CA1219577A - Outil de forage rotatif muni d'un dispositif de percussion - Google Patents
Outil de forage rotatif muni d'un dispositif de percussionInfo
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Abstract
Outil de forage rotatif muni d'un dispositif de percussion comprenant une tuyère à conduit annulaire cylindrique et conduit annulaire divergent, suivie de deux chemins d'écoulement, l'un central, l'autre périphérique, parcourus alternativement par la boue de forage pour déplacer une masse de percussion dans un sens ou dans l'autre. L'outil de forage est caractérisé en ce que la surface conique externe du conduit divergent se raccorde à la surface cylindrique externe du conduit cylindrique par un décrochement raidal, ce qui rend instable l'écoulement périphérique.
Description
l~9SS77 L'invention concerne un outil de forage rotatif dont la vitesse de pénétration dans un terrain dur est améliorée par l'adjonction d'un dispositif de percussion.
Un tel outil, faisant application de l'effet Coanda, a déja été proposé dans la demande de brevet fran-çais 77.24268 déposée le 5 Août 1977 pour Outil de forage rotatif équipé d'un dispositif de percussion et publiée sous le N 2 399 530.
La présente invention a pour objet un outil de ce genre dans lequel une particularité de réalisation permet une simplification considérable du dispositif de percussion.
L'invention a ainsi pour objet un outil de forage rotatif auquel est adjoint un dispositif de percussion com-portant: une tuyère annulaire qui comporte d'amont en aval:
une gorge annulaire dlentrée en communication avec un passage amont d'arrivee de boue de forage, un conduit annulaire cylindrique faisant suite a cette gorge annulaire et compris entre une surface cylindrique interne et une surface cylin-drique externe, et un conduit annulaire divergent faisant suite a ce conduit annulaire cylindrique et compris entre une ~urface conique convergente interne et une.surface coni-que divergente externe: une piece creuse a portion amon-t de forme conique divergente faisant saillie dans ledit conduit annulaire divergent et divisant celui-ci en un chemin d'écou-lement central et en un chemin d'écoulement périphérique eta portion aval de forme cylindrique; une masse de percussion disposée dans ladite portion aval de forme cylindrique et formant piston dans celle-ci; une butée susceptible d'arrêter vers l'aval cette masse de percussion, le chemin d'ecoulement central se trouvant au moins partiellement fermé lorsque la masse de percussion atteint cette butée, caractérisé en ce que ladite surface conique divergente externe présente à son extrémité amont un diametre plus grand que le diametre de ladite surface cylindrique externe, de sorte que cette surface .. ~
~L2195~77 cylindrique externe se raccorcle a cette surface conique divergente externe par un decrochement radial, ce qui rend instable l'écouIement de boue de forage dans ledit chemin d'ecoulement peripherique et tend à ramener automatiquement la boue de forage dans ledit chemin d'ecoulement central.
La difference de diame-tres indiquee ci-dessus, d'ou resulte ledit decrochement radial, est de preference supérieure a 2 mm.
On va décrire, à titre non limitatif, un exemple de realisation de cet outil de forage en se referant a la figure ci-~ointe.
Dans cette figure, on a represente une coupe axiale de la partie active d'un outil de ~orage 1.
Cet outil de forage 1, qui est entralne en rota-tion par un moyen quelconque, par exemple un train de tiges,ou une turbine, non representes ici, presente extérieure-ment, à sa partie inferieure, des elements coupants 2 dis-posés en gradins. L'intérieur creux de cet outil 1 sert de logement à un dispositif de percussion dont on va decrire les divers elements. L'outil peut aussi être un outil clas-sique tel qu'un tricône sur lequel on visse un dispositif de percussion.
Une tuyère 3 est delimitee entre une pièce interne pleine 4 disposee au centre et des pièces annulaires 5 et 6 entourant la pièce 4. La piece interne pleine 4 est portee par un disque epais 7, dispose à l'amont, dont on ne voit ici qu'une portion et dans lequel est menage au moins un passage 8 d'arrivee de boue de forage. Entre les pièces 4 et 5 sont formes une gorge annulaire d~entree 9 dans laquelle debouche le passage 8, et un conduit annulaire cylindrique 10, compris entre une surface cylindrique interne 11 apparte-nant a la pièce 4 et une surface cylindrique externe 12 appartenant à la pièce 5, qui s'etend de la gorge 9 à un con-duit annulaire divergent 13. Ce conduit annulaire divergent ~2~9S~7 13 est compris entre une surface conique convergente interne 14 appar-tenant a la piece 4 et une surface conique divergente externe 15 appartenant a la piece 6.
La piece 6 présente en aval de la surface diver-gente 15 une surface cylindrique 16. A l'intérieur de lapièce 6, on a disposé une piece creuse 17 dont une portion amont 18 a une forme conique divergen-te parallele a la sur-face 15, tandis que la portion aval 19 a une forme cylindri-que, la transition entre les portions 18 et 19 s'effectuant sensiblement au même niveau que la transition entre les surfaces 15 et 16.
La portion amont 18 fait saillie dans le conduit 13 et délimite un chemin d'écoulement central 20 situé a l'intérieur de la piece 17 et un chemin d'écoulement péri-phérique 21 compris entre la piece 17 et les surfaces 15 et 16 de la piece 6. La piace 17 est portée par une piece 22 qui se prolonge vers l'aval et dans laquelle on a ménagé des orifices 23 qui permettent au chemin d'écoulement péripheri-que 21 de rejoindre le chemin d'écoulement central 20 en aval d'une butée 24 formee par un épaulement de la piece 22.
Dans le chemin d'écoulement central 20, on a installé une masse de percussion 25 qui peut coulisser avec un jeu important à l'intérieur de la portion 19 de la piece creuse 17 en étant guldée par une tige 26 qui glisse sur la surface cylindrique interne d'une bague 27 portee par une entretoise ajourée 28 montee sur la piece 22. Le diametre extérieur de la masse de percussion 25 est superieur au diametre interne de la butée 24. Un ressor-t de compression 29 est insére entre la masse de percussion et l'entretoise 28.
La surface conique divergente externe 15 presente a son extrémite amont 30 un diametre plus grand, par exemple de 4 mm environ, que celui de la surface cylindrique externe 12, de sorte que ces deux surfaces ne sont pas dans le pro-~;2195'77 longement l'une de l'autre et qu'elles se raccordent l'uneà l'autre par un petit décrochement 31 constitué par une surface radiale de la pièce 5. Ce petit décrochemen-t 31 rend instable l'écoulement de boue de forage dans le chemin d'écoulement peripherique 21 selon les flèches 32 tandis que le chemin d'écoulement central 20, béneficiant de l'effet Coanda le long de la surface conique 14, est le chemin d'écoulement normal de la boue de forage dans lequel celle-ci se trouve automatiquemen-t ramenée selon les flèches 33 des qu'il n'existe plus a l'entrée de ce chemin d'écoulement central 20 une surpression contraignant la boue de forage a suivre les fleches 32 et a s'ecouler dans le chemin d'ecou-lement peripherique 21.
Une telle surpression est créée par l'arrivee de la masse de percussion 25 sur la butee 24, ce qui bouche au moins partiellement le chemin d'ecoulement central 20. Le passage de la boue de forage dans le chemin d'ecoulement périphérique 21, puis dans les orifices 23, établit une pression fluide en aval de la masse de percussion 25, faisant remonter cet-te masse et ouvrant à nouveau le chemin d'écoule-ment central 20, ce qui ramène l'écoulement de boue de forage dans ce chemin d'écoulement central. La masse de percussion 25 redescend alors et vient frapper la butée 24, et le cycle recommence. Le ressort 29 aide la remontée de la masse de percussion 25, mais il n'est pas toujours nécessaire.
L'examen de la figure permet de se rendre compte de la simplicité de la réalisation représentée à laquelle on peut toutefois apporter de nombreuses modifications sans sortir du cadre de l'invention.
Un tel outil, faisant application de l'effet Coanda, a déja été proposé dans la demande de brevet fran-çais 77.24268 déposée le 5 Août 1977 pour Outil de forage rotatif équipé d'un dispositif de percussion et publiée sous le N 2 399 530.
La présente invention a pour objet un outil de ce genre dans lequel une particularité de réalisation permet une simplification considérable du dispositif de percussion.
L'invention a ainsi pour objet un outil de forage rotatif auquel est adjoint un dispositif de percussion com-portant: une tuyère annulaire qui comporte d'amont en aval:
une gorge annulaire dlentrée en communication avec un passage amont d'arrivee de boue de forage, un conduit annulaire cylindrique faisant suite a cette gorge annulaire et compris entre une surface cylindrique interne et une surface cylin-drique externe, et un conduit annulaire divergent faisant suite a ce conduit annulaire cylindrique et compris entre une ~urface conique convergente interne et une.surface coni-que divergente externe: une piece creuse a portion amon-t de forme conique divergente faisant saillie dans ledit conduit annulaire divergent et divisant celui-ci en un chemin d'écou-lement central et en un chemin d'écoulement périphérique eta portion aval de forme cylindrique; une masse de percussion disposée dans ladite portion aval de forme cylindrique et formant piston dans celle-ci; une butée susceptible d'arrêter vers l'aval cette masse de percussion, le chemin d'ecoulement central se trouvant au moins partiellement fermé lorsque la masse de percussion atteint cette butée, caractérisé en ce que ladite surface conique divergente externe présente à son extrémité amont un diametre plus grand que le diametre de ladite surface cylindrique externe, de sorte que cette surface .. ~
~L2195~77 cylindrique externe se raccorcle a cette surface conique divergente externe par un decrochement radial, ce qui rend instable l'écouIement de boue de forage dans ledit chemin d'ecoulement peripherique et tend à ramener automatiquement la boue de forage dans ledit chemin d'ecoulement central.
La difference de diame-tres indiquee ci-dessus, d'ou resulte ledit decrochement radial, est de preference supérieure a 2 mm.
On va décrire, à titre non limitatif, un exemple de realisation de cet outil de forage en se referant a la figure ci-~ointe.
Dans cette figure, on a represente une coupe axiale de la partie active d'un outil de ~orage 1.
Cet outil de forage 1, qui est entralne en rota-tion par un moyen quelconque, par exemple un train de tiges,ou une turbine, non representes ici, presente extérieure-ment, à sa partie inferieure, des elements coupants 2 dis-posés en gradins. L'intérieur creux de cet outil 1 sert de logement à un dispositif de percussion dont on va decrire les divers elements. L'outil peut aussi être un outil clas-sique tel qu'un tricône sur lequel on visse un dispositif de percussion.
Une tuyère 3 est delimitee entre une pièce interne pleine 4 disposee au centre et des pièces annulaires 5 et 6 entourant la pièce 4. La piece interne pleine 4 est portee par un disque epais 7, dispose à l'amont, dont on ne voit ici qu'une portion et dans lequel est menage au moins un passage 8 d'arrivee de boue de forage. Entre les pièces 4 et 5 sont formes une gorge annulaire d~entree 9 dans laquelle debouche le passage 8, et un conduit annulaire cylindrique 10, compris entre une surface cylindrique interne 11 apparte-nant a la pièce 4 et une surface cylindrique externe 12 appartenant à la pièce 5, qui s'etend de la gorge 9 à un con-duit annulaire divergent 13. Ce conduit annulaire divergent ~2~9S~7 13 est compris entre une surface conique convergente interne 14 appar-tenant a la piece 4 et une surface conique divergente externe 15 appartenant a la piece 6.
La piece 6 présente en aval de la surface diver-gente 15 une surface cylindrique 16. A l'intérieur de lapièce 6, on a disposé une piece creuse 17 dont une portion amont 18 a une forme conique divergen-te parallele a la sur-face 15, tandis que la portion aval 19 a une forme cylindri-que, la transition entre les portions 18 et 19 s'effectuant sensiblement au même niveau que la transition entre les surfaces 15 et 16.
La portion amont 18 fait saillie dans le conduit 13 et délimite un chemin d'écoulement central 20 situé a l'intérieur de la piece 17 et un chemin d'écoulement péri-phérique 21 compris entre la piece 17 et les surfaces 15 et 16 de la piece 6. La piace 17 est portée par une piece 22 qui se prolonge vers l'aval et dans laquelle on a ménagé des orifices 23 qui permettent au chemin d'écoulement péripheri-que 21 de rejoindre le chemin d'écoulement central 20 en aval d'une butée 24 formee par un épaulement de la piece 22.
Dans le chemin d'écoulement central 20, on a installé une masse de percussion 25 qui peut coulisser avec un jeu important à l'intérieur de la portion 19 de la piece creuse 17 en étant guldée par une tige 26 qui glisse sur la surface cylindrique interne d'une bague 27 portee par une entretoise ajourée 28 montee sur la piece 22. Le diametre extérieur de la masse de percussion 25 est superieur au diametre interne de la butée 24. Un ressor-t de compression 29 est insére entre la masse de percussion et l'entretoise 28.
La surface conique divergente externe 15 presente a son extrémite amont 30 un diametre plus grand, par exemple de 4 mm environ, que celui de la surface cylindrique externe 12, de sorte que ces deux surfaces ne sont pas dans le pro-~;2195'77 longement l'une de l'autre et qu'elles se raccordent l'uneà l'autre par un petit décrochement 31 constitué par une surface radiale de la pièce 5. Ce petit décrochemen-t 31 rend instable l'écoulement de boue de forage dans le chemin d'écoulement peripherique 21 selon les flèches 32 tandis que le chemin d'écoulement central 20, béneficiant de l'effet Coanda le long de la surface conique 14, est le chemin d'écoulement normal de la boue de forage dans lequel celle-ci se trouve automatiquemen-t ramenée selon les flèches 33 des qu'il n'existe plus a l'entrée de ce chemin d'écoulement central 20 une surpression contraignant la boue de forage a suivre les fleches 32 et a s'ecouler dans le chemin d'ecou-lement peripherique 21.
Une telle surpression est créée par l'arrivee de la masse de percussion 25 sur la butee 24, ce qui bouche au moins partiellement le chemin d'ecoulement central 20. Le passage de la boue de forage dans le chemin d'ecoulement périphérique 21, puis dans les orifices 23, établit une pression fluide en aval de la masse de percussion 25, faisant remonter cet-te masse et ouvrant à nouveau le chemin d'écoule-ment central 20, ce qui ramène l'écoulement de boue de forage dans ce chemin d'écoulement central. La masse de percussion 25 redescend alors et vient frapper la butée 24, et le cycle recommence. Le ressort 29 aide la remontée de la masse de percussion 25, mais il n'est pas toujours nécessaire.
L'examen de la figure permet de se rendre compte de la simplicité de la réalisation représentée à laquelle on peut toutefois apporter de nombreuses modifications sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (2)
1. Outil de forage rotatif auquel est adjoint un dispositif de percussion comprenant: une tuyère annulaire qui comporte d'amont en aval: une gorge annulaire d'entrée en communication avec un passage amont d'arrivée de la boue de forage, un conduit annulaire cylindrique faisant suite à
cette gorge annulaire et compris entre une surface cylindri-que interne et une surface cylindrique externe, et un conduit annulaire divergent faisant suite à ce conduit annulaire cylindrique et compris entre une surface conique convergente interne et une surface conique divergente externe; une pièce creuse à portion amont de forme conique divergente faisant saillie dans ledit conduit annulaire divergent et divisant celui-ci en un chemin d'écoulement central et en un chemin d'écoulement périphérique et à portion aval de forme cylin-drique; une masse de percussion disposée dans ladite portion aval de forme cylindrique et formant piston dans celle-ci;
une butée susceptible d'arrêter vers l'aval cette masse de percussion, le chemin d'écoulement central se trouvant au moins partiellement fermé lorsque la masse de percussion atteint cette butée, caractérisé en ce que ladite surface conique divergente externe présente à son extrémité amont un diamètre plus grand que le diamètre de ladite surface cylin-drique externe, de sorte que cette surface cylindrique ex-terne se raccorde à cette surface conique divergente externe par un décrochement radial, ce qui rend instable l'écoule-ment de boue de forage dans ledit chemin d'écoulement péri-phérique et tend à ramener automatiquement la boue de forage dans ledit chemin d'écoulement central.
cette gorge annulaire et compris entre une surface cylindri-que interne et une surface cylindrique externe, et un conduit annulaire divergent faisant suite à ce conduit annulaire cylindrique et compris entre une surface conique convergente interne et une surface conique divergente externe; une pièce creuse à portion amont de forme conique divergente faisant saillie dans ledit conduit annulaire divergent et divisant celui-ci en un chemin d'écoulement central et en un chemin d'écoulement périphérique et à portion aval de forme cylin-drique; une masse de percussion disposée dans ladite portion aval de forme cylindrique et formant piston dans celle-ci;
une butée susceptible d'arrêter vers l'aval cette masse de percussion, le chemin d'écoulement central se trouvant au moins partiellement fermé lorsque la masse de percussion atteint cette butée, caractérisé en ce que ladite surface conique divergente externe présente à son extrémité amont un diamètre plus grand que le diamètre de ladite surface cylin-drique externe, de sorte que cette surface cylindrique ex-terne se raccorde à cette surface conique divergente externe par un décrochement radial, ce qui rend instable l'écoule-ment de boue de forage dans ledit chemin d'écoulement péri-phérique et tend à ramener automatiquement la boue de forage dans ledit chemin d'écoulement central.
2. Outil de forage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la différence de diamètres d'où
résulte ledit décrochement radial est supérieure à 2 mm.
résulte ledit décrochement radial est supérieure à 2 mm.
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