BE1012593A3 - Couteaux et tuyeres a verrouillage mecanique. - Google Patents

Abstract

On décrit un dispositif de montage pour le verrouillage d'un couteau à pointe. D'un couteau à plaquette ou d'une tuyère de fluide rapporté dans une douille sur un trépan de forage souterrain rotatif. Le couteau peut être enlevé et remplacé facilement sans endommagement du couteau, de la tuyère ou du trépan. Des dispositifs sont représentés pour permettre ou pour empêcher la rotation du couteau ou de la tuyère dans la douille. Le dispositif de montage est tout particulièrement destiné aux couteaux comportant un disque de coupe composé d'un matériau diamanté polycristallin ou d'un autre matériau superabrasif, monté sur un corps de support en carbure, ou aux tuyères comportant un corps en carbure et aux tuyères comportant un alésage revêtu d'un tel matériau.

Description

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   COUTEAUX ET TUYÈRES A VERROUILLAGE MÉCANIQUE ARRIÈRE-FOND DE L'INVENTION
La présente invention concerne des trépans de forage rotatifs utilisés pour le forage et le carottage de trous profonds dans des formations souterraines. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif et des procédés permettant de monter des couteaux à pointe sur les corps de trépans à lames et peut être appliquée à des couteaux rapportés montés sur des trépans à cônes ainsi qu'au montage de tuyères de fluide sur les corps des deux types de trépans
Un trépan de forage rotatif du type vlsé par l'invention comprend un corps de trépan comportant une tige en vue de la connexion du trépan à un cordon de forage Le corps du trépan contient typiquement un passage intérieur pour introduire un fluide de forage sur la surface du trépan.

   Le corps du trépan est typiquement composé d'acier ou d'une matrice métallique englobant des particules dures, résistantes à l'usure, par exemple du carbure de tungstène infiltré d'un liant liquide à durcissement. Plusieurs couteaux à pointe et/ou couteaux à plaquette, ainsi que des tuyères servant à introduire le fluide de forage dans les couteaux en vue du refroidissement, de la lubrification et de l'élimination de particules du matériau foré sont montées dans des logements à l'intérieur d'un corps de trépan. Des couteaux rapportés sont de même fixés dans des ouvertures sur les côtés extérieurs des cônes rotatifs de trépans à cônes. 



   Par rapport aux trépans à cônes à disque denté conventionnels, développés dans la technique antérieure, les couteaux rapportés en carbure de tungstène ou à pointe diamantée peuvent avoir tendance à sortir de leurs trous d'insertion dans un cône à molettes. Les couteaux à plaquette et les couteaux à pointe peuvent de même avoir tendance à se séparer d'un corps de trépan à lames Une raison en est que le corps du trépan ou le corps du cône ne peut pas être durci de sorte à atteindre la même dureté   Rockwe11   que les trépans conventionnels à disque denté, en raison de la dureté moins élevée requise pour le forage des douilles des couteaux ou des trous d'insertion.

   Par suite de la dureté moins élevée du corps du trépan ou du corps du cône au niveau de la surface et en particulier des parties sousjacentes correspondantes, une érosion due à   1 a   boue en circulation risque d'apparaître plus rapidement. le couteau ou l'outil rapporté 

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 risquant finalement d'être relâché. Les couteaux ou les outils rapportés qui sont normalement brasés dans les douilles et les trous d'insertion présentent ainsi une fréquence de perte relativement élevée. Les couteaux et les outils rapportés retombent, laissant un trou net dans le trépan ou le cône et entraînent finalement une défaillance du trépan, la section non découpée de la structure contactée auparavant par le couteau ou l'outil rapporté maintenant absents interrompant l'action de découpage prévue du trépan. 



   La cassure des couteaux est un autre problème souvent rencontré dans le forage de roches, et exige l'enlèvement et le remplacement de la pointe défectueuse du couteau, de la plaquette défectueuse du couteau ou de l'outil rapporté défectueux de la douille. Un tel remplacement n'est pas toujours réalisable facilement avec les techniques de fixation des outils rapportés de l'état de la technique, les outils spécialisés nécessaires n'étant souvent pas disponibles. 



   Des tuyères de rechange ont été disponibles dans le commerce depuis de nombreuses années, mais les structures de fixation des tuyères selon la technique antérieure sont loin d'être satisfaisantes du point de vue de l'enlèvement et du remplacement des tuyères. 



  RÉSUMÉ DE L'INVENTION
L'invention fournit un dispositif et des procédés pour le montage à verrouillage de couteaux à pointe ou à plaquette et de tuyères de fluide dans des trépans de forage rotatifs pour des structures rocheuses et souterraines. Le dispositif fournit un moyen mécanique pour verrouiller le couteau ou la tuyère dans le corps du trépan ou le couteau dans le cône à molettes, tout en permettant si nécessaire un enlèvement rapide pour remplacer le couteau ou   1 a   tuyère. L'invention fournit un moyen pour empêcher ou pour permettre la rotation du couteau ou de l'élément de tuyère montés dans la douille, en fonction des exigences de l'emplacement particulier du trépan et des conditions de forage. 



   L'invention peut être caractérisée en ce qu'elle comprend une structure de retenue supprimant la nécessité d'un brasage du couteau ou de   l'élément   de tuyère dans la douille dans le corps du trépan ou du cône à molettes. L'invention fournit par contre un verrouillage mécanique à résistance uniforme et contrôlable, retenant le couteau ou   l'élément   de tuyère dans la douille en présence de conditions de forage difficiles, tout en permettant si nécessaire un enlèvement et un remplacement faciles. 

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  BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Des formes de réalisation préférées seront décrites ci-dessous en référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue en perspective d'un trépan à lames comportant des couteaux et des tuyères selon l'invention, la flgure 2 est une vue en   élévation   d'un couteau à pointe comportant une caractéristique de   verrouillage selon l'invention :   la figure 3 est une vue latérale en coupe d'un couteau à pointe selon l'invention installé dans une douille dans un corps de trépan à lames : la figure 4 est une vue latérale en coupe d'une autre forme de réalisation du couteau à pointe installé dans une douille à l'intérieur 
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 d'un corps de trépan à lames :

   la figure 5 est une vue d'en bas d'une bague à fente selon la présente invention, représenté dans un état sans contrainte avant   1 e   placement du couteau à pointe dans la douille d'un corps de trépan à lames   ;   la figure 6 est une vue d'en bas d'une bague à fente selon   1 a   présente invention, représenté dans un état comprimé en vue de l'installation dans une douille à l'intérieur d'un corps de trépan à lames ;

   la figure, est une vue d'en bas d'une bague à fente selon   1 a   présente invention, représenté dans un état dilaté sous contrainte, verrouillant le couteau à pointe dans une douille à l'intérieur du corps du trépan à lames :
La figure 8 est une vue en coupe latérale agrandie d'une partie de la figure   3,   illustrant le mécanisme de verrouillage selon l'invention ; la figure 9 est une vue latérale en coupe agrandie illustrant le mécanisme de verrouillage selon une autre forme de réalisation de 1'invention : la figure 10 est une vue latérale en coupe agrandie illustrant le mécanisme de verrouillage selon une autre forme de réalisation de l'invention, la figure 11 est une vue d'en haut en coupe agrandie du mécanisme de verrouillage, prise le long de la ligne 11-11 de la figure 4 ;

   la figure 12 est une vue latérale en coupe agrandie d'une forme de réalisation encore différente du mécanisme de verrouillage selon l'invention et d'une douille : 

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 la figure 13 est une vue latérale en coupe agrandie d'une autre forme de réalisation du mécanisme de verrouillage selon l'invention dans un couteau à plaquette et une douille ;   1   figure 14 est une vue en perspective d'un couteau à pointe comportant un mécanisme de verrouillage selon une autre forme de réalisation de l'invention dans un couteau à pointe   :   la figure 15 est une vue latérale en coupe du couteau à plaquette et de la douille comportant un mécanisme de verrouillage selon une autre forme de réalisation de l'invention ;

   la figure 16 est une vue latérale en coupe du couteau à plaquette de la figure 15 complètement monté dans un corps d'un trépan :   1   figure 17 est une vue latérale en coupe d'un mécanisme de verrouillage selon une forme de réalisation additionnelle de l'invention dans un couteau à plaquette ; la figure 18 est une vue latérale en coupe d'une autre forme de réalisation de l'invention dans un couteau à plaquette : la figure 19 est une vue latérale en coupe d'une autre forme de réalisation de l'invention dans un couteau à plaquette ; la figure 20 est une vue latérale en coupe d'une autre forme de réalisation de l'invention dans un couteau à plaquette ; la figure 21 est une vue en perspective d'une forme de réalisation encore différente du couteau à plaquette à verrouillage selon l'invention :

   la figure 22 est une vue latérale en coupe d'un couteau à plaquette à verrouillage selon l'invention dans une douille à l'intérieur d'un corps de trépan : la figure 23 est une élévation latérale de l'extrémité de l'outil rapporté selon une autre forme de réalisation du couteau à plaquette de l'invention, la figure 24 est une vue en perspective d'une forme de réalisation 
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 additionnelle de l'invention : la figure 25 est une vue latérale en coupe d'une autre forme de réalisation de l'invention : la figure 25A est une vue latérale en coupe d'une modification de la structure représentée dans la figure 25 : 

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 la figure 26 est une vue en perspective d'une autre forme de réalisation de l'invention :

   la figure 27 est une vue latérale en coupe d'une forme de réalisation encore différente du mécanisme de verrouillage selon l'invention ; la figure 28 est une vue latérale en coupe d'une autre forme de réalisation du mécanisme de verrouillage selon l'invention : la figure 29 est une vue latérale en coupe d'une autre forme de réalisation du mécanisme de verrouillage selon l'invention : la figure 30 est une vue latérale en coupe d'une forme de réalisation additionnelle du mécanisme de verrouillage selon l'invention   :   et la figure 31 est une vue latérale en coupe d'une forme de réalisation encore différente du mécanisme de verrouillage selon l'invention. 



  DESCRIPTION DES FORMES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉES
Un trépan de forage rotatif complet connu dans la technique sous le nom de trépan à lames est illustré dans la figure 1. Le trépan de forage 10 comporte un corps de trépan 11,   composé   typiquement d'une matrice de carbure infiltrée d'un alliage liant. Le trépan 10 est destiné à être connecté, par exemple par filetage, non représenté, à un collier de forage 12 dans le cordon de forage, représenté par des tirets sous le numéro de référence 13. La surface opérationnelle 14 du corps du trépan Il comporte un agencement de couteaux à pointe ou de couteaux à plaquette 16 comportant des éléments de coupe préformés 18 qui y sont fixés.

   Les éléments de coupe 18 peuvent être préformés en un matériau diamanté polycristallin fixé à un carbure de tungstène ou à une plaquette ou une pointe métallique. De tels couteaux   diamantés polycristallins   (couteaux PDC) sont connus dans la technique. Les éléments de coupe 18 sont positionnés de sorte à couper la roche/et ou la terre lors de la rotation du trépan 10 dans un trou de forage. Les éléments de coupe 18 sont typiquement alignés à un angle en présence duquel ils éloignent les coupes de l'axe central de rotation 20. 



   Le corps du trépan 11 peut englober des éléments d'arrêt 22 sur son étendue, contactant les parois du trou de forage et stabilisant le trépan dans le trou. Le fluide de forage est déchargé à travers les tuyères 24 dans la face 14 du corps du trépan 11 pour lubrifier et refroidir le trépan 10 et pour éliminer par lavage les découpes forées, selon une technique bien connue. Les différentes formes de réalisation du mécanisme de verrouillage selon l'invention peuvent être appliquées au montage des 

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 couteaux à pointe ou à plaquette 16, ainsi que des tuyères 24 dans le corps exemplaire du trépan 11.

   Les mécanismes de verrouillage améliorés selon l'invention, décrits ci-dessous, permettent une installation et un enlèvement rapides des couteaux et des tuyères sur place, empêchant une éjection non voulue des couteaux 16 de leurs douilles 26 et des tuyères 24 de leurs douilles 29 dans le corps du trépan 11. 



   Une forme de réalisation de l'invention est illustrée dans les figures 2 à 11. Le couteau à pointe 30 de la figure 2 est représenté avec une base généralement cylindrique 32 comportant un axe central longitudinal 34 s'étendant de l'extrémité de coupe 36 vers une extrémité d'insertion 38. 



  Un élément de coupe 40 d'un type voulu est fixé à   l'extrémité   de coupe 36. 



    L'extrémité d'insertion   38 est représentée comme ayant un bord circonférentiel biseauté 42 pour permettre une insertion facile du couteau à pointe 30 dans   ta cavité   ou dans la douille dans 1e trépan. L'élément de coupe 40 peut être aligné avec sa surface de coupe plate 43 perpendiculairement à l'axe 34 ou à un autre angle, en fonction des besoins (comme représenté), pour fournir un angle de coupe efficace dans le trou de forage. 



   Une rainure ou une partie évidée circonférentielle, annulaire 44, agencée entre les extrémités 36 et 38 de la base   32.   entoure une majeure partie ou la totalité de la base 32. La face inférieure de la rainure comprend un épaulement 48 servant à retenir le couteau à pointe 30 verrouillé dans la cavité ou la douille. L'épaulement 48 est incliné vers le haut dans une direction orientée vers l'axe central 34. La partie supérieure 46 de la rainure peut être inclinée, arrondie ou perpendiculaire à l'axe 34. Il est préférable que l'épaulement 48 et la partie supérieure 46 comportent une surface courbée à rayon unique. La forme est peu importante, à condition qu'elle ne gêne pas le mécanisme de verrouillage décrit ci-dessous. 



   La base 32 peut aussi avoir une forme de section différente d'une forme ronde. La base 32 peut par exemple avoir une forme ovale, rectangulaire ou à côtés multiples. Dans ces cas, le couteau à pointe 30 est empêché par la forme de la base à tourner dans une douille de forme similaire dans le trépan. 



   La figure 3 montre un couteau à pointe 51 selon l'invention installé dans une cavité ou dans une douille 50 à l'intérieur du corps d'un trépan à pointe 52 représenté partiellement dans la figure. Un élément de coupe 

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 53 est fixé à   l'extrémité   de coupe 55 du couteau à pointe. Une rainure annulaire   périphérique   54 est représentée dans le corps du trépan à lames 52, sa position correspondant en général à celle de la rainure du couteau 57 lorsque le couteau 51 est complètement   inséré   dans la douille 50. 



   Une bague c fente élastique 56 est retenue dans la rainure annulaire 54 et comporte une partie interne   58,   débordant normalement dans la douille 50. Dans une forme de réalisation. la bague à fente 56 et la rainure du couteau 57 sont alignées de sorte que lorsque le couteau à pointe 51 est complètement logé dans la douille 50, la bague 56 contacte l'épaulement 59 de la rainure   57 dans   un état chargé, c. à. d. un état dilaté à tension radiale. La bague 56 exerce ainsi une force 60 dans la direction axiale 62 pour maintenir le couteau à pointe 51 dans un état forcé contre le plancher de   1a douille   64 et empêcher l'éjection du couteau à pointe 51 de   1a   douille.

   La bague à fente 56 et la rainure du couteau 57 peuvent aussi être alignées de sorte que lorsque la bague à fente est logée complètement dans la rainure du couteau 54, la bague à fente se trouve dans un état légèrement dilaté, tendu, aucun contact n'existant entre le couteau à pointe 51 et 1e plancher de 1a douille 64 ou une autre partie de   1a douille     50,   ce qui empêche un déplacement vers le bas du couteau à pointe 51 dans le corps du trépan 52
Le fond ou le plancher de la douille 64 est de préférence configuré de sorte à établir un espace libre ou une poche 65 près du bord biseauté 66 de   l'extrémité   d'insertion 68 du couteau à pointe 51. 



   Les caractéristiques de   1 a   bague à lente 56 et son action de verrouillage sont représentées en référence à la figure 3. Avant l'installation du couteau à pointe 51 dans la douille 50, la bague à fente 56 est d'abord installée dans la rainure 54 en comprimant sa   périphérie   externe 70 à un diamètre inférieur au diamètre 74 de la douille 50, en la faisant glisser dans la douille 50 et en lui permettant de se dilater dans la rainure 54. La bague à fente 56 est représentée comme englobant une surface de verrouillage inclinée   72,   communiquant avec l'épaulement 59 de la rainure du couteau 57. lorsque le couteau 51 est installé en service dans la douille 50.

   L'alignement de la surface de verrouillage inclinée 72 et de l'épaulement 59 est tel que   1 a   bague à fente 56 est empêchée de retourner dans son état non chargé, c. à. d. sans tension. Lorsque la bague à fente 56 est ainsi contractée en un état chargé, dans lequel son diamètre est supérieur à son diamètre original non chargé, la bague à fente 56 pousse   l'extrémité   d'insertion 68 du couteau axialement contre le fond 64 

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 de la douille   50,     l'extrémité   d'insertion 68 étant maintenue en compression par la force 60 parallèle à l'axe central du couteau à pointe 51.

   Les forces de friction entre la surface inclinée 72 et l'épaulement 59, ensemble avec les forces de friction entre l'extrémité d'insertion 68 et le fond de la douille 64, tendent à limiter le pouvoir de rotation du couteau à pointe dans la douille. 



   Lorsque l'extrémité d'insertion 68 du couteau à pointe est insérée vers le bas dans   la douille 50. elle dilate 1a   bague à fente 56 à un diamètre extérieur supérieur au   diamètre 76, la   bague à fente 56 s'étendant latéralement dans la rainure 54. Juste avant le contact entre l'extrémité d'insertion 68 et le fond de   la douille 64, la   bague à fente 56 est déchargée partiellement dans la rainure du couteau   57,   logeant complètement le couteau à pointe 51 dans la douille, chargeant axialement l'extrémité d'insertion 68 contre le corps du trépan à lames 52. 



   La figure 3A illustre une modification de la forme de réalisation des figures 2 et 3, dans laquelle un couteau à pointe 151 est brasé, ajusté par frettage ou par serrage (ou fixé d'une autre manière appropriée) à   l'élément   de support 61 en un matériau autre que le carbure de tungstène du corps du couteau à pointe 51 dans la douille 63 de   l'élément   de support 61. Comme décrit ci-dessous en référence à   1   figure 4,   Télément   de support 61 peut être fixé dans la douille 50 du corps du trépan 52 par un élément de retenue 67 comprenant un collier élastique ou flexible ou un collier en un alliage à mémoire, plutôt q'une bague à fente. 



   La figure 4 montre une autre forme de réalisation de l'invention. La base de couteau à pointe 82 comporte un axe central longitudinal 81 et est représenté monté dans la douille 83 dans le corps du trépan 85. Cette version diffère de celle de la figure 3 en ce que la partie supérieure 80 de la base du couteau à pointe   82,   c. à. d. la partie au-dessus de l'épaulement   84,   a un diamètre 86 inférieur au diamètre 87 de la partie inférieure de   1 a   base 88. Comme dans la figure 3,   1 a   bague à fente élastique 90 montée dans la rainure annulaire 92 est partiellement chargée, c. à. d. dilatée lors de son logement sur l'épaulement 84.

   Cette version permet le pliage ou la flexion de la partie supérieure de la base 80 lors de l'application de charges élevées par le matériau devant être foré. la partie inférieure de la base 88 se trouvant dans un état comprimé. Les forces de forage sont ainsi relâchées, pour réduire l'usure des éléments de coupe, une éjection du couteau à pointe étant également empêchée. Comme représenté, un butoir 94 peut être utilisé derrière la base du couteau à 

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 pointe   pour llmlter la flexlon   de la partie supérieure de la base 80.

   Il est en outre possible d'utiliser un collier flexible à la place de la bague à fente   90,   celui-ci étant mis en position dans un moule ou une coupelle avant la fabrication (infiltration du liant d'un carbure de tungstène ou d'une autre poudre de matrice appropriée) d'un trépan du type à matrice. de sorte à éliminer la   nécessité   d'usinage d'une rainure 92 ou d'installation d'une bague à fente 90. Le collier flexible peut comprendre une rondelle plate, une rondelle en tronc de cône, une rondelle avec des encoches radiales ou une autre structure appropriée. Un collier à dilatation en un alliage à mémoire peut aussi être utilisé à la place du collier   flexible ou élastique.   



   Les figures 5 à 7 illustrent la dilatation radiale et la compression d'une bague à fente 100 au cours de son installation et de son utilisation. 



  La bague à fente 100 est destinée à être radialement comprimée ou étendue à partir de son état sans contrainte en présence d'une force accrue. Dans   1     figure 5. 1a   bague à fente 100 est représentée dans un état sans contrainte, nl comprimée ni dilatée Elle a un diamètre extérieur relâché 102 et un   diamètre intérieur   104. La bague 100 englobe une surface 105 configurée de sorte à contacter par chargement un épaulement du couteau à pointe 59 ou 84. 



   Dans la figure 6, la bague à fente 100 est représentée dans un état radialement comprimé en vue de son installation dans la rainure annulaire s'étendant vers l'extérieur de la douille, comme décrit ci-dessus. Le diamètre extérieur 106 est inférieur au diamètre extérieur 102 de la figure 5, le   diamètre intérieur   108 étant inférieur au   diamètre intérieur   104 de la bague à fente non comprimée 100 de la figure 5. 



   La figure 7 montre la bague à fente 100 dans un état dilaté lors de l'installation du couteau à pointe dans la douille. Dans cette position. l'espace 114 de la bague à fente est ouvert. Le diamètre extérieur 110 est respectivement supérieur au   diamètre extérieur   102 ou 106 des figures 5 et 6. Le diamètre intérieur 112 est étendu à un diamètre dépassant le diamètre de la base du couteau à pointe lorsque la base la traverse pour installer le couteau dans la douille. Le diamètre intérieur 112 de la bague à fente 100 est ainsi respectivement supérieur aux   diamètres   intérieurs 104 et 108 des figures 5 et 6 La bague 100 reste dans un état chargé, quelque peu dilaté, pour verrouiller le couteau à pointe dans la douille. 

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   La figure 8 illustre le mécanisme de verrouillage de la bague à fente et la rainure associée du couteau selon   1 a   présente invention, les dimensions indiquées étant exagérées en vue d'une présentation plus claire. 



  Le couteau à pointe 120 comportant un axe central longitudinal 121 et un diamètre 123 est montré complètement inséré dans la douille 122 à l'intérieur du corps du trépan 124. Le couteau à pointe 120 est montré lors de son ajustement serré dans la douille 122. Une rainure circonférentielle 126 entoure le couteau à pointe 120'et englobe un épaulement inférieur incliné 128 communiquant avec une surface correspondante 130 d'une bague à fente élastique 132. La bague à fente 132 a un diamètre extérieur 131 et un diamètre intérieur 133 et est montée de façon mobile dans la rainure annulaire 136 dans le corps du trépan 124.

   Les dimensions du couteau à   pointe 120,   de   l'épaulement 128,   de la douille 122, du plancher de 1a douille 134 et de la rainure du couteau à pointe 126 sont coordonnées, de sorte que lorsque le couteau 120 est complètement logé sur le plancher de la douille 134, la surface 130 heurte l'épaulement 128 et la bague à fente chargée 132 applique une force 138 sur l'épaulement 128. La force 138 comporte une composante axiale 140 et une composante radiale 142, cette dernière poussant le couteau à pointe 120 vers le bas, contre le plancher de la douille   134,   pour empêcher son éjection au cours des opérations de forage.

   Comme indiqué ci-dessus en référence aux formes de réalisation précédentes, il peut être avantageux de former   1   rainure 36 avec une section courbée ou arrondie. 



   La surface de la bague à fente 130 heurtant l'épaulement 128 ne doit pas forcément être plate. Comme représenté dans la figure   9,   une bague à fente 150 a une forme de section ronde et est montée dans la rainure 152 dans le corps du trépan 154. La bague à fente 150 est maintenue dans un état chargé contre l'épaulement 156 du couteau à pointe 158 lorsque ce dernier est logé complètement dans la douille. La bague à fente 150 exerce une force 160 contre 1'épaulement 156 et   1 a   force 160 comporte une composante axiale 162 et une composante radiale 164. Cette dernière force maintient le couteau à pointe 158 dans son état verrouillé dans la douille 166. 



   La figure 10 illustre un couteau à plaquette 170 comportant un corps ou une base 172 de forme conique plutôt que cylindrique. Un élément de coupe 174 est monté sur l'extrémité plus grande, c. à. d. l'extrémité de coupe 176 de la base 172. Le couteau 170 est représenté monté dans une douille conique de raccordement 178 dans le corps du trépan 180. Le couteau 

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 170 comporte un axe longitudinal 182 et peut avoir une section ronde, ovale ou   rectangu1alre. -e   couteau 170 a de préférence une section ronde pour faciliter la formation du couteau ainsi que de la douille 178. 



   La bague à fente élastique 180 est représentée montée dans la ramure 182 dans le corps 180 pour couper un épaulement 184 de la rainure circonférentielle 186 dans le couteau 170 La bague à fente 180 et les rainures   182.   186 peuvent être alignées dans un plan 188 perpendiculaire à l'axe longitudinal 182 Dans cette configuration, le couteau à pointe 170 peut être tourné par les forces de forage. 



   Si la rotation du couteau 170 n'est pas   désirée.   la bague à fente 180 et les rainures 182.186 peuvent être alignées dans un plan 190 non perpendiculaire à l'axe 182. La bague à fente 180 et les rainures 182, 186 sont ainsi représentées comme décalées de la perpendiculaire 188 par un angle de décalage 192. Dans cette configuration, une quelconque rotation 
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 du couteau 170 prodult des forces axiales sur la bague à fente 180 ainsi du couteau 170 produi-l, qu'une dilatation de 1a bague à fente 180 La force nécessaire pour continuer 1a rotation de la bague 180 est ainsi accrue. En général, plus l'angle 192 est grand, plus la résistance à la rotation est importante. Un décalage de 1 à 20 degrés ou   plus. jusqu'à environ   60 degrés, est jugé utile.

   Cette caractéristique n'est pas   limitée   à des couteaux coniques mais peut être appliquée à une quelconque autre forme de couteau utilisant un mécanisme de verrouillage du type à bague à fente. 



   Les formes de réalisation de l'invention illustrées dans les figures 1 à 10 sont particulièrement utiles dans les cas où il est nécessaire d'utiliser une douille borgne. Elles peuvent toutefois aussi être utiles lorsqu'une douille à trou de passage a déjà été formée. 



   Les mécanismes de verrouillage décrits ci-dessus peuvent être modifiées pour fournir un couteau non rotatif La figure 11 est une vue en coupe de la figure   4,   prise le long des lignes   3-3,   et est adaptée pour un couteau à pointe non rotatif. Comme décrit ci-dessus, la base du couteau 82 comporte un axe central longitudinal 81 et est raccordé dans la douille 83 à l'intérieur du corps du trépan 85. La base du couteau 82 englobe un épaulement 84 contactant une bague à fente chargée 90. La caractéristique de non rotation englobe une rainure annulaire incomplète 92 dans le corps du trépan 85, correspondant à la bague à fente 90. La rainure annulaire englobe moins de la circonférence complète de la douille 83.

   L'extension interne 194 du corps du trépan 85 peut ainsi être raccordée entre les 

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   extrémités   195 de la bague à fente 90. La rainure périphérique ou l'insertion 197 dans la base du couteau 82 est de même incomplète, de sorte que l'extension externe 198 de la base du couteau 82 et aussi raccordée entre les extrémités 195 de la bague à fente 90. La bague à fente 90 est maintenue dans un état sans rotation par l'extension interne 194 et la bague à fente 90 maintient à son tour l'extension externe 198 de la base du couteau 82 dans une position sans rotation. La rainure annulaire 92 est dimensionnée de sorte à permettre une installation rapide de la bague à fente 90 dans la rainure 92, le couteau pouvant être installé dans une seule position radiale. 



   Les figures 12 et 13 illustrent d'autres formes de réalisation de l'invention. Dans la figure 12, un couteau généralement cylindrique 200 comporte un corps 202 avec un élément de coupe 204 monté sur l'extrémité de coupe 206 et un axe central longitudinal 208. L'extrémité d'insertion 210 a en général un   diamètre inférieur   à   l'extrémité   de coupe 206. Le corps 202 comporte une surface de verrouillage 209 adjacente à l'extrémité 
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 d'insertion 210, comportant une série de saillies radiales à arête vive 212, par exemple des nervures circulaires ou des cannelures composées d'un matériau dur. Une douille 24 préformée ou alésée dans le corps du trépan 216 comporte une entaille 218 dans une partie inférieure de la douille 214. 



  Un élément de manchon annulaire 222 en métal ou en un autre matériau approprié peut être placé dans l'entaille 218 et est représenté dans son état étendu dans l'espace de la douille pour former un épaulement 224. 



  L'élément 222 a une valeur de dureté inférieure à celle des nervures 212, de sorte que le couteau 200 peut être inséré de force dans l'élément 222 et maintenu par friction dans l'élément 222 par les nervures ou les cannelures à arête vive 212. L'épaulement 224 maintient en général le couteau 200 à une profondeur désirée dans la douille. Le couteau 200 est maintenu dans une position non rotative par l'élément plus mou   222,   mais peut être tiré de force de la douille 214 si nécessaire. En cas d'utilisation d'un corps de trépan ductile, l'élément 222 peut être éliminé et les cannelures 212 peuvent s'engager directement dans le matériau du corps du trépan.

   Une partie substantielle du corps du couteau 202 est configurée sous forme d'une surface de verrouillage   209,   pour assurer la rigidité du couteau dans la douille 214. L'élément de manchon 222 peut en outre être composé d'un matériau plus dur et englober des cannelures destinées à s'engager dans la surface lisse d'un corps de couteau plus mou 202.

   Le corps du couteau 202 peut comporter une base ductile avec une 

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 enveloppe plus dure. plus proche de l'élément de coupe 204 pour résister à l'abrasion et à   l'érosion.   On estime aussi que grâce aux techniques de   production a stratification   modernes appliquées en général pour la fabrication de prototypes. le corps peut être formé avec des cannelures ou des rainures d'engagement, le manchon pouvant aussi être formé sur place au cours de la fabrication du corps du trépan. 



   La figure 13 représente un couteau 226 similaire au couteau 200 de la figure 12. Le couteau 226 comporte toutefois une extrémité de coupe conique 228 raccordée dans une douille 230 avec une partie supérieure conique 232. Une surface de verrouillage 229 adjacente à   l'extrémité   d'insertion 234 du couteau 226 comporte des saillies à arête vive 232, par exemple des nervures ou des cannelures qui y sont formées, pénétrant légèrement dans un élément plus mou 238 formé ou placé dans une entaille 240 de la douille 230. Il en résulte un ajustement par friction maintenant le couteau 226 dans la douille   230,   mais permettant si nécessaire son enlèvement par l'intermédiaire d'une force de retrait.

   La figure 13 montre le couteau 226 avec sa partie conique 228 formée par un cône extérieur creux 242 entourant un noyau    méta111que 244 ¯e noyau   244 peut être composé d'acier trempé ou d'un autre métal résistant et ductile. le cône creux 242 étant typiquement composé d'un matériau hautement résistant à   l'érosion,   par exemple de carbure de   silicium.   



   Comme représenté dans les figures 12 et   13,   il et aussi possible de former les bases du couteau ou les manchons ou autre récipients dans les douilles en un matériau susceptible d'être porté à fusion en présence de chaleur, les couteaux étant   insérés   dans les douilles par filage de sorte à y régler les couteaux par soudage par friction. 



   Une autre forme de réalisation de   l'invention   est illustrée dans les figures 14 à 17 et est utile en cas d'utilisation de douilles borgnes. Dans la figure   14,   un couteau 250 est composé du corps du couteau 252 comportant un axe central longitudinal 254, un élément de coupe 256 monté sur l'extrémité de coupe 258 et un élément métallique pouvant être soudé par friction   260.   monté fermement sur   l'extrémité d'insertion   262 du corps du couteau 252 au niveau de la surface de jonction 264. L'élément métallique 260 peut par exemple être composé d'aluminium ou d'un alliage d'aluminium.

   La température nécessaire pour ramollir ou faire fondre le métal est facilement atteinte par friction, les températures étant toutefois supérieures à celles normalement associées aux opérations de forage. 

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   Dans la figure   15,   le couteau 250 est représenté en coupe latérale. prêt au montage et au verrouillage dans la douille 266 dans le corps du trépan 268. La douille généralement conique 266 accepte le couteau 250, de sorte que l'élément de coupe 256 déborde lors du logement complet du couteau, en fonction des besoins. La douille 266 englobe une partie à   .   extension radiale 272 au niveau de l'extrémité interne 270 de la douille. 



  Le plancher 274 de la douille 266 a une forme adaptée en général à celle de l'extrémité d'insertion 276 du couteau 250. 



   Le couteau à pointe 250 est monté par verrouillage dans le corps du trépan 268 par rotation rapide du couteau 250 autour de Taxe 254, l'extrémité d'insertion 276 étant en contact par friction avec le plancher 274. La chaleur produite par la friction fait fondre ou ramollit l'élément métallique   260,   s'écoulant radialement par suite de la force centrifuge dans la partie à extension radiale 272 de la douille 266. La rotation est alors arrêtée et l'élément métallique fondu/ramolli 260 se refroidit et se solidifie à l'intérieur de la partie étendue 272 pour verrouiller le couteau 250 dans la douille 266. 



   Il est aussi possible d'agencer une partie à extension radiale 272' au-dessus du plancher 274 de la douille 266, comme représenté par des tirets. La partie supérieure du corps du couteau 252 peut en outre être évasée vers l'extérieur (ou bien intégralement ou par l'addition d'un autre élément), comme représenté par des tirets au niveau du numéro de référence   253,   pour protéger le corps du couteau/la surface de jonction de la douille contre une abrasion et une érosion entraînées par le fluide de forage. 



   La figure 16 représente le couteau 250 monté par verrouillage dans la douille 266 du corps du trépan 268. L'élément métallique 260 a une dimension 286 supérieure au diamètre 288 du rebord de   la douille 290,   empêchant ainsi un relâchement non voulu et une perte du couteau 250 au cours des opérations de forage. 



   Une autre forme de réalisation du couteau est illustrée dans la figure 17. Le couteau 292 comporte une base de couteau conique 294 avec un axe central longitudinal 296. Un élément de coupe 298 est monté dans   l'extrémité   de coupe 300. La base du couteau 294 comporte une paroi extérieure creuse 302 en un   matériau dur, résistant   à l'abrasion et à l'érosion. Au niveau de l'extrémité plus petite 304 de la paroi 302, un élément métallique à soudage par friction 306 s'étend axialement à partir de la paroi 302 et s'étend également dans la cavité creuse 308 dans la 

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 paroi extérieure 302.

   La cavité 308 et   l'élément   306 qui y est contenu sont agrandis au niveau de   1'extrémité   de coupe 300 pour empêcher une séparation de la paroi 302 et de l'élément métallique 306 au cours des opérations de forage. Comme dans la forme de réalisation de la figure 15, le couteau 292 est monté dans une douille par rotation rapide du couteau autour de l'axe 296,   l'extrémité   d'insertion 310 étant en contact par friction avec le plancher de la douille en vue de   la fusion/du ramollissement   et de la dilatation de l'élément métallique déformable 306, comme décrit ci-dessus. 



   Une autre forme de réalisation de l'invention englobant un filet à vis est représentée dans les figures 18 à 23. Comme représenté dans la figure   18,   le couteau à pointe 320 comporte un corps de fraise en tronc de cône 32 avec un axe central longitudinal 324. Un élément de coupe préformé 326 est montré fixé fermement à   l'extrémité   de coupe 328 du corps 322. Le couteau 320 est raccordé dans une douille ayant généralement une forme en tronc de cône 330 dans le corps du trépan 332 La douille 330 contient des filets de vis   hélicoïdaux   334 sur sa partie supérieure. Le corps du couteau 322 comporte des filets de vis de raccordement 336 sur la partie conique supérieure 336 pour visser fermement le couteau 320 dans la douille 330.

   Les filets se trouvent ainsi sur des surfaces coniques et établissent une zone à contact limité pour le verrouillage. La profondeur de la douille est représentée comme dépassant 1 a longueur du corps du couteau 322. pour assurer un ajustement serré du couteau 320 dans la douille 330. Une clavette 338 est poussée dans une rainure de clavette 340 orientée en général axialement par rapport à la surface du corps du trépan   342,   pour verrouiller le couteau 320 dans la douille 330
Dans la figure 19, le couteau 350 comporte un corps de couteau 352 avec une partie conique supérieure 354 et une   extrémité d'insertion   inférieure cylindrique 360.

   Un élément de coupe 356 est fixé à l'extrémité supérieure 358 de la partie conique 354.   L'extrémité   d'insertion cylindrique 360 est filetée avec des filets de vis hélicoïdaux 362. Le couteau 350 est raccordé dans une douille 364 dans le corps du trépan 366 et comporte une partie supérieure conique 368 et une partie inférieure cylindrique 370 filetée avec des filets de vis hélicoïdaux 372 pour le raccordement avec les filets 362. Le couteau 350 est vissé dans la douille 364 avant d'y être verrouillé de façon immobile par une clavette 374 raccordée dans une rainure de clavette 376 au niveau de la surface de jonction entre 1a partie conique 354 et le corps du trépan 366. Un 

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 déplacement par rotation ou un déplacement axial du couteau 360 sont ainsi empêchés. 



   Le couteau 380 de la figure 20 comporte un corps de couteau cylindrique 382 avec une extrémité de coupe 384 à laquelle est fixé un   élément   de coupe 386. Le corps du couteau 382 est représenté comme comprenant une paroi annulaire 388 renfermant un noyau 390 s'étendant vers le bas à partir de la paroi 388 pour former une extrémité d'insertion à filetage hélicoïdal 390 de diamètre inférieur à la paroi annulaire 388. Il est aussi possible d'utiliser un corps de couteau à composant unique, l'extrémité d'insertion 392 et l'extrémité de coupe 384 pouvant si nécessaire avoir le même diamètre. Comme représenté dans la figure, le noyau 390 comporte une extrémité de coupe agrandie 394 verrouillant le noyau 390 dans la paroi annulaire 388.

   Le couteau 380 est verrouillé dans la douille 396 du corps du trépan 398 par une clavette 400 agencée dans une rainure de clavette 402. 



   Une quelconque des formes de réalisation de l'invention décrites peut utiliser une clavette et une rainure de clavette pour empêcher la rotation du couteau dans la douille, en cas d'absence d'un autre moyen empêchant la rotation. 



   La figure 21 illustre une autre forme de réalisation de l'invention. 



  Un couteau 410 comporte un corps de couteau   412,   auquel est fixé un élément de coupe 414. Le corps comporte un axe central de rotation 438. Une extrémité d'insertion cylindrique   416,   englobant une surface extérieure filetée 418 au-dessus d'une partie de tête 420 est coaxiale au corps 412. L'extrémité d'insertion 416 est représentée comme ayant un diamètre inférieur à celui du corps 412. La partie de tête 420 de l'extrémité d'insertion 416 est fendue par une fente ou des fentes 424 en deux ou plusieurs doigts   422,   dont chacun peut être facilement embouti dans une direction axiale pour le séparer de l'axe 438 et l'évaser par rapport à celui-ci.

   Le couteau 410 est représenté avec une ou plusieurs rainures de clavette ou rainures 426 dans lesquelles une clavette, non   représentée,   peut être insérée pour empêcher la rotation du couteau 410 après son installation dans la douille. L'évasement des doigts 422 dans la fente 440, comme représenté dans la figure 22, peut optionnellement retenir le couteau 410 dans une position de rotation fixe. 



   Dans la figure 22, le couteau 410 est représenté installé dans une douille spéciale 428 dans le corps du trépan 430. La douille 428 englobe 

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 une   extrémité d'insertion cylindrique filetée   432 pour 1e raccordement avec les filets 418. Dans   l'extrémité   inférieure 434 de la douille 428, audessous des filets   432,   une base de douille conique dirigée vers le haut 436 est   alignée dans t'axe centrât   438 Le cône 436 est formé par enlèvement du matériau du trépan dans une fente de forme conique 440   déviée   vers le bas à part-r de l'axe 438 dans une circonférence complète. 



   Le couteau 410 est installé dans la douille 428 par vissage dans les filets 432. Lorsque la pointe 420 atteint le cône 436, les doigts 422 de la pointe 420 sont emboutis vers l'extérieur pour s'évaser dans la fente 440 par un déplacement vers le bas du couteau 410. La force nécessaire pour dévisser le couteau 410 et pour plier les doigts pour les ramener dans leur position originale non évasée est plus grande que les forces présentes lors des opérations de forage, de sorte que le couteau 410 est verrouillé dans sa position de logement dans la douille 428.

   Si nécessaire, il est toutefois possible d'utiliser un autre verrouillage, c. à. d. l'insertion d'une clavette 442 dans une ramure de clavette   426,   comme décrit cidessus.   L'utilisation   d'une clavette 422 empêche un mouvement de rotation mineur du couteau 410 dans la douille 428. 



   Les figures 21 et 22 montrent le corps du couteau 412 similaire au corps 382 illustré dans la figure 20, à savoir un corps comportant un noyau 432 relié à une paroi annulaire externe 433 Le noyau 431 est représenté comme s'étendant vers le bas pour former une extrémité d'insertion 416. Le corps peut aussi avoir une forme conique ou   étagée,   ou une forme   quelconque, établissant"un fond"à   une profondeur   prédéterminée   pour positionner correctement l'élément de coupe 414 au-dessus de la surface 435 du corps du trépan 430. Le corps du couteau 412 peut être composé de deux parties. Un noyau 431 est coulé et/ou usiné en un matériau présentant une résistance élevée à la traction.

   Une paroi annulaire externe 433 peut être coulée et/ou usinée en un matériau hautement résistant à l'abrasion et à   l'érosion.   Les deux parties peuvent être assemblées par cémentation, brasage, soudage, etc., pour former un seul corps 412. Le corps peut aussi être formé en une pièce à partir d'un seul matériau, utilisé tel quel ou revêtu, plaqué ou recouvert d'une autre façon avec un matériau résistant. 



   La figure 23 illustre une tête à emboutissage 444 d'un couteau 446, la tête étant fendue par des fentes 448 et 450 en des secteurs, par exemple quatre doigts à quadrants 452. L'intersection 454 des fentes est de préférence légèrement agrandie pour assurer l'alignement de la tête de la base conique de la douille 436 (figure 22) avec l'intersection 454 La 

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 surface de section 456 de chaque doigt est ajustée de sorte que les doigts peuvent être emboutis vers l'extérieur avec une force modérée et qu'après l'emboutissage ils resteront séparés et évasés dans la fente 440 pour retenir le couteau 446 dans sa position de logement. 



   De nombreux problèmes inhérents au forage de roche résultent de composants à contrainte excessive. Un changement de structure entraîne souvent l'application de forces élevées sur les éléments de coupe, les corps des couteaux à pointe et les moyens de fixation. Une cassure de la pointe ou de la plaquette du couteau, une défaillance de l'assemblage diamant-carbure, une défaillance de la brasure et une cassure de la poche/de l'ailette sont ainsi entraînées par des composants trop fortement sollicités. 



   Les figures 24 à 26 représentent une forme de réalisation de l'invention dans laquelle les forces appliquées sur le couteau sont réduites par l'utilisation d'un couteau à pointe compressible à débordement. Le couteau à pointe est destiné à se comprimer dans une direction perpendiculaire à la surface du couteau. Lorsque le couteau heurte une section dure du fond du trou de forage,   11   se plie ou se rétracte suffisamment pour relâcher la contrainte élevée qui y est appliquée. Le point dur est éliminé en plusieurs étapes, plutôt que dans une seule étape. La direction primaire du mouvement est horizontale, c. à. d. qu'il s'agit d'une rotation. Chaque couteau ou lame est ainsi monté sur une poutre en porte-à-faux relativement verticale (généralement parallèle à l'axe du trépan) sur le trépan à lames.

   Un butoir rigide est prévu pour empêcher que la poutre ne dépasse sa limite d'élasticité. En vue d'une meilleure compréhension de 1a construction, les figures illustrent les couteaux à pointe dans une position généralement inversée par rapport à leur orientation de service normale lorsque le trépan se trouve dans le trou de forage. 



   La figure 24 montre le couteau à pointe 460 avec   l'élément   de coupe 462 qui y est fixé, débordant du trépan 464. La tige allongée du couteau à pointe 466 est composée d'un matériau compressible, par exemple d'un alliage d'acier inoxydable, d'un alliage de nickel, d'un alliage d'acier ou d'un alliage de cuivre au béryllium. La tige 466 est une poutre en porte-à-faux, fléchie en présence d'un couple de flexion résultant de la force 468 appliquée par le matériau à travers lequel est foré le trou de forage. Un butoir 470 est prévu pour limiter la distance de flexion du couteau à pointe.

   Si les conditions de forage le permettent, la tige 466 

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 peut être composée d'un matériau non compressible ou rigide pour juste établir un grand espacement pour 1 élément de coupe, de sorte à faciliter par exemple   les saignées.   



   Comme représenté dans la   figure 25. 1e   couteau à pointe 472 comportant une tige allongée compressible 474 a un axe généralement longitudinal 476 Un diamètre de la tige 478 est prédéterminé pour assurer une flexion   désirée   480 de la tige 474 lors de l'application du couple de flexion. La rotation du trépan 484 contre la tige dans le trou de forage applique une force 486 généralement le long de l'axe 476, ensemble avec une force de rotation 487 dirigé contre l'élément de coupe 488.

   Le couteau peut aussi être monté de sorte que la force de rotation est plus généralement   alignée avec 1'axe 476   Un butoir   ajustable 490   est représenté monté dans la   saillie 492 pour limiter ta flexion   de la tige 474 du couteau à pointe 472 en présence des forces appliquées. Dans cette illustration, le butoir ajustable 490 est une vis filetée de verrouillage montée dans un trou fileté 494 s'étendant à travers la saillie 492. La distance de flexion disponible 480 est réglée par ajustement du butoir 490 avec un tournevis, un autre moyen, ajustable ou préréglé, pouvant aussi être utilisé. 



   Dans la   figure 25. 1e   couteau à pointe 472 est de préférence représenté sous forme d'un composant formé séparément, avec une extrémité d'insertion filetée 498 agencée dans la douille filetée 500 dans le trépan 484. Un quelconque mécanisme de verrouillage, comme décrit dans le présent document, peut être utilisé pour retenir fermement le couteau à pointe 472 et   t'aligner   sans rotation dans   1a douille   500. Le couteau à pointe compressible peut aussi être formé ensemble avec le trépan 484. comme représenté dans la figure 25A, dans laquelle un élément ayant en général 
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 une forme en U 496 est coulé dans 1a matrice d'un trépan 484.

   Il est également possible d'orienter l'élément compressible transversalement a l'axe du trépan pour fournir des supports élastiques du couteau s'opposant à des forces normales, en fonction des besoins, ou contre une combinaison de forces normales et de forces tangentielles
La figure 26 illustre une modification dans laquelle des éléments de coupe multiples 502 sont montés sur une seule tige compressible d'un couteau à pointe 504 Trois éléments de coupe 502, ayant chacun la même   orientation générale,   sont fixés fermement sur les extrémités de coupe séparées 506 de la tige du couteau à pointe 504.

   La tige du couteau à pointe 504 peut être formée d'une seule pièce avec le trépan (voir figure 25A) ou peut englober des   extrémités d'insertion   à verrouillage, non 

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 représentées, en vue de la fixation au trépan. Des butoirs 501 sont représentés fixés à une extension 503 du corps du trépan pour limiter la distance de flexion disponible du couteau à pointe 504. 



   La figure 27 représente une autre forme de réalisation du couteau réagissant longitudinalement et de façon élastique aux forces de forage. Le couteau 510 comporte un corps 512 auquel est fixé un élément de coupe 514. Le couteau à pointe 501 est installé dans une douille 516 comportant un trou de passage 518 dans le corps du trépan 520. Un élément annulaire élastique 522 est agencé dans la partie inférieure 524 de la douille 516, entourant une partie à diamètre réduit du corps 512, pour absorber les forces transitoires importantes heurtant l'élément de coupe 514 à un angle par rapport à l'axe 526. L'extrémité d'insertion 528 du couteau 510 est représentée comme filetée, un écrou 530 maintenant le couteau 510 dans   Tétât   voulu.

   L'élément élastique 522 peut être composé de caoutchouc compressible ou d'un autre élastomère, et avoir la forme d'un ressort Belleville, d'un ressort à boudin ou d'une autre construction capable d'absorber les charges d'impact à direction longitudinale exercées sur le couteau 510. Le dispositif particulier servant à verrouiller le couteau dans la douille peut être un quelconque moyen approprié, comme décrit dans le présent document. 



   Les figures 28 à 31 illustrent des moyens additionnels pour monter par verrouillage les couteaux dans les trous de passage dans un trépan à lames. Comme représenté dans la figure 28, un élément de coupe 540 est monté sur une surface de support 542 de l'extrémité de coupe 543 d'une partie agrandie du couteau 544. Le couteau 544 englobe une base 546 avec une extrémité d'insertion 548. La base cylindrique 546 a un diamètre réduit 550 par rapport à l'extrémité de coupe 543. L'extrémité de coupe agrandie 543 a de préférence une forme conique ou cylindrique et peut englober une partie externe 552 de matériau dur. 



   La douille 556 dans le corps du trépan 554 comporte une embouchure agrandie 558 pour accepter   l'extrémité   de coupe 543 du couteau 544 et comporte un trou de passage à alignement axial 560 dans lequel est montée la base 546. La douille 556 englobe une partie généralement conique ou   sortie 562. configurée   de sorte à accepter un collier à fente comprimé 564. 



  Le collier à fente entoure une partie à diamètre réduit 566 de la base 546. Un épaulement 568 de la partie à diamètre réduit 566 maintient le collier 

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 à fente 564 en compression contre la   parole   de douille conique 562. empêchant un enlèvement du couteau à pointe 544 de la douille 556. Le couteau 544   est installé   en tirant   l'extrémité   d'insertion 548 dans la direction ax-ale 572 tout en poussant le coller à fente 564 dans la partie   conique 562. logeant le collier a   fente 564   cerrière l'épaulement   568.

   La base 546 est ainsi verrouillée et chargée par tension lors de son montage dans le corps du   trépan 554.   La friction entre les surfaces de raccordement établit une résistance contre la rotation ou le déplacement axial du couteau 544. Le couteau 544 peut être enlevé facilement par découpage d'une partie du collier à fente 564 pour relâcher la base 546. 



   Le collier a fente 564 est composé d'un   matériau résilient, par   exemple d'un élastomère renforcé, comme représenté, ou peut comprendre un collier métallique à fente en acier, en nickel, en acier inoxydable ou en des alliages de cuivre au béryllium, ou en un quelconque autre matériau approprié ayant un module   d'élasticité   approprié. 



   La figure 29 représente un autre dispositif de verrouillage, configuré de sorte à maintenir le chargement d'une base d'un couteau sous 
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 tension La par-, l tension La pâme de coupe n'est pas représentée dans le dessin. Une attache de retenue en forme de fer à cheval 576 composée de métal à ressorts est dilatée pour la faire glisser dans une fente radiale partielle ou complète 578 dans la   périphérie   de la Dase 580 du couteau à pointe lorsque   l'extrémité   d'insertion 579 de la base 580 est chargée par la force de traction axiale 582, L'attache 576 est retenue contre une paroi 584 du corps du trépan 586 pour maintenir la base 580 dans un état chargé, mais peut être enlevée facilement pour permettre l'enlèvement et le remplacement du couteau à pointe.

   Il est possible de prévoir un capuchon, une couverture ou un revêtement résistants à l'érosion et à l'abrasion, comme représenté par des tirets au niveau du numéro de référence 590, pour empêcher la   détérioration   du dispositif de fixation au cours du forage. 



   Une autre forme de réalisation du dispositif de verrouillage du couteau est représentée dans la figure 30. La partie de base 590 d'un couteau est représentée dans le trou de passage 592 d'un corps de trépan 594. Le trou de passage 592 se termine par une partie conique 600 dans la face arrière 596 de l'extension du corps du trépan 598. L'extrémité d'insertion 602 de la base 590 comporte une partie d'extrémité filetée 604. Un écrou de fixation filetée 606 comporte une face de contact conique 608 raccordée dans la cavité conique 600, lors de son vissage sur la base 590. La base 590 est tirée dans une direction axiale 610 par rapport au corps 

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 du trépan   594,   dans un état chargé par tension.

   Un fil de verrouillage 612 est passé à travers les trous correspondants 614 (les trous 614 étant tournés les uns vers les autres dans la figure en vue d'une plus grande clarté) dans l'écrou 606 et la base 590 pour empêcher un déplacement entre eux. Le couteau est ainsi verrouillé dans le corps du trépan dans un état chargé par tension. Le fil de verrouillage peut être enlevé facilement. l'écrou de fixation étant dévissé pour relâcher le couteau à pointe. 



   La figure 31 montre une autre forme de réalisation de l'invention. 



  La partie de base 620 d'un couteau est monté dans un trou de passage 622 dans le corps d'un trépan 624. Le trou de passage 622 se termine par une partie conique 626 dans laquelle est ajusté un élément de glissement à fente 628. La base 620 comporte une extrémité d'insertion 627 qui est filetée. La base 620 comporte une surface de friction moletée ou hachurée en croix 630 au niveau de laquelle elle contacte l'élément de glissement à fente 628 qui l'entoure. 



   Pour verrouiller la base 620 dans   l'élément   de glissement à fente 628,   l'élément   de glissement à fente est d'abord monté de sorte à entourer la base 620 dans la partie conique 626. Un dispositif de compression 632 est monté sur la base 620 et maintenu par l'écrou 638 et la rondelle 640 contre la surface d'extrémité 642 de   l'élément   de glissement à fente 628. 



  Le dispositif de compression 632 est représenté comme englobant un élément mobile 644 déplacé par la pression du fluide provenant de la source 646. L'élément de glissement à fente 628 est simultanément poussé dans la partie conique 626, la base 620 étant entraînée dans la direction axiale 648 en vue de son chargement par la force de tension. Les actions simultanées verrouillent la surface 630 sur l'élément glissant 628 et maintiennent le chargement par tension lors de l'enlèvement du dispositif de compression 632. L'écrou 638 et la rondelle 640 peuvent alors être serrés contre la surface d'extrémité 642 pour assurer si nécessaire une poursuite du verrouillage.

   Pour enlever le couteau,   l'élément   de glissement à fente 628 peut être simplement découpé pour relâcher la prise par friction de l'élément de glissement à fente sur les rainures de surface 630. 



   Comme décrit ci-dessus, un couteau selon l'invention englobe un moyen pour son montage par verrouillage dans une douille à l'intérieur d'un trépan de forage. Le couteau peut être verrouillé pour empêcher un mouvement axial et/ou un mouvement de rotation, tout en permettant un enlèvement et un remplacement faciles sur place. Une autre forme de réalisation comporte un moyen pour établir une distance de flexion maximale 

 <Desc/Clms Page number 23> 

   prédéterminée,   pour réduire les charges à contrainte maximale sur les éléments du couteau et pour allonger la durée de vie du couteau. Le brasage du couteau à pointe dans le corps du trépan est supprimé. 



   La description des formes de réalisation préférées de l'invention a certes concerné des structures de couteau et des structures pour le montage ou l'installation de celles-ci sur des trépans, mais on comprendra que les   mécanismes décrits   sont tout aussi utiles pour le montage ou 1'installation de corps de tuyères ou d'éléments montés dans le trépan pour diriger l'écoulement du fluide de forage. Comme ta   différence générale essentielle   entre les structures de couteau et de tuyère réside dans l'existence d'un passage de fluide à travers une buse. toutes les formes de réalisation décrites des couteaux pouvant comporter ur tel passage   1 es   traversant peuvent ainsi être fabriquées sous forme de structures de tuyères. 



  L'inclusion de revêtements de forage de la tuyère résistants à l'abrasion et à l'érosion ou la fabrication de corps de tuyères composés entièrement ou partiellement de tels matériaux sont bien comprises par les hommes de métier, et ne seront donc pas décrites en détail Les structures de montage représentées   dans', es figures   2 à 20 et décrites dans le contexte de référence sont particulièrement adaptées à la conception et à 1'installation de tuyères. d'autres formes de   réalisation   pouvant toutefois aussi se prêter à cet objectif. 



   Les références concernant les détails des formes de réalisation décrites et illustrées de l'invention ne sont pas destinées à limiter l'objectif des revendications annexées, énumérant les caractéristiques   considérées   comme significatives de l'invention.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS 1. Structure de montage d'un dispositif de coupe pour un trépan de forage souterrain, comprenant : une tige avec un axe longitudinal coupant une extrémité de coupe et une extrémité d'insertion ; un élément de coupe, fixé à ladite extrémité de coupe ; une douille sur ledit trépan pour recevoir ladite tige : et une structure de verrouillage pour verrouiller de façon amovible et remplaçable ladite tige dans ladite douille et pour la retenir dans celleci.

   2. Dispositif de coupe pour une fixation par verrouillage à un trépan de forage souterrain, comprenant : une tige avec un axe longitudinal coupant une extrémité de coupe et une extrémité d'insertion : ladite tige comportant une surface d'épaulement circonférentielle inclinée radialement entre ladite extrémité de coupe et ladite extrémité d'insertion, ladite surface d'épaulement entourant une majeure partie de la circonférence de ladite tige et étant configurée de sorte à intercepter une structure de verrouillage et à buter contre celle-ci : et un élément de coupe fixé à ladite extrémité de coupe pour déborder dudit trépan.

   3. Dispositif de coupe selon la revendication 2, comprenant en outre : une douille sur ledit trépan de forage, ladite douille étant configurée de sorte à accepter ladite extrémité d'insertion et englobant une entaille évidée courbée s'étendant en général radialement à partir de ladite douille, perpendiculairement audit axe longitudinal :

   ladite structure de verrouillage comprenant une bague à fente élastique comportant une surface interne inclinée radialement, ladite bague à fente étant configurée de sorte à être comprimée radialement en vue de l'insertion et de la dilatation de retenue dans ladite entaille évidée : et ladite tige dilatant radialement ladite bague à fente en un état de verrouillage chargé par tension de ladite surface inclinée de la bague à fente, en communication avec ledit épaulement lors de l'insertion complète de ladite extrémité d'insertion de ladite tige dans ladite douille. <Desc/Clms Page number 25> 4. Dispositif de coupe selon la revendication 2, dans lequel ladite tige a une section circulaire. EMI25.1

   5. Dispositif de coupe selon la revendication 3, dans lequel ladite -ion 3, dans lequel ladite bague à fente a une section circulaire.

   6. Dispositif de coupe selon la revendication 3, dans lequel ladite bague à fente comporte une surface interne orientée vers le haut, inclinée vers le haut en direction de la périphérie externe, et une surface interne orientée vers le bas. inclinée vers le bas en direction de la périphérie externe de ladite bague à fente.

   7. Dispositif de coupe selon la revendication 6, dans lequel l'inclinaison de ladite surface interne orientée vers le bas de ladite bague à fente et l'inclinaison correspondante de ladite surface d'épaulement de la tige sont courbées, l'angle de contact correspondant par rapport à l'axe longitudinal étant ainsi recuit lors de la dilatation de ladite bague à fente par suite de l'enlèvement de ladite tige.

   8. Dispositif de coupe selon la revendication 3, dans lequel ladite tige est généralement conique autour dudit axe longitudinal, ladite douille ayant une forme conique correspondante.

   9. Dispositif de coupe selon la revendication 2. dans lequel : ledit axe longitudinal est un axe de rotation, ledit moyen d'épaulement circonférentiel délimitant un plan décalé par rapport à la perpendiculaire audit axe : et comprenant en outre : une douille dans le corps d'un trépan à lames, ladite douille étant configurée de sorte à accepter ladite extrémité d'insertion et englobant une entaille évidée courbée s'étendant de ladite douille dans un plan décalé par rapport à la perpendiculaire audit axe longitudinal vers ledit axe longitudinal dudit couteau à pointe rapporté :

   ladite structure de verrouillage comprenant une bague à fente élastique avec une surface interne inclinée radialement. ladite bague à fente étant configurée de sorte à être comprimée radialement en vue de l'insertion et de 1a dilatation de retenue dans ladite entaille évidée : ladite tige dilatant radialement ladite bague à fente en un état de verrouillage chargé par tension de ladite surface inclinée de la bague à fente. en communication avec ledit épaulement lors de l'insertion complète de ladite extrémité d'insertion de ladite tige dans ladite douille, pour <Desc/Clms Page number 26> résister par verrouillage à un déplacement longitudinal et par rotation de ladite tige dans ladite douille.

   10. Dispositif de coupe selon la revendication 9. dans lequel ledit décalage est compris entre environ 1 et environ 60 degrés.

   11. Structure de montage d'un dispositif de coupe sur un trépan de forage souterrain, comprenant : une base ayant généralement une forme en tronc de cône avec un axe longitudinal ; un élément de coupe monté fermement sur l'extrémité plus grande de ladite base conique ; un élément métallique à soudage par friction associé à l'extrémité plus petite de ladite base conique ;

   et une douille sur ledit trépan de forage, ladite douille comportant une surface de paroi latérale supérieure et un espace radial inférieur agrandi avec une surface de friction, pour établir un contact de friction par rotation contre ledit élément métallique, pour ramollir et dilater ledit élément métallique dans ledit espace radial inférieur agrandi et pour verrouiller ladite base dans ladite douille par l'intermédiaire d'un refroidissement et d'un durcissement ultérieurs dudit élément métallique.

   12. Structure de montage selon la revendication 11, dans laquelle ledit élément métallique à soudage par friction est composé d'aluminium, de cuivre ou d'un alliage de l'un de ces métaux.

   13. Structure de montage d'un dispositif de coupe sur un trépan à lames, comprenant : une tige avec un axe longitudinal coupant une extrémité de coupe et une extrémité d'insertion, ladite tige englobant une surface de verrouillage adjacente à ladite extrémité d'insertion, comportant des saillies radiales dures ; un élément de coupe fixé à ladite extrémité de coupe de ladite tige ; une douille sur ledit trépan comportant une entaille radiale inférieure à diamètre accru ; un élément annulaire inséré dans ladite entaille radiale inférieure, ledit élément comprenant un matériau plus mou que celui composant lesdites saillies : et <Desc/Clms Page number 27> lesdites saillies étant retenues par friction par ledit élément annulaire pour verrouiller de façon amovible ladite tige dans ladite douille.

   14. Structure de montage selon la revendication 13, comprenant en outre un butoir pour limiter 1'insertion de ladite tige dans ladite douille à une profondeur maximale sélectionnée.

   15. Structure de montage selon la revendication 13, dans laquelle lesdites saillies sont composées de carbure de tungstène, de carbure de silicium, de céramique, ou un composé métal-céramique, ledit élément annulaire étant composé d'acier doux. de cuivre ou d'aluminium.

   16. Structure de montage d'un dispositif de coupe sur un trépan de forage souterrain, comprenant : un corps de couteau en tronc de cône avec un axe central de rotation coupant une extrémité de coupe et une extrémité d'insertion ; un élément de coupe fixé à ladite extrémité de coupe pour déborder dudit corps d'un trépan à lames ; des filets hélicoïdaux formés sur ledit corps conique du couteau, près de ladite extrémité de coupe : une douille en tronc de cône. agencée sur ledit trépan de forage. ladite douille comportant une partie supérieure conique avec des filets de vis hélicoïdaux destinés à recevoir lesdits filetas de vis dudit corps du couteau :

   et au moins une rainure de clavette dans chacun dudit corps de couteau et de ladite douille, lesdites rainures de clavette coopérant pour recevoir une clavette, pour retenir par verrouillage ledit corps à l'intérieur de ladite douille dans une position exempte de rotation.

   17. Structure de montage d'un dispositif de coupe sur un trépan de forage souterrain, comprenant : un corps de couteau allongé avec un axe longitudinal de rotation coupant une extrémité de coupe allongée et une extrémité d'insertion réduite dudit corps du couteau ; un filet de vis hélicoïdal formé sur ledit corps du couteau près de ladite extrémité d'insertion : un élément de coupe monté fermement sur ladite extrémité de coupe agrandie ;

   <Desc/Clms Page number 28> une douille sur ledit trépan, ladite douille comportant un alésage cylindrique inférieur de diamètre réduit avec un filet de vis hélicoïdal dans la partie supérieure correspondante et destiné à recevoir ladite extrémité d'insertion, ledit filet de la douille correspondant audit filet hélicoïdal dudit corps du couteau ; et une structure de rainure de clavette de coopération dans ledit corps du couteau et ladite douille, ladite structure de rainure de clavette coopérant pour recevoir une clavette en vue de retenir par verrouillage ledit corps du couteau à l'intérieur de ladite douille dans une position exempte de rotation, axialement immobile.

   18. Structure de montage selon la revendication 17, dans laquelle ledit corps du couteau englobe une partie en tronc de cône montée dans une partie en tronc de cône de ladite douille pour maintenir sous tension une partie dudit corps du couteau.

   19. Structure de montage selon la revendication 17, dans laquelle ledit corps du couteau comprend : une partie de noyau centrale, généralement cylindrique, comportant une extrémité de coupe agrandie et une extrémité d'insertion filetée opposée ; et une partie de paroi annulaire entourant une partie de ladite extrémité de coupe de ladite partie de noyau.

   20. Structure de montage d'un dispositif de coupe sur un trépan de forage souterrain, comprenant : un corps de couteau avec un axe de rotation longitudinal coupant une extrémité de coupe et une extrémité d'insertion cylindrique filetée opposée dudit corps du couteau à pointe ; un élément de coupe fixé fermement à ladite extrémité de coupe : et une structure séparable dans la partie de tête de ladite extrémité d'insertion, pour séparer ladite tête en plusieurs secteurs de doigts pouvant être emboutis radialement pour les écarter dudit axe longitudinal ;

   et une douille sur ledit trépan de forage, ladite douille comportant une partie filetée inférieure, destinée à recevoir ladite extrémité d'insertion cylindrique filetée dudit corps du couteau et englobant dans l'extrémité la plus basse une fente de forme conique déviée vers le bas par rapport audit axe pour former une base conique de la douille ; <Desc/Clms Page number 29> dans laquelle, lors du vissage dudit corps du couteau dans ladite douille, lesdits secteurs de doigt sont emboutis par ladite base conique de la douille dirigée vers le haut dans ladite fente pour être séparés et évasés dans celle-cl afin de verrouiller ledit corps du couteau dans ladite douille.

   21. Structure de montage selon la revendication 20. comprenant en outre une structure de rainure de clavette destinée à accepter une clavette entre ledit corps du couteau et ledit trépan pour verrouiller davantage ledit corps du couteau dans ladite douille.

   22. Structure de montage selon la revendication 20, dans laquelle ladite structure séparable comprend au moins une fente longitudinale traversant ledit axe central et divisant ladite tête dans au moins deux secteurs de doigt pouvant être emboutis vers l'extérieur.

   23. Structure de montage d'un dispositif de coupe élastique pour un trépan de forage souterrain, comprenant : une tige allongée compressible montée sur le corps d'un trépan pour déborder en général perpendiculairement aux forces de forage appliquées. ladite tige comportant un axe central coupant une extrémité de coupe et une extrémité de montage : EMI29.1 un élément de coupe fixé fermement à laclte extrémité de coupe : et un butoir monté sur un élément du corps du trépan de forage pour contacter ladite tige compressible au cours de sa flexion, afin de limiter ladite flexion.

   24. Structure de montage selon la revendication 23, dans laquelle ladite tige et montée de façon amovible et remplaçable sur ledit trépan de forage.

   25. Structure de montage selon la revendication 23. dans laquelle plusieurs éléments de coupe sont montés sur une seule tige compressible.

   26. Structure de montage élastique d'un dispositif de coupe pour un trépan de forage souterrain, comprenant : un corps de couteau avec un axe longitudinal coupant une extrémité de coupe agrandie et une extrémité d'insertion opposée de diamètre réduit dans ledit corps du couteau : un élément de coupe monté fermement sur ladite extrémité de coupe : un tore en matériau élastique entourant ladite extrémité d'insertion près de ladite extrémité de coupe agrandie : et <Desc/Clms Page number 30> une structure de verrouillage pour verrouiller ladite extrémité d'insertion dans une douille de passage formée dans le corps d'un trépan à lames :

   et une doui 11 e sur ledit trépan de forage, ladite douille comportant une partie agrandie pour accepter ladite extrémité de coupe agrandie dudit corps du couteau et ledit tore, et une partie à diamètre réduit à travers laquelle passe ladite extrémité d'insertion.

   27. Structure de montage selon la revendication 26, dans laquelle ladite structure de verrouillage est destinée à verrouiller ledit corps du couteau dans ladite douille. ledit matériau élastique étant dans un état comprimé. 28. Structure de montage d'un dispositif de coupe pour un trépan de forage souterrain à lames, comprenant : un corps de couteau comportant une partie agrandie avec une extrémité de coupe et une base de diamètre réduit avec une extrémité d'insertion : un élément de coupe monté fermement sur ladite extrémité de coupe agrandie :

   une structure pour assurer le verrouillage amovible dudit corps du couteau à l'intérieur d'une douille de passage : et une douille de passage dans un trépan de forage, comprenant un espace agrandi pour retenir ladite partie agrandie, et un trou de passage de diamètre réduit, comportant une sortie sur la surface dudit trépan, pour permettre le passage de ladite extrémité d'insertion et verrouiller de façon amovible ladite extrémité d'insertion du couteau à pointe sous tension.

   29. Structure de montage selon la revendication 28, dans laquelle ladite extrémité d'insertion de ladite base comporte une partie radiale de diamètre réduit, ladite sortie du trou de passage comprenant une ouverture conique agrandie, et ledit moyen pour verrouiller de façon amovible ledit corps du couteau dans ladite douille de passage englobant un collier à fente élastomère raccordé par compression dans ladite ouverture conique agrandie et entourant ladite partie radiale de diamètre réduit pour maintenir ladite base sous tension dans ledit trou de passage.

   30. Structure de montage selon la revendication 28, dans laquelle ladite extrémité d'insertion de ladite base englobe une fente radiale ou une fente radiale partielle, ledit moyen pour verrouiller de façon amovible ledit corps du couteau dans ladite douille de passage englobant une attache de <Desc/Clms Page number 31> retenue comportant des bords pouvant être montés dans ladite fente. la base étant sous tension 31.

   Structure de montage selon la revendication 28, dans laquelle ladite sortie du trou de passage comprend une ouverture conique, ladite extrémité d'insertion englobant des filets de vis hélicoïdaux, ladite structure servant à verrouiller de façon amovible ledit corps du couteau dans ladite douille de passage, englobant un écrou de fixation fileté pouvant être vissé sur ladite extrémité d'insertion filetée, et ledit écrou de fixation et ladite extrémité d'insertion englobant des trous alésés correspondants qui 1 es traversent en vue de l'insertion d'un fil de verroui 11 age pour verrouiller ladite base sous tension dans led, t trou de passage.

   32. Structure de montage selon la revendication 28. dans laquelle ladite base englobe des filets de vis hélicoïdaux sur ladite extrémité d'insertion et des ramures de surface de friction adjacentes auxdits filets de vis, ladite sortie comprenant une ouverture conique, et ladite structure servant à verrouiller de façon amovible ledit corps du couteau dans ladite douille de passage comprenant. un élément de glissement à fente monté par compression dans ladite ouverture conique et entourant lesdites ramures de surface de friction : et un dispositif de compression pouvant être monté sur ladite base en vue du positionnement simultané de ladite base sous tension et de la compression dudit élément de glissement à fente dans ladite ouverture conique ;

   dans laquelle ledit élément de glissement à fente est en contact par friction avec lesdites rainures de surface de friction et ladite base étant sous tension.

   33. Structure de montage selon la revendication 28. englobant en outre une structure recouvrant ladite extrémité d'insertion et ladite structure de verrouillage pour protéger l'engagement de ladite structure de verrouillage de l'extrémité d'insertion contre l'abrasion ou l'érosion au cours du forage avec ledit trépan.