CA2078269C - Duse divergente pour outil de forage, et outil utilisant une telle duse - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une dure divergente pour outil de forge, et un outil utilisant une telle dose. La dure (22) a une paroi (16) qui diverge vers l'extérieur, l'angle de divergence (~) étant inférieur à 30.degree..
Description
Dose divergente pour outil. de fo~ outil util~.sant une telle dose.
L.a présente inventian concerne de~~ doses pour un outil de forage travaillant la roche par abrasion ou cisaillement, par exemple pour un outil monobloc pourvu de lames ou de taillants en diamant, en poly<liamant cristallin ou PDC, au carbure de tungstène, etc...
Ces dures doivent présenter de bonnes qualités d'irrigation, de nettoyage, de refroidissement des lames 20 et des taillants, ainsi qu'une bonne évacuation des déblais.
On sait que les doses cylindriques ou convergentes ont d'excellentes performances de destruction de la roche, du fait qu'elles concentrent le flux de liquide d°irrigation sur une faible section. On les utilise pour cela dans les outils tricônes.
Dans le cas d°outils monoblocs, le facteur prépondérant n'est pas celui de la destruction de la roche par impact hydraulique, mais plutôt celui de l'irrigation homogène de toute la surface active de l'outil. Ce résultat pourrait certes étre obtenu en munissant l'outil monobloc de doses larges, produisant donc des jets de fluide de large section et ayant également l'avantage de ne passe laisser boucher par les déblais de roche, maïs, dans le cas, où un bouchage, rare mais possible, se produirait, le débouchage serait difficile à effectuer, car dans une Buse large, la perte de charge est faible. Si l'outil comporte plusieurs autres doses larges non bouchées, il n'y aura pas assez de débit disponible pour déboucher la cluse obstruée.
Une solution pour favoriser Ie débouchage des doses pourrait consister â choisir des doses à faible section~~de passage, car la perte de charge élevée permettrait d'opérer le débouchage. Mais on retombe alors sur l~inconvénient que les doses â fâible section se bouchent facilement.
ï'ar le brevet US-A-~. 703 814, on connaît des doses susceptibles d'être montées ou -détachées d'un outil de
L.a présente inventian concerne de~~ doses pour un outil de forage travaillant la roche par abrasion ou cisaillement, par exemple pour un outil monobloc pourvu de lames ou de taillants en diamant, en poly<liamant cristallin ou PDC, au carbure de tungstène, etc...
Ces dures doivent présenter de bonnes qualités d'irrigation, de nettoyage, de refroidissement des lames 20 et des taillants, ainsi qu'une bonne évacuation des déblais.
On sait que les doses cylindriques ou convergentes ont d'excellentes performances de destruction de la roche, du fait qu'elles concentrent le flux de liquide d°irrigation sur une faible section. On les utilise pour cela dans les outils tricônes.
Dans le cas d°outils monoblocs, le facteur prépondérant n'est pas celui de la destruction de la roche par impact hydraulique, mais plutôt celui de l'irrigation homogène de toute la surface active de l'outil. Ce résultat pourrait certes étre obtenu en munissant l'outil monobloc de doses larges, produisant donc des jets de fluide de large section et ayant également l'avantage de ne passe laisser boucher par les déblais de roche, maïs, dans le cas, où un bouchage, rare mais possible, se produirait, le débouchage serait difficile à effectuer, car dans une Buse large, la perte de charge est faible. Si l'outil comporte plusieurs autres doses larges non bouchées, il n'y aura pas assez de débit disponible pour déboucher la cluse obstruée.
Une solution pour favoriser Ie débouchage des doses pourrait consister â choisir des doses à faible section~~de passage, car la perte de charge élevée permettrait d'opérer le débouchage. Mais on retombe alors sur l~inconvénient que les doses â fâible section se bouchent facilement.
ï'ar le brevet US-A-~. 703 814, on connaît des doses susceptibles d'être montées ou -détachées d'un outil de
2 forage au moyen d'une clé Allers, ce qui apporte un gain de place et un couple de vissage supérieur â ceux des dures standards. De telles dures cependant ne résolvent en rien le problème posé ci-dessus, qui est celui de permettre une bonne irrigation, un auto-nettoyage et un bon refroïdissement des lames et taillants, ainsi que l'auto-débouchage des duses. Le brevet US-A-4 185 706 concerne l'utilisation des duses à effet cavitant destiné à
effectuer 1a destruction de la roche par cavitation. La cavitation est un phénomène destructeur dû à des mini-explosions qui génèrent des ondes de choc destructrices.
Toutefois, de telles duses n'apportent pas de solution au problème qui est à la base de l'invention.
Le brevet EP-A-0 146 252 concerne un assemblage d'éléments destiné à constituer une dose résistant â de très hautes pressions. Mais cette dure n'a pas une structure qui lui permettrait d'améliorer le nettoyage, la distribution du fluide et le refroidissement de l'outïl de f orage.
La présente invention a pour objet une dure présentant les qualités d'irrigation, d'auto-nettoyage et de refroidissement, qui, de plus, soit pratiquement imbouchable et qui puisse être facilement dêbouchée en cas d'obstr;uction. ' La présente invent-ion Vise a_ir~e ~~uaE~ (12; montée dans un outil de forage moncWloc ( 7 0 ) , d' ~zn t_.ype c:cmprenant une paroi latërale intëri~~ure ( 16;) qui dit.~erge depuis une extrémité d'entrée se trouvant à l'intérieur de l'outil jusqu'à une extrémité de sortie se trouv<:~nt sur une surface extérieure de l'outil, c.~a~~ac.~téris~:~~: ~r: cve que 1<~dit~e paroi latéral intérieure ! 1~ ) a un angle de o~,.'~~~ergence (a) tel qu'un jet de fluide émis à travers la Buse vient. se coller à ladite paroi latéral. intérieure (16) par effet Coanda, ledit angle étant à cet effet ~_nfé.rie~.~r â 30°, Une telle dure en effet n'effectue pas de retenue mécanique de matiêre puisqu'elle est évasée vers l'extérieur. De plus, en cas de bouchage, la perte de charge qui intervient est celle qui règne au niveau de sa section intérieure qui est la plus faible. A ce niveau, la perte de charge entre l'intérieur et l'extérieur de la duse est élevée, ce qui favorise l'expulsion du bouchon de matière, d'autant plus que la paroi fuyante de la duse n'oppose aucune résistance au bouchon. En outre, la duse selon l'invention effectue une excellente irrigation de l'outil du fait que le jet est, divergent et peut ainsi atteindre une plus grande zone. L'énergie du flux est d'autre part répartie dans un large cône de diffusion et perd de sa puissance à l'impact.
En résumé, la duse selon l'invention allie à la fois les qualités des duses larges, â savoir la difficulté de bouchage et la bonne irrigation, et celles des duses étroites, à savoir l'existence d'une perte de charge élevée et donc une plus grande facilité à l'expulsion du bouchon de matière.
On sait que les débits de fluide d'irrigation qui s'écoulent dans les puits de forage pétroliers sont élevés et qu'ils déterminent un régime d'écoulement turbulent.
Dans le cas d'une duse divergente, i1 peut se créer un contre-courant tourbillonnaire au niveau de la paroi divergente du fait que le fluide ne 'rcolle" pas à cette paroi .
De préférence, selon une autre caractéristique de la duse, on remédie à cet inconvénient en limitant l'angle total de divergence à une valeur zr~aximale, qui est de l'ordre de 30°.
3a On a constaté en effet que jusqu'à cet angle, le fluide s'écoulant en régime turbulent colle encore à la paroi de la dure par cet effet Coanda. Dës que l'angle de divergence dépasse 30°C, des contre-courants tourbillonnai-res apparaissent. De prëférence, en régime laminaire, l'angle limite est d'envi.ron 15°C.
De préférence, selon l.~ne variante de réalisation de l' invention, 1a paroi de la duxse prësent.e, au niveau de la section la plus étroit=e, un léger décrochement annulaire tourné vers l'extërieur. Ce décrochement définit une contre-cavité dans laquelle règne une légëre dépression qui accentue ainsi l'effet Coanda, en aspir<~nt le fluide vers la paroi divergente.
De préférence, l'invention concerne également un outil muni de dures divergentes.
On décrira à présent deux exemples de réalisation de l'invention en regard des dessins annexés dans lesquels .
La figure 1 représente une vue en coupe axiale d'une dose divergente selon l'invention ;
La f figure 2 montre une vue en coupe d' une dose divergente d'angle d'ouverture supérieur à l'angle limite;
La figure 3 est une vue en coupe d'une dose divergente comportant un décrochement ; et La figure 4 est une vue à écheal.le agrandie du décrochement.
Avec référence à la figure 1, l'outil 10 est muni d'une dose 12 à paroi divergente 16 , dont l'angle d'ouverture ~c est inférieur à 30°. Dans ces conditions, 1e fluide d'irrigation qui arrive en régime turbulent adhère par effet Coanda à la paroi divergente 16 et est éjecté sous forme d'un jet divergent 18, sans formation de contre-courants.
La figure 2 montre ce qui se passe dans le cas d'une Buse divergente dont l'angle d'ouverture est supérieur à
30°. 0n constate ici que le fluide ne colle plus à la paroi divergente 16, et qu'il se crée des contre-courants tourbïllonnaires 20. La majeure partie du débit de fluide diverge très peu.
La dose de la figure 1 se débouche facilement puisqu'elle diverge dans le sens de la circulation du fluide. Elle équivaut donc à une dose à large section, et en même temps elle engendre une forte perte de charge, comme dans une dose à petite section. En outre, grâce à
son flux divergent, elle permet une large irrigation de 1°outil sans privilégier certaines zones au détriment d'autres zones.
Dans le mode de réalisatïon de la figure 3, il est Prévu, à l'amorce de 1a partie divergente, un dëcrochement 22 qui crée une légère dépression dans la cavïté 24 ainsi formée. Cette dépression aspire le fluide et accentue donc l'effet de collage du fluide à la paroi divergente.
La dose peut avoir toute forme de section appropriée, par exemple circulaire, carrée ou rectangulaire. Sa paroi peut être à génêratriee recti:L.igne comme sur 1.a figure ~., ou convexe. La partie divergente peut être précédée d'une partie convergente 26 ou cylindrique.
La dose selon l'invention convient particulïèrement aux outils de forage monoblacs, maïs dans certaines app:Lïcations, elle peut éqW,per également les autils tricônes.
effectuer 1a destruction de la roche par cavitation. La cavitation est un phénomène destructeur dû à des mini-explosions qui génèrent des ondes de choc destructrices.
Toutefois, de telles duses n'apportent pas de solution au problème qui est à la base de l'invention.
Le brevet EP-A-0 146 252 concerne un assemblage d'éléments destiné à constituer une dose résistant â de très hautes pressions. Mais cette dure n'a pas une structure qui lui permettrait d'améliorer le nettoyage, la distribution du fluide et le refroidissement de l'outïl de f orage.
La présente invention a pour objet une dure présentant les qualités d'irrigation, d'auto-nettoyage et de refroidissement, qui, de plus, soit pratiquement imbouchable et qui puisse être facilement dêbouchée en cas d'obstr;uction. ' La présente invent-ion Vise a_ir~e ~~uaE~ (12; montée dans un outil de forage moncWloc ( 7 0 ) , d' ~zn t_.ype c:cmprenant une paroi latërale intëri~~ure ( 16;) qui dit.~erge depuis une extrémité d'entrée se trouvant à l'intérieur de l'outil jusqu'à une extrémité de sortie se trouv<:~nt sur une surface extérieure de l'outil, c.~a~~ac.~téris~:~~: ~r: cve que 1<~dit~e paroi latéral intérieure ! 1~ ) a un angle de o~,.'~~~ergence (a) tel qu'un jet de fluide émis à travers la Buse vient. se coller à ladite paroi latéral. intérieure (16) par effet Coanda, ledit angle étant à cet effet ~_nfé.rie~.~r â 30°, Une telle dure en effet n'effectue pas de retenue mécanique de matiêre puisqu'elle est évasée vers l'extérieur. De plus, en cas de bouchage, la perte de charge qui intervient est celle qui règne au niveau de sa section intérieure qui est la plus faible. A ce niveau, la perte de charge entre l'intérieur et l'extérieur de la duse est élevée, ce qui favorise l'expulsion du bouchon de matière, d'autant plus que la paroi fuyante de la duse n'oppose aucune résistance au bouchon. En outre, la duse selon l'invention effectue une excellente irrigation de l'outil du fait que le jet est, divergent et peut ainsi atteindre une plus grande zone. L'énergie du flux est d'autre part répartie dans un large cône de diffusion et perd de sa puissance à l'impact.
En résumé, la duse selon l'invention allie à la fois les qualités des duses larges, â savoir la difficulté de bouchage et la bonne irrigation, et celles des duses étroites, à savoir l'existence d'une perte de charge élevée et donc une plus grande facilité à l'expulsion du bouchon de matière.
On sait que les débits de fluide d'irrigation qui s'écoulent dans les puits de forage pétroliers sont élevés et qu'ils déterminent un régime d'écoulement turbulent.
Dans le cas d'une duse divergente, i1 peut se créer un contre-courant tourbillonnaire au niveau de la paroi divergente du fait que le fluide ne 'rcolle" pas à cette paroi .
De préférence, selon une autre caractéristique de la duse, on remédie à cet inconvénient en limitant l'angle total de divergence à une valeur zr~aximale, qui est de l'ordre de 30°.
3a On a constaté en effet que jusqu'à cet angle, le fluide s'écoulant en régime turbulent colle encore à la paroi de la dure par cet effet Coanda. Dës que l'angle de divergence dépasse 30°C, des contre-courants tourbillonnai-res apparaissent. De prëférence, en régime laminaire, l'angle limite est d'envi.ron 15°C.
De préférence, selon l.~ne variante de réalisation de l' invention, 1a paroi de la duxse prësent.e, au niveau de la section la plus étroit=e, un léger décrochement annulaire tourné vers l'extërieur. Ce décrochement définit une contre-cavité dans laquelle règne une légëre dépression qui accentue ainsi l'effet Coanda, en aspir<~nt le fluide vers la paroi divergente.
De préférence, l'invention concerne également un outil muni de dures divergentes.
On décrira à présent deux exemples de réalisation de l'invention en regard des dessins annexés dans lesquels .
La figure 1 représente une vue en coupe axiale d'une dose divergente selon l'invention ;
La f figure 2 montre une vue en coupe d' une dose divergente d'angle d'ouverture supérieur à l'angle limite;
La figure 3 est une vue en coupe d'une dose divergente comportant un décrochement ; et La figure 4 est une vue à écheal.le agrandie du décrochement.
Avec référence à la figure 1, l'outil 10 est muni d'une dose 12 à paroi divergente 16 , dont l'angle d'ouverture ~c est inférieur à 30°. Dans ces conditions, 1e fluide d'irrigation qui arrive en régime turbulent adhère par effet Coanda à la paroi divergente 16 et est éjecté sous forme d'un jet divergent 18, sans formation de contre-courants.
La figure 2 montre ce qui se passe dans le cas d'une Buse divergente dont l'angle d'ouverture est supérieur à
30°. 0n constate ici que le fluide ne colle plus à la paroi divergente 16, et qu'il se crée des contre-courants tourbïllonnaires 20. La majeure partie du débit de fluide diverge très peu.
La dose de la figure 1 se débouche facilement puisqu'elle diverge dans le sens de la circulation du fluide. Elle équivaut donc à une dose à large section, et en même temps elle engendre une forte perte de charge, comme dans une dose à petite section. En outre, grâce à
son flux divergent, elle permet une large irrigation de 1°outil sans privilégier certaines zones au détriment d'autres zones.
Dans le mode de réalisatïon de la figure 3, il est Prévu, à l'amorce de 1a partie divergente, un dëcrochement 22 qui crée une légère dépression dans la cavïté 24 ainsi formée. Cette dépression aspire le fluide et accentue donc l'effet de collage du fluide à la paroi divergente.
La dose peut avoir toute forme de section appropriée, par exemple circulaire, carrée ou rectangulaire. Sa paroi peut être à génêratriee recti:L.igne comme sur 1.a figure ~., ou convexe. La partie divergente peut être précédée d'une partie convergente 26 ou cylindrique.
La dose selon l'invention convient particulïèrement aux outils de forage monoblacs, maïs dans certaines app:Lïcations, elle peut éqW,per également les autils tricônes.
Claims (4)
1. Duse (12) montée dans un outil de forage monobloc (10), d'un type comprenant une paroi latérale intérieure (16) qui diverge depuis une extrémité d'entrée se trouvant à l'inférieur de l'outil jusqu'à une extrémité
de sortie se trouvant sur une surface extérieure de l'outil, caractérisée en ce que ladite paroi latéral intérieure (16) a un angle de divergence (.alpha.) tel qu'un jet de fluide émis à travers la duse vient se coller à ladite paroi latéral intérieure (16) par effet Coanda, ledit angle étant à cet effet inférieur à 30°.
de sortie se trouvant sur une surface extérieure de l'outil, caractérisée en ce que ladite paroi latéral intérieure (16) a un angle de divergence (.alpha.) tel qu'un jet de fluide émis à travers la duse vient se coller à ladite paroi latéral intérieure (16) par effet Coanda, ledit angle étant à cet effet inférieur à 30°.
2. Duse selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'à l'extrémité d'entrée de la paroi latéral intérieure (16) est fermé un décrochement annulaire (22) tourné vers 1a surface extérieure de l'outil, ledit décrochement définissant une cavité annulaire (24) où règne une dépression qui renforce l'effet d'adhérence du jet de fluide à la paroi latérale intérieur.
3. Duse selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi latérale intérieure (16) est précédée, par rapport à une direction d'écoulement du fluide, par un passage cylindrique ou un passage convergent (26).
4. Outil de forage monorbloc muni d'au moins une duse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3.
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