CH689948A5 - Dispositif de forage d'un puits. - Google Patents

Description

  
 



  L'invention concerne un dispositif de forage pour le forage d'un puits comprenant un corps principal conçu pour être entraîné en rotation autour d'un axe approximativement vertical, muni d'un conduit longitudinal pour le passage d'un fluide de forage sous pression ou pour permettre l'évacuation d'un fluide de forage sous pression véhiculant les débrits excavés, et des moyens pour être assemblés à une tige de forage, et comprenant également au moins un disque de forage disposé sur la partie extérieure et l'extrémité inférieure du corps de forage permettant de former un puits ayant une surface latérale approximativement cylindrique et un fond ayant une forme concave, le disque de forage étant muni d'éléments de coupe disposés sur au moins une surface annulaire du disque, l'axe de rotation du disque formant avec le sens de forage un angle droit ou aigu,

   le point inférieur de coupe dudit disque étant radialement décalé par rapport à l'axe de rotation du corps de forage. 



  Pour un trépan de forage qu'il soit à disque ou non il est usuel d'utiliser des dents faites en carbure de tungstène qui résiste relativement bien aux chocs dus à la percussion nécessaire à l'avancement du forage au moyen par exemple d'un trépan à molettes coniques. Même pour des trépans sans mollettes dont l'action est plutôt abrasive, un impact relativement brutal peut subvenir lors du passage entre deux couches du sol de dureté différente, notamment à cause de la différence de vitesse. En effet, la vitesse de pénétration d'un trépan dans un sol relativement moux est plus grande que dans un sol dur, par exemple la roche.

   Néanmoins, lorsque on effectue un forage, on ne connaît pas forcément la  structure géologique en détail et en passant à grande vitesse d'une couche molle dans une couche dure avant que l'on ait le temps de diminuer la vitesse, les dents sont soumises à un impact relativement important. 



  Dans le but de limiter l'usure des dents en carbure de tungstène, on a proposé de munir d'un revêtement d'une épaisseur de 1 à 2 mm en diamant polycristallin qui présente une grande résistance à l'usure mais il est fragile et cassant. Ainsi, tant que la tête de forage n'est pas soumise à des à-coups dus aux irrégularités de dureté du sol, les dents en carbure de tungstène revêtues de diamant polycristallin donnent de très bons résultats notamment concernant la durabilité. Lorsque les dents sont soumises à une percussion, le revêtement en diamant polycristallin se détériore ce qui provoque une augmentation de la chaleur des dents en carbure de tungstène accélérant leur usure. 



  Théoriquement il est possible de faire une étude géologique du terrain avant de procéder au forage afin d'adapter la vitesse de la tête au fur et à mesure de l'avancement du forage pour éviter le choc dû au changement de couches géologiques. 



  La présente invention a pour but de proposer une tête de forage alliant les avantages des dents en diamant polycristallin et en évitant les inconvénients dus aux chocs auxquels est soumise une tête de forage. 



  Le dispositif selon l'invention est caractérisé par le fait que le dispositif de forage est muni de dents en diamant polycristallin disposées à des positions plus élevées que le point de coupe le plus bas dudit disque. 



  L'avantage de l'invention est le fait que les dents en diamant polycritallin ne sont pas les premières à être en contact avec le fond du puits foré, mais les dents inférieures du ou des disques de forage. Ainsi, les éventuels impacts dus aux changements de la dureté des couches géologiques, notamment lorsqu'on passe d'un sol moux à un sol plus dur, sont absorbés par les dents inférieures du ou des disques lesquelles, dans le cas présent, servent d'amortisseurs permettant ainsi de préserver les dents en diamant polycristallin qui se trouvent plus haut et qui en principe travaillent encore dans une couche plus molle. 



  Selon une variante d'exécution préférée, les des dents en diamant polycristallin sont situées dans une surface de l'extrémité inférieure du corps de forage qui est approximativement plane et perpendiculaire à l'axe de rotation. 



  Selon une autre variante d'exécution, les dents en diamant polycristallin se trouvent sur la face du ou des disques qui agit plutôt sur la paroi latérale du puits, tandis que les dents du fond du ou des disques fonctionnent également d'amortisseur en cas de changement de la dureté des couches traversées par la tête de forage. 



  Bien entendu, selon une variante d'exécution, il est également possible d'avoir des dents en diamant polycristallin aussi bien sur les faces du disque que sur la surface à l'extrémité inférieure du corps de forage. 



  La position du disque et notamment de son axe de rotation est de préférence décalée par rapport au sens de rotation vers l'arrière, permettant ainsi de faire tra vailler le quadrant inférieur arrière du disque facilitant ainsi le taux de pénétration comme ceci est décrit dans le brevet US-A 5 147 000. 



  L'invention sera décrite plus en détail à l'aide du dessin annexé. 
 
   La fig. 1 est une vue schématique de côté d'une tête de forage munie de trois disques de coupe. 
   Les fig. 2 et 3 sont des vues en perspective des deux têtes de forage selon l'invention. 
 



  A la fig. 1 on a représenté une tête de forage munie d'un corps de forage 1 dont la partie supérieure comprend une partie 2 filetée, destinée à être engagée à l'extrémité d'une tige de forage. Sur la face extérieure de la partie inférieure du corps 1, on a disposé trois disques de coupe 3, 4, 5 dont les axes de rotation se trouvent, dans le cas présent, dans une position légèrement inclinée par rapport au plan horizontal. Ces disques sont munis au moins sur leur périphérie de dents 6 pour permettre de découper le fond et les parois du puits de forage. Ces dents sont en principe en carbure de tungstène. 



  Le corps 1 est en principe parcouru par un conduit dans le sens axial pour permettre soit d'amener un fluide de forage sous pression qui peut être de l'eau ou de la boue ou de l'air, soit pour l'évacuation avec un fluide de forage des débris. Ce conduit n'est pas représenté sur cette figure, néanmoins on peut se référer au brevet US-A 5 147 000 qui décrit en détail un tête de forage avec un tel conduit. 



  Sur la face inférieure de la tête 1 et dans une surface approximativement horizontale 7, sont disposées des dents 8 qui sont en diamant polycristallin. Les extrémités de ces dents se trouvent dans un plan situé au-dessus des dents inférieures des trois disques 3, 4 et 5. Sur le dessin cette différence a été accentuée, mais en principe elle n'est que de quelques mm. 



  Pendant le forage, les dents de la partie inférieure de chaque disque sont les premières en contact avec le fond, tandis que les dents 8 en diamant polycristallin arrivent au même niveau ultérieurement. Ainsi, s'il y a un changement dans la dureté des couches géologiques et, notamment, si l'on passe d'une couche relativement tendre, vers une couche plus dure, le choc auquel est soumise la tête, notamment à cause de la vitesse qui est plus rapide dans la couche tendre, est absorbé par les dents inférieures 6 des trois disques 3, 4 et 5. Ainsi, lorsque les dents 8 viennent en contact avec la même couche, le choc a été absorbé et la vitesse de rotation a pu être diminuée suite audit choc qui constitue un avertissement que la vitesse doit être diminuée. 



  A la fig. 2 nous avons représenté une tête de forage 10 munie également de moyens 20 pour être attachée à l'extrémité d'une tige de forage sur la face latérale du corps sont fixés trois disques 30, 40, 50 dont les axes de rotation forment un angle aigu avec l'axe de rotation de la tête de forage. Les disques sont fixés de sorte que leur point inférieur se trouvent décalés par rapport à la prolongation de l'axe de rotation de la tête de forage 10. Chaque disque est muni de deux dispositions annulaires des dents, une première contenant des dents 60 situées près de la périphérie du disque et qui sont, en principe, en carbure de tungstène  et une deuxième disposition annulaire se trouvant vers la partie du disque faisant face à la paroi du puits comprenant des dents 61 en diamant polycristallin.

   Les dents inférieures de chacune des dispositions annulaires comprenant des dents 61 en diamant polycristallin se trouvent à une position plus élevée par rapport aux dents 60 inférieures situées à la périphérie des disques, ainsi ces dents de la périphérie absorbent les éventuels chocs lors de modifications de couches géologiques et protègent les dents 61 de ces chocs. Il est évident que sur la face inférieure 70 de la tête de forage 10, on peut également disposer des dents en diamant polycristallin 80 pour permettre de couper la partie du rocher qui n'est pas atteinte par les dents inférieures de chacun des disques 30, 40, 50. 



  Dans le but d'accélerer la vitesse de forage, les axes de rotation de chacun des disques 30, 40, 50, 60 sont décalés vers l'arrière par rapport au sens de rotation de la tête de forage comme ceci est décrit en détail dans le US-A 5 147 000. 



  La tête de forage représentée à la fig. 3 est identique à celle de la fig. 2 à l'exception de la partie supérieure qui est munie d'un collier 101 qui peut être muni de dents en tungstène ou en diamant polycristallin ou les deux et dont le but et d'assurer la jauge du diamètre du puits de forage. On a utilisé les mêmes références que pour la fig. 2 pusqu'il s'agit d'éléments identiques. 



  Il est également à relever que les disques 30, 40, 50 peuvent être munis d'autres dispositions annulaires des dents, soit sur la partie faciale, soit sur la partie se trouvant entre la périphérie et le corps 10 comme ceci est décrit également dans le US-A 5 147 000. 



  En résumé, le but de l'invention, à savoir tirer profit des qualités de résistance à l'usure des dents en diamant polycristallin est obtenue en disposant ces dents sur des surfaces se trouvant légèrement plus haut que la partie inférieure des disques qui sont munis sur leur périphérie, donc sur les parties qui seront les premières en contact avec le fond d'un puits, des dents en carbure de tungstène ou similaire permettant de recevoir et d'absorber les éventuels chocs auxquels est soumise la tête de forage évitant ainsi aux dents en diamant polycristallin de subir ces chocs qui auraient pour conséquence leur destruction. 

Claims (6)

1. Dispositif de forage pour le forage d'un puits comprenant un corps principal conçu pour être entraîné en rotation autour d'un axe approximativement vertical, muni d'un conduit longitudinal pour le passage d'un fluide de forage sous pression ou pour permettre l'évacuation d'un fluide de forage sous pression véhiculant les débrits excavés, et des moyens pour être assemblés à une tige de forage, et comprenant également au moins un disque de forage disposé sur la partie extérieure et l'extrémité inférieure du corps de forage permettant de former un puits ayant une surface latérale approximativement cylindrique et un fond ayant une forme concave, le disque de forage étant muni d'éléments de coupe disposés sur au moins une surface annulaire du disque, l'axe de rotation du disque formant avec le sens de forage un angle droit ou aigu,

le point inférieur de coupe dudit disque étant radialement décalé par rapport à l'axe de rotation du corps de forage, caractérisé par le fait que le dispositif de forage est muni de dents en diamant polycristallin disposées à des positions plus élevées que le point de coupe le plus bas dudit disque.

2. Dispositif de forage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les dents en diamant polycristallin sont disposées sur la partie inférieure du corps de forage et dans une surface approximativement plane et perpendiculaire à l'axe de rotation du corps de forage.

3.

Dispositif de forage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit disque comprend deux surfaces annulaires munies de dents, une disposée à proximité de la périphérie dudit disque et une sur la face extérieure du disque, les dents de cette dernière surface annulaire étant en diamant polycristallin.

4. Dispositif de forage selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le corps de forage est muni sur son extrémité inférieure et dans une surface approximativement plane et perpendiculaire à l'axe de rotation du corps de forage de dents en diamant polycristallin.

5. Dispositif de forage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'axe de rotation du disque est décalé par rapport à l'axe de rotation du corps de forage en arrière par rapport au sens de rotation du corps de forage.

6.

Dispositif de forage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la partie supérieure du corps de forage est munie de projections radiales munies de moyens pour assurer la jauge du diamètre du puits.