobilisée.
Sur les dessins annexés:
La figure 1 montre en élévation la tête de la son- de d'une construction préférée avec.les couteaux en place.
La figure 3 est une vue en bout et à plus grande
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éohelle de la sonde de' la figure 1, les couteaux prin cipaux tronconiques et plusieurs autres couteaux étant enlevée.
La figure 3 est.une coupe verticale faite par la ligne 3-3 de la figure 8,les couteaux en place.
La figure 4 est une vue en perspective d'un des rouleaux de support démonté.
La figure 5 est une vue en bout de la tête de la sonde, qui montre une forme modifiée de construction d'a- près l'invention.
La figure 6 est une vue en coupe longitudinale fai- te par l'axe d'une paire de couteaux représentée figure
5, les axes des rouleaux étant disposés dans des plans qui s'entrecoupent lorsque les périphéries des rouleaux se rapprochent.
La tête de la sonde 1 est munie d'un orifice 2 par lequel passe le liquide destiné à nettoyerrles couteaux, pendant l'opération, et qui sert élgalement à faire remon- ter les matières découpées vers le haut dans le toua de la sonder au niveau de la terre.
; La sonde représentée sur les figures de 1 à 4, vue en bout, a une forme de croix, domine on le voit sur la' figure 2. Au centre de l'extrémité inférieure de la tête de la-4,:'Bonde 1 se trouve une cavité allongée 3 munie d'une pièce transversale 4, qui relie les parois 5 et 6.'La pièce 4 et les parois 5 et 6 sont muniss de trous hori- zontaux dans lesquels est placé un arbre cylindrique.7.
Un certain nombre de couteaux 6 peut tourner autour de cet arbre 7. L'arbre 7 est empêché de se déplacer longitu- dinalement à l'aide d'une vis de réglage eu d'un des cou- teaux 9 qui pénètre dans une entaille ménagée dans une des extrémités de cet arbre, comme on le.voit sur la fig. 1.
On voit sur la figure 2 que la tête de là sonde 1 dépasse considérablement des deux côtés de' la cavité 3.
Ces projections sont découpées à leur partie inférieure de manière à former deux cavités 10 et 10',
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Etant donné qu'il y a deux cavités semblables 10 et 10' ainsi que les rouleaux qui supportent les couteaux et qui sont placés dans ces cavités, on n'a représenté que la cavité 10 et le support du couteau placé dans cet- te cavité.
Sur les figures 3 et 3 la paroi inclinée extérieure- @ent 11 de la cavité 10 est munie d'une entaillerela- tivement large. Cette entaille ont ouverte h mon extrémi- té inférieure 13. Son extrémité fermée supériedre
14 a une forme seni-circulaire.Un orifice circulaire
15 est pratiqué dans le haut de l'entaille 12 dans la pasoi extérieure 11 de la cavité 10. L'orifice 15 est placé excentriquement par rapport à l'extrémité semi- circulaire 14'de l'entaille 12.
La paroi inclinée intérieure 16 de la cavité 10 (voir figures 1 et 3) est munie d'une entaille"I7 sem- blable à l'entaille 12 pratiquée dans la paroi extérieu- re ,mais plus petite que cette entaille. L'extrémité inférieure 18 de l'entaille 17 est ouverte et son extré- mité supérieure 19 est fermée et a la forme d'une demi- circonférence. A l'extrémité supérieure de l'entaille
17 ee trouve un orifice circulaire 20 placé excéntrique- ment par rapport à l'extrémité fermée 10. L'orifice 20 est placé en alignement direct avec l'orifice 15 prati- qué dans le fond de l'entaille 12. Dans les entailles
12 et 17 sont placés les rouleaux de support pour les couteaux en trois pièces représentés sur les figures
3 et 4.
L'ensemble oomprend un organe de support inté- rieur 2b, un organe de support extérieur 22 et une tige cylindrique 23. L'organe intérieur 21 est cylindrique sur toute la longueur , à l'exception de la partie qui se trouve près de son extrémité, et qui porte un rebord annulaire 24 ayant une faoe inclinée 25. L'organe de support intérieur 21 est percé d'un trou longitudinal circulaire 26 placé excentriquement par rapport à la section circulaire de l'organe . L'organe de support ex-
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térieur 22 a une forme générale cylindrique.
Toutefois, sont extrémité extérieure est munie d'un renforcement annulaire cylindrique 27., L:b6rgane de support 22 est muni d'un trou circulaire.26 qui, aussi bien que le trou 26 pratiqué dans l'organe 21, est placé excentrique- ment par rapport à la section circulaire de l'organe.
Sur la figure 3, lorsque les organes de support 21 et 22 sont en place dans la tête 1, les trous 26 et 28 pratiqués dans les organes 21 et 22 se trouvent en alignement direct , ceoqui permet de placer à l'intérieur de ces organes la broche 23. La partie intérieure cylin- drique 29 de l'organe de support 21 et la partie carres-- pondante 30 de .l'organe de support 22 sont reliées de ma- nière à former une surface portante cylindrique sensible- ment continue, d'un diamètre uniforme.
Lorsque les supports des couteaux sont en place dans la tête de la sonde, le renforcement annulaire 27 de l'organe de support 22 est placé dans l'extrémité supérieure fermée de l'entaille extérieure 12 pratiquée dans la cavité 10. On suppose que les organes sont as- semblés avec un- certain serrage et que par suite les rayons de la partie renforcée 27 de l'organe 22 et celui de l'extrémité semi-circulaire de l'entaille 12 sont pra- tiquement les mêmes. Afin de mettre en place rapidement la partie renforcée, les bords de l'entaille 12 sont sen- siblement parallèles et l'entaille a une largeur appro- ximativement égale au diamètre de la partie renforcée 27.
Le rapport entre l'extrémité intérieure 31 de l'or- gane de support 21 et l'entaille intérieure 17 de la ca- vité 10 est le même. La seule différence consiste dans les dimensions des orgares.
Avant d'insérer les organes 21,22 dans la tête 1, on assemble ces organes de manière à former un ensemble avec les rouleaux et les couteaux 32, 33 et 34, le nom-
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bre de rouleaux et de couteaux pouvant être quelconque..
La partie 29 de l'organe de support 21 est tout d'abord insérée par l'ouverture circulaire conique 35 dans le centre du rouleau 32 jusqu'à ce que la partie inclinée
25 de l'organe 21 et la paroi tronconique de l'ouverture
35 viennent en contact. Le rouleau 32 est, de dette maniè- re, placé à une certaine distance de l'extrémité intérieu- re 31 de l'organe 21 et ne peut sortir de lui-même. Le couteau 33 est ensuite placé sur la partie 29 de l'orga- ne 31. La partie 30 de l'organe de support 22 étant introduite par l'ouverture annulaire habituelle du rou- leau 34, du côté droit du rouleau, jusqu'à ce que le renforcement 27 de celui-ci vienne en prise avec l'en- taille annulaire 36 pratiquée dans la surface extérieure du couteau 34.
La partie qui dépasse de la partie 30 de l'organe de support 22 et qui se trouve à gauche du couteau 34 est ensuite insérée dans l'ouverture ciroulai- re du couteau 33 jusqu'à ce qu'elle arrive jusqu'à l'or- gane de support 21 (figure 3). Ces organes, c'est-à-dire les rouleaux et les oouteaux Binai quele support en deux pièces, ayant été assemblée de manière à former un tout, peuvent être placés dans la tête 1, en plaçant l'extrémi- té 31 de l'organe de support 21 et le renforcement 27 de l'organe de support 22 respectivement dans les entailles 17 et 12 de la cavité 10 et en enfonçant ces organes vers le.haut jusqu'à ce que les extrémités des organes de sup- port arrivent dans les bouts supérieurs fermés des en- tailles.
Ces organes sont fixés dans cette position par la tige 23 qu'on glisse dans l'ouverture 16'de la tête de la sonde 1 et par les ouvertures 26 et 28 des organes de support, jusqu'à ce que l'extrémité intérieure de la tige pénètre dans l'entaille 20 pratiquée dans la paroi intérieure de la cavité du rouleau. La tige 23 peut être maintenue en place par une vis de réglagb 36 qui traver- se une ouverture appropriée pratiquée dans la tête de
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la sonde {-voir figure 1).
Afin de pouvoir rapidement déplacer la tige 23 pour démonter l'ensemble des rou- leaux, on a prévu un trou 39 qui relie l'entaille 20 dans la paroi intérieure de/La oavité du couteau, avec la cavité du couteau 3 sur un côté de la pièce 4 qui forme support (voir figures 2 et 3).
Sur la figure 3, le bord 24 est placé de telle ma- nière sur l'organe de support 21, et le conformément annulaire 27 de l'organe de support 22 a une épaisseur telle que le rouleau 32 ev le couteau 34 sont mainte- nus en dehors de contact avec les parois intérieure et extérieure 11 et 16 de la cavité du couteau 10.
Cela supprime la néoessité de placer des rondelles entre ces organes et supprime l'usure des rouleaux sur les surfaces de la tête de la eonde 1, Le rou- leau 32 et les couteaux 33 et 34 tournent librement autour des organes de support 21 et 22 , lorsque la tête de la sonde 1 tourne pendant l'opération de fo- rage. Toutefois, il est désirable d'empêcher toute rotationdes organes de support 21 et 22. Dans ce but, on a situé les ouvertures 26 et 28 pratiquées dans ces organes, de telle manière que, lorsque la tige 23 est mise en place, elle se trouve située exoentri- quement par rapport aux extrémités supérieures semi- circulaires des entailles 12 et 17 (figure 3).
Par exemple, la tige 23, dans la construction représentée, se trouve plus près de la partie supérieure de ces extrémités semi-ciroulaires des entaillas que'des bords de celles-ci. Avec cette disposition,lorsque les couteaux tournent, toute tendance à la rotation des organes de support 21 et 22, due au frottement entre ces organes et les couteaux, est supprimée par le fait que les organes de support sont reliés par
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les tiges 23 aux extrémités semi-circulaires des en- tailles 12 et 17.
Il est olair que les rouleaux, les couteaux et leurs supports peuvent être placés aisément dans la tête de la sonde ou peuvent en être retirés comme un tout pour effectuer les réparations ou dans un autre but quel conque.
Sur la figure 3, les couteaux à rouleaux 33 et 34 sont du type tronconique et portent des dents/sur leur périphérie. Dans la cavité 10' est placée une paire de couteaux tronoontques dentés 40 et 41 . Entre ces cou- teaux est placé un rouleau ou un organe annulaire 42 qui sert pour séparer ces couteaux. Cet organe 42 por- te un trou central annulaire habituel et est monté sur le rouleau de supportée manière à pouvoir librement tourner. Le rouleau 42 n'est pas denté et sa surface est laissée lisse. Cet organe est plus petit que les couteaux à rouleaux 40 et 41 placés sur le même support.
Dans la cavité 10 se trouve de même un rouleau 32 non denté. Toutefois, ce rouleau a une forme tronconique de manière à,former un bord circulaire aiguisé 43.
Les rouleaux 32 et 42 qui peuvent être placés chacun entre ou à l'extrémité de plusieurs couteaux den- tés servent à des buts différents et sont nécessaires pour permettre aux sondes à couteaux dentés à rouleaux de fonctionner aveo succès dane des couches molles. Les rouleaux 32 et 42, grâce à leur forme et leurs faibles dimensions par rapport aux couteaux dentés, forment des passages dans l'ensemble coupant pour le fluide à par- tir du passage 2, ce qui permet de laver les couteaux
Pour en séparer la matière adhérente.
La forme du bord du rouleau ou de la rondelle 32 qui forme couteau sert couper ou à percer l'extrémité inférieure du trou de forage. Les rondelles des rouleaux séparateurs 32 et 42 limitent également la profondeur.
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(le-pénétration des couteaux dentés sous l'action du poids de la tige de la sonde. Elle roule également sur une couche qui doit être perforée et porte la plus gran- de partie de la charge imposée à la sonde, Au point de vue de leur action comme séparateurs, ces rouleaux à périphérie lisse 32 et 42 réduisent le frottement de l'ensemble des couteaux en diminuant la ligne et la surface de contact de chaque section de couteaux qui por- te sur le support, ce qui fait tourner plus lentement les sections des couteaux autour de leur axe, lorsque la tête de la sonde tourne dans le fond du trou.
Ces rou- leaux séparateurs réduisent également l'aire de la surfa- ce des couteaux placés en face et venant en contact avec le fond du trou de forage, ce qui permet la pénétration de la oouoho par lea actions dontées, nous 1 'action de la charge, sans craindre l'immobilisation ou le glisse- ,ment de ces couteaux, comme c'est le cas lorsque le cou- teau est formé en une seule pièce.
Il n'est pas nécessaire de donner à l'ensemble des couteaux qui viennent d'être décrits une forme géo- métrique telle qu'ils produisent un mouvement de rota- tion exact. On peut apporter dans cette construction des modifications qui ajoutent au mouvement de rotation un léger mouvement de glissement des bords en contact avec les couches à percer ou une légère inclinaison de ces bords, ce qui augmente l'efficacité de perforation.
Une forme modifiée de la présente invention correspon- dant à ces perfectionnements est représentée sur les figures 6 et 6. Cette forme représente un mode de oons- truction et de disposition des organes dans lesquels deux ou plusieurs couteaux sont placés l'un à côté de l'autre dans la tête de la sonde.
Sur les figures 5 et 6 la tête de la sonde 1 est munie d'une cavité centrale 3 dans laquelle est placé
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un certain nombre de couteaux dentés à rouleaux 8 sem- blables à ceux représentés sur les figures de 1 à 4.
Ces couteaux circulaires 8 peuvent être utilisés à vo- lonté dans chaque forme de construction, d'après la présente invention, mais peuvent également être suppri- més. Sur la figure 5 qui est une vue par en-dessous de la tête de la sonde 1 avec les couteaux en place, la tête de la sonde est agrandie sur chaque côté, de ma- nière à former deux cavités 50 et 50'pour les couteaux principaux. Etant donné que les cavités 50 et 50', ainsi.,que les supports et les couteasocoplacés dans ces cavités sont semblables , avec cette seule différence qu'ils sont renversés, on ne décrira que la cavité 60 et les organes placés dans cette cavité.
Dans la cavité 50 sont placés deux ensembles de couteaux tronooniques . Sur la figure 6, chaque ensem- ble de couteaux est monté dans la cavité-60 sur un support d'une construction sensiblement pareille à celle des figures 1 à 4, Ces supports comprennent les mêmes trois oxganes, à savoir l'organe de support 21, l'organe de support 22 et la tige 23. De même, ces or- ganes sont montés dans la cavité 50 de la même manière que les organes de support des constructions représen- tées sur les figures de 1 à 4.
Chacun des ensembles de couteaux placés dans les cavités 50 et 50' comprend un couteau à rouleaux 51 d'une forme sensiblement tronoonique, la périphérie de ce couteau étant munie de dents, et un rouleau tron- conique 52 de dimensions plus faibles et dont la péri- phérie est lisse. Les rouleaux 52 servent de sépara- teurs pour les couteaux dentés 51 et les maintiennent en place par rapport aux autres couteaux semblables, ainsi que par rapport/aux organes de support à rou- leaux. Chacun des ensembles de couteaux composé par un
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rouleau 52 et un oonteau denté 51 est destiné à rempla- cer un couteau ordinaire tronconique en une pièce.
Les rouleaux à Surface lisse 52 ont des dimensions plus fai- bles que la section correspondante du cône décrit par les bords extérieurs des dents du rouleau denté 51.
Les tiges de support 23, 23 pour les ensembles de couteaux adjacents sont montées dans la cavité 50 qui a une forme telle que, si on prolongeait les axes des ti- ges 23, elles se rencontreraient. De cette manière, les périphéries ou les surfaces actives des ensembles de couteaux voisins se trouvent dans une position telle, les uns par rapport aux autres qu'ils sont nettoyés les unespar les autres. Un d'autres termes, les couteaux dentés 51, 51 ontbune forme telle et sont placés d'une façon telle , par rapport aux corps lisses, qu'ils sont li- mités l'un par l'autre.
On voit sur la figure 6 en 53 qu'on a laissé une distance suffisante entre les organes pour leur permettre de fonctionner librement. Pendant le fonctionnement de la sonde, les parties dentées des ensembles des couteaux voisins ont une pénétration limitée, les rouleaux lisses supportant la charge de la sonde et les parties dentées étant suffisamment minces pour ne pas mordre une quantité de matières qui pourraient les'bloquer et les empêcher de tourner.
Avec cette disposition, l'aire des surfaces cou- pantes placées en face du fond du trou de forage est ré- duite pratiquement à la moitié de la surface correspondante dans le cas de couteaux ordinaires tronconiques en une pièce, Les rouleaux 52,52 servent de séparatours pour les couteaux et limitent la profondeur de la pénétration des couteaux en agissant comme butées. Ils roulent sur le fond du trou de forage lorsque les parties dentées des couteaux ont pénétré entièrement dans la couche à perforer, en
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supportant ainsi la charge imposée à la tête de la son- de. Cela libère les couteaux dentés 51 d'une grande partie de la charge et quelquefois de toute la charge de la tête de la sonde. Ainsi libérés, les couteaux
61 peuvent tourner plus librement autour de leur axe.
Les fonctions des rouleaux 32 et 42 de la construc- tion des figures 1 à 4 ettcelles des rouleaux 52, 52 de la construction modifiée des figures 5 et 6 sont absolument les mêmes, et plus particulièrement en ce qu'ils servent toujours à supporter une partie de la charge de l'appareil de forage, ce qui supprime le frottement entre les couteaux dentée et leur* supports, frottement qui empêche de tourner les couteaux en une pièce, les fait porter à plat , provoque leur usure et les rend incapables de perforer la conche.
La construction des supports des couteaux oom- prennent les organes 21, 22 et la tige 23, supprime l'usure des couteaux par la tête dela sonde grâce aux borde 24 et 27 formés sur les organes de support 21 et 22 et qui supportent la pression latérale exer- oée sur les couteaux. La constuction/des supports des oouteaux, d'après l'invention, permet également d'enlever une quantité considérable de métal de la tê- te de la sonde 1 dans le voisinage de l'extrémité inté- rieure du support, ce qui donne un espace supplémentaire pour la circulation du fluide qui sert au nettoyage.
Cela présente un avantage pratique considérable lors des forages dans des couches dites molles.
Lorsqu'on emploie des rondelles entre les couteaux et les parois intérieures des cavités dans lesquelles sont placés ces couteaux , ces rondelles ont nécessaire- ment un diamètre plus grand que celui des supports des couteaux. Il étarchsinsi nécessaire , afin de maintenir ces rondelles, d'avoir une surface suffisante sur la tête de la sonde.Une telle surface de support snpplé-
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mentaire occupait dans les dispositifs connus jusqu'à présente l'espace qui pourrait autrement être utilisé pour la circulation du fluide.